Presentasi sedang didownload. Silahkan tunggu

Presentasi sedang didownload. Silahkan tunggu

E M U L S I : Karakteristik, Pembentukan dan Stabilisasi Sri Raharjo Jurusan Teknologi Pangan dan Hasil Pertanian Fakultas Teknologi Pertanian Universitas.

Presentasi serupa


Presentasi berjudul: "E M U L S I : Karakteristik, Pembentukan dan Stabilisasi Sri Raharjo Jurusan Teknologi Pangan dan Hasil Pertanian Fakultas Teknologi Pertanian Universitas."— Transcript presentasi:

1 E M U L S I : Karakteristik, Pembentukan dan Stabilisasi Sri Raharjo Jurusan Teknologi Pangan dan Hasil Pertanian Fakultas Teknologi Pertanian Universitas Gadjah Mada

2 Sistem Emulsi yang stabil pada makanan mirip ILUSI

3 Tipe Dispersi Fase Kontinyu PadatCairGas Fase Terdispersi PadatGlass(chocolate)SolAsap (partikel sangat halus) Cair Emulsion (milk)Aerosol (spray cooking oil) Gas Solid foam (ice cream) Foam (beer) not possible

4 Berapakah proporsi air dan minyak pada produk berikut ini ? Jenis makanan Air (%) Minyak (%) Margarine1680 Butter1681 Mayonnaise Sausage Chocolate fudge Emulsi pada makanan

5 Tantangan: kenampakan, kenampakan, tekstur, tekstur, mouthfeel, mouthfeel, rasa dan aroma bisa terjaga rasa dan aroma bisa terjaga Bagaimana dua fase cairan yang saling tidak menyukai bisa bercampur selama penyimpanan agar:

6 Pembentukan emulsi oil in water emulsion water in oil emulsion Diagram Simbol oil/water o/w Water/oil w/o Karakteristik penghantar listrik, dapat terencerkan dengan air terasa greasy, dapat terencerkan dengan minyak atau pelarut (solven) Contohsusumargarine

7 Klasifikasi emulsi Berdasarkan persen volume dari fase internal IPR = ───── Vi Vi + Ve Vi : volume fase internal Ve : volume fase eksternal IPR < 0.3 (low IPR) Contoh: o/w (susu, ice cream); w/o (butter, margarine) 0.3 < IPR < 0.7 (medium IPR) Contoh: heavy cream IPR > 0.7 (high IPR) Contoh: mayonnaise dan salad dressing

8 Ukuran : Dari Atom s/d Makanan Atoms (~ m) Atoms (~ m) Molecules ( m) Molecules ( m) Macromolecules (~10 -9 m) Macromolecules (~10 -9 m) Micelles and membranes (~10 -8 m) Micelles and membranes (~10 -8 m) Sel mikroorganisme (~10 -6 m) Sel mikroorganisme (~10 -6 m) Kasein misel (~10 -6 m) Kasein misel (~10 -6 m) Globula lemak susu cair (~10 -6 m) Globula lemak susu cair (~10 -6 m) Na-Kaseinat kristal (~10 -5 m) Na-Kaseinat kristal (~10 -5 m) Granula pati (~10 -5 m) Granula pati (~10 -5 m) Kristal es pada es krim (~10 -5 m) Kristal es pada es krim (~10 -5 m) Jaringan (serabut otot ~10 -4 m) Jaringan (serabut otot ~10 -4 m) Bijian dan kacang (~10 -2 m) Bijian dan kacang (~10 -2 m)

9 rata-rata ukuran sel tubuh µm sel bakteri µm virus 50 nm molekul protein 5 nm Resolusi: Jarak minimum dari dua titik yang masih bisa terlihat terpisah dengan jelas mata manusia 250 µm mikroskop biasa 0.25 µm mikroskop elektron 0.2 nm Bisakah terlihat ?

10

11 FLUID MOSAIC MODEL DARI MEMBRAN SEL “Pulau protein yang dikelilingi lautan lemak” Phospholipids

12

13 Suatu emulsi minyak dalam air dapat dibagi menjadi tiga fase: fase minyak, wilayah antarmuka, dan fase air Wilayah antarmuka Fase air Fase minyak r 

14 Perbandingan Ukuran (r), luas permukaan (A S ), dan jumlah droplet (n) r (  m) A s (m 2 g -1 ) n (g -1 ) x x x x x x x x x 10 6

15  l : Persentase volume droplet yang terisi oleh volume lapisan antarmuka r (  m)  l (%)  = 2 nm  l (%)  = 5 nm  l (%)  = 10 nm  : Tebal lapisan antarmuka

16 Pengaruh ukuran droplet minyak/air terhadap waktu yang diperlukan molekul kecil untuk terdifusi keluar dari droplet Radius (  m) Half-time (s) x x x x x x 10 -1

17 Stabilisasi emulsi dengan emulsifier Tegangan antar muka Tegangan antar muka Interaksi ionik Interaksi ionik Partikel halus Partikel halus Makromolekul Makromolekul

18 Tegangan antarmuka Dalam bentuk curah Antarmuka cair- cair Ketika terbentuk emulsi

19 Tegangan antarmuka

20 Yang sejenis cenderung menjadi satu Dua fase yang tidak bisa bercampur akan menimbulkan antarmuka Dua fase yang tidak bisa bercampur akan menimbulkan antarmuka Molekul-molekul dari fase yang sama saling tarik menarik lebih kuat dari pada dengan molekul dari fase yang berbeda Molekul-molekul dari fase yang sama saling tarik menarik lebih kuat dari pada dengan molekul dari fase yang berbeda Berarti kesatuan fase yang sama cenderung dipertahankan Berarti kesatuan fase yang sama cenderung dipertahankan

21 Contoh DataTegangan Permukaan Dengan Udara /mN m -1 Dengan Air /mN m -1 /mN m -1 Air720 Etanol220 Minyak nabati 3427

22 Tegangan Antar Permukaan Air- Minyak (dynes/cm) Jenis Minyak 25  C 75  C Triolein ,3-Dioleo-2-palmitin Kacang (screw press) Kacang (solvent extracted) Biji kapas (screw press) Olive17.6- Kelapa 12.8-

23 Interaksi ionik Interaksi netto antara partikel yang terdispersi adalah jumlah dari: gaya tarik van der Waals dan gaya tolak elektrostatik Bila gara tarik > gaya tolak  tidak stabil Bila gara tarik < gaya tolak  stabil

24 Sistem emulsi agar tetap stabil memerlukan kondisi bermuatan netral Sistem emulsi agar tetap stabil memerlukan kondisi bermuatan netral Surfaktan ionik memberikan lapisan yang bermuatan sehingga keseluruhan permukaan emulsi menjadi netral Surfaktan ionik memberikan lapisan yang bermuatan sehingga keseluruhan permukaan emulsi menjadi netral Interaksi ionik

25 Partikel halus Partikel halus dari silika, garam basa, dan rempah bisa menstabilkan emulsi melalui adsorpsi pada interface Partikel halus dari silika, garam basa, dan rempah bisa menstabilkan emulsi melalui adsorpsi pada interface Keseimbangan tegangan permukaan antara padatan dan minyak, dan antara padatan dan air Keseimbangan tegangan permukaan antara padatan dan minyak, dan antara padatan dan air

26 Makromolekul Protein dan gum membentuk film di permukan butiran teremulsi yang mencegah terjadinya coalescence Protein dan gum membentuk film di permukan butiran teremulsi yang mencegah terjadinya coalescence

27 Destabilisasi Emulsi Creaming Creaming Flocculation Flocculation Coalescence Coalescence Ostwald Ripening Ostwald Ripening Sistem emulsi dapat di-destabilisasi melalui mekanisme berikut:

28 Creaming Selama penyimpanan, adanya perbedaan densitas antara minyak dan air, terdapat kecenderungan fase minyak untuk terkonsentrasi di atas sistem emulsi Selama penyimpanan, adanya perbedaan densitas antara minyak dan air, terdapat kecenderungan fase minyak untuk terkonsentrasi di atas sistem emulsi

29 Polydisperse vs Monodisperse

30 Creaming Bila ada perbedaan densitas, maka dua fase dalam emulsi cenderung akan memisah Bila ada perbedaan densitas, maka dua fase dalam emulsi cenderung akan memisah Minyak lebih kecil densitasnya (~ 0.8) dibandingkan dengan air (1.0 ) Minyak lebih kecil densitasnya (~ 0.8) dibandingkan dengan air (1.0 ) Buoyancy force (Hukum Archimedes) Buoyancy force (Hukum Archimedes) Friction force (Hukum Stokes) Friction force (Hukum Stokes) Gerakan dari droplet <1 mm/hari, tidak terjadi creaming Gerakan dari droplet <1 mm/hari, tidak terjadi creaming

31 Flocculation Flocculation diartikan sebagai proses dimana dua atau lebih droplet saling menempel tanpa kehilangan identitas Flocculation diartikan sebagai proses dimana dua atau lebih droplet saling menempel tanpa kehilangan identitas

32 Flocculation vs Coalescence

33 Coalescence Coalescence merupakan proses ketika dua atau lebih droplet bergabung dan membentuk droplet yang lebih besar Coalescence merupakan proses ketika dua atau lebih droplet bergabung dan membentuk droplet yang lebih besar

34

35 Ostwald Ripening Ostwald ripening terjadi pada emulsi dimana droplet bertabrakan dengan yang lain dan membentuk droplet yang lebih besar dan yang lebih kecil Ostwald ripening terjadi pada emulsi dimana droplet bertabrakan dengan yang lain dan membentuk droplet yang lebih besar dan yang lebih kecil Droplet berukuran kecil cenderung menjadi makin kecil Droplet berukuran kecil cenderung menjadi makin kecil

36 Distribusi Ukuran Partikel Pada Emulsi yang Stabil Frequency (%) Particle size (um) Boost

37 Frequency (%) Particle size (um) Chocolate milk Distribusi Ukuran Partikel Pada Sedimentasi

38 Volume frequency (%) Particle size (µm) Distribusi Ukuran Partikel Pada Coalescence dan Creaming

39 Sedimentasi bahan padatan dan creaming Creaming Sediment

40 Apa yang terjadi pada emulsi selama penyimpanan? Partikel selalu bergerak disebut Brownian Movement Partikel selalu bergerak disebut Brownian Movement Terjadi tabrakan antar partikel (jutaan tabrakan tiap detiknya) Terjadi tabrakan antar partikel (jutaan tabrakan tiap detiknya) Terjadi interaksi antar ingredien Terjadi interaksi antar ingredien Partikel terkenai gaya gravitasi sepanjang waktu Partikel terkenai gaya gravitasi sepanjang waktu

41 Globula lemak: flocculation and creaming Bahan padatan (mis : garam mineral): Sedimentasi Ineteraksi makromolekul Bagaimana nasib partikel yang berada dalam sistem emulsi ?

42 STOKE’S LAW  = D (  ) g 2 o 18  Where  D   g  = rate of movement = particle diameter = density of the dispersed phase = density of the continuous phase o = gravitational acceleration = viscosity of the continuous phase The rate of movement of particles can be determined by

43 Memanfaatkan Prinsip-prinsip dari Stoke’s Law Dapatkan ukuran partikel sekecil mungkin Dapatkan ukuran partikel sekecil mungkin Tingkatkan viskositas medium pendispersi Tingkatkan viskositas medium pendispersi Kurangi perbedaan densitas Kurangi perbedaan densitas Kombinasi dari tiga hal di atas Kombinasi dari tiga hal di atas

44 Contoh Penerapan STOKE’S LAW Misal kita memiliki sistem emulsi sebagai berikut : Densitas fase kontinyu 1.1x10 3 kg/m 3 Viskositas fase kontinyu kg/m.s (or Pa.s) Droplet minyak diameter 0.5x10 -6 m densitas 0.93x10 3 kg/m 3 Calcium salt (Ca carbonate) diameter 14x10 -6 m densitas 2.71X10 3 kg/m 3

45 Penerapan Stoke’s Law Misalkan tinggi wadah adalah 10 cm. Dari Stoke’s Law akan diperoleh lama waktu untuk globula minyak bergerak ke permukaan dan partikel garam kalsium menuju ke dasar adalah : Globula minyak 75 hari Garam kalsium14.5 menit (Diasumsikan efek interaksi di dalam sistem emulsi sangat kecil sehingga bisa diabaikan)

46 Bagaimana cara memperoleh kondisi emulsi yang stabil ? Perlu tahu ukuran dan densitas partikel (misal: globula lemak, garam mineral and partikel coklat) dalam emulsi Perlu tahu ukuran dan densitas partikel (misal: globula lemak, garam mineral and partikel coklat) dalam emulsi Gunakan kondisi homogenisasi yang optimum untuk memperoleh ukuran partikel terkecil (akan dipengaruhi oleh konsentrasi dan jenis protein pengemulsinya and surfaktan dengan berat molekul rendah, jika digunakan) Gunakan kondisi homogenisasi yang optimum untuk memperoleh ukuran partikel terkecil (akan dipengaruhi oleh konsentrasi dan jenis protein pengemulsinya and surfaktan dengan berat molekul rendah, jika digunakan) Gunakan kombinasi hidrokoloid (stabilizer) yang sesuai untuk memodifikasi viskositas emulsi Gunakan kombinasi hidrokoloid (stabilizer) yang sesuai untuk memodifikasi viskositas emulsi

47 Stabilizer Emulsi bisa distabilkan dengan meningkatkan viskositas fase kontinyu Emulsi bisa distabilkan dengan meningkatkan viskositas fase kontinyu Gelatin dan gum mampu meningkatkan viskositas fase air sehingga bisa menstabilkan emulsi o/w Gelatin dan gum mampu meningkatkan viskositas fase air sehingga bisa menstabilkan emulsi o/w Stabilizer juga mengikat air dan mengurangi aktivitasnya pada fase kontinyu, sehingga interfacial tension menurun dan menghasilkan emulsi yang stabil Stabilizer juga mengikat air dan mengurangi aktivitasnya pada fase kontinyu, sehingga interfacial tension menurun dan menghasilkan emulsi yang stabil

48 EMULSIFIER

49 Mengapa emulsifier? Air tidak bisa saling melarut dengan minyak Air tidak bisa saling melarut dengan minyak Memerlukan pengadukan untuk mendispersikan Memerlukan pengadukan untuk mendispersikan Dispersi minyak dan air thermodynamically unstable Dispersi minyak dan air thermodynamically unstable Emulsifier diperlukan untuk memfasilitasi terbentuknya emulsi Emulsifier diperlukan untuk memfasilitasi terbentuknya emulsi

50 Emulsifiers atau Surfactants Emulsifier merupakan komponen berada di permukaan antara dua cairan yang tak bercampur, menurunkan tegangan permukaan antar fase dan memfasilitasi pembentukan sebuah emulsi

51 Emulsifiers Molekul aktif permukaan Molekul aktif permukaan Terdiri dari bagian suka-air hidrofilik dan suka-minyak lipofilik Terdiri dari bagian suka-air hidrofilik dan suka-minyak lipofilik Menurunkan tegangan permukaan Menurunkan tegangan permukaan Orientate at oil/water or air/water interface Orientate at oil/water or air/water interface Berinteraksi dengan ingredients lain (seperti pati, protein) Berinteraksi dengan ingredients lain (seperti pati, protein)

52 Produksi Emulsifier Dunia (% relatif)

53 Pembuatan beberapa emulsifier penting LEMAK ASAM LEMAK GLISEROL MONO(DI)GLISERIDAPOLIGLISEROL ASAM LEMAK DIACETYLATED TARTARIC ACID ANHYDRIDE ASAM LAKTAT PGEDATEMGLPSSL, CSL

54 Emulsifier Surface active agent HIDROFILIK (suka-air) Asam OrganikPolyols Asetat Laktat Sitrat Tartarat Gliserol Poligliserol Propylene glycol Sorbitol Sukrosa LIPOFILIK (suka-minyak) Fat/Oils, Fatty Acids Lemak sapi Lemak babi Kelapa sawit Kedelai Bunga matahari Lain-lain

55 Pemilihan Emulsifier Sistem HLB (hydrophilic-lipophilic balance) Sistem HLB (hydrophilic-lipophilic balance) HLB : 1 s/d 50 HLB : 1 s/d 50 HLB > 10 berarti lebih hydrophilic HLB > 10 berarti lebih hydrophilic HLB < 10 berarti lebih lipophilic HLB < 10 berarti lebih lipophilic HLB 4 s/d 6 sesuai untuk emulsi w/o HLB 4 s/d 6 sesuai untuk emulsi w/o HLB 8 s/d 18 sesuai untuk emulsi o/w HLB 8 s/d 18 sesuai untuk emulsi o/w

56 Emulsifiers: karakteristik kimia  Nilai Iodine  Nilai keasaman  Nilai saponifikasi  Sifat asam lemak

57 Emulsifiers: karakteristik fisik  Bentuk fisik  Titik leleh  Ukuran partikel  Pembawa (carrier)  Nilai HLB

58 Emulsifiers: karakteristik ikatan Fat base Nilai Iodine Bentuk fisik Titik leleh Jenuh Tidak Jenuh RendahTinggi Block Prill Bead Fine powder Paste Liquid TinggiRendah

59 Kisaran Nilai HLB Di and Monoglyceride 2.1 Lactylated Monoglyceride 2.4 PGME / Mono and diglyceride 2.6 Glycerol Mono-oleate 3.3 Mono-Diglycerides4.0 Soaped Mono-Diglyceride 5-6 Sorbitan Monostearate 4.2 Triglycerol Monostearate 4.7 Polysorbate Triglycerol Mono-oleate 13.0 Ethoxylated monoglyceride 13.5 Polysorbate Polysorbate

60 Pemilihan Emulsifier Sistem PIT (phase inversion temperature) Sistem PIT (phase inversion temperature) Bila suhu meningkat maka gaya hidrofobik menjadi makin kuat Bila suhu meningkat maka gaya hidrofobik menjadi makin kuat Emulsifier yang mudah larut dalam air pada suhu rendah bisa menjadi lebih larut dalam minyak bila suhu dinaikkan Emulsifier yang mudah larut dalam air pada suhu rendah bisa menjadi lebih larut dalam minyak bila suhu dinaikkan Nilai PIT berkorelasi dengan HLB dan stabilitas emulsi Nilai PIT berkorelasi dengan HLB dan stabilitas emulsi

61 Contoh Emulsifier Molekul kecil Molekul kecil –Mono dan digliserida –Sucrose esters –Sorbitan esters –Polysorbates (Tween) –Stearoyl lactylates –Lecithin Molekul besar Molekul besar –Protein (bovine serum albumin, laktoglobulin, ovalbumin)

62 Mono- dan Digliserida Sangat lipophilic, HLB 1 s/d 10 Sangat lipophilic, HLB 1 s/d 10 Diperoleh dari transesterifikasi gliserol dan triasilgliserida Diperoleh dari transesterifikasi gliserol dan triasilgliserida Digunakan pada produk bakery, frozen desserts, icings, topping, dan peanut butter Digunakan pada produk bakery, frozen desserts, icings, topping, dan peanut butter

63 Sucrose esters Mono-, di-, dan tri- ester sukrosa dan asam lemak Mono-, di-, dan tri- ester sukrosa dan asam lemak Biasanya memiliki HLB 7 s/d 13 Biasanya memiliki HLB 7 s/d 13 Mono-ester HLB > 16 untuk emulsi o/w Mono-ester HLB > 16 untuk emulsi o/w Di-ester sesuai untuk emulsi w/o Di-ester sesuai untuk emulsi w/o Tri-ester HLB ~ 1 Tri-ester HLB ~ 1

64 Sorbitan ester Yang diijinkan untuk makanan hanyalah sorbitan monostearate Yang diijinkan untuk makanan hanyalah sorbitan monostearate Diperoleh dari reaksi sorbitol dan asam stearat Diperoleh dari reaksi sorbitol dan asam stearat Dikenal dengan nama komesial SPAN 60 Dikenal dengan nama komesial SPAN 60 HLB 4,7 HLB 4,7

65 Polysorbates Polyoxyethylene sorbitan esters Polyoxyethylene sorbitan esters Diperoleh dari reaksi sorbitan ester dan ethylene oxide Diperoleh dari reaksi sorbitan ester dan ethylene oxide Polysorbate 60 (polyoxyethylene sorbitan monostearate / TWEEN 60, HLB 14.9) Polysorbate 60 (polyoxyethylene sorbitan monostearate / TWEEN 60, HLB 14.9) Polysorbate 80 (polyoxyethylene sorbitan monooleate / TWEEN 80, HLB 15.0) Polysorbate 80 (polyoxyethylene sorbitan monooleate / TWEEN 80, HLB 15.0)

66 Stearoyl lactylates Ionic emulsifier Ionic emulsifier Paling hydrophilic emulsifier Paling hydrophilic emulsifier Ester asam laktat dan monogliserida dan mengandung Ca atau Na Ester asam laktat dan monogliserida dan mengandung Ca atau Na Membentuk ikatan yang kuat dengan gluten Membentuk ikatan yang kuat dengan gluten Digunakan pada produk bakery Digunakan pada produk bakery

67 Lecithin Amphipilic emulsifier Amphipilic emulsifier Campuran phospholipid Campuran phospholipid Diperoleh secara komersial dari kedelai Diperoleh secara komersial dari kedelai Bisa dimodifikasi untuk mendapatkan kisaran HLB yang lebar Bisa dimodifikasi untuk mendapatkan kisaran HLB yang lebar Digunakan pada bakery, chocolate, confectionery products Digunakan pada bakery, chocolate, confectionery products

68 Aplikasi Emulsifier Margarine Margarine –Mengapa digunakan emulsifier ? –Margarine mengandung 16% air, emulsi w/o, memperbaiki stabilitas emulsi selama penyimpanan –Emulsifier yang mana ? –Mono- dan digliserida dengan asam lemak rantai panjang Ice Cream Ice Cream –Mengapa digunakan emulsifier ? –Merupakan emulsi o/w, perlu distabilkan dengan emulsifier sebelum pembekuan, selama pembekuan emulsifier mengendalikan destabilisasi emulsi –Emulsifier yang mana ? –Polysorbate

69 Aplikasi Emulsifier Produk bakery Produk bakery –Mengapa digunakan emulsifier ? –Membantu pencoklatan yang seragam, memperbaiki retensi air, memperbaiki kelembutan –Emulsifier yang mana ? –Stearoyl lactylates Konfeksioneri Konfeksioneri –Mengapa digunakan emulsifier pada coklat ? –Mengurangi pemakaian cocoa butter, memperbaiki mouthfeel, dan mengurangi kelengketan dengan bahan pengemas –Emulsifier yang mana ? –Lecithin


Download ppt "E M U L S I : Karakteristik, Pembentukan dan Stabilisasi Sri Raharjo Jurusan Teknologi Pangan dan Hasil Pertanian Fakultas Teknologi Pertanian Universitas."

Presentasi serupa


Iklan oleh Google