Apa pengaruh kadar air pada kualitas produk susu dan produk olahannya (dairy product)? Parameter ini merupakan salah satu parameter penting yang perlu diuji dalam proses maupun produk jadi untuk produk susu dan turunannya. Hal ini karena kadar air mempengaruhi kondisi penyimpanan serta umur simpan produk yang berhubungan langsung dengan tekstur, rasa, penampilan dan kandungan gizi produk. Beberapa metode dapat diaplikasikan untuk mengukur kadar air produk seperti termogravimetri (thermogravimetry), titrimetri Karl Fischer serta metode destilasi (thermovolumetri). Ketiga metode ini disarankan dalam metode standar Association of Official Analytical Chemist (AOAC). 

Pada produk susu dan olahannya, berbagai parameter perlu diuji untuk menentukan pemantauan dan penentuan kualitas bahan baku (raw material), selama proses pembuatan maupun pada produk jadinya. Tentunya hal ini juga berkaitan dengan biaya produksi yang dikeluarkan. Meski dalam hal ini, air merupakan bahan baku yang tergolong murah, namun para pelaku industri juga perlu waspada terkait kadarnya. Hal ini karena air yang terkandung dalam produk memiliki 2 bentuk yakni sebagai air bebas (free water) dan air terikat (bound water). Air terikat (bound water) tidak akan memiliki efek terhadap produk, namun air bebas (free water) dapat merangsang pertumbuhan mikroorganisme yang dapat mempengaruhi kestabilan sampel saat proses penyimpanan. 

Dalam pengujiannya, tidak semua metode dapat menentukan sifat air bebas (free water) dan air terikat (bound water) yang terkandung pada sampel selain metode Karl Fischer, yang dapat mendeteksi aktivitas air dalam sampel. Meski begitu, metode penentuan kadar air total tetap relevan untuk menyatakan kandungan air dalam sampel secara keseluruhan yang dideskripsikan dalam persentase berat (% w/w). Hal ini karena nilai kadar air total dapat mewakili karakteristik sampel. Nilai kadar air dari beberapa sampel produk susu dan produk olahan susu ditunjukkan pada Tabel 1.

Tabel 1. Nilai Beberapa Produk Susu dan Produk Olahan Susu

Jenis Sampel	Estimasi Nilai Kadar Air (g/100 g)
Susu Skim	91
Keju Cheddar	36
Es Krim (dairy, Vanilla)	62
Krim segar (Whipping cream)	55
Susu Steril UHT	91

 

Metode Uji Kadar Air

Meski memiliki tujuan yang sama, namun setiap metode uji kadar air memiliki prinsip yang berbeda - beda. Prinsip inilah yang mendasari perbedaan pemberian perlakuan pada sampel ketika analisa. Prinsip dan cara uji untuk metode termogravimetri (thermogravimetry), metode titrimetri Karl Fischer dan metode destilasi dapat dijelaskan sebagai berikut :

1. Metode Termogravimetri (Thermogravimetry)

​Pada prinsipnya, metode gravimetri dilakukan dengan mengukur selisih bobot sebelum pemanasan dengan bobot sampel setelah proses pemanasan. Metode ini dapat dilakukan dengan menggunakan alat oven dan neraca analitik (analytical balance) yang didukung dengan desikator, juga dapat dilakukan dengan menggunakan moisture analyzer atau moisture balance. Metode ini termasuk ke dalam metode primer (primary method) atau metode langsung (direct method).     

A. Penggunaan Oven – Neraca Analitik     

Pada oven, pemanasan dilakukan dengan memanaskan udara ambient yang masuk pada alat kemudian mensirkulasikannya dalam chamber dan distabilkan dengan  pemanasan melalui heating element. Siklus ini ditunjukkan pada Gambar 1.   

Gambar 1. Sirkulasi Udara dalam Chamber Oven
    

Cara ini merupakan cara yang paling umum dilakukan oleh analis pada kebanyakan industri karena dinilai masih tergolong praktis dan mudah untuk dilakukan meskipun analis masih harus menghitung nilai kadar air secara manual. Adapun rumus yang digunakan untuk menentukan nilai kadar air dapat dituliskan sebagai berikut :

 

                        ............ (1)

dengan :
W₀    adalah berat wadah (g)  
W₁    adalah berat wadah dengan contoh (g)   
W₂    adalah berat wadah contoh uji setelah dikeringkan (g)

 

Rumus (1) juga menggambarkan proses pengujian kadar air yang didasarkan pada persentase perbandingan antara selisih bobot yang hilang akibat pemanasan dengan bobot total yang diuji. Dalam pelaksanaannya, sampel yang telah dipreparasi ditimbang pada neraca analitik dan dipanaskan dalam oven dengan suhu 105^oC selama 3 jam. Setelah proses pemanasan selesai, sampel kemudian didinginkan dalam desikator dan diukur bobotnya pada neraca analitik. Alur dari pengujian ini ditunjukkan pada Gambar 2.

Gambar 2. Alur Pengujian Kadar Air Produk Susu dan Olahannya

 

Meski dalam beberapa uji kadar air dapat dilakukan dengan menggunakan oven laboratorium biasa, namun beberapa sampel yang sensitif dianjurkan untuk menggunakan alat vakum oven (vacuum oven). Umumnya, sampel yang membutuhkan pengujian dengan vakum oven ini berbentuk liquid atau sampel yang memiliki kadar air yang sangat rendah. 

 

 B. Penggunaan Moisture Analyzer/ Moisture balance

Berbeda dengan oven, pemanasan pada alat moisture analyzer dilakukan dengan cara penyinaran dengan lampu, umumnya jenis lampu yang digunakan adalah halogen. Prinsip kerjanya adalah dengan menghitung perbandingan massa sampel antara sesudah dan sebelum proses analisa, dimana perhitungan secara otomatis dilakukan oleh alat dan hasil analisa akan langsung muncul sebagai % kadar air pada display alat.

Dalam pengujian sampel, waktu analisa yang dibutuhkan lebih singkat jika dibandingkan dengan menggunakan oven, yakni 2 – 15 menit. Suhu yang dapat digunakan untuk pengujian pakan adalah dari 150°C, dimana pemilihan suhu ini bergantung pada jenis pakan yang hendak dianalisa. Kelebihan lainnya yakni analis tidak perlu memindahkan sampel selama analisa berlangsung sehingga kontaminasi dapat diminimalisir. Tampilan dari alat moisture analyzer ini ditunjukkan pada Gambar 2.

Gambar 2. Alat Moisture Analyzer/Moiture Balance

 

2. Metode Titrasi karl Fisher

Secara prinsip, metode ini didasarkan pada titrasi iodometri yang melibatkan reaksi reduksi oksidasi iodine menjadi iodida sedangkan sulfur dioksida teroksidasi menjadi ion sulfat. Persamaan reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut :

Dalam hal ini penggunaan basa juga diperlukan untuk mencegah terproduksi asam secara berlebih. Basa yang umumnya dapat digunakan adalah piridina, imidazole atau lainnya dalam etanol sehingga reaksi lebih lengkapnya dapat ditulis sebagai :

dengan :

R adalah basa yang digunakan pada proses titrasi.

 

Untuk metode ini, alat yang dapat digunakan adalah alat automatic titrator. Prinsip kerja alat diawali dengan menitar sampel secara otomatis hingga tercapainya titik akhir titrasi dan hasil analisa akan muncul langsung pada display alat berubah nilai dan juga grafik. Contoh tampilan alat ini ditunjukkan pada Gambar 3.

Gambar 3. Tampilan Alat Automatic Titrator Karl Fisher

 

3.  Metode Destilasi (Thermovolumetri)

Pada prinsipnya, metode ini didasarkan pada penguapan air melalui cara destilasi dengan pelarut yang bersifat sulit bercampur (immiscible) dengan catatan pelarut yang digunakan harus memiliki titik didih yang lebih besar dari air namun memiliki berat jenis lebih kecil dari air. Umumnya metode ini digunakan untuk bahan yang mengandung lemak serta komponen volatil yang tinggi. Pelarut yang digunakan untuk metode ini biasanya adalah toluena, xelena, dan benzena. 

 

Cara Mengoptimalkan Pengujian Kadar Air

 

Dalam beberapa kasus, kadar air seringkali menjadi sorotan ketika analisa lemak hendak dilakukan. Hal ini karena uji lemak yang melibatkan proses ekstraksi yang mana durasinya dipengaruhi oleh kadar air yang terkandung dalam sampel. Namun, hal ini tidak berlaku untuk sebaiknya, dimana kadar lemak tidak terlalu mempengaruhi uji kadar air. Beberapa faktor yang dapat mempengaruhi proses maupun hasil pengujian kadar air ini bergantung pada metode yang digunakan. 

Pada metode thermogravimetri, akurasi hasil pengujian kadar air dipengaruhi oleh 4 faktor yang terdiri dari suhu dan kelembaban ruangan kerja, suhu dan tekanan udara pada chamber alat analisa, ukuran dan struktur partikel sampel, serta jenis dan ukuran wadah timbang yang digunakan. Dalam studi yang dilakukan oleh Daud, dkk (2015) menjelaskan bahwa keempat faktor ini dapat mempengaruhi akurasi nilai kadar air yang diukur. Beberapa faktor ini dapat dijabarkan sebagai berikut :