4. Emulsifikasi dan homogenisasi

Transkripsi

1 Minggu 4 4. Emulsifikasi dan homogenisasi 4.. Emulsi Emulsi adalah suatu larutan yang terdiri dari fase disperse dan fase continue. Ada dua tipe emulsi yaitu air dalam lemak dan lemak dalam air. Contoh adalah emulsi lemak dalam air pada susu, mayonnaise dan butter serta margarine. Globula dalam emulsi dapat dengan mudah diperkecil ukurannya dan dapat mengalami coalesensi yaitu penggabungan dua atau lebih globula kecil sehingga menjadi globula yang lebih besar. Table 4. adalah beberapa karakteristik dari emulsi. Tabel 4.. Karakteristik dari emulsi Parameter Symbol Besaran Diameter partikel (m) Perbedaan densitas (kg/m3) Shear stress (N/m) Tekanan Laplace (N/m ) Konsentrasi dispers fase D ρ c -ρ d γ 4 γ Φ x ~ 04 0,0 0,8 Emulsi dapat dibuat dengan mencampurkan bahan yang akan didispersikan kedalam fase kontinue dan menambahkan emulsifier kedalam campuran tersebut. Tahap selanjutnya adalah memasukkan campuran tersesbut kedalam homogenizer pada kecepatan putaran tinggi. Adapun tujuan dan homogenisasi dan campuran tersebut adalah untuk mendapatkan globula (partikel) yang kecil sehingga fase terdispersi menjadi stabil. Adapaun fungsi dan emulsifier adalah: a. Penurunan tegangan permukaan dan tekanan Laplace. Oleh sebab itu, pada energy density yang sama maka akan diperoleh partikel dispersi yang kecil. Dengan kata lain: energi yang diperlukan untuk mendapatkan partikel tertentu akan lebih kecil jika menggunakan emulsifier. b. Menghindari coalesensi. Emulsifikasi adalah suatu proses yang melibatkan shearing partikel yang diikuti oleh proses coalesensi dan partikel-partikel sehingga didapatkan emulsi yang stabil. Emulsifier dapat menghasilakan partikel kecil sehingga akan lebih stabil daripada partikel besar terhadap proses coalesensi.

2 Selain itu, angka HLB ( hydrophil-liophil balance) seringkali digunakan untuk mengkarakterisasi emulsifier. Jika angka HLB emulsifier tinggi maka emulsifier akan lebih mudah larut dalam air, sedangkan jika angka HLB rendah maka emulsifier akan mudah larut dalam minyak. Angka HLM emulsifier didefinisikan bahwa untuk angka HLB adalah 7 maka kelarutan emulsifier didalam air dan didalam minyak adalah sama. Tabel 4. menunjukkan angka HLB beberapa emulsifier. Angka Penggunaan HBL Non-ionic Monoglycerida Glycerol-monostearat 3,8 Ice cream, roti Polyglycerol mono- Tetraglycerol-monostearat 9, asam lemak Tween 60 Polyoxyethylene sorbitan- 4,9 Chocolat monostearat Tween 65 Polyoxyethylene sorbitan- tristearat 0,5 Ice cream Tween 80 Polyoxyethylene sorbitan- 5,8 Ice cream monooleat Span 60 Sorbitan monostearat 4,7 Produk roti Anionic Sabun Natrium oleat 8 Asam susu ester Na-stearoyl--lactoyl- laktat Produk roti Fosfatida Lecithine Sangat Margarine tinggi Instabilitas dari emulsi adalah sebagai berikut : a. Disproportioning atau Ostwald growing. Proses ini adalah terjadinya globula atau gelembung yang lebih besar karena bergabungnya globula kecil b. Pemisahan fase diaperse dan fase continue. Hal ini disebabkan oleh perbedaan densitas dari globula dan continue fase. Kecepatan pemisahan ini dapat dihitung menggunakan hokum Skotes. d v ( ) g p 8

3 Proses ini dapat dipercepat jika terjadi agregasi dari globula atau partikel. Table 4.3 adalah tentang kecepatan pemisahan fase disperse. Table 4.3. Kecepatan pemisahan fase disperse pada produk susu. Persentase lemak yang terdapat pada fase lemak (q) per hari. q Produk Stokes (% per hari) Koreksi (% per hari) Pasteurisasi susu Homogenisasi susu Evaporasi susu Susu kental 60 0,4 0,4 0, 0, , 0, 0,4 0, c. Koalesensi. Bergabungnya globula atau partikel kecil menjadi partikel besar disebut coalesensi. Kecepatan koalesensi dipengaruhi oleh: - ukuran partikel (globula). Kecepatan coalesensi meningkat dengan kenaikan diameter dan globula. - jenis emulsifier. Low molekul emulsifier akan menurunkan stabilitas dan emulsi - suhu, ph dan ion strength Minggu Homogenisasi Homogenisasi adalah suatu proses untuk mengecilkan ukuran dari globula atau partikel yang terdispers dalam larutan. Tujuan homogenisasi adalah: a. untuk menghindari terjadinya fase disperse, missal: pemisahan lemak cacao, pemisahan lemak dalam susu b. memperbaiki stabilitas emulsi terhadap koalesensi c. memperbaiki rheologi bahan Alat yang digunakan adalah homogenisator yang terdiri dari pompa bertekanan tinggi untuk menekan cairan melewati lubang kecil. Adapun prinsip dari hamogenasisasi adalah cairan dipompa dengan kecepatan tinggi sehingga klep homogenisator yang menghalangi keluarnya cairan akan tertekan dan terbuka sedikit. Hal ini menyebabkan kecepatan aliran cairan (v ) tinggi. Menurut hokum Bernouli maka P v P v v : kecepatan aliran

4 ρ : densitas larutan index dan : sesudah dan sebelum klep homogenisator P : tekanan homogenisasi P >> P dan v << v maka P v max Dari persamaan tersebut diatas maka untuk P =0 Mpa, kecepatan maksimum yang melewati lubang klep adalah 00 m/s. - potensial energi cairan akan diubah menjadi energi kinetic. Energi kinetic ini berubah menjadi energi panas dan turbulensi. - Jika energi dissipasi ini adalah sama dengan P maka kenaikan suhu yang - disebabkan oleh proses homogenisasi adalah T P mc p Tabel 4.4. adalah efek homogenisasi pada susu Tekanan homogenisasi (Mpa) Kenaikan suhu ( o C) Jumlah globula lemak (µm -3 ) Diameter rata-rata d vs (µm) Maksimum diameter (µm) Luas permukaan A (m /ml susu) Distribusi factor C s (-) - 0,05 3,3 0 0,08 0,44,,8 0,7 3, 0,38 0,89,5 6,9 0,47,3 0,64 0, ,3,6 0,88 0, ,,, 0,85 Faktor yang mempengaruhi ukuran globula lemak adalah: a. Tipe homogenisator, terutama konstruksi dari klep homogenisator. Untuk tekanan homogenisasi yang sama maka lama tinggal bahan dalam klep homogenisator (t p ) dapat berbeda tergantung dari besar lubang klep yang dilalui. Energi density ε dapat dihitung: P t p b. Tekanan homogenisasi. Diameter rata-rata (d vs ) dapat dihitung dari persamaan berikut : log d vs = konstanta 0,6 log P sedangkan parameter pemisahan (H) apat dihitung sebagai berikut : log H = konstanta, log P

5 c. Perbandingan antara lemak dan emulfiser. Jika emulfiser tidak cukup untuk menutup seluruh permukaan globula lemak maka diameter rata-rata globula lemak (d vs ) dan relative distribusi factor (c s ) besar. d. Suhu. Suhu homogenisasi biasanya antara o C. homogenisasi pada suhu rendah mengakibatkan terjadinya Kristal lemak sehingga emulsi yang didapat akan jelek.