PENGGUNAAN MODEL ARRHENIUS UNTUK PENDUGAAN MASA

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.