KINETIKA REAKSI Kimia Fisik Pangan

Transkripsi

1 KINETIKA REAKSI Kimia Fisik Pangan Ahmad Zaki Mubarok Materi: ahmadzaki.lecture.ub.ac.id Bahan pangan merupakan sistem yang sangat reaktif. Reaksi kimia dapat terjadi secara terusmenerus antar komponen dalam bahan pangan dan atau antara bahan pangan dengan lingkungannya. Sejumlah tipe reaksi kimia dan biokimia juga terjadi selama proses pengolahan pangan. 1

2 Contoh aplikasi penting kinetika reaksi dalam pengolahan pangan antara lain: 1.Perhitungan proses termal untuk membunuh mikroba 2.Optimasi proses termal berkaitan dengan kualitas produk 3.Optimasi proses berkaitan dengan biaya produksi 4.Prediksi umur simpan produk pangan berkaitan dengan kondisi penyimpanan Orde Reaksi Bila reaksi kimia antara molekul A dan B menghasilkan molekul E dan F: + + Laju dari suatu reaksi didefinisikan sebagai laju dimana jumlah molekul dari komponen yang bereaksi meningkat atau menurun terhadap waktu. Dalam suatu proses dengan volume konstan, nilai jumlah molekul dapat digantikan dengan konsentrasi. 2

3 Berdasarkan hukum kekekalan massa, laju dari suatu reaksi dalam waktu tertentu proporsional terhadap konsentrasi dari komponen yang bereaksi. Konstanta proporsionalitas tersebut dinamakan konstanta laju reaksi, diberi simbol k. Dengan demikian, laju reaksi hilangnya komponen A adalah: = dimana C adalah konsentrasi dari masing-masing komponen yang bereaksi. Konsentrasi salah satu reaktan umumnya lebih besar daripada reaktan lainnya, sehingga tidak memberikan efek penting terhadap reaksi yang terjadi. Dengan demikian, laju reaksi dapat dituliskan: = Eksponen n dalam persamaan diatas disebut dengan orde reaksi. 3

4 Orde Reaksi Reaksi orde nol: hubungan linier antara konsentrasi reaktan atau produk dengan waktu reaksi. Reaksi orde satu: perubahan secara logaritmis antara konsentrasi reaktan terhadap waktu reaksi Reaksi orde dua: hubungan hiperbolik antara konsentrasi reaktan atau produk dengan waktu reaksi Zero order reactions: r = - da dt = k A = Ao - kt 4

5 First order reactions: r = - da dt = ka ln A Ao = - kt Second order reactions: r = - da dt = ka2 1 A 1 - = kt Ao 5

6 Kinetika Penurunan Mutu -dq/dt= kq n Q = kualitas (mutu) t = waktu k = konstanta laju penurunan mutu n = ordo reaksi penurunan mutu Penurunan Mutu Ordo Nol(n=0) -dq/dt= k atau Q t = Q 0 -kt 100 Kualitas (mutu) relatif Waktu penyimpanan (bulan) 6

7 Penurunan Mutu Ordo Satu(n=1) -dq/dt= kq atau ln(q t /Q 0 ) = -kt 100 Kualitas(mutu) relatif Waktu penyimpanan(bulan) Beberapa Contoh Penurunan Mutu Produk Pangan Selama Penyimpanan Orde Nol: Mutu (overall quality) pangan beku Pencoklatan Non-enzimatis Orde Satu: Kehilangan/kerusakan vitamin Inaktivasi/pertumbuhan mikroba Kerusakan warna oksidatif Kerusakan tekstur karena panas 7

8 Pengaruh Suhu terhadap Kinetika Reaksi Arrhenius Equation: Relates reaction rate constant to absolute temperature. The Q 10 value: the number of times a reaction rate changes with a 10 o C change in temperature. Z value: the temperature change needed to change the reaction rate by a factor of 10. Arrhenius Equation Laju reaksi kimia akan meningkat ketika suhu reaksi meningkat. k = k o [exp] -Ea RT Ea = activation energy k o = the rate constant as T approaches infinity R = Ideal gas constant T = absolute temperature (Kelvin) 8

9 Arrhenius Model Perubahan nilai k terhadap perubahan suhu (T) yang dinyatakan sebagai hubungan Arrhenius k k = - k o e E a RT Ln k (1/T) (1/T) Ilustrasi Penggunaan Model Arrhenius Kualitas(mutu) relatif T1 < T2 <T3 T1 T3 T Waktu penyimpanan(bulan) 9

10 Ilustrasi Penggunaan Model Arrhenius Ilustrasi Penggunaan Model Arrhenius 10

11 Ilustrasi Penggunaan Model Arrhenius Ilustrasi Penggunaan Model Arrhenius 11

12 Ilustrasi Penggunaan Model Arrhenius KINETIKA KEMATIAN MIKROBA Pemusnahan m.o oleh panas... > pada T konstan... > penurunan jumlah mikroba hidup mengikuti reaksi ordo I dimana, dn = kn dt N= jumlah mikroba hidup k = konstanta laju reaksi (konstanta laju pemusnahan m.o.) dn = kdt N t NdN = k dt N0 0 N N ln = kt N0 Microbial death, like microbial growth, is described by a logarithmic equation. Ln N = ln N o -kt Ln N Kemiringan = -k t 12

13 KINETIKA Ingat! Ln X = log X ln N = kt N log N = kt N0 logn = logn0 k t Oleh para ahli teknologi pangan (termobakteriologi), persamaan tsb dinyatakan sebagai : log N = logn 0 t - D atau N t log = N D 0 D = Decimal Reduction Time = waktu yg diperlukan u/ mengurangi jml mo dengan faktor 1 desimal = waktu yg diperlukan u/ mengurangi jml mo sebanyak 1 siklus log = waktu yg diperlukan u/ mengurangi jml mo sebanyak 90% populasi KINETIKA Kurva KematianTermalpada SuhuKonstant, T 1 T 1 10,000 1,000 D-value 100 D-value 10 13

14 Contoh 1 Anggap suatu makanan dalam kaleng. Jikajumlahmoawalsebesar10 6 mikrobapembusuka/kaleng. NilaiD pada suhu121,1 o C = 15 detik. Berapajumlahmosetelahpemanasanselama1 menitpada121,1 o C Berapajumlahmosetelahpemanasanselama2 menitpada121,1 o C Jawab : Ingat... > log N = logn 0 t - D Untuk t = 1 menit : 60 detik 6 logn = log10-15 detik log N = 6 4 = 2 2 N = 10 = 100 Untuk t = 2 menit : detik logn = log10-15 detik log N = 6 8 = -2-2 N = 10 = 0,01 Peluang kebusukan!! KINETIKA Kurva Kematian Termal pada Suhu Konstant, T 1 T 1 D 1 D 1 T 2 >T 1 Bagaimana jika suhu pemanasan pada T 2 >T 1??? Semakin tinggi T... > semakin kecil nilai D D=f(T) 14

15 KINETIKA... >D = f(t) Secara empiris: log D D 0 = 121,1- T Z D 121,1-T Z = D 0 10 Nilai Z adalah perubahan suhu ( T) yang diperlukan untuk mengubah nilai D sebesar 1 siklus log Nilai Z = 18 o F =? o C KINETIKA... > 2 parameter kinetika D danz... > perluselaludiketahuidua-duanya! Misal MikrobaA mempunyaid A,250F = 0.5 menit MikrobaB mempunyaid B,250F = 1 menit Z A = 10 o C; Z B = 20 o C D A >D B D A =D B D A <D B Apa artinya? Suhu (C) D A (menit) D B (Menit) Nilai D (menit) B A Suhu ( o C) 15

16 KINETIKA... > Latihan soal Suatu suspensi pangan mempunyai kandungan spora pembusuk A dan B. SporaA sebanyak3 x 10 5 dansporab sebanyak8 x Pada suhu o C, nilaid untuksporaa dansporab adalah1.5 dan0.8 menit. Jikasuspensitsbdipanaskanpadasuhukonstan121.1 o C, berapalama untukmemperolehpeluangkebusukansebesar10-3. Jawab : log N = logn 0 - Peluang kebusukan10-3 ; artinyan = UntuksporaA : 5 3x10 t = 1.5 log t = 1.5(8.477) = menit t D Untuk spora B : 6 8x10 t = 0.8 log t = 0.8(9.903) = 7.92 menit t = No Dlog N Jadi, untuk mendapatkan peluang kebusukan sebesar 10-3, maka pemanasan o C harus dilakukan selama menit. Terima Kasih 16