PENGGUNAAN MODEL ARRHENIUS UNTUK PENDUGAAN MASA SIMPAN PRODUK MINUMAN KEMASAN BERDASARKAN KANDUNGAN VIT C Yohanes Martono, Yohana Eka Puspita Sari, Jimmy Hidarto Program Studi Kimia, Fakultas Sains dan Matematika Universitas Kristen Satya Wacana Jl. Diponegoro 52-60 Salatiga e-mail:
[email protected] ABSTRAK Tujuan dari penelitian ini adalah menentukan nilai energi aktivasi (Ea) untuk reaksi degradasi vitamin C pada minuman kemasan dan menduga umur simpan minuman kemasan yang disimpan pada suhu ruang, berdasarkan kandungan vitamin C dengan model Arrhenius. Kandungan vitamin C pada produk minuman kemasan dengan rasa buah jeruk diukur menggunakan metode Iodometri. Data yang diperoleh dari penelitian ini dianalisa menggunakan regresi linear dengan 5 kali pengulangan. Hasil yang didapatkan dari penelitian ini menunjukkan bahwa nilai Ea untuk degradasi vitamin C pada Produk Minuman Kemasan sebesar 63,9288kJ/mol dan umur simpan Produk Minuman Kemasan dengan rasa buah jeruk pada suhu ruang (27°C) berdasarkan kandungan vitamin C dengan menggunakan model Arrhenius dengan penurunan sebesar 50% dari kadar awal adalah 195,97 hari atau ± 6,53 bulan. ABSTRACT The purposes of this study were to determine the activation energy value (Ea) in the vitamin C degradation reaction and to predict the shelf life in beverages which was saved at the room temperature, based on the content of vitamin C by Arrhenius model. The content of vitamin C in Beverages with orange flavor was measured with Iodometri method. The data was analyzed with linear regression with 5 times repetitions. The results showed that the activation energy (Ea) value for the vitamin C degradation in shelflife was 63,9288kJ/mol and also the shelf-life of the Beverages with orange flavor in room temperature (27o C) based on the content of the vitamin C which was use the Arrhenius model with descent about 50% from the early content was 195.97 days or ± 6.53 months.
PENDAHULUAN Salah satu vitamin yang banyak dikonsumsi dan yang berpotensi sebagai antioksidan adalah vitamin C (Sauriasari, 2006). Dewasa ini, banyak orang yang memanfaatkan minuman yang dikemas dalam botol atau kotak salah satu diantaranya adalah minuman kemasan yang terbuat dari sari buah. Minuman kemasan lebih dipilih karena lebih mudah untuk mendapatkan vitamin C dan praktis, karena setelah dibuka minuman kemasan dapat langsung dinikmati (Anonim 2, 2007). Penambahan vitamin C pada minuman kemasan yang terbuat dari sari buah atau dengan rasa buah-buahan bertujuan untuk menjaga kandungan gizi dalam minuman kemasan tersebut (de Sauza dkk., 2004). Produk pangan akan mengalami penurunan mutu dengan bertambahnya umur. Faktor yang mempengaruhi penurunan mutu itu di antaranya suhu, kelembaban, oksigen (O 2), dan sinar. Kecepatan penurunan mutu itu tergantung jenis produk, kemasan, dan kondisi lingkungan penyimpanan. Peranan kemasan sangat besar untuk mencegah terjadinya kerusakan vitamin.
Dalam suhu kamar kerusakan vitamin C dalam minuman kemasan botol dapat mencapai 70% setelah 10 minggu. Tetapi dengan kemasan tetrapak kerusakannya hanya 30%. Penyimpanan dalam lemari pendingin hanya menyebabkan kerusakan 10% (Anonim, 2001). Dalam minuman kemasan yang mengandung vitamin C juga terjadi penurunan kadar vitamin C, apabila disimpan pada suhu yang tinggi (Chutrtong, 2006). Kinetika kerusakan vitamin C dapat ditentukan baik pada pengolahan (terutama pengalengan) maupun penyimpanan bahan pangan. Pada penyimpanan bahan pangan, degradasi vitamin C selama waktu penyimpanan diukur dan biasanya dilakukan dengan menentukan waktu paruh degradasi vitamin C (Andarwulan dan Koswara, 1992). Degradasi vitamin C inilah yang dapat dijadikan parameter terhadap perubahan mutu berupa aroma, rasa dan warna dari suatu produk pangan (Plestenjak dkk., 2001). Reaksi kerusakan vitamin C selama penyimpanan umumnya mengikuti persamaan laju reaksi orde 1 (Andarwulan dan Koswara, 1992; Sungthongjeen, 2004). Dengan perhitungan secara matematis, model Arrhenius juga banyak dipakai untuk mempelajari perubahan-perubahan mutu pada produk pangan selama pengolahan maupun penyimpanan (Hariyadi1, 2004). Model Arrhenius dapat diterapkan dalam metode yang dikenal dengan Accelerated Self Life Test (ASLT). Metode ASLT dilakukan dengan mempercepat proses atau reaksi penurunan mutu dalam suatu percobaan, dengan menaikkan suhu penyimpanan pada beberapa tingkatan dan pengaturan kondisi percobaan disesuaikan dengan jenis produk pangannya (Labuza, 1982). Dengan mengetahui penurunan kandungan vitamin C pada beberapa suhu maka dapat ditentukan energi aktivasi (Ea) kinetika reaksinya sehingga dapat digunakan untuk menentukan umur simpan minuman kemasan tersebut. BAHAN DAN METODE Sampel yang digunakan dalam penelitian ini adalah minuman kemasan dengan rasa buah jeruk yang mengandung vitamin C dan diperoleh dari toserba yang ada di Salatiga. Bahan-bahan kimia yang digunakan adalah akuades, larutan iodium 0,005 M, larutan Na 2S2O3 0,005 M, larutan K2Cr2O7 0,00085 M, larutan KI 10%, amilum 1%, Na2S2O3.5H2O padat, I2 padat, K2Cr2O7 padat, KI padat, dan larutan HCl 2,4 M. Metode Preparasi sampel Minuman kemasan dengan rasa buah jeruk disimpan pada suhu 40ºC, 50ºC, 60ºC dan pengukuran kadar vitamin C dilakukan pada hari ke- 0, 7, 14, 21, dan 28 untuk penyimpanan pada semua suhu. Masing-masing suhu diambil 1 kemasan untuk diuji kadar vitamin C-nya. Standarisasi Larutan Larutan Na2S2O3.5H2O 0,005 M 10 ml K2Cr2O7 0,00085 M dimasukkan dalam erlenmeyer dan ditambahkan dengan 10 ml KI 10 %, kemudian ditambahkan dengan 10 ml HCl 2,4 M dan 1 ml larutan amilum 1 %, lalu segera dititrasi dengan larutan Na2S2O3.5H2O 0,005 M sampai endapan biru hilang. Titrasi dilakukan sebanyak tiga kali (triplo)
Larutan Iodium 0,005 M 10 ml larutan iodium 0,005 M dipindahkan kedalam erlenmeyer kemudian ditambahkan 1 ml larutan amilum 1 %, dititrasi dengan larutan Na2S2O3.5H2O yang telah distandarisasi sampai endapan biru hilang. Titrasi dilakukan sebanyak tiga kali (triplo). Penentuan Kandungan Vitamin C dalam Sampel Metoda Iodimetri (Sudarmadji, 1989) Sebanyak 50 ml larutan sampel dipindahkan dari 200 ml sampel ke dalam erlenmeyer, ditambah dengan 1 ml larutan amilum 1 %, dititrasi dengan larutan iodium standar 0,005 M sampai warna biru tepat terbentuk. Titrasi dilakukan sebanyak 3 kali ( triplo ). . Kandungan vitamin C = konsentrasi I2 yang telah distandarisasi x Volume I2 x BM vit.C = a M x Vol.I2 x 176,12 g/mol = y mg Kandungan vitamin C dalam 100 ml sampel =
200 ml 100 ml x x y mg 50 ml Vol sampel
Analisa Data Data yang diperoleh dianalisa menggunakan regresi linier dengan 5 kali ulangan. Hasil dan Pembahasan Penentuan umur simpan pada produk minuman kemasan yang mengandung vitamin C dengan Model Arrhenius ini berdasarkan pada menurunnya kandungan vitamin C selama penyimpanan (Andarwulan dan Koswara, 1992) dengan menggunakan metoda iodimetri dalam menganalisa kandungan vitamin C. Hal ini berdasarkan sifat vitamin C yang dapat bereaksi dengan iodin dengan indikator amilum. Akhir dari titrasi ini ditandai dengan terbentuknya warna biru dari iodamilum. Umur simpan pada produk minuman kemasan yang mengandung vitamin C, ditentukan dengan mengetahui penurunan kandungan vitamin C-nya pada suhu 40oC, 50oC dan 60oC. Penentuan orde reaksi ditentukan berdasarkan kurva. Reaksi dengan orde 0 didapatkan saat kurva yang dibuat menunjukkan hubungan yang linear antara konsentrasi dengan waktu pada berbagai suhu penyimpanan. Reaksi orde 1 menunjukkan hubungan yang linear antara ln konsentrasi terhadap waktu, sedangkan untuk reaksi orde 2 menunjukkan hubungan yang linear antara 1/konsentrasi terhadap waktu. Orde reaksi ditentukan berdasarkan nilai R2 yang paling mendekati 1. Sebagai contoh penentuan orde reaksi dapat dilihat pada Gambar 1. Berdasarkan Gambar 1 dapat dilihat bahwa nilai R2 yang terbesar adalah kurva kinetika reaksi orde 1 sehingga degradasi vitamin C pada minuman kemasan mengikuti reaksi orde 1. Hasil ini sesuai penelitian Sungthongjeen (2004) yang menunjukkan bahwa reaski degradasi vitamin C pada sirup mengikuti kinetika reaksi orde 1, dan teori Labuza (1982). Nilai kemiringan (slope) yang diperoleh pada masing-masing kurva menunjukkan nilai (-) tetapan laju reaksi (k) (hari-1). Nilai masing-masing k dan kurva reaksi degradasi vitamin C pada suhu 40, 50, dan 60 ⁰C yang mengikuti kinetika reaksi orde 1 ditunjukkan Tabel 1 dan Gambar 2.
3.5 lnkandunganr vitamin C (mg/100ml)
Kandungan vitamin C (mg/100ml)
20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0
y = -0.4703x + 16.713 R2 = 0.979
3 2.5 2 1.5 1 y = -0.0501x + 2.8982 R2 = 0.9868
0.5 0
0
10
20
30
0
Lama penyimpanan (hari)
10
20
Lama penyimpanan (hari)
(a)
(b)
1/kandunganr vitamin C (mg/100ml)
0.25 0.2 0.15 0.1 y = 0.0061x + 0.0408 R2 = 0.9441
0.05 0 0
10
20
30
Lama penyimpanan (hari)
(c) Gambar 1. Kurva orde reaksi: (a) orde 0; (b) orde 1; (c) orde 2 penurunan kandungan vitamin C pada suhu penyimpanan 60 ⁰C.
Tabel 1. Nilai konstanta laju (k) degradasi Vitamin C Selama Penyimpanan pada Beberapa Suhu Suhu (°C)
k ( hari-1)
40
0.0114
50
0.0175
60
0.0501
30
2.85
ln kandungan vitamin C (mg/100ml)
ln kandungan vitamin C (mg/100ml)
2.9 y = -0.0114x + 2.8519 R2 = 0.9944
2.8 2.75 2.7 2.65 2.6 2.55 2.5
3 2.5 2 y = -0.0175x + 2.8509
1.5
2
R = 0.9945 1 0.5 0
0
10
20
30
0
5
Lama penyimpanan (hari)
10
15
20
25
Lama Penyimpanan (hari)
(b)
ln kandungan vitamin C (mg/100 ml)
(a)
3.5 y = -0.0501x + 2.8982
3
2
R = 0.9868
2.5 2 1.5 1 0.5 0 0
5
10
15
20
25
30
Lama Penyimpanan (hari)
(c) Gambar 2.
Kurva ln kandungan vitamin c terhadap waktu penyimpanan pada suhu: (a) 40 oc; (b) 50oc; (c) 60 oc.
Tabel 1. menunjukkan hasil penelitian dari nilai konstanta laju pada beberapa suhu penyimpanan. Dapat dilihat bahwa kecepatan degradasi vitamin C meningkat dengan meningkatnya suhu. Pada suhu 40°C ke suhu 50°C peningkatannya relatif kecil akan tetapi pada suhu 50°C ke suhu 60°C peningkatan cukup besar, hal ini dikarenakan pada suhu 60°C degradasi kandungan vitamin C mencapai <50%. Pada dasarnya diketahui bahwa laju reaksi sangat dipengaruhi oleh suhu. Dalam model Arrhenius suhu merupakan faktor yang sangat berpengaruh terhadap penurunan mutu produk pangan. Semakin tinggi suhu, maka akan semakin tinggi pula laju reaksi, dengan kata lain semakin tinggi T maka akan semakin tinggi pula nilai k. Hubungan ini berdasarkan pada teori aktivasi, bahwa suatu reaksi perubahan akan mulai berlangsung jika diberikan sejumlah energi minimum yang disebut sebagai energi aktivasi (Ea) (Hariyadi2, 2004) yang dinyatakan dalam persamaan 1 di bawah ini:
ln k ln k 0 -
Ea RT
……………………………(1)
30
dimana Ea adalah energi aktivasi, yang nilainya dianggap konstan (tetap) pada kisaran suhu tertentu, R adalah konstanta gas (8,314 J/mol K), T adalah suhu yang dinyatakan dalam Kelvin (K). Dalam penelitian ini, nilai ln k pada beberapa tingkatan suhu dihubungkan dengan suhu penyimpanan dalam Kelvin (K) yang diplotkan secara berturut-turut sebagai ordinat dan absis yang ditunjukkan pada Tabel 2. dan Gambar 3.
Tabel 2. Hubungan 1/T dengan nilai ln k T (K)
1/T
k
ln k
313
0,00319488
0,0114
-4,474141924
323
0,00309597
0,0175
-4,045554398
333
0,00300330
0,0501
-2,993734271
1/T 0
ln k
-0.5 0.00295 -1
0.003
0.00305
0.0031
0.00315
0.0032
0.00325
-1.5 -2
y = -7689.3x + 19.984
-2.5
R 2 = 0.9353
-3 -3.5 -4 -4.5 -5
Gambar 3. Kurva Hubungan 1/T dengan nilai ln k
Gambar 3 memberikan persamaan garis y = -7689,3x + 19,984 dengan koefisien determinasi (R2) sebesar 0,9353. Slope persamaan garis diatas merupakan nilai (-Ea/R) dengan konstanta gas sebesar 8,314 (J/mol.K), sedangkan perpotongan kurva dengan sumbu y merupakan nilai ln k0 dari persamaan Arrhenius. Dengan demikian persamaan Arrhenius untuk laju penurunan kadar vitamin C minuman kemasan yang mengandung vitamin C ditunjukkan pada persamaan 2.
ln k 19,984 -
7689,3 ............................................(2) T
Nilai Ea dapat dihitung dari kemiringan kurva pada persamaan garis lurus. Besarnya Ea untuk menyebabkan degradasi vitamin C pada produk minuman kemasan yang mengandung vitamin C adalah sebesar 63,9288kJ/mol. Berdasarkan persamaan 1 didapatkan umur simpan produk minuman kemasan yang mengandung vitamin C pada suhu ruang (27 oC) berdasarkan kandungan vitamin C menggunakan Model Arrhenius dengan penurunan 50 % (Labuza, 1982) dari kadar awal adalah 195,97 hari ±6,53 bulan. Hasil ini didukung dari observasi yang dikemukakan oleh Marcy dalam Anonim4, 2007 bahwa produk minuman kemasan bervitamin C yang disimpan pada suhu 4-15 oC vitamin C-nya akan menyusut sampai 40%, dan apabila disimpan pada suhu 22-30 oC akan menyusut sampai 75% atau masih dapat dikonsumsi selama 6 bulan. Hal ini menunjukan bahwa dalam minuman kemasan yang mengandung vitamin C akan mengalami penurunan kandungan vitamin C, apabila disimpan pada suhu yang tinggi (Chutrtong, 2006). KESIMPULAN Hasil yang didapatkan dari penelitian ini menunjukkan bahwa nilai Ea untuk menimbulkan reaksi degradasi vitamin C pada produk minuman kemasan adalah sebesar 63,9288 kJ/mol dan Umur simpan pada produk minuman kemasan pada suhu ruang (27oC) berdasarkan kandungan vitamin C adalah 195,97 hari atau ± 6,53 bulan. SARAN Penilitian ini dapat dikembangkan dengan penggunaan metoda lain yang lebih sensitif, seperti HPLC atau spektrofotometri dalam analisa kandungan vitamin C dan melakukan penyimpanan pada 5 variasi suhu yang berbeda, (misal 20,30, 55, 65, 75 oC) untuk melihat kenaikan nilai konstanta laju degradasi vitamin C (k).
DAFTAR PUSTAKA Andarwulan,N dan S.Koswara., 1992. Kimia Vitamin. CV.Rajawali, Jakarta. Anonim.,2001.Makanan dan MinumanKemasan,Amankah?. http://www.indomedia.com/intisari/2001/Feb/makanan%20kemasan.htm Anonim2., 2007. Sedot...Sedot...Sedot. http://www1.bpkpenabur.or.id/jelajah/06/fisika3.htm Anonim4., 2007. Vitamin In Food Processing. http://www.mratcliffe.com/images/vcb.pdf
Chutrtong, Waradoon., 2006. Determination of Ascorbic acid in Fruit Juice by High Performance Liquid Chromatography. Department of Chemistry, Faculty of Science Srinakharinwirot University, Bangkok. de Souza, Maria Cristina Corrêa., de Toledo Benassi, Marta., de Almeida Meneghel, Renata Fraxino., and da Silva, Rui Sérgio dos Santos Ferreira. 2004. Stability of Unpasteurized and Refrigerated Orange Juice. Brazilian Archives of Biology and Technology Aninternational Journal Vol.47, n. 3 : pp. 391-397, Brazil. Hariyadi1,P., 2004. Prinsip Penetapan dan Pendugaan Masa Kadaluarsa dan UpayaUpaya Memperpanjang Masa Simpan. Departemen Teknologi Pangan dan Gizi Fakultas Teknologi Pertanian IPB.Bandung. Labuza,T.P., 1982. Shelf Life Dating of Foods. Food and Nutrition Press, USA. Sauirasari, R., 2006. Mengenal dan Menangkap Radikal Bebas. http://www.beritaiptek.com/zberita-beritaiptek-2006-01-22-Mengenal-dan-MenangkalRadikal-Bebas.shtml Sudarmadji, S.,B.Haryono,Suhardi. 1989. Analisa Bahan Makanan dan Pertanian. Liberty; Yogyakarta. Sungthongjeen,S., 2004. Application of Arrhenius Equation and Plackett- Burman Design to Ascorbic Acid Syrup Development. Naresuan University Journal 2004;12(2):1-12.
