PENDUGAAN UMUR SIMPAN PRODUK PANGAN Paper “Pendugaan Umur Simpan Produk Kopi Instan Formula Merk-Z Dengan Metode Arrhenius”, kami ambil dari hasil karya tulis Christamam Herry Wijaya yang merupakan tugas akhir ketika menempuh sarjana Teknologi Pangan IPB tahun 2007. Karena pokok bahasannya spesifik dan penerapan dari food science, menjadikan tulisan ini menarik jika kita ingin mempelajari pendugaan umur simpan produk pangan. Kopi adalah produk olahan hasil perkebunan yang digolongkan sebagai bahan penyegar dan merupakan salah satu hasil tanaman perkebunan unggulan Indonesia. Pada saat ini, produk olahan kopi pada umumnya diperdagangkan dalam bentuk kopi bubuk, baik berupa kopi murni maupun kopi yang telah mengalami pencampuran dengan bahan lainnya. Kopi dalam bentuk bubuk dinilai lebih praktis untuk dipindahkan dan
memudahkan
dalam
konsumsinya.
Kopi bubuk memiliki sifat yang mudah
menyerap air, sehingga penambahan kadar air selama penyimpanan dapat menurunkan mutu kopi yang disimpan. Pendugaan umur simpan merupakan salah satu cara untuk mengetahui tingkat ketahanan produk selama masa penyimpanan. pendugaan
umur simpan, dapat diketahui
berapa
lama
suatu
Melalui
produk
dapat
disimpan sebelum mengalami penurunan mutu hingga titik kritisnya. Pendugaan umur simpan produk dapat dilakukan dengan dua pendekatan, yaitu studi penyimpanan produk pangan yaitu dengan Extended Storage Studies (ESS) dan Accelerated Storage Studies (ASS). ESS yang sering juga disebut sebagai metoda konvensional adalah penentuan tanggal kadaluarsa dengan jalan menyimpan suatu seri produk pada kondisi normal sehari-hari dan penurunan
mutunya
dilakukan
pengamatan
terhadap
hingga mencapai tingkat mutu kadaluarsa. Pendugaan umur
simpan produk dilakukan dengan mengamati produk selama penyimpanan sampai terjadi perubahan yang tidak dapat lagi diterima oleh konsumen. Penilaian tentang umur simpan dapat dilakukan pada kondisi dipercepat (accelerated shelf life test) yang selanjutnya dapat memprediksi umur simpan yang sebenarnya. Metode ini dapat dilakukan dengan mengkondisikan bahan pangan pada suhu dan kelembaban relatif yang tinggi sehingga titik kritis lebih cepat tercapai. Prodi Teknologi Pangan Universitas Muhammadiyah Semarang
1
Penentuan
umur
simpan
dengan
metode
Arrhenius
termasuk kedalam metode
akselerasi ini. Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui karakteristik awal produk kopi instan formula merek-Z, mengetahui tingkat perubahan mutu produk kopi selama masa penyimpanan. Penelitian ini juga bertujuan dalam penentuan parameter dan titik kritis mutu produk dan menduga umur simpan produk kopi instan dengan metode Arrhenius berdasarkan parameter kritisnya. Sebagai karakteristik awal, kopi instan formula yang diujikan memiliki kadar air sebesar 4,55%, kadar abu 2,781%, kadar lemak kasar 4,66%, dan 3,874% kadar protein. Hasil pengujian awal mikrobial menunjukkan banyaknya jumlah mikroba sebesar 5,0 x 10 3
dan tidak ditemukan adanya koloni bakteri Eschericia coli.
Selama masa penyimpanan, terjadi peningkatan kadar air, jumlah mikroorganisme yang tumbuh, dan bakteri E.coli. Penurunan kandungan kimia produk kopi instan terjadi pada kadar lemak,
kadar protein,
dan kadar
volatile reducing
substance-nya.
Karakteristik mutu yang relatif tetap selama penyimpanan meliputi kadar abu, tingkat kecerahan bubuk kopi instan formula yang diujikan, tingkat kecerahan seduhan kopi, dan waktu penyeduhan. Evaluasi sensori melalui uji hedonik terhadap aroma seduhan kopi tidak menunjukkan perbedaan yang signifikan antar sampel selama masa penyimpanan. Metode Arrhenius merupakan pendugaan umur simpan dengan menggunakan metode simulasi. metode ini sangat baik untuk diterapkan dalam penyimpanan produk pada suhu penyimpanan yang relatif stabil dari waktu ke waktu.
Selanjutnya
laju
penurunan mutu ditentukan dengan persamaan Arrhenius berdasarkan persamaan. k = ko. e-Ea/RT keterangan : k ko Ea T R
= Konstanta penurunan mutu = Konstanta (tidak tergantung pada suhu) = Energi aktivasi (kal/mol) = Suhu mutlak (K) = Konstanta gas (1,986 kal/mol K)
Prodi Teknologi Pangan Universitas Muhammadiyah Semarang
2
Interpretasi Ea (energi aktivasi) dapat memberikan gambaran mengenai besarnya pengaruh temperatur terhadap reaksi. Nilai Ea diperoleh dari slope grafik garis lurus hubungan
ln K dengan
(1/T).
Dengan
demikian,
energi aktivasi
yang besar
mempunyai arti bahwa nilai ln K berubah cukup besar dengan hanya perubahan beberapa derajat dari temperatur.
Metode Produk kopi instan formula disimpan pada inkubator dengan tiga level suhu, yaitu suhu 30oC, 45 oC, dan 50oC dan RH 70%. Pengujian dilakukan selama 8 minggu, dengan pengambilan sampel dilakukan setiap satu minggu. Penentuan parameter kritis untuk mutu produk kopi instan formula didasarkan pada perubahan mutu produk selama penyimpanan. Parameter mutu yang paling kritis adalah kadar air.
Hasil pengamatan Hasil yang diperoleh selanjutnya diplotkan pada grafik hubungan antara lama penyimpanan (hari) dan rata-rata penurunan nilai mutu/hari (k), dimana sumbu x menyatakan lama penyimpanan (hari), sedangkan sumbu y menyatakan rata-rata penurunan
nilai
mutu/hari
(k).
Langkah berikutnya adalah menentukan regresi
liniernya. Setelah diperoleh persamaan
regresi
untuk
masing-masing
suhu
penyimpanan, dibuat plot Arrhenius dengan sumbu x menyatakan 1/T dan sumbu y menyatakan ln K. K menunjukkan gradien dari regresi linier yang didapat dari ketiga suhu penyimpanan, sedangkan T merupakan suhu penyimpanan yang digunakan. Berdasarkan
hasil regresi
yang diperoleh pada kurva Arrhenius, dapat diprediksi
umur simpan produk kopi instan berdasarkan persamaan : K = K0.e-E/R ((T2-T1)/(T2.T1))
K0 menunjukkan konstanta penurunan mutu yang disimpan pada suhu normal, K menyatakan konstanta penurunan mutu dari salah satu kondisi yang digunakan (suhu 35 oC, 45oC, dan 50oC), sedangkan E/R merupakan gradien yang diperoleh dari plot Arrhenius. Berdasarkan perhitungan
dengan
Prodi Teknologi Pangan Universitas Muhammadiyah Semarang
rumus
tersebut,
akan
diperoleh 3
K
(konstanta penurunan mutu pada suhu normal). Selanjutnya umur simpan
produk kopi instan dapat dihitung berdasarkan persamaaan t = A0 – A K Keterangan : t = Prediksi umur simpan (hari) A0 = Nilai mutu awal A = Nilai mutu produk yang tersisa setelah waktu t K = Konstanta penurunan mutu pada suhu normal Pembahasan Kadar air pada kopi yang telah disangrai dan kopi instan umumnya mengandung kadar air yang tidak melebihi 4% pada suhu 20oC, dan memiliki aw berkisar antara 0.1 – 0.3. Pengetahuan
tentang
kadar air pada kopi instan sangat diperlukan, hal ini
dikarenakan kadar air akan mempengaruhi nilai aw dan stabilitas produk selama penyimpanan, kadar air merupakan parameter dalam pengawasan proses pengeringan dan ekstraksi kopi, kadar air terkadang juga digunakan sebagai titik standar mutu pada beberapa negara dan peraturan internasional untuk produk kopi. Kadar air merupakan karakteristik penting pada produk kopi instan. Kadar air pada kopi instan yang disimpan akan terus bertambah dengan bertambahnya waktu penyimpanan. Kadar air yang terus bertambah dapat menyebabkan
kerusakan pada
produk kopi instan yang ditandai dengan penggumpalan produk. Hasil pengamatan terhadap nilai kadar air pada ketiga suhu disajikan pada Tabel 1. Tabel 1. Kadar air produk kopi instan formula Hari ke-
Kadar Air (%)
1
Suhu 30 oC 4.55
Suhu 45 oC 4.55
Suhu 50 oC 4.55
8
4.69
4.53
4.64
15
4.83
4.84
5.03
24
4.86
4.96
5.31
29
4.90
5.07
5.74
36
5.26
5.35
5.77
43
5.42
5.61
6.28
50
5.68
5.77
6.30
Prodi Teknologi Pangan Universitas Muhammadiyah Semarang
4
Berdasarkan Tabel 1, dapat dilihat bahwa nilai kadar air cenderung naik selama waktu penyimpanan. Semakin tinggi suhu penyimpanan, maka tingkat kenaikan kadar air produk juga akan semakin tinggi. Naiknya kadar air dapat disebabkan adanya permeabilitas bahan kemasan produk terhadap uap air, sifat bahan-bahan yang terdapat pada produk kopi instan yang higroskopis sehingga cenderung mengadsorbsi uap air dari udara, dan tingkat kelembaban udara lingkungan terhadap produk. Selama masa penyimpanan, kadar air produk mengalami peningkatan. Pada produk yang disimpan pada suhu 30oC, kadar air produk mengalami peningkatan dari 4.55%
menjadi
5.68%.
Produk
yang disimpan pada suhu 45oC
mengalami
peningkatan kadar air dari 4.55% menjadi 5.77%. Peningkatan kadar air juga terjadi pada produk yang disimpan pada suhu 50oC yaitu dari 4.55% menjadi 6.30%. Berdasarkan hasil pengamatan terhadap keempat parameter perubahan mutu produk kopi instan formula selama delapan minggu, maka kadar air merupakan parameter mutu yang digunakan sebagai parameter kritis produk. Hal ini didasarkan pada nilai kadar air yang selalu mengalami peningkatan selama masa penyimpanan, sedangkan nilai pada parameter mutu lainnya relatif tetap. Penambahan kadar air akan lebih cepat menyebabkan kerusakan dibandingkan jika menggunakan parameter lainnya yang nilainya cenderung konstan. Produk kopi instan formula yang berbentuk bubuk memiliki sifat yang mudah menyerap uap air. Penambahan kadar air yang terjadi secara terus-menerus akan menyebabkan kadar air pada produk kopi instan mencapai titik kritisnya. Setelah parameter mutu kritis produk kopi instan didapat, maka langkah selanjutnya adalah menentukan titik kritis mutu produk. Penggunaan kadar air sebagai parameter mutu kritis, akan memberikan kadar air kritis sebagai titik kritis mutu produk. Penentuan kadar air kritis dilakukan melalui uji organoleptik. Produk yang pertama kali ditolak oleh lebih dari 50% dinyatakan
sebagai
produk
yang
telah
mengalami
kerusakan,
kemudian dianalisis nilai kadar airnya. Kadar air yang
didapatkan
dinyatakan
sebagai kadar air kritis produk. Berdasarkan
organoleptik,
hasil uji
diketahui bahwa kadar air kritis produk kopi instan formula sebesar
17.83%. Prodi Teknologi Pangan Universitas Muhammadiyah Semarang
5
Produk kopi instan formula mengalami peningkatan kadar air selama masa penyimpanan. Hal ini akan meyebabkan produk kopi instan akan menggumpal dan ditolak oleh konsumen. Produk kopi instan yang telah mengalami penggumpalan umumnya sulit larut dalam air sehingga waktu yang dibutuhkan untuk melarutkan kopi instan di dalam air akan lebih lama. Berdasarkan Tabel 1 tersebut dapat dibuat
grafik
hubungan
antara waktu
penyimpanan dan peningkatan kadar air pada masing-masing suhu penyimpanan (30oC, 45oC, dan 50oC). Grafik
hubungan
antara
waktu
penyimpanan
(hari)
sebagai absis dengan kenaikan kadar air produk kopi instan (%) disajikan pada Gambar 1.
Gambar 1. Grafik hubungan antara waktu penyimpanan (hari) dengan kadar air (%) produk kopi instan formula Langkah
selanjutnya
adalah membuat
analisis
regresi
linier dari masing-
masing suhu penyimpanan. Hasil regresi linier pada produk kopi instan yang disimpan pada suhu 30oC, 45oC, dan 50oC disajikan pada Gambar 2.
Gambar 2. Regresi linier penambahan kadar air produk kopi instan formula yang disimpan pada suhu 30 oC, 45oC, dan 50oC. Prodi Teknologi Pangan Universitas Muhammadiyah Semarang
6
Berdasarkan Gambar 2, diperoleh persamaan garis lurus dari masing- masing suhu penyimpanan, yaitu :
Suhu 30oC y = 0.0218x + 4.4615 Suhu 45oC y = 0.0264x + 4.4025 Suhu 50oC y = 0.0393x + 4.4471
R2 = 0.9241 R2 = 0.9691 R2 = 0.9743
Analisis regresi dari grafik peningkatan kadar air produk selama penyimpanan menunjukkan nilai K sebesar 0,0218 pada suhu 30 oC; 0,0264 pada suhu 45 oC; dan 0,0393 pada suhu 50 oC. Plot Arrhenius berdasarkan nilai K pada masing-masing suhu memberikan nilai E/R sebesar 2480,8 dan K0 sebesar 75,5051. Sehingga diperoleh persamaan akhir Arrhenius berupa K = 75,5051.e-2480,8(1/T). Nilai slope dari ketiga persamaan tersebut merupakan nilai K pada masingmasing suhu penyimpanan. Setelah didapatkan nilai K pada masing- masing suhu penyimpanan, dibuat plot Arrhenius dengan nilai ln K sebagai ordinat dan nilai 1/T sebagai absis. Plot Arrhenius dari produk kopi instan yang diteliti dapat dilihat pada Gambar 3.
Gambar 3. Grafik hubungan 1/T dengan nilai ln K produk kopi instan formula
Berdasarkan analisis regresi linier terhadap grafik hubungan 1/T dengan ln K didapatkan persamaan garis Prodi Teknologi Pangan Universitas Muhammadiyah Semarang
7
y = -2480.8x + 4.3242
R2 = 0.7759
dimana nilai slope dari persamaan tersebut merupakan
nilai –E/R dari
persamaan Arrhenius, sehingga dapat diperoleh nilai energi aktivasi dari produk kopi instan sebagai berikut : -E/R = - 2480.8 K R = 1.986 kal/mol K E = 4926.8688 kal/mol Nilai intersep merupakan nilai Ln Ko dari persamaan Arrhenius, sehingga : Ln Ko = 4.3242 Ko = 75.5051 Berdasarkan nilai E/R Dan Ko yang telah diperoleh, maka dapat disusun persamaan Arrhenius sebagai berikut : K = Ko e –E/RT K = 75.5051.e -2480,8(1/T) Setelah persamaan Arrhenius untuk peningkatan kadar air pada produk kopi instan, maka dapat dihitung laju peningkatan kadar air pada produk kopi instan berdasarkan suhu sebagai berikut : 30oC atau 303 K
45oC atau 318 K
K = 75.5051 e -2480.8 (1/T) K = 75.5051 e -2480.8 (1/303) K = 2.09995 x 10 -2 K = 75.5051 e -2480.8 (1/T) K = 75.5051 e -2480.8 (1/318) K = 3.08982 x 10 -2
50oC atau 323 K
K = 75.5051 e -2480.8 (1/T) K = 75.5051 e -2480.8 (1/323) K = 3.48642 x 10 -2
Setelah didapatkan nilai laju peningkatan kadar air dari produk kopi instan yang diteliti, maka dapat dicari umur simpan produk kopi instan pada masing-masing suhu berdasarkan persamaan: Prodi Teknologi Pangan Universitas Muhammadiyah Semarang
8
Umur Simpan =
Nilai titik air kritis – Nilai kadar air awal Laju peningkatan kadar air
Sehingga umur simpan produk kopi instan pada masing-masing suhu penyimpanan adalah : Suhu 30 oC atau 303 K = (17.83% – 4.55%)/ 2.09995 x 10-2 = 632 hari atau 21 bulan 2 hari Suhu 45 oC atau 318 K = (17.83% - 4.55%)/ 3.08982 x 10-2 = 430 hari atau 14 bulan 10 hari Suhu 50 oC atau 323 K = (17.83% – 4.55%)/ 3.48642 x 10 -2 = 381 hari atau 12 bulan 21 hari Parameter kritis produk kopi instan formula yang diujikan adalah kadar airnya, mengingat karakter produk yang higroskopis. Berdasarkan uji organoleptik, titik kritis dari kadar air tersebut adalah 17,83%. Penggunaan
persamaan Arrhenius tersebut
memberikan laju penurunan mutu produk sebesar 2,09995 x 10 -2 %/Hari pada suhu penyimpanan 30oC, 3,08982 x 10-2%/ Hari untuk suhu penyimpanan 45oC, dan 3,48642 x 10-2%/Hari untuk produk kopi instan yang disimpan pada suhu 50 oC. Masa simpan produk kopi instan formula pada suhu penyimpanan 30oC adalah 632 hari, 430 hari pada penyimpanan bersuhu 45 oC, dan 381hari pada penyimpanan bersuhu 50 oC.
Kesimpulan Parameter kritis yang digunakan dalam pendugaan umur simpan produk kopi instan formulasi ini adalah kadar air. Nilai titik air kritisnya sebesar 17.83%. Persamaan Arrhenius untuk produk kopi instan formulasi yang diujikan adalah K = 75.5051.e -2480.8(1/T). Masa simpan produk kopi instan formulasi yang diujikan adalah 21 bulan dan 2 hari pada suhu 30oC, RH 70%; 14 bulan dan 10 hari pada suhu penyimpanan 45 oC, RH 70%; dan 12 bulan dan 21 hari untuk penyimpanan Prodi Teknologi Pangan Universitas Muhammadiyah Semarang
9
Daftar Pustaka Arpah. 2001. Buku dan Monograf Penentuan Kadaluarsa Produk. Program Studi Ilmu Pangan. Institut Pertanian Bogor. Bogor. Badan Standardisasi Nasional. 1992. SNI 01-2983-1992 : Kopi Instan. Badan Standardisasi Nasional. Jakarta. Christamam Herry Wijaya. 2007. Pendugaan Umur Simpan Produk Kopi Instan Formula Merk-Z Dengan Metode Arrhenius. Skripsi Fateta IPB. Http://repository.ipb.ac.id Syarif, R, dan H. Halid. 1993. Teknologi Penyimpanan Pangan. Pusat Studi Antar Universitas. IPB.Bogor.
Prodi Teknologi Pangan Universitas Muhammadiyah Semarang
10
