pengemulsitetiestiasih.lecture.ub.ac.id/files/2014/09/3.-pengemulsi.pdf · pengemulsi yang...

Kimia Pangan II - Teti Estiasih 1

PENGEMULSI


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


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


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


Gugus

kepala

Gugus

ekor

Ikatan ester


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


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


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


antarmuka

Globula lemak Gugus

kepala polar

Gugus ekor

nonpolar

Fase akueous


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


Posisi protein pada antarmuka

train

loop

globula lemak

antarmuka

Fase akueous

tail


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


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


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


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


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


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


JENIS-JENIS

PENGEMULSI


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)


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


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)


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


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


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


Polysorbate 80: termasuk ke dalam polisorbat/polioksietilen sorbitan



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


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.


4. Pengemulsi polihidrat

Ada dua yaitu:

Polyglycerol esters

Sucrose esters


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


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


Olestra


Alternative Margarine



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


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


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


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


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


Hyrophillic/Lipophillic

Balance (HLB)


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.


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


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+


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


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



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



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


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.


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.


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.


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.


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


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?

pengemulsitetiestiasih.lecture.ub.ac.id/files/2014/09/3.-pengemulsi.pdf · pengemulsi yang...

Documents