EMULSI TEKNOLOGI MINYAK, EMULSI DAN OLEOKIMIA Minggu 9 Oleh : Erliza Hambali DEPARTEMEN TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR 2012

Definition of an Emulsion An emulsion consists of two immiscible liquids (usually oil and water), with one liquid being dispersed as small spherical droplets in the other liquid. Emulsions are thermodynamically unstable systems. Interfacial Membrane Oil Droplets Aqueous Phase

• Transparan • Relatif lebih stabil • Contoh: sabun cair  Sistem heterogen yang mengandung dua fasa cairan : 1. Fasa terdispersi / fasa diskontinu / fasa diam 2. Fasa pendispersi / fasa eksternal / fasa kontinu / fasa bergerak Makro emulsi : ukuran globula 0,10 - 0,15 m • Tampak berwarna opaque dan keruh • Kurang stabil • Contoh: lotion, cream Mikro emulsi : ukuran globula 0,10m - 0,002 m • Transparan • Relatif lebih stabil • Contoh: sabun cair

air minyak air minyak Emulsi Temporer

Traditional (Single-Step) Method of Emulsion Formation Oil + Emulsifier Water Emulsion preparation Emulsion Droplet Homogenization Particle Size dictates Surface Area

Orientasi Molekuler Emulsifier

Alasan Penggunaan Emulsi  Untuk menghasilkan produk yang homogen dari dua atau lebih komponen penyusunnya yang tidak dapat bercampur, misal : pembuatan lotion atau cream  Untuk mengontrol flavour  Untuk mengatur kondisi fisik produk, seperti tekstur dan tingkat kekentalannya Untuk menekan biaya produksi

Contoh Beberapa Produk Emulsi Pangan Sumber : SKW Biosystems

Contoh Beberapa Produk Emulsi Non Pangan Sumber : Deutsche Gelatine Fabriken Stoess & Co. GmbH

Surfaktan Senyawa aktif penurun tegangan permukaan Memiliki gugus hidrofobik dan hidrofilik dalam satu molekul Dapat diproduksi secara sintesis kimiawi atau biokimiawi Pembentukan film pada antar muka fasa menurunkan energi antar muka Dimanfaatkan sebagai bahan penggumpal, pembasah, pembusaan, emulsifier oleh industri farmasi, industri kosmetika, industri kimia, industri pertanian, industri pangan, dsb Dimanfaatkan sebagai bahan penurun tegangan permukaan antar muka, menambah wettability pada reservoar di lapangan minyak

Struktur Surfaktan secara Umum

Skema Molekul Surfaktan Ekor : Hidrofobik (grup nonpolar) Kepala : Hidrofilik (grup polar) - Bersifat hidrofobik dalam media air - Bersifat hidrofilik dalam media hidrokarbon - Bersifat hidrofilik dalam media air - Bersifat hidrofobik dalam media hidrokarbon

Gambar. Prinsip Pembersihan Kotoran oleh Surfaktan

Gambar. Proses Pembersihan

Contoh emulsi air, surfaktan dan minyak, perbesaran 400x, ukuran partikel 4,5-40,7 mikron

Emulsifier •  Emulsifier merupakan "surface active agent" yang mempunyai dua gugus yaitu gugus hidrofilik dan gugus lipofilik. • Gugus hidrofilik bersifat polar dan mudah bersenyawa dengan air, sedangkan gugus lipofilik bersifat non polar dan mudah bersenyawa dengan minyak.

APLIKASI TEKNOLOGI EMULSI, DEMULSIFIKASI, CREAMING, INVERSI PADA PENGEMBANGAN PRODUK

Emulsions encountered in everyday life! Metal cutting oils Margarine Ice cream Pesticide Asphalt Skin cream

Jenis oleokimia/surfaktan yang digunakan Jenis Industri Jenis oleokimia/surfaktan yang digunakan Agrochemical methylamine, nonylphenol ethoxylate, lauryl alcohol ethoxylate, fatty acid ethoxylate, tridecyl alcohol ethoxylate, sodium disulfosuccinate, sodium lignosulfonate, dodecylbenzene sulfonate

Jenis oleokimia/surfaktan yang digunakan Jenis Industri Jenis oleokimia/surfaktan yang digunakan Karet Epoxy plasticizer, asam stearat, polyester polyol, butylamine

Jenis oleokimia/surfaktan yang digunakan Jenis Industri Jenis oleokimia/surfaktan yang digunakan Kertas Ethoxylated nonyl/octylphenol phosphate ester, ethoxylated linear alcohol phosphate ester, polyoxyethylene nonyl/octylphenol, octylphenol ethoxylate

Jenis oleokimia/surfaktan yang digunakan Jenis Industri Jenis oleokimia/surfaktan yang digunakan Logam Ethoxylated nonylphenol phosphate ester, linear alcohol ethoxylate, sodium acylamido aminopropionate

Jenis oleokimia/surfaktan yang digunakan Jenis Industri Jenis oleokimia/surfaktan yang digunakan Tekstil Ethoxylated dodecylphenol phospate ester, ethoxylated linear alcohol phosphate ester, ethoxylated tridecylalcohol phosphate ester, ethoxylated alkyl sulfate, ethoxylated sorbitan monolaurat, ethoxylated tallow amine

Jenis oleokimia/surfaktan yang digunakan Jenis Industri Jenis oleokimia/surfaktan yang digunakan Pangan Calcium stearoyl lactylate (CSL), diacetyl tartaric acid ester of mono- and diglycerides (DATEM), ethoxylated monogliserida, ethoxylated digliserida, monogliserida, digliserida, polysorbate 20/40/60/65/80, sorbitan monostearat, succinylated monogliserida, karoten, gliserol, sukrosa ester, polyglycerol ester margarin

Jenis oleokimia/surfaktan yang digunakan Jenis Industri Jenis oleokimia/surfaktan yang digunakan Kosmetik Gliserol, asam lemak, propylene glycol, dietanolamida, etanolamida

Jenis oleokimia/surfaktan yang digunakan Jenis Industri Jenis oleokimia/surfaktan yang digunakan Pasta gigi gliserol, sodium lauryl sulfate, polyethylene glycol, hydrogenated oil

Aplikasi pada Produk Pembersih

Aplikasi pada Produk Kosmetik Sumber : www.iopri.go.id

Aplikasi pada Industri Sabun dan Shampo

Aplikasi pada Industri Perminyakan

Aplikasi pada Industri tekstil

Aplikasi pada Industri Perkapalan

Plasticizer Sumber : www.iopri.go.id

Bio-Candle Sumber : www.iopri.go.id

Tipe Emulsi a. Tipe minyak dalam air atau oil in water (o/w) Contoh : • susu • santan • lateks • lotion • mayonaise • salad dressing • es krim • cat b. Tipe air dalam minyak atau water in oil (w/o) Contoh : • mentega • margarin • shortening • lipstik • cream • coklat batangan • selai kacang • sabun padat • semir

tegangan permukaan air menjadi lebih rendah gugus polar dominan Molekul emulsifier diadsorpsi lebih kuat oleh air dibandingkan oleh minyak tegangan permukaan air menjadi lebih rendah sistem emulsi o/w gugus non polar dominan Molekul emulsifier diadsorpsi lebih kuat oleh minyak dibandingkan oleh air Tegangan permukaan minyak menjadi lebih rendah sistem emulsi w/o

Metode untuk membedakan antara emulsi o/w dan emulsi w/o 1. Penampakan visual • Emulsi o/w biasanya berwarna putih dan agak creamy • Emulsi w/o bewarna lebih gelap dan menunjukkan tekstur minyak Metode Dilusi Meneteskan emulsi dalam permukaan air • Emulsi o/w jika penyebarannya sempurna • Emulsi w/o jika tidak terjadi perubahan dan tetesan emulsi tadi mengapung di permukaan air

• Jika yang digunakan zat warna yang larut dalam air 3. Metode Pewarnaan Dapat digunakan dua jenis zat warna berdasarkan sifat kelarutannya yakni yang larut dalam air dan yang larut dalam minyak • Jika yang digunakan zat warna yang larut dalam air - Emulsi tipe o/w jika antara emulsi dan zat warna dapat tercampur dengan merata - Emulsi tipe w/o jika antara emulsi dan zat warna tidak dapat tercampur rata • Jika zat warna yang digunakan zat warna yang larut dalam minyak - Emulsi yang dapat tercampur merata adalah tipe w/o - Emulsi yang tidak dapat tercampur merata adalah tipe o/w

Metode Penyerapan  Digunakan kertas filter yang berdasarkan sifat kapilaritas air yang lebih tinggi daripada minyak, misal CoCl2  Jika tetesan emulsi ini tersebar berarti emulsi ini bertipe o/w dan jika tidak tersebar merata berarti emulsinya bertipe w/o Metode Konduktivitas  Dengan menggunakan prinsip bahwa air memiliki resistensi yang rendah dan konduktivitas yang tinggi, sehinggga emulsi tipe o/w menunjukkan nilai yang tinggi  Untuk emulsi tipe w/o maka akan menunjukkan nilai resistensi tinggi dan konduktivitas yang lebih kecil.

6. Metode Flourensi Cahaya  Metode ini berdasarkan sifat cairan dalam memfluoresensi cahaya.  Minyak merupakan cairan yang mampu memfluoresensi cahaya lebih baik dibandingkan dengan air sehingga emulsi w/o ditunjukkan apabila cahaya yang dilalui pada emulsi dapat terflouresensi dengan jelas.  Kebalikannya, emulsi o/w jika cahaya tidak dapat terfluoresensi dengan jelas

Konfigurasi Partikel Fasa Terdispersi 1. Random atau Acak 2. Bentuk Bujur Sangkar 3. Segi Enam Sama Sisi

Konfigurasi partikel fasa terdispersi pada permukaan b c Konfigurasi partikel fasa terdispersi pada permukaan (a) Random (b) Bujur sangkar (c) Segi enam sama sisi

Konfigurasi segi enam sama sisi Konfigurasi bujur sangkar Konfigurasi romboidal decahedron

FAKTOR-FAKTOR YANG MEMPENGARUHI PRODUK EMULSI  Suatu sistem emulsi, pada dasarnya adalah suatu sistem yang tidak stabil, karena masing-masing partikel mempunyai kecenderungan untuk bergabung dengan partikel lainnya.  Emulsi yang baik tidak membentuk lapisan-lapisan, tidak terjadi perubahan warna dan konsistensi tetap.  Prinsip dasar tentang kestabilan emulsi adalah keseimbangan antara gaya tarik-menarik dan gaya tolak menolak yang terjadi antar partikel dalam sistem emulsi.

 FAKTOR-FAKTOR YANG MEMPENGARUHI STABILITAS EMULSI a. Hukum Stokes dimana : v = laju rata-rata pengendapan g = gaya gravitasi r = jari-jari partikel terdispersi  = densitas fasa terdispersi ' = densitas fasa pendispersi  = viskostas v = 2 gr2( - ') 9 Hukum Stokes dapat menerangkan sebagian dari faktor-faktor yang mempengaruhi emulsi, yaitu : • Viskositas • Perbedaan densitas antar kedua fasa • Jari-jari partikel terdispersi.

b. Perbandingan Volume Kedua Fasa • Stabilitas yang paling baik diperoleh ketika volume fasa terdespersi mencapai sekitar 40 sampai 60 % dari volume total sistem emulsi. • Jika volume fasa terdespersi di bawah 30% atau di atas 70 %, emulsi akan mudah rusak. • Pada saat volume fasa terdespersi meningkat sampai di atas 70%, droplet akan membentuk formasi yang saling berhimpitan satu sama lain, sehingga masing-masing droplet akan kehilangan bentuknya. • Dengan terjadinya perubahan bentuk droplet, lapisan antar permukaan akan rusak dan akhirnya terjadi coalescence.

c. Temperatur • Pembekuan dapat merusak lapisan emulsifier yang menyelimuti setiap globula. • Pemanasan suatu sistem emulsi membuat zat hidrofilik memperbesar ukuran globula. • Perbedaan temperatur antara fasa terdispersi dan pendispersi mempengaruhi ketidakstabilan emulsi. • Semakin kecil perbedaan temperatur semakin baik pengaruhnya terhadap stabilitas emulsi, dan sebaliknya semakin besar perbedaan temperatur semakin tidak stabil suatu sistem emulsi.

d. Pemilihan Emulsifier • Untuk mendapatkan sistem emulsi yang stabil, sebaiknya dipilih emulsifier yang larut dalam fasa yang dominan (pendispersi). • Contoh : bila tipe emulsi O/W maka emulsifier yang digunakan adalah yang larut dalam air. • Yang perlu diperhatikan dalam pemilihan emulsifier : a. Reaksi atau kecocokan emulsifier dengan komponen lain yang terdapat pada sistem emulsi tersebut. b. Keasaman atau pH

e. Efek Muatan • Setiap partikel fasa terdispersi membawa muatan listrik. • Gaya tarik menarik Van der Waals akan berusaha untuk menyatukan droplet, sedangkan gaya Coulomb menyebabkan gaya tolak menolak antar droplet. • Gaya tolak-menolak bersifat menstabilkan karena gaya ini mempertahankan butiran agar tetap terpisah, sedangkan gaya tarik-menarik bersifat menurunkan kestabilan. • Penambahan elektrolit dapat meningkatkan atau menurunkan kestabilan emulsi.

 FAKTOR-FAKTOR YANG MENYEBABKAN KETIDAKSTABILAN EMULSI   1. Komposisi bahan yang tidak tepat 2. Ketidakcocokan bahan 3. Kecepatan dan waktu pencampuran yang tidak tepat 4. Tidak sesuainya rasio antara fasa terdispersi dan fasa pendispersi 5. Pemanasan dan penguapan yang berlebihan 6. Jumlah dan pemilihan emulsifier yang tidak tepat 7. Pembekuan

8. Guncangan mekanik atau getaran 9. Ketidakseimbangan densitas 10. Ketidakmurnian emulsi 11. Reaksi antara dua atau lebih komponen dalam sistem emulsi 12. Penambahan asam atau senyawa elektrolit.

 PENGUJIAN STABILITAS EMULSI 1. Pengamatan terhadap Ukuran Partikel   1. Pengamatan terhadap Ukuran Partikel • Pengamatan ini dapat dilakukan dengan menggunakan mikroskop. • Perubahan ukuran partikel menjadi lebih besar dari ukuran semula dapat menunjukkan emulsi tersebut tidak stabil.

2. Pengukuran Stabilitas Relatif Emulsi • Stabilitas emulsi relatif dapat diukur dengan menggunakan tabung reaksi. • Sistem emulsi dimasukkan ke dalam tabung reaksi sebanyak 10 mililiter, kemudian didiamkan beberapa lama atau kira-kira satu minggu. • Selanjutnya diamati skim yang terbentuk dan dihitung volume skim berdasarkan perhitungan berikut :   Stabilitas (%) = 10 - volume skim x 100 % 10

  3. Viskositas • Perubahan viskositas emulsi dari viskositas semula menunjukkan bahwa telah terjadi perubahan pada sistem emulsi. • Emulsi yang tidak stabil cenderung mengalami penurunan viskositas selama penyimpanan. • Hal ini terjadi karena kerusakan emulsi menyebabkan fasa internal terpisah dengan fasa eksternal.

 USAHA-USAHA MEMPERTAHANKAN STABILITAS EMULSI 1. Pengendalian Bahan-bahan Pembuat Emulsi sebelum Proses Pembuatan Emulsi a. Fasa terdispersi dan fasa pendispersi b. Pemilihan jenis dan jumlah emulsifier c. Pemilihan jenis dan jumlah stabilizer

2. Pengendalian Selama Proses Pembuatan Emulsi a. Pemilihan peralatan yang tepat b. Penyesuaian suhu, tekanan, dan waktu pencampuran pada saat proses emulsifikasi.   3. Pengendalian Setelah Terbentuk Emulsi a. Disimpan pada suhu yang tepat b. Terlindung dari sinar matahari c. Terhindar dari guncangan mekanik