Kristalisasi

Kristalisasi merupakan peristiwa yang menunjukkan beberapa fenomena yg berbeda berkaitan dengan pembentukan struktur kristal. Kristal terdapat dalam berbagai bahan alami mulai dari bebatuan sampai bahan pangan Berbagai bahan organik dapat membentuk kristal seperti gula, lemak, protein, dan pati. Bahan anorganik seperti garam

DEFINISI Pemisahan padat-cair dimana terjadi transfer massa solute dari larutan ke padatan. Partikel padatan terbentuk dari suatu fase homogen (larutan ) Solute = zat yang terlarut (gula, garam, dll) Solvent = pelarut (air, alkohol, minyak, benzena, dll)

Dua tipe kegunaan kristalisasi dalam produk pangan : separasi/pemisahan bahan padat dari cairan untuk mendapatkan padatan yg lebih murni misalnya pada gula dan garam Produksi kristal dalam makanan, misalnya pada mentega, coklat, dan ice cream.

Ketika kristal terbentuk, molekul-molekul suatu senyawa saling mengatur diri membentuk pola yg teratur dalam suatu matriks tertentu.

Prinsip pembentukan kristal adalah : Kondisi lewat jenuh untuk suatu larutan seperti larutan gula atau garam Kondisi lewat dingin untuk suatu cairan atau lelehan (melt) seperti air atau lemak.

Untuk membentuk kristal, fase cairan (liquid) harus melewati kondisi kesetimbangan dan menjadi lewat jenuh/supersaturated (untuk larutan) atau kondisi lewat dingin (untuk lelehan). Kondisi tersebut dapat tercapai melalui pendinginan di bawah titik leleh suatu komponen (misalnya air) atau melalui penambahan sehingga dicapai kondisi lewat jenuh (misalnya garam dan gula)

Komponen bahan pangan yg terutama berperan membentuk kristal adalah air, gula, alkohol, lemak, dan pati. Elemen pembentuk struktur dalam produk pangan seperti sel udara kristal, dan globula lemak berperan penting dalam menentukan umur simpan produk pangan. Elemen struktural juga menentukan sifat reologi (seperti kekerasan, kekakuan, kerenyahan) dan berkontribusi terhadap sifat organoleptik (seperti kecepatan leleh, efek pendinginan).

TEORI NUKLEASI Mekanisme nukleasi pada sistem padat-cair dibagi dalam 2 kategori, yaitu: 1. primary nucleation. Nukleasi akibat penggabungan molekul-molekul solut membentuk clusters yang kemudian tumbuh menjadi kristal. Dalam larutan supersaturasi, terjadi penambahan solut sehingga mendifusi ke clusters dan tumbuh menjadi lebih stabil. Ukuran kristal besar, maka solubility kecil, sebaliknya ukuran kristal kecil maka solubility besar. Oleh karenanya, jika ada kristal yang berukuran lebih besar maka kristal akan tumbuh, sedangkan kristal kecil akan terlarut lagi. Teori yang menjelaskan hal ini adalah teori MIERS.

2. Secondary nucleation (contact nucleation) Nukleasi terjadi jika kristal bertabrakan dengan bahan lain, pengaduk, dinding/pipa tangki. Nukleasi dapat dipercepat dengan adanya bibit kristal, energi aktivasinya lebih kecil dari pada primary nucleation. Seeding : menambah bibit kristal (berukuran kecil) pada awal sintesa.

TEORI KRISTALISASI Kristal terbentuk dari larutan lewat jenuh (supersaturated) melalui 2 langkah, yaitu : 1. nukleasi, pembentukan inti kristal. 2. pertumbuhan kristal. Jika semula larutan tidak berisi padatan, pembentukan inti terjadi sebelum kristal tumbuh. Inti-inti baru secara kontinyu terbentuk, sementara inti-inti yang sudah ada tumbuh menjadi kristal. Driving force kedua langkah di atas adalah supersaturasi, artinya kedua langkah tersebut tidak dapat terjadi pada larutan jenuh atau undersaturated

Tahapan Kristalisasi Pembentukan inti kristal Selama kristalisasi dapat terjadi tiga tipe pembentukan inti kristal, yaitu : Pembentukan inti kristal tipe homogen - Molekul dalam larutan terbentuk secara bersamaan, baik berupa moleul tunggal maupun berupa unit molekul yg berikatan sebagai suatu gugus. Gugus tsb kemudian terbentuk terus menerus dalam larutan lewat jenuh atau lewat dingin. Pembentukan inti krstal tipe ini berlangsung tanpa bantuan senyawa asing di dalam larutan

b. Pembentukan inti kristal tipe heterogen Inti kristal tipe heterogen terdiri dari beberapa senyawa yg berbeda. Pembentukan inti kristal heterogen berlangsung sebelum pembentukan inti kristal homogen Adanya zat asing, seperti zat pengotor, mampu mempercepat pembentukan inti kristal

c. Pembentukan inti kristal tipe sekunder Terjadi ketika kristalit berukuran kecil dipindahkan dari permukaan kristal yg telah terbentuk dan berperan sebagai inti kristal yg baru. Mekanisme yg dilakukan melalui kontak antara satu kristal dengan kristal lainnya melalui pengadukan dalam tangki agitasi.

Beberapa parameter yg mempengaruhi terbentuknya inti kristal Kondisi lewat dingin larutan Semakin dingin larutan waktu induksi (waktu yg diperlukan sampai inti kristal terbentuk) akan semakin pendek. b. Suhu Penurunan suhu akan menginduksi pembentukan kristal secara cepat. c. Sumber inti kristal - Inti yg terbentuk pada pembentukan tipe heterogen memiliki kecendrungan mempercepat kristalisasi

c. Viskositas Ketika viskositas meningkat akibat menurunnya suhu dan meningkatnya konsentrasi larutan, proses pembentukan inti kristal akan terbatasi. Hal ini disebabkan berkurangnya pergerakan molekul pembentuk inti kristal dan terhambatnya pindah panas sebagai energi pembetukkan inti kristal

d. Kecepatan Pendinginan Pendingingan yg cepat akan menghasilkan inti kristal yg lebih banyak dibandingkan pendinginan lambat e. Kecepatan agitasi - Proses agitasi mampu meningkatkan laju pembentukan inti kristal. Agitasi menyebabkan pindah massa dan pindah panas berjalan lebih efisien.

f. Bahan tambahan dan pengotor bahan-bahan tambahan dapat berperan untuk membantu atau menghambat pembentukan inti kristal g. Densitas massa kristal - Jumlah kristal yg terdapat dalam satu unit volume yg terdapat dalam larutan akan berpengaruh pada tingkat pertumbuhan setiap kristal.

Dalam industri kristalisasi, beberapa hal yang perlu diketahui : rendemen, kemurnian, bentuk dan ukuran ( tergantung data keseimbangan fase padat - cair), keseragaman ukuran (ada distribusi ukuran produk kristaliser).

Kristalisasi dalam produk pangan Salah satu unsur pembentuk struktur dalam bahan atau produk pangan adalah kristal Berbagai produk pangan seperti permen dan cokelat mengandung struktur dalam bentuk kristal. Adanya kristal mempengaruhi mutu, tekstur dan daya simpan produk pangan.

ALAT-ALAT KRISTALISASI Kristaliser : batch dan kontinyu. Dengan dasar bahwa kristalisasi terjadi jika kondisi larutan supersaturasi, maka kristaliser harus berfungsi tempat membuat larutan supersaturasi. Klasifikasi alat dalam membuat kondisi ini: mendinginkan larutan tanpa penguapan. Contoh : tank and batch type. menguapkan solven dengan sedikit atau tanpa pendinginan. Contoh: rangkaian evaporator- kristaliser dan crystalizing evaporator. kombinasi pendinginan dan evaporasi dalam adibatic evaporator vacuum crystalizer. Contoh : vacuum crystalizer.

Skema hubungan struktur kristal dengan kondisi pengolahan dan komposisi serta kualitas produk pangan

Produk pangan yang mengandung kristal

Produk pangan yg mengalami penurunan mutu akibat kristalisasi

Terima kasih......