EMULSIFIER (PENGEMULSI) Dr. Ir. Hardoko FAKULTAS PERIKANAN DAN ILMU KELAUTAN UNIVERSITAS BRAWIJAYA

PENGEMULSI (EMULSIFIERS) Pengemulsi ≈ Surfactant / Surface Active Agents - Emulsifiers : * Bahan kimia yg mampu meningkatkan proses emul- sifikasi atau stabilisasi emulsi atau busa melalui aksi antar permuakaan ( interfacial). * cenderung befungsi sebagai pencampuran antara dua fase cair (liquid – liquid) yg tdk dapat bercampur - Surfactant : Pengertiannya lebih luas yakni bahan kimia yg mampu meningkatkan proses pencampuran dua fase yg berbeda dan sulit bercampur (liquid – liquid, liquid – gas, liquid – solid).

Pengelompokan emulsifiers / surfactant dpt dilakukan berdasar : A. Muatannya : - Anionik ~ bagian aktifnya bermuatan negatif - Kationik ~ bagian aktifnya bermuatan positif - Non-ionik ~ tidak bermuatan - Amphoteric ~ bersifat anionik atau kationik tgt pd pH larutan. - Zwitzerionik ~ mempunyai muatan positif dan negatif B. Berdasar keseimbangan hidrofilik – lipofilik (HLB) C. Berdasarkan kelarutannya D. Berdasarkan kelompok fungsionalnya : acid, alcohol, saturated, dll. Di USA food additives dikelompokkan : * GRAS (Generale Recognised as Safe) -> Aman untuk digunakan dan penggunaannya bisa terbatas.

* GMP (Good Manufacturing Practice)  penggunaannya tidak terbatas baik dalam jumlah ataupun aplikasinya. * Restricted (terbatas)  penggunaanya terbatas pd tingkat tertentu dan dalam aplikasi khusus. * Indirect  tidak digunakan atau ditambahkan secara langsung tetapi bisa kontak dg pangan via proses atau pengemasan. * Incidental  digunakan sebagai bahan tambahan fungsional dlam ingredient tetapi tidak fungsional dalam aplikasi ke dua (berikutnya). Fungsi surfactant dalam pangan : 1. Dalam proses emulsifikasi (pembuatan emulsi) -> Emulsifier yg mempunyai nilai HLB (Rasio hidrofilik thd hidrofobik) rendah lebih sesuai u/ menstabilkan emulsi W / O dan sebaliknya. 2. Starch complexing (anti staling) / anti basi

2. Starch complexing : Emulsifier yg mengandung asam lemak rantai lurus dpt membentuk kompleks dg amilosa dari pati yg dpt mengham- bat kerusakan roti. 3. Interaksi dg protein -> dpt meningkatkan sifat-2 struktural. 4. memodifikasi viskositas -> merubah sifat cairannya. 5. Foaming & aeration -> menstabilkan busa & menekan pembentukan busa. 6. Memodifikasi tekstur -> pembentukan kompleks dg pati dapat menu- runkan penggumpalan & ameningkatkan konsistensi & keseragaman. Lubrikasi -> pd produk extrudat Crystal modification -> untuk mengatur pembentukan kristal wetting -> emulsifier menurunkan tegangan permukaan antara liquid – solid Solubilising -> bisa untuk pewarna atau flavor.

11. Demulsification – antifoaming 12. Palatability improvement 13. Suspensions -> menstabilkan suspensi 14. Dispersion  pendispersi Pemilihan surfactant & konsep HLB : -> agar emulsi stabil . -> Stabilitas emulsi selain dipengaruhi o/ ukuran partikel, juga o/ * Viskositas fase kontinyu * Muatan listrik * Adsorpsi partikel solid thd permukaan fase teremulsi * Pembentukan lapisan mono – multi molekul pd interfase  Pemilihan surfactant dpt didasarkan pd nilai HLB agar emulsi stabil

Stabilitas emulsi selain dipengaruhi oleh ukuran partikel, juga dipengaruhi oleh : Viskositas fase kontinyunya Muatan listrik Adsorpsi partikel solid thd permukaan fase teremulsi Pembentukan lapisan mono – multi molekul pada interfase Pemilihan surfactan dapat didasarkan pada nilai HLB-nya Konsep HLB : * merupakan sifat yg paling penting pd surfactant * HLB ~ polaritas atau ~ rasio hidrofilik – lipofilik * Nilai HLB : 0 – 20  Bila produk 100% hidrofilik = 20  Bila afinitas air & minyak seimbang = 10

- persentase berat dari bagian hidrofilik dari suatu * Nilai HLB menunjukkan : - persentase berat dari bagian hidrofilik dari suatu emulsifier non-ionik - dapat dihitung secara teori dari komposisi berat molekul) atau data hasil analisis seperti nilai saponifikasi atau bilangan asam. - dapat diperoleh dari kelarutan pada air seperti pada tabel - dapat didasarkan pada kelompok fungsional dari surfactant spt polaritas, hidrasi dari suatu muatan listrik.

Translucent (Tembus cahaya) Tabel … Relasi stabilitas emulsi dan penampakan dengan partikel Ukuran partikel (μm) Penampakan Stabilitas 0.05 & lebih kecil Transparan Amat sangat stabil 0.05 – 0.1 Translucent (Tembus cahaya) Sangat stabil 0.1 – 1.0 Blue white Baik / bagus 1.0 – 10.0 Milky white Tendency to cream > 10.0 coaarse cepat pecah

Tingkah laku surfactat dalam air Tabel … Korelasi HLB dan kelarutan air atau penyebaran Tingkah laku surfactat dalam air Kisaran HLB - Tidak ada penyebaran dalam air 1- 4 - Penyebaran sedikit (poor dispersion) 3 - 6 - Dispersi milky setelah agitasi kuat 6 – 8 - Dispersi milky stabil 8 – 10 - Translution to clear dispersion 10 – 13 Larutan jernih (Clear solution) 13 +

HLB Fungsi 4 – 6 w/o emulsifier 7 – 9 Wetting agent 8 – 13 Tabel … HLB sbg indikator fumgsi surfactan HLB Fungsi 4 – 6 w/o emulsifier 7 – 9 Wetting agent 8 – 13 o/w emulsifier 13 – 15 Detergents 15 - 18 Solubilizer

Jenis-jenis surfactant yang digunakan utk pangan dapat dilihat pada Tabel 8.6. Monogliserida - bersifat lipolitik, non ionik - dibuat dengan esterifikasi atau alkoholisis dari minyak / lemak atau asam lemak dengan gliserol dengan suatu katalis. - bentuk bisa , , atau campuran - mono-  - tersedia dalam bentuk bubuk, lempengan, plstis, dan liquid. 2) Ethoxylated mono & digliserides - hidrofilik, non ionik - dibuat dengan mereaksikan etilen oksida dg mono & digliserida dibawah tekanan rendah

3) Sorbitan ester - lipolitik, non ionik - dibuat dg mereaksikan alkohol polihidrat (sorbitol) dan asam stearat. - pemakaian maksimal 10 g/kg 4) Polisorbat 20, 60, 65, & 80 - hidrofilik, non ionik - diperoleh dari reaksi sorbitan ester dg etilen oksida pada tekanan tinggi. - pemakaian maks 1 – 500 mg/kg

5) Ester sukrosa - non ionik dg nilai HLB yg bervariasi - dibuat dg mereaksikan sukrosa dg metil ester asam lemak. - pemakian maks 10g/kg 6) Ester asam sitrat dari mono & digliserida - sbg antioksidan improvers, emulsifier untuk shortening, dll 7) Ester asam lemak polyglicerol - dibuat dg polimerisasi gliserol dan kemudian diesterifikasi dg asam lemak tertentu - non ionik dan memiliki sifat hidrofilik dan lipofilik 8) Propilen glikol mono stearat - lipolitik, non ionik

9) Ester asam laktat - dibuat dg mereaksikan as stearat 50-90% dg as laktat - garamnya diperoleh dg netralisasi dg NaOH atauCa(OH)2 - ada 2 kelompok, yakni ester ionilk dan anionik - contoh : CSL ( calcium stearyl lactate) SSL (sodium staryl lactate) SLA ( stearyl lactoyl lactic acid) 10) Lecithins - beberapa tipe : oil free, fractionated, hydroxylated lecithin - beberapa sifat lecithin  lihat tabel

Tabel .. Sifat-sifat lecithin Characteristic Natural Hydroxylated Aceton insoluble (%) 54-72 60 min Moisture 0.75 max 1.5 max Iodine value 95-98 90 max HLB 4 12 11) Phosphatides - emulsifier alami yang diperoleh dari minyak tumbuhan dan kuning telur - mempunyai sifat lipofilik dan amfoter di alam (anionik dan kationik)

… Phosphatides - masuk dalam kelompok GRAS - Bentuk emulsifier ini adalah campuran dari lesitin, cephalin, dan inositol yang dapat diperoleh dengan mengeringkan air dari emulsi suatu lemak. - memberikan sifat emulsifikasi, lubrikasi, dan wetting (pelembab) dalam margarine, cokelat, candy, es krim, produk baking, lemak dan minyak, serta mengontrol viskositas cokelat (molten chocolate). 12) Diacsetyl tartaric ester mono – di glicerides (DATAE) - hidrofilik, non ionik emulsifier - DATAE diperoleh dg reaksi pada 100-130oC antara monogliserida dan diacetyl tartaric acid anhydride. - bersifat higroskopis dan mempunyai titik leleh antara 20 – 50)C.

sbg feeding emulsion agent, antispattering agents (anti - sangat baik digunakan pada O/W dan biasa digunakan sbg feeding emulsion agent, antispattering agents (anti percik), icings, foam stabilising agent, and dough- conditioning agents. 13) Succunilated monoglicerides - lipofilik, non ionik diperoleh dg mereaksikan asam suksinat anhidrat dg monogliserida. - mengandung 60-75% succinylated mono- dan 12-20% monogliserida bebas. - berfungsi sbg emulsifier dan pencampuran pati dan protein kompleks. - sering digunakan dalam pengembangan roti oleh yeast dan dalam shortenning.

14) Lactylated monoglycerides - lipofilik, non ionik emulsifier dan aerating agent yang diperoleh dg mereaksikan asam laktat dg monogliserida. - sering digunakan dalam cakes, toppings dan whiteners. - mengandung 7-12% -monogliserida. PENERAPAN UMUM EMULSIFIER DLM MAKANAN Es krim - merupakan emulsi w/o - Emulsifier yg sering digunakan adalah lesitin, mono dan digliserida, DATAE, polisorbat, ester sukrosa, dan ester poligliserol. - Tingkat penggunaan bervariasi 0.1 – 0,35% tergantung pada tingkat lemak dalam formula.

1) menaikkan destabilising dari campuran selama freezing - Emulsifier dalam eskrim membentuk fungsi sbb: 1) menaikkan destabilising dari campuran selama freezing 2) Beraksi sbg inti pada kristalisasi lemak bertitik leleh tinggi (high melting fat) 3) Pada suhu tertentu dapat membentuk bermacam-macam mesofase pada interface. 4) Meningkatan mutu kocokan (wipping quality) dari campuran (overrun) 5) Lebih efisien dalam penggabungan udara 6) produksi es krim yg lebih kering (drier ice cream) 7) memperlembut body dan tekstur 8) superiorscooping quality at the freezer 9) pengontrol lebih baik pd bermacam-macam proses (extruding and packaging) 10) meningkatkan waktu leleh 11) menurunkan tegangan permukaan 12) menurunkan waktu pengocokan (whipping time) 13) menghasilkan kristal es lebih kecil dan lebih tersebar

2) Surfactant dalam indusri baking A) Filling and icings - Dalam hal ini emulsifier berfungsi sbb: a) pengontrol sineresis (weeping) b) meningkatkan volume c) meningkatkan retensi kelembaban d) meningkatkan stiffnes / kekakuan (body) pelapis (icings) e) meningkatkan penampakan, tekstur, dan mouthfeel f) mengurangi waktu pencampuran (mixing time) g) membantu aerasi dan meningkatkan rendemen (yield) h) memperpanjang daya / umur simpan. B. Prepared mixes (campuran persiapan/awal) - Air dingin pendispersi emulsifier untuk cake mixes mem-butuhkan rekonstitusi dan aerasi secara cepat. Macam2 zat pembawa pendispersi emulsifier (carrier-dispersed emulsifier) juga tersedia untuk penggabungan kedalam prepared mixes, shg air dingin tidak diperlukan.

- Bahan yang tersedia untuk katagori tersebut adalah mixes (campuran) pada kue muffins, doughnut, biskuit, dan roti. - emulsifier yg digunakan a.l mono dan digliserida, lesitin, PGME, PGMS, SSL, ester sorbitan, polisorbat, DATAE. C) Cake improvers  Dalam hal ini emulsifier berfungsi : 1. meningkatkan volume spesifik kue 2. menghasilkan tekstur yg lebih seragam dan struktur crumb yg lebih baik dan menciptakan kelembutan crumb. 3. mengurangi telur / shortenning 4. meningkatkan umur simpan dg memperlambat staling 5. memberikan keempukan dan mempercepat pelepasan flavor (flavor release). 6. mengurangi waktu mixing 7. meningkatkan penampakan telur kering yg digunakan dalam campuran kue (cake mixes).

D. Surfactant dalam roti  Staling (apek/basi) pada crumb roti dpt dijelaskan sbb: - Hilangnya kelembaban - penurunan kelarutan pati dan perubahan pati dari tak berbentuk, bentuk gelatinisasi sebagian ke keadaan kristal yang kurang terhidrasi yang secara simultan membebaskan air. - secara bertahap dan agregasi spontan dari amilopektin atau fraksi percabangan dari pati akan menaikan struktur kristal. - migrasi air dari gluten ke pati atau dari pati ke gluten.  Beberapa perubahan akibat staling : a. meningkatkan kekakuan crumb b. meningkatkan pecahnya crumb dan kekerasan tekstur c. Kemunduran flavor dan aroma d. Kehilangan kegaringan crust, menjadi lembek dan keras e. meningkatkan pengkristalan crumb f. menurunkan kelarutan pati dan kerentanan thd amilase

 Keuntungan penggunaan emulsifier pd adonan :  Keuntungan penggunaan emulsifier pd produk :

3. EMULSIFIER DALAM MARGARIN DAN SHORTENINGS Dalam produksi margarine dibutuhkan emulsifier guna memperoleh dispersi air yang bagus Peranan emulsifier dalam margarine dan shortening dalam produk bakery adalah guna memberikan sifat creaming yang penting untuk memberikan performance bakery yg baik. Emulsifier juga berperan sbg anti percik dalam margarine yg untuk menggoreng. Penggunaan bervariasi 2 – 14% Macam-macam tipe shortenning yg umum digunakan : 1. Baker’s shortening (multipurpose) 2. Bread and sweet dough 3. Fluid shortening 4. Consumer shortening 5. cake make shortening 6. Icing and filling shortening

4. EMULSIFIER FOR PEANUT BUTTER (Selai kacang) Peanut butter pada dasarnya berasal dari kacang yang disangrai yg mengandung sekitar 50% minyak. Garam, dextrosa, emulsifier dan minyak hidrogenasi ditambahkan. Emulsifier yg biasa digunakan adalah mono- dan digliserida 52-90% monoester. Emulsifier yg digunakan dapat memberikan keuntungan :