PENDUGAAN UMUR SIMPAN DAN MODEL KURVA ISOTERMA SORPSI AIR TEPUNG PISANG Predicting The Shelf Life of Banana Flour Based on Sorption Isotherms Curves. Dian Histifarina *) Peneliti di Balai Pengkajian Teknologi Pertanian, Jawa Barat Jl. Kayu Ambon No 80, Lembang, Bandung 40391 ABSTRAK Penelitian bertujuan untuk menduga umur simpan tepung pisang dalam kemasan plastik berdasarkan kurva isoterma sorpsi. Pembuatan tepung pisang dilaksanakan di laboratorium SEAFAST Institut Pertanian Bogor dan uji umur simpan dilaksanakan di Laboratorium Jasa Analisa Pangan Institut Pertanian Bogor, dari bulan Agustus 2010 hingga November 2010. Bahan yang digunakan adalah pisang nangka. Kadar air awal tepung pisang adalah 5,6%. Penelitian dilakukan dalam beberapa tahap yaitu ; a). Penentuan kadar air kritis; b) penentuan isoterma sorpsi air pada 5 tingkatan RH dan c). Penentuan WVTR kemasan plastik. Hasil penelitian menunjukkan bahwa umur simpan tepung pisang yang dikemas dengan plastik memberikan umur simpan sekitar 4-8 bulan berdasarkan perubahan kadar airnya. Kata kunci : Pisang; Tepung pisang; Kurva isoterma sorpsi; Umur simpan
ABSTRACT Histifarina, D. Predicting the shelf life of banana flour based on sorption isotherms curves. The objective of this study was to predict the shelf life of plastic packaged banana flour by using isotherm sorption models. Processing of banana flour processed was conducted in the laboratory of SEAFAST IPB-Bogor and Food Analysis Services Laboratory of the Department of Sains and Food Technology, IPB from August 2010 until November 2010. Banana nangka was used for the experiment. Initial moisture content of banana flour was 5.6%. The study conducted in 3 different stages respectively a). Determination of critical water content; b). Determinination of water sorption isothermis at 5 levels of RH and c). Deterrmination of WVTR of the plastic package. The result showed that : the shelf life of banana flour in plastic packages gave a 4 – 8 month shelf life based on changes of its moisture content. Keywords : Banana; Banana Flour.; Sorption isothers curves; Shelf life
307
PENDAHULUAN
Pisang merupakan komoditas tropis yang sangat berlimpah, khususnya didaerah Lampung dan Jawa Barat. Akan tetapi, diversifikasi pemanfaatannya selama ini belum banyak dilakukan. Pengolahan pisang menjadi tepung pisang merupakan salah satu alternative untuk mengurangi kehilangan pasca panen. Tepung pisang merupakan produk antara yang cukup prospektif dalam pengembangan sumber pangan lokal. Selain itu tepung merupakan salah satu bentuk alternatif produk setengah jadi yang dianjurkan, karena lebih tahan disimpan, mudah dicampur (dibuat komposit), diperkaya zat gizi (difortifikasi), dibentuk, dan lebih cepat dimasak sesuai tuntutan kehidupan modern yang serba praktis (Winarno, 2000). Selain mengandung pati yang dapat dicerna, tepung pisang juga mengandung komponen serat pangan seperti pati resistant (17,5 %), polisakarida non-pati (non-starch polysaccharides) yang berfungsi sebagai serat pangan (dietary fiber) (Juarez-garcia et al, 2006 ; dan Ovandomartinez, et al, 2009). Pisang diolah menjadi tepung, agar lebih tahan lama, lebih mudah dalam pengemasan dan pengangkutan, lebih praktis untuk diversifikasi produk olahan, mampu memberikan nilai tambah buah pisang, dan mampu menciptakan peluang usaha pengembangan agroindustri pedesaan. Seperti produk kering lainnya, tepung pisang dengan kandungan air berkisar antara 8 - 12% juga rentan terhadap kerusakan. Menurut Hadziyev & Steele 1979), kerusakan yang dapat terjadi pada produk kering adalah terjadinya reaksi oksidasi, baik selama proses pengolahan maupun penyimpanan. Hal ini ditandai oleh adanya perubahan warna, aroma flavor maupun nilai gizinya. Hasil penelitian Rockland dan Nishi (1980) menjelaskan bahwa perubahan spesifik pada warna, aroma, flavor, stabilitas dan penerimaan produk mentah maupun olahan sangat berhubungan dengan nilai aw. Umur simpan merupakan selang waktu antara bahan pangan mulai diproduksi hingga tidak dapat diterima lagi oleh konsumen akibat adanya penyimpangan mutu. Adanya perubahan kadar air selama penyimpanan akan memengaruhi mutu makanan. Oleh sebab itu dengan mengetahui pola penyerapan air dan menetapkan nilai kadar air kritis, maka umur simpan dapat ditentukan. Penentuan umur simpan berdasarkan perubahan kadar air dapat ditentukan dengan kurva isoterma sorpsi, yaitu dengan menggunakan rumus yang dikembangkan oleh Labuza (1982) (Persamaan 1 dan 2). Kurva ISA (Isoterma Sorpsi Air) menggambarkan sifat-sifat hidratasi bahan pangan, yaitu kemampuan bahan pangan untuk secara alami dapat menyerap air dari
308
udara di sekelilingnya dan juga sebaliknya dapat melepaskan sebagian air yang terkandung di dalamnya ke udara. Menurut Labuza (1968), ISA menunjukkan hubungan antara kadar air bahan dengan RH kesetimbangan ruang tempat penyimpanan bahan, atau aktivitas airnya pada suhu tertentu. Selanjutnya dikatakan oleh Yan, et.al (2008), sorpsi isotermi pada makanan menggambarkan hubungan termodimika antara aktivitas air (Aw) dan kadar air kesetimbangan pada suhu dan tekanan tetap. Tujuan penelitian ini adalah untuk untuk menduga umur simpan tepung pisang dalam kemasan plastik berdasarkan kurva isoterma sorpsi. BAHAN DAN METODE PENELITIAN
Penelitian dilaksanakan di 2 lokasi yaitu di laboratorium Seafast Institut Pertanian Bogor untuk pembuatan tepung pisang dan di Laboratorium jasa analisis pangan IPB Bogor untuk uji analisis umur simpan., Penelitian berlangsung dari bulan Agustus 2010 hingga November 2010. Bahan utama yang digunakan adalah tepung pisang dari buah pisang nangka (diperoleh dengan cara dikukus/blansing 3-5 menit, dikupas, direndam dalam larutan sitrat 0,1% selama 1 jam, dicuci, , dikeringkan dalam oven pengering pada suhu 50°C selama ± 12 jam). Produk memiliki kadar air awal 9,2% bk. Daya simpan tepung pisang akan ditentukan menggunakan metode pendekatan sorpsi isotermis. Pada pengujian umur simpan diakukan percobaan dalam beberapa tahap, yaitu : -
Penentuan kadar air awal produk menggunakan metode oven.
-
Penentuan kadar air kritis
-
Penentuan sorpsi isotermis air pada 5 tingkatan RH yang berbeda (32%; 56%, 68%, 75%, 84% dan 92%) pada suhu 30oC.
-
Penentuan WVTR (water vapor transmition rate) atau laju transmisi uap air dari kemasan plastik yang digunakan untuk mengemas tepung isang. Perhitungan
dan
pendugaan
masa
simpan
dengan
metode
Labuza
menggunakan pendekatan soprsi isotermis ( Labuza, 1982) dengan rumus sbb :
309
t
Ln( M e M o ) /(M e M c ) k A P * ( )( o ) x Ws b
dimana: T Me Mo Mc k/x = WVTR/Po
= = = = =
A
=
Ws Po B
= = =
Waktu untuk mencapai kadar air kritis atau umur simpan (hari) Kadar air kesetimbangan pada suhu dan RH tertentu (%) Kadar air awal produk di awal penyimpanan (%) Kadar air kritis pada suhu tertentu (%) Permeabilitas kemasan (g/m2/hari/mmHg). WVTR adalah water vapor transmission rate (g/m2/hari) pada suhu dan RH tertentu. Luas kemasan yang dihitung berdasarkan dimensi kemasan yang digunakan (m2) Berat solid produk awal (g) Tekanan uap air murni (mmHg) Slope kurva sorpsi isotermis dari kadar air air sampai kadar air kesetimbangan pada masing-masing RH
HASIL DAN PEMBAHASAN Isoterma Sorpsi Air Tepung Pisang Air merupakan komponen yang paling dominan di dalam bahan pangan. Selain itu, air juga memengaruhi variabel-variabel proses pengolahan, karakteristik produk, dan atribut stabilitas. Menurut Prothon dan Ahrne (2004), aktivitas air (aw) dan kandungan air dalam bahan pangan merupakan karakteristik yang mempengaruhi stabilitas produk makanan kering. Aktivitas air (aw) merupakan sifat yang penting pada makanan yang akan menentukan kualitas, stabilitas dan keamanan makanan tersebut. Selanjutnya aktivitas air dan ISA (Isotermi Sopspi Air) penting pengembangan produk baru, menduga umur simpan produk dan untuk mengetahui kelembaban dalam produk (Aguilera, J. M and Stanley D. W. 1999 dalam Andrés Aguirre, et.al., 2010). Fenomena sorpsi air penting di dalam memahami prinsip dasar pengeringan. Salah satu karakteristik yang berperan adalah jumlah dan letak molekul air dalam matriks bahan pangan, yaitu air terikat dan air bebas (Minn dan Magee, 1977). Penentuan kurva isoterma sorpsi air (ISA) dilakukan secara absorpsi pada produk tepung pisang. Selama proses absorpsi terjadi penyerapan uap air dari bahan yang kering hingga mencapai kesetimbangan. Menurut Chung dan Chang (1982), kadar air keseimbangan merupakan kadar air pada mana kadar air produk berada dalam keseimbangan dengan lingkungannya (tekanan uap air bahan sama dengan tekanan uap air lingkungannya). Bila tekanan uap air dalam bahan lebih rendah dari
310
kesetimbangan tekanan parsial uap air lingkungannya, maka produk akan memperoleh air dari lingkungannya (absorpsi) atau dengan kata lain bila kelembaban relatif di lingkungan lebih tinggi dari kelembaban relatif dalam bahan, maka bahan akan menyerap air. Data kadar air kesetimbangan hasil percobaan dapat dilihat pada Tabel 1. Kurva isoterma sorpsi air tepung pisang dibuat berdasarkan eksperimen (Tabel 1) dan ISA prediksi menggunakan model GAB (Guggenheim Anderson de Boer) yaitu dengan persamaan : M/Mm = Ckaw/ [(1-kaw)(1-kaw + Ckaw)] Dimana : M
= kadar air kesetimbangan (% db.)
Mm
= kadar air bahan pada lapisan monolayer (% db.)
C
= Parameter pada pers. GAB
K
= Parameter pada pers. GAB
aw
= aktivitas air
Tabel 1. Hubungan Aktivitas Air dengan Kadar Air Kesetimbangan Tepung pisang (Relationship between water activity and equilibrium moisture content of banana flour)
Aw
Me (g H20/g solid)
0,3244
0,059707
0,5603
0,09083
0,6789
0,130525
0,7509
0,15733
0,8362
Tdk tercapai*
0,9231
Tdk tercapai**
*berjamur pada 14 hari **berjamur pada 7 hari
Berdasarkan data pada tabel 1 terlihat bahwa kadar air kesetimbangan dari tepung pisang hanya dapat dicapai hingga nilai aw 0,7509, sedangkan pada aw 0,83 dan 0,92 tepung pisang yang diamati sudah berjamur pada 7 dan 14 hari. Selanjutnya dari data tersebut dibuat kurva sorpsi isotermis air tepung pisang (Gambar 1)
311
0.4 0.35 0.3
MC
0.25 0.2 exp
0.15
gab
0.1 0.05 0 0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
aw
Gambar 1. Kurva Isoterma Sorpsi Air Tepung pisang (Moisture sorption isotherm curves of banana flour) pada suhu 30°C
Pada Gambar 1, disajikan kurva isotermis sorpsi air (ISA) tepung pisang pada suhu 30°C. Data eksperimen menunjukkan kurva ISA tepung pisang yang dihasilkan mempunyai bentuk sigmoid, yaitu bentuk kurva isoterma sorpsi tipe II. Hal ini sesuai dengan hasil penelitian Zhengyon Yan, dkk. (2008), bahwa kurva ISA pada produk tepung pisang berbentuk sigmoid. Bentuk sigmoid ini disebabkan oleh efek kapilaritas dan interaksi antara permukaan bahan dengan molekul air. Menurut hasil penelitian Siripatrawan (2006) dan Prothon dan Ahrne (2002), bahwa model GAB merupakan model yang tepat untuk menetapkan isoterma sorpsi dengan data aktivitas air(aw) yang luas yaitu antara 0,10 – 0,95. Analisis Umur Simpan Berdasarkan Pendekatan Isoterma Sorpi Umur simpan merupakan selang waktu antara bahan pangan mulai diproduksi hingga tidak dapat diterima lagi oleh konsumen akibat adanya penyimpangan mutu. Umur simpan produk pangan ini merupakan parameter ketahanan produk selama penyimpanan, terutama jika kondisinya beragam. Adanya perubahan yang tidak diinginkan dalam makanan yang dikemas seperti perubahan kadar air, terjadinya penyimpangan rasa (tengik) serta perubahan warna produk selama penyimpanan akan mempengaruhi mutu makanan. Oleh sebab itu dengan mengetahui titik kritis mutu dari suatu produk pangan, maka umur simpan dapat ditentukan.
312
Umur simpan produk pangan merupakan parameter ketahanan produk selama penyimpanan terutama jika kondisinya beragam. Adanya perubahan kadar air selama penyimpanan akan mempengaruhi mutu makanan. Umur simpan berhubungan dengan kadar air kritis yaitu kadar air dimana secara organoleptik sudah tidak diterima oleh konsumen. Untuk bahan pangan yang bersifat higroskopis, faktor suhu dan kelembaban sangat penting. Kenaikan RH akan diikuti oleh peningkatan kadar air yang akan mempengaruhi mutu produk. Tepung pisang termasuk kedalam golongan makanan kering yaitu dengan kadar air berkisar antara 9 - 11% bb. Oleh sebab itu, umumnya bila terjadi penyimpangan mutu, maka ciri pertama yang akan muncul adalah tumbuhnya kapang atau jamur. Metode penentuan umur simpan tepung pisang dapat dilakukan dengan menggunakan metode sorpsi isotermi. Metode sorpsi isotermi yatu metode umur simpan yang dilakukan berdasarkan pengukuran kadar air, dengan cara meletakkan sampel tepung pisang pada 6 macam larutan garam jenuh dan dibiarkan sampai keadaan setimbang. Parameter yang harus ditentukan dalam perhitungan umur simpan berdasarkan pendekatan isoterma sorpsi dengan rumus Labuza (1968) dan dengan rumus Soekarto (1978) adalah kadar air kritis, nilai WVTR plastik kemasan, slope kurva ISA dan kadar air kesetimbangan. Penentuan kadar air kritis dilakukan dengan cara mengamati mulai terjadinya pertumbuhan miselium kapang. Kadar air kritis diperoleh pada umur 17 hari penyimpanan pada keadaan RH yang sangat tinggi yaitu 97%. Nilai kadar air kritis ternyata setara dengan 13,0% bk atau 0,13g H2O/g solid. Nilai WVTR (Water Vapor Transmission Rate) plastik kemasan adalah 0,0511g/m2/hari yang dinyatakan dengan menggunakan metode ASTM. Kemiringan kurva ISA ditentukan dengan menggunakan model linier, yang kemudian diubah menjadi model differensial. Dari persamaan Y = 0,192x –diperoleh Y = 0,192, sehingga kemiringan ISA 0,192 gH2O/gbk. Berdasarkan metode tersebut, perhitungan prediksi umur simpan tepung pisang pada suhu 30°C dan 2 tingkat RH disajikan sebagai berikut :
313
Tabel 2. Parameter Pengukuran Pendugaan Umur Simpan pada suhu 30°C dan Tiga Nilai RH Berdasarkan Pendekatan Isoterma Sorpsi Air
RH
Parameter
75%
80%
Mi = Kadar air awal (g H20/g solid)
0.05058
k/x = Permeabilitas kemasan (g/m2.hari.mmHg)
0,0511
A =Luas kemasan (m2)
0,8640
Ws = Berat solid per kemasan (gram)
951,8536
B = slope kurva sorpsi isotermi air (g H2O/g
0,192
solid) Po =Tekanan uap jenuh suhu 30oC (mmHg)
26,7390
Mc =Kadar air kritis (g H2O/ g solid)
0.1300
Umur simpan (hari)
248
119
Umur simpan (bulan)
8,3
4,0
Sumber: Data Primer diolah
Hasil perhitungan umur simpan menggunakan data-data tersebut yang disajikan pada Tabel 2 pada RH 75 dan 80% menunjukkan umur simpan tepung pisang adalah 8,3 bulan jika kondisi RH lingkungan 75% dan 4,0 bulan jika kondisi RH lingkungan 80%. Prediksi tersebut pada kondisi suhu 30oC. Semakin tinggi RH dan dan suhu lingkungan maka umur simpan produk akan semakin pendek dan sebaliknya apabila produk disimpan pada kondisi penyimpanan dengan semakin berkurangnya suhu dan RH penyimpanan, maka umur simpan produk dapat lebih diperpanjang (> 1 tahun).
KESIMPULAN
Umur simpan tepung pisang dalam kemasan plastik yang disimpan pada suhu 30° dan RH 75% (kondisi penyimpanan normal), serta diukur berdasarkan perubahan kadar air pada isoterma sorpsi air yang dibuat dengan rumus GAB serta dengan pendekatan perbedaan tekanan adalah 4 – 8,3 bulan.
314
PUSTAKA
Andrés Aguirre-Cruza*, Roselis Carmona-Garcíab and Luis A. Bello-Pérez. (2010). Moisture adsorption behavior of the banana flours (Musa Paradisiaca) unmodified and modified by acid-treatment. Makalah yang disampaikan pada Xii Congreso Nacional de Ciencia Y Tecnologia de Alimentos. Guanajuato, Gto.
Chung, D.S. dan D.I. Chang. (1982). Priciples of food dehydration. J.Food Protect.45 (5):475-478.
Hadziyev, D., dan L. Steele. (1979). Dehydrated mashed potatoes-chemical and biochemical aspects. Advances in Food Res.25:55-136.
Juarez-Garcia, E., Agama-Acevedo, E., Sayago-Ayerdi, S.G., Rodriguez-Ambriz, S.L. and Bello-Perez, L.A. (2006). Composition, digestibility and application in breadmaking of banana flour. Plant Foods for Human Nutrition 61: 131-137.
Labuza, T.P. (1968). Sorption phenomena in foods. Food Technol. 22 (1):263-272.
, (1982). Shelflife dating of foods. Food and nurition. Press. Inc.Westport, Conn.
Minn, W.A.M. and T.R.A. Magee. (1977). Moisture sorption characteristics of starch materials. Drying Technol. 15(5): 1527-1551.
Ovando-Martinez, S.S.Ayerdi, E. Agama-Acevedo, I. Goñi, and L. A. Bello-Pérez (2009). Unripe banana flour as an ingredient to increase the
undigestible
carbohydrates of pasta. Food Chemistry 113 (2009) 121–126
Prothon, F. dan L.M. Ahrne. (2004). Application of the Guggenheim, Anderson and De Boer model to correlate water activity and moisture content during osmotic dehydration of apples. J.Food Engineering 61 (3):467-470.
Rockland, L.B. dan S.K. Nishi. (1980). Influence of water activity on food product quality and stability. Food Technol 34 (1):44-51.
315
Siripatrawan, U. (2006). Determination of moisture sorption isotherm of jasmine rice crackers
using
BET
and
GAB
models.
J.Food.sci.
and
Technol.International12(6):459-465.
Soekarto, S.T. (1978). Pengukuran air ikatan dan peranannya pada pengawetan pangan. Bull.Perhimpunan Ahli Teknologi Pangan Indonesia 3(3/4):4-18.
Winarno, F.G. (2000). Potensi dan Peran tepung-tepungan bagi Industri Pangan dan Program Perbaikan Gizi. Makalah pada Sem Nas Interaktif: Penganekaragaman Makanan untuk Memantapkan ketersediaan pangan
Yan Z, Sousa-Gallagher M, Oliveira F. (2008). Effect of temperature and initial moisture content on sorption isotherms of banana dried by tunnel drier. Int J Food Sci Tech. 2008 Aug; 43 (8): 1430-1436. Zhengyong Yan, Maria J. Sousa-Gallagher and Fernanda A.R. Oliveira. (2008) .Sorption isotherms and moisture sorption hysteresis of intermediate moisture content banana. Journal of Food Engineering.Volume 86(3):342-348
316
