pengemulsitetiestiasih.lecture.ub.ac.id/files/2014/09/3.-pengemulsi.pdf · pengemulsi yang...
TRANSCRIPT
Kimia Pangan II - Teti Estiasih 1
PENGEMULSI
Kimia Pangan II - Teti Estiasih 2
Emulsi Pangan (Food Emulsions)
Telah ada sejak manusia mengolah makanan, seperti susu
Akan tetapi, baru-baru ini saja pengemulsi diketahui fungsinya sebagai penstabil emulsi
Pengemulsi yang digunakan pertama kali adalah pengemulsi alami seperti telur, fosfolipid, dan protein susu.
Penggunaan pengemulsi sintetis baru digunakan 50 tahun terakhir
Kimia Pangan II - Teti Estiasih 3
Antarmuka
Antarmuka (interface) merupakan bagian dari sistem pangan yang unik
Ada beberapa jenis antarmuka: Cairan-cairan (emulsi)
Udara/gas-cairan (buih)
Padatan-cairan (dispersi)
Udara/gas-padatan (busa)
Antarmuka bersifat tidak stabil dan dapat distabilkan dengan menggunakan pengemulsi atau surfaktan
Kimia Pangan II - Teti Estiasih 4
Struktur Pengemulsi
Sejumlah 500.000 ton pengemulsi digunakan di seluruh dunia
Pengemulsi atau surfaktan (surfactant, surface active agent) mempunyai dua jenis gugus dalam satu molekul
1. Gugus kepala yang bersifat hidrofilik berada pada fase akueous
2. Gugus ekor yang bersifat hidrofobik berada pada fase minyak
Surfaktan memposisikan dirinya ada pada antarmuka air-minyak
Mampu menurunkan tegangan antarmuka
Kimia Pangan II - Teti Estiasih 5
Gugus
kepala
Gugus
ekor
Ikatan ester
Kimia Pangan II - Teti Estiasih 6
Gugus kepala polar
Merupakan berbagai gugus dengan sifat fungsional beragam, umumnya berupa gugus hidroksil atau karboksil
Bisa berasal dari gula (sukrosa, glukosa, dll), gula alkohol (sorbitol), dan gliserol
Bisa bersifat anionik, kationik, amfoterik, atau nonionik
Kimia Pangan II - Teti Estiasih 7
Gugus ekor
Gugus ekor pengemulsi biasanya terdiri dari C16:0 (asam palmitat) atau asam lemak dengan rantai lebih panjang
Asam lemak dengan rantai lebih pendek seperti asam laurat mudah terhidrolisis menyebabkan bau sabun
Asam lemak yang tidak jenuh yang digunakan biasanya adalah asam oleat
Asam linoleat jarang digunakan karena mudah teroksidasi
Asam lemak penyusun pengemulsi biasanya asam stearat, asam palmitat, asam oleat, asam linoleat, atau campurannya
Kimia Pangan II - Teti Estiasih 8
Jika asam stearat dan palmitat
mendominasi, ester bersifat padat dengan
titik leleh relatif tinggi
Jika asam oleat dan linoleat mendominasi,
ester bersifat cair pada suhu ruang
Umumnya lemak yang dihidrogenasi
parsial digunakan untuk mendapatkan
pengemulsi dengan sifat plastis
Kimia Pangan II - Teti Estiasih 9
antarmuka
Globula lemak Gugus
kepala polar
Gugus ekor
nonpolar
Fase akueous
Kimia Pangan II - Teti Estiasih 10
Protein sebagai pengemulsi
Protein dapat berperan sebagai pengemulsi karena mempunyai aktivitas permukaan akibat adanya asam amino lipofilik seperti fenilalanin, leusin, dan isoleusin
Pada antarmuka, bagian lipofilik berada pada fase minyak dan bagian hidrofilik pada fase akueous
Protein dapat membentuk struktur “loop” yang dapat mencegah flokulasi dan koalesensi
Protein yang bermuatan juga dapat menstabilkan emulsi akibat droplet menjadi bermuatan
Kimia Pangan II - Teti Estiasih 11
Posisi protein pada antarmuka
train
loop
globula lemak
antarmuka
Fase akueous
tail
Kimia Pangan II - Teti Estiasih 12
Pengemulsi sebagai BTM
Di AS pengemulsi dibagi dua: GRAS dan direct food additives
Bahan yang yang dinyatakan sebagai GRAS (generally recognized as safe) (21CFR184)
Direct food additives (21CFR172)
CFR = Code of Food Regulation
CFR pengaturannya lebih ketat dibandingkan GRAS
Kimia Pangan II - Teti Estiasih 13
Pengemulsi yang dinyatakan GRAS
Pengemulsi 21CFR No. Fungsi Contoh
aplikasi Lesitin 184.1400 Ko-pengemulsi,
penurun viskositas Margarin, produk
cokelat
Monogliserida 184.1505 Pengemulsi, aerator,
penstabil kristal Margarin, whipped
toppings,
penstabil mentega
kacang
Ester asam
diasetiltartarat dari
monogliserida
184.1101 Pengemulsi,
pembentuk lapisan
(film former)
Produk panggang,
permen, produk
analog susu
Garam monosodium
dari monogliserida
fosfat analog
184.1521 Pengemulsi,
pelumas (lubricant),
release agent
Produk susu,
permen lunak
Kimia Pangan II - Teti Estiasih 14
Pengemulsi yang dinyatakan sebagai
direct food additives
Pengemulsi 21CFR
No.
Fungsi Contoh aplikasi
Lactylated
monoglycerides
172.850 Pengemulsi,
plastisisasi,
surfaktan
Produk panggang, whipped
toppings
Acetylated
monoglycerides
172.828 Film former,
moisture barrier
Fruits, nuts, pizza
Succinylated
monoglycerides
172.830 Pengemulsi,
penguat adonan
Shortening, roti
Ethoxylated
monoglycerides
172.834 Pengemulsi,
penstabil
Cake, whipped toppings,
frozen dessert
Sorbitan
monostearate
172.842 Pengemulsi,
rehydrating agent
Penyalut permen, cakes,
icing
Kimia Pangan II - Teti Estiasih 15
Pengemulsi yang dinyatakan sebagai direct food additives
Pengemulsi 21CFR No. Fungsi Contoh aplikasi
Polysorbates 172.836
172.838
172.840
Pengemulsi,
pengeruh,
solubizer, wetting
agent
Salad dressing, coffee
whiteners, gelatins, es krim
Polyglycerol esters 172.854 Pengemulsi,
aerator, pencegah
kekeruhan
Icings, salad oil, mentega
kacang, fillings
Sucrose ester of
fatty acids
172.859 Pengemulsi,
texturizer, film
former
Baked goods, fruit coating,
permen
Calcium and sodium
stearoyl lactylates
172.844
172.846
Pengemulsi,
dough
conditioners,
whipping agents
Roti, kopi whiteners, icings,
dehydrated potato
Propylene glycol
esters
172.858 Pengemulsi,
aerator
Cake mixes, whipped
toppings
Kimia Pangan II - Teti Estiasih 16
Fungsi pengemulsi yang lain
Fungsi Pengemulsi Contoh
Whipping (aerating) agent Whipped toppings
Dispersant Flavors, vitamin
Dough conditioner Bread, buns, rolls
Defoamer Yeast and sugar
manufacturing
Starch complexer Macaroni, pasta
Crystallization inhibitor Salad oil
Antistaling agent Yeast raised baked goods
Kimia Pangan II - Teti Estiasih 17
Fungsi pengemulsi yang lain
Fungsi Pengemulsi Contoh
Antisticking agent Candy, chewing gum
Antispattering agent Margarine, frying shortening
Freeze-thaw stabilizer Frozen toppings and cofee
whiteners
Gloss enhancer Confectionary coatings
Cloud formers Beverages
Hydrating agent Powdered milk drink
Dispersion stabilizers Peanut butters
Encapsulating agent Flavors, aroma
Kimia Pangan II - Teti Estiasih 18
JENIS-JENIS
PENGEMULSI
Kimia Pangan II - Teti Estiasih 19
Diklasifikasikan menjadi
1. Monogliserida (monoglycerides)
2. Turunan monogliserida (monoglyceride
derivatives)
3. Turunan sorbitan (sorbitan derivatives)
4. Pengemulsi polihidrat (polyhidric emulsifiers)
5. Pengemulsi anionik (anionic emulsifiers)
6. Lesitin (lecithins)
Kimia Pangan II - Teti Estiasih 20
1. Monogliserida
Paling banyak digunakan
Umumnya monogliserida
Sangat lipofilik dengan nilai HLB antara 1-10
Dihasilkan dari proses transesterifikasi dari gliserol dengan trigliserida
Digunakan pada produk bakery products, frozen desserts, icings, toppings, and peanut butter
Kimia Pangan II - Teti Estiasih 21
2. Turunan monogliserida
Merupakan hasil derivatisasi monogliserida melalui:
1. Etoksilasi, ethoxylated monoglyceride (EMG)
2. Esterifikasi dengan suksinil anhidrida, succinyl monoglyceride (SMG)
3. Esterifikasi dengan diasetil tartarat, diacetyl tartaric ester of monoglyceride (DATEM)
4. Esterifikasi dengan propilen glikol, propylene glycol monoester (PGME)
5. Esterifikasi dengan asam laktat, lactylated monoglycerides (LacMG)
6. Esterifikasi dengan asam asetat, acetylated monoglycerides (AcMG)
Kimia Pangan II - Teti Estiasih 22
Fungsi turunan monogliserida
Dough strengtheners seperti SMG, EMG,
DATEM. Dough strengtheners ditambahkan
pada adonan roti untuk meningkatkan
kemampuan gluten menahan gas selama
proofing dan pemanggangan
tending emulsifier yaitu pengemulsi yang
membentuk lapisan padat pada antarmuka
minyak-air pada kondisi tertentu yaitu suhu
rendah dan konsentrasi tinggi
Kimia Pangan II - Teti Estiasih 23
Digunakan terutama pada produksi cake
Larut dalam shortening dan berkontribusi terhadap emulsifikasi oleh shortening
Meningkatkan inkorporasi udara pada fase lemak
Berperan penting karena membentuk lapisan padat pada antarmuka minyak-air
Menstabilkan emulsi, tetapi terutama mencegah destabilisasi foam yang distabilisasi protein selama pengadukan
tending emulsifier
Kimia Pangan II - Teti Estiasih 24
3. Turunan sorbitan
Hasil reaksi antara gula alkohol sorbitol dengan asam lemak dengan adanya katalis
Ada dua kelompok: ester sorbitan dan polisorbat
Yang terjadi adalah sorbitol membentuk lima cincin dengan C yang keenam yang mengandung hidroksil teresterifikasi dengan asam lemak (membentuk ester sorbitan)
Tiga gugus hidroksil yang lain dapat bereaksi dengan etilen oksida membentuk turunan polioksietilen sorbitan. Polioksietilen sorbitan membentuk ester dengan asam lemak menjadi polisorbat
Sobitan monolaurat: termasuk ke dalam ester sorbitan
Kimia Pangan II - Teti Estiasih 25
Polysorbate 80: termasuk ke dalam polisorbat/polioksietilen sorbitan
Kimia Pangan II - Teti Estiasih 26
Kimia Pangan II - Teti Estiasih 27
a. Polisorbat
Polyoxyethylene esters of sorbitan monoesters
Polysorbate 60
polyoxyethylene sorbitan monostearate or TWEEN 60 - HLB = 14.9
oil toppings, cake mixes, and cake icing
Polysorbate 65
polyoxyethylene sorbitan monooleate
Permitted in ice cream, frozen custard
Polysorbate 80
polyoxyethylene sorbitan tristearate
Special dietetic foods, fat soluble vitamin
Kimia Pangan II - Teti Estiasih 28
b. Sorbitan ester
Merupakan ester dari sorbitol dengan asam
lemak
Yang banyak digunakan dalah sorbitan
monostearat, sorbitan monooleat, dan
sorbitan tristearat
Sorbitan monostearate approved for food
use
Soluble in oil, low HLB = 4.7
used in conjunction with polysorbates in
oil toppings, cake mixes, etc.
Kimia Pangan II - Teti Estiasih 29
4. Pengemulsi polihidrat
Ada dua yaitu:
Polyglycerol esters
Sucrose esters
Kimia Pangan II - Teti Estiasih 30
a. Polyglycerol esters
Aplikasi di industri pangan beragam
Disintesis dengan memanaskan gliserol pada kondisi alkali, dan terjadi interesterifikasi dengan asam lemak dari trigliserida pada struktur gliserol
Gliserol yang digunakan beragam berupa trigliserol (n=3), heksagliserol (n=6), oktagliserol (n=8), dan dekagliserol (n=10)
Nilai HLB bergantung pada panjang rantai gliserol dan tingkat esterifikasi
Misal: dekagliserol monostearat mempunyai HLB=14, sedangkan trigliserol monostearat mempunyai HLB=3,6
Kimia Pangan II - Teti Estiasih 31
b. Ester Sukrosa
Sukrosa mempunyai gugus hidroksil
bebas yang tinggi yang berpotensi
mengalami esterifikasi
Senyawa yang mengandung 6 atau lebih
asam lemak dalam sukrosa merupakan fat
substitutes yang disebut Olestra dan tidak
bersifat sebagai pengemulsi
Sukrosa dan sukrosa ester
Kimia Pangan II - Teti Estiasih 32
Olestra
Kimia Pangan II - Teti Estiasih 33
Alternative Margarine
Kimia Pangan II - Teti Estiasih 34
Kimia Pangan II - Teti Estiasih 35
5. Pengemulsi anionik
Selain SMG dan DATEM, telah digunakan
sebagai dough strengtheners
Yang paling banyak digunakan adalah SSL
(sodium stearoyl lactylate)
Contoh lain adalah sodium stearoyl fumarate
dan sodium dodecyl sulfate (SDS)
SSL dan fumarat digunakan untuk dough
conditioners, SDS untuk melarutkan protein
Kimia Pangan II - Teti Estiasih 36
Stearoyl Lactylates
an ionic, hydrophylic emulsifier
lactic acid ester of monoglyceride with sodium or
calcium
form strong complex with gluten in starch and
especially valuable in baked products
Kimia Pangan II - Teti Estiasih 37
6. Lecithin
A mixture of phospholipids including phosphatidyl
cholines, phosphatidyl ethanolamines, inositol phosphatides,
etc
Can be chemically modified by provide a wide range of HLB
values for various applications
widely used in baked goods, low-fat baked goods, chocolate, instant
foods, confectionery products, and cooking spray
Modified from Champe & Harvey, Biochemistry, 2nd Edition, Fig. 18.2.
Net Negative Charge
Phosphatidic Acid
Choline Headgroup
Neutral
Net Negative Charge
Neutral
Net Negative Charge
-
Net Negative Charge
A 2nd glycerol-based
phospholipid.
38 Kimia Pangan II - Teti Estiasih
Kimia Pangan II - Teti Estiasih 39
Emulsifier Usage in U.S. (millions of pounds)
Emulsifier Bread Cake mix M,SD,S* Total
Mono&Di 116 23 30.5 200
Lecithins 1 10 42.5
MG 13.2 0.5 2.5 25
Polysorb. 1.5 1 .75 8
CSL/SSL 27 .75 .25 30
SorbMS .1 2
PG ester 10 1.8 14.3
*Margarine, salad dressings, shortenings
Kimia Pangan II - Teti Estiasih 40
Product % of total US
Bread and Rolls 49
Cake Mixes 11
Cookies and crackers 7
Sweet goods and icings 3
Margarine, dressings, shortenings 14
Confectionaries 6
Deserts and toppings 3
Dairy products 3
Emulsifier Usage
Kimia Pangan II - Teti Estiasih 41
Hyrophillic/Lipophillic
Balance (HLB)
Kimia Pangan II - Teti Estiasih 42
Hydrophillic-Lipophillic Balance
(HLB)
This is a concept for choosing emulsifiers.
The value of HLB ranges from 1-20.
Low HLB emulsifiers are soluble in oil
while high HLB emulsifiers are soluble in
water.
Kimia Pangan II - Teti Estiasih 43
Bancroft's Rule
The type of emulsion (i.e. oil in water or water in oil) is dictated by the emulsifier and that the emulsifier should be soluble in the continuous phase.
Low HLB emulsifier's are soluble in oil and give rise to water in oil emulsions
High HLB emulsifiier/s are soluble in water and good for oil in water emulsions
Kimia Pangan II - Teti Estiasih 44
Solubility and HLB
Solubility HLB Range
No dispersability in water 1-4
Poor Dispersion in water 3-6
Milky appearance 6-8
Stable milky appearance 8-10
Tanslucent to clear dispersion 10-13
Clear solution 13+
Kimia Pangan II - Teti Estiasih 45
HLB VALUES OF SOME FOOD EMULSIFIERS
EMULSIFIER HLB VALUE
Oleic acid 1.0
Acetylated monoglycerides 1.5
Sorbitan trioleate 1.8
Glycerol dioleate 1.8
Sorbitan tristearate 2.1
Propyleneglycol monostearate 3.4
Glycerol Monoleate 3.4
Glycerol monostearate 3.8
Kimia Pangan II - Teti Estiasih 46
HLB VALUES OF SOME FOOD
EMULSIFIERS EMULSIFIER HLB VALUE
Acetylated monoglycerides (stearate) 3.8
Sorbitan monooleate 4.3
Propylene glycol monolaurate 4.5
Sorbitan monostearate 4.7
Calcium stearoxyl-2-lactylate 5.1
Glycerol monolaurate 5.2
Sorbitan monopalmitate 6.7
Soy lecithin 8.0
Kimia Pangan II - Teti Estiasih 47
HLB VALUES OF SOME FOOD
EMULSIFIERS EMULSIFIER HLB VALUE
Diacetylated tartaric acid esters
of monoglycerides 8.0
Sodium Stearoyl lactylate * 8.3
Sorbitan monolaurate ) 8.6
Polyoxyethylene (20) sorbitan tristearate 10.5
Polyoxyethylene (20) sorbitan trioleate 11.0
Polyoxyethylene (20) sorbitan monostearate 14.9
Sucrose monolaurate 15.0
Polyoxyethylene (20) sorbitan monooleate 15.0
Polyoxyethylene (20) sorbitan monopalmitate 15.6
Kimia Pangan II - Teti Estiasih 48
HLB VALUES OF SOME FOOD
EMULSIFIERS
EMULSIFIER HLB VALUE
Sodium Stearoyl lactylate 8.3
Sorbitan monolaurate 8.6
Polyoxyethylene (20) sorbitan tristearate 10.5
Polyoxyethylene (20) sorbitan trioleate 11.0
Polyoxyethylene (20) sorbitan monostearate 14.9
Sucrose monolaurate 15.0
Polyoxyethylene (20) sorbitan monooleate 15.0
Polyoxyethylene (20) sorbitan monopalmitate 15.6
Kimia Pangan II - Teti Estiasih 49
Kimia Pangan II - Teti Estiasih 50
Kimia Pangan II - Teti Estiasih 51
Grady's Rules
1. For emulsions, if you don't have A clue, use at 5% of the fat.
2. Use unsaturated emulsifiers with unsaturated fats.
3. Mixtures work better than a single emulsifier when stabilizing foams and emulsions.
Kimia Pangan II - Teti Estiasih 52
Grady's Rules
7. Emulsifier forms affect functionality.
flakes vs powder vs hydrates vs gels
8. Many functions are due to affects on polymorphism.
9. Emulsifier preparations frequently contain unsaturation and may be an important contributor to off flavors.
10. Emulsifier preparations are seldom pure and thus variation from manufacturer to manufacturer may be substantial.
Kimia Pangan II - Teti Estiasih 53
Grady's Rules
4. Bancroft's Rule
Emulsion Stability Is Favored By Solubility In The Continuous Phase i.e. High HLB----> oil/water
Low HLB-----> water/oil
5. HLB and most other rules go out the window when protein and (sometimes) polysaccharides enter the system.
6. Only saturated monoglycerides complex with starch.
Kimia Pangan II - Teti Estiasih 54
Grady's Rules
11. When you find a non-obvious usage of emulsifiers, the function is often related to interaction with starch or protein.
12. Order of addition may be very important.
13. Processing steps like homogenization may substantially change the function of emulsifiers.
Kimia Pangan II - Teti Estiasih 55
LATIHAN SOAL
1. Dari produk pangan berikut ini, identifikasi apakah produk tersebut memerlukan pengemulsi. Jika pengemulsi diperlukan, apa peran pengemulsi dalam produk tersebut serta jenis pengemulsi mana yang sesuai.
a. Susu bubuk
b. Susu kental manis
c. Coklat bubuk
d. Kopi instan
e. Nuget
f. Roti
g. Es krim
Kimia Pangan II - Teti Estiasih 56
2. Suatu perusahaan krimer kopi mengalami masalah produk krimer yang dihasilkan berserabut ketika diseduh. Apa penyebabnya dan bagaimana cara mengatasinya?
3. Suatu perusahaan susu bubuk rasa coklat mengalami masalah yaitu setelah susu diseduh terjadi pemisahan sehingga terbentuk dua lapisan yaitu lapisan bening berwarna coklat tua di bagain bawah dan lapisan coklat muda keruh di bagian atas. Menurut Sudara apa penyebabnya? Bagaimana cara mengatasinya?
4. Perusahaan emulsi minyak ikan membuat formla dengan kadar minyak 30%. Apa jenis pengemulsi yang tepat? Berapa kisaran HLB yang dibutuhkan? Berapa jumlah pengemulsi yang dibutuhkan? Apakah penstabil dibutuhkan?