Sifat Reologi Emulsi HASIL DAN PEMBAHASAN

51

5. Sifat Reologi Emulsi

A. Pengaruh Laju Geser terhadap Viskositas Gambar 32. Pengaruh laju geser terhadap viskositas terukur gliserol 87 pada shear rate 10-300 1s, suhu 25°C dan waktu 10 menit Gambar 32 memperlihatkan viskositas gliserol 87 yang diukur dengan Rotovisco pada shear rate 10-300 1s selama 10 menit pada suhu 25ºC. Gilserol 87 tersebut diukur sebagai verifikasi pada alat Rotovisco yang digunakan, hal ini karena viskositas gliserol tersebut hampir sama dengan viskositas emulsi oil in water . Dari pengukuran diperoleh grafik yang lurus seperti dapat dilihat pada Gambar 32, hal ini menunjukkan bahwa sifat aliran gliserol adalah Newtonian. Fluida Newtonian menunjukkan perbandingan yang proporsional antara shear rate laju geser dan shear stress gaya geser. Nilai laju geser yang dikenakan pada gliserol 87 adalah 10-300 1s. Pemilihan nilai laju geser tersebut karena sesuai dengan kisaran viskositas yang terukur. Seperti dapat dilihat pada Lampiran 32 berbagai range nilai laju geser yang dapat digunakan untuk kisaran viskositas tertentu dengan menggunakan sensor NV. Viskositas yang terukur dari gliserol 87 nilainya berkisar antara 10-100 m.Pas, sehingga nilai laju geser 10-300 1s yang dikenakan akan menghasilkan data yang sebenarnya. Berdasarkan nilai viskositas terukur dari gliserol 87, dapat ditentukan nilai laju geser yang tepat untuk pengukuran emulsi oil in water. Pengaruh viskositas untuk mengetahui ketergantungannya terhadap shear rate pada emulsi oil in water dilakukan pada semua tingkat konsentrasi emulsifier 0,0000 0,0200 0,0400 0,0600 0,0800 0,1000 50 100 150 200 250 300 V is k os it as T er u k u r P a.s Laju Geser 1s 52 yaitu 0,55, 0,60, 0,65 dan 0,70 bv. Sensor yang digunakan adalah jenis NV, dimana sensor tersebut digunakan untuk mengukur reologi bahan pangan yang mempunyai viskositas rendah. Spesifikasi sensor NV dapat dilihat pada Lampiran 32. Gambar 33 . Pengaruh laju geser terhadap viskositas terukur emulsi oil in water minyak sawit merah yang diukur pada laju geser 10-400 1s, suhu 25 °C selama 10 menit Viskositas terukur emulsi oil in water diukur dengan menggunakan Viscometer Rotovisco RV20 pada laju geser 10-400 1s, suhu 25°C, dan waktu 10 menit. Dari Gambar 33 terlihat bahwa peningkatan laju geser akan menyebabkan penurunan viskositas terukur emulsi oil in water pada semua tingkat konsentrasi emulsifier. Sehingga emulsi oil in water memliki sifat aliran pseudoplastik. Semakin tinggi konsentrasi emulsifier, semakin tinggi juga viskositas yang terukur. Hal ini dikarenakan jenis emulsifier yang digunakan adalah CMC. Emulsifier CMC juga merupakan bahan penstabil yang menstabilkan dan mengentalkan, atau memekatkan makanan yang dicampur air untuk membentuk kestabilan yang baik Meyer, 1975. Dapat dilihat pada Gambar 33, viskositas pada konsentrasi 0,55 bv cenderung menunjukkan penurunan yang tidak signifikan sehingga dapat dikatakan bahwa jenis alirannya adalah pseudoplastik lemah. Sedangkan pada 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 100 200 300 400 V is ko si ta s P a .s Shear rate 1s 0,55 0,60 0,65 0,70 53 konsentrasi emulsifier lainnya yaitu konsentrasi 0,60, 0,65, dan 0,70 bv, penurunan viskositas yang terukur hampir sama. Garis pada Gambar 33 adalah model power law untuk semua tingkat konsentrasi emulsifier terpilih yang dapat dijelaskan menggunakan model power law sebagai berikut : µ app = Kγ n-1 Tabel 11 . Model pengaruh laju geser terhadap viskositas terukur emulsi oil in water minyak sawit merah pada berbagai tingkat konsentrasi emulsifier Konsentrasi bv K n-1 n R 2 persamaan 0,55 0,4156 -0,2370 0,7630 0,9939 Y=0,4156x -0,2370 0,60 0,9879 -0,2841 0,7159 0,9970 Y=0,9879x -0,2841 0,65 1,0111 -0,2976 0,7024 0,9965 Y=1,0111x -0,2976 0,70 1,3377 -0,3015 0,6985 0,9960 Y=1,3377x -0,3015 Berdasarkan nilai indeks perilaku aliran n seperti terlihat pada Tabel 11, menunjukkan bahwa semakin rendah konsentrasi emulsifier semakin berkurang sifat pseudoplastiknya. Hal ini ditunjukkan dengan semakin rendah konsentrasi emulsifier semakin besar nilai indeks tingkah laku aliran n. Sedangkan nilai konsistensi K pada Tabel 11 memperlihatkan kebalikan dari nilai n, semakin tinggi konsentrasi semakin besar pula nilai K. Sifat pseudoplastik menunjukkan sifat aliran dimana semakin tinggi laju geser yang diberikan maka nilai viskositas semakin menurun Sherman, 1983. Balmaceda et al., 1973 menyatakan bahwa persamaan umum power law merupakan suatu model yang tepat untuk menggambarkan perilaku aliran hidrokoloid dalam selang kondisi percobaan yang digunakan. Pada Gambar 33 juga menunjukkan bahwa viskositas terukur tertinggi diperoleh pada konsentrasi emulsifier yang paling tinggi yaitu 0,70 bv. Sedangkan pada viskositas terukur terendah diperoleh pada konsentrasi yang paling rendah pula yaitu 0,55 bv. Sifat pseudoplastik dari emulsi oil in water ini menguntungkan jika dilihat dari segi energi yang dibutuhkan untuk mengalirkannya, karena dibutuhkan energi 54 yang lebih kecil setelah fluida mengalir. Sehingga sangat baik untuk menghemat energi dalam proses pengolahan emulsi oil in water. Keuntungan dari larutan yang bersifat pseudoplastik adalah mudah dituang, dicampur atau dipompa, dan akan mempengaruhi sifat mouthfeel produk Dalbe dan Urlacher, 1992. Rha 1978 menyatakan bahwa ketergantungan viskositas terukur terhadap laju geser adalah merupakan sifat alami dari fluida. Perilaku pseudoplastik menunjukkan adanya perubahan struktur larutan yang mengakibatkan berkurangnya hambatan aliran bahan dengan adanya peningkatan laju geser. Glicksman 1969 juga berpendapat bahwa pada aliran pseudoplastik, laju geser yang tinggi cenderung meluruskan dan menyejajarkan arah gerakan molekul yang mengakibatkan menurunnya gaya gesekan dan hambatan untuk mengalir sehingga viskositas emulsi menurun. Sedangkan pada laju geser yang rendah, hanya sedikit molekul yang dapat diluruskan dan disejajarkan arah gerakkannya, sehingga pada kondisi ini viskositasnya meningkat. B. Pengaruh Suhu terhadap Viskositas Profil pemanasan terhadap emulsi oil in water dapat dilihat pada Gambar 34. Pada gambar tersebut memperlihatkan bahwa peningkatan suhu akan menurunkan viskositas terukur dari emulsi oil in water pada berbagai tingkat konsentrasi emulsifier. Gambar 34 . Pengaruh suhu terhadap viskositas terukur emulsi oil in water minyak sawit merah pada berbagai tingkat konsentrasi selama pemanasan dari suhu 298K sampai 363 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 295 305 315 325 335 345 355 V is k os it as P a.s Suhu K 0,55 0,60 0,65 0,70 55 Dari hasil analisis regresi curve fitting penurunan ini mengikuti model persamaan Arrhenius. Model umum pengaruh peningkatan suhu terhadap viskositas terukur emulsi oil in water adalah model Arrhennius : K = A exp -EaRT atau, ln K = ln A – EaRT Untuk bahan pangan non Newtonian, indeks konsistensi K dalam persamaan diatas dapat diganti dengan kekentalan terukur seperti yang diperlihatkan oleh Rao 1982 sebagai berikut : ln µ app = ln A – EaR Gambar 35 . Model hasil analisis pengaruh suhu terhadap viskositas terukur emulsi oil in water minyak sawit merah pada berbagai tingkat konsentrasi selama pemanasan dari suhu 298K sampai 363K Tabel 12 . Model efek pemanasan dari 25 °C sampai 90 °C terhadap viskositas terukur emulsi oil in water minyak sawit merah dengan laju geser 300 1s Konsentrasi bv A EaR Ea Kkalmol R 0,55 11,2702 2830,1975 5,6321 0,9915 0,60 11,2520 2880,4900 5,7322 0,9894 0,65 11,6028 3029,3134 6,0823 0,9879 0,70 11,9640 2930,1945 5,8310 0,9870 -3,6 -3,1 -2,6 -2,1 -1,6 0,002700 0,002800 0,002900 0,003000 0,003100 0,003200 0,003300 0,003400 Ln µ P a .s 1T 1K 0,55 0,60 0,65 0,70 56 Model hasil analisis pengaruh peningkatan suhu terhadap viskositas terukur emulsi oil in water minyak sawit merah pada berbagai tingkat konsentrasi emulsifier dapat dilihat pada Gambar 35 dan Tabel 12. Tabel 12 memperlihatkan bahwa energi aktivasi paling tinggi adalah emulsi dengan konsentrasi emulsifier 0,65 yaitu sebesar 6,0823 kkalmol. Sedangkan pada konsentrasi emulsifier 0,55 energi aktivasi pada emulsi yang dihasilkan paling rendah yaitu 5,6321kkalmol. Gambar 36 . Nilai energi aktivasi pada berbagai tingkat konsentrasi emulsifier terpilih emulsi oil in water minyak sawit merah Berdasarkan error bar pada Gambar 36, memperlihatkan bahwa konsentrasi emulsifier tidak berpengaruh secara nyata terhadap nilai energi aktivasi dari emulsi oil in water. Hal ini berarti pada berbagai tingkat konsentrasi emulsifier terpilih tidak berbeda jauh energi minimum yang harus dikeluarkan agar emulsi dapat mengalir. Dalam proses pengolahan pangan, energi minimum yang dimiliki oleh suatu bahan pangan berhubungan dengan biaya pengolahan. Semakin besar energi minimum suatu bahan maka akan membutuhkan biaya yang besar pula Holilah, 1998. Emulsi oil in water dengan berbagai tingkat konsentrasi emulsifier memiliki energi aktivasi yang masih berkisar antara 5-20 Kkalmol. Menurut Holdswort 1993 nilai Ea menunjukkan kemudahan suatu produk untuk mengalir. Bahan pangan yang memiliki energi aktivasi yang nilainya berkisar antara 5-20 Kkalmol merupakan kelompok pangan yang sangat mudah untuk mengalir dan 0,0000 1,0000 2,0000 3,0000 4,0000 5,0000 6,0000 7,0000 8,0000 0,50 0,55 0,60 0,65 0,70 0,75 N il a i e n e rg i a kt iv a si kk a lm o l Konsentrasi Emulsifier bv 57 dituang. Hal ini menunjukkan bahwa tipe emulsi oil in water yang dihasilkan merupakan emulsi yang mudah untuk dituang dan dialirkan. Menurunnya nilai-nilai energi aktivasi dapat dijelaskan dengan teori Eyring Vitali dan Rao, 1984 mengenai laju reaksi kekentalan. Disini dijelaskan bahwa energi aktivasi dari suatu proses aliran bahan diakibatkan karena terbentukknya suatu lubang atau extra space oleh molekul. Extra space ini merupakan jalan bagi molekul untuk dapat mengalir. Nilai koefisien determinasi r 2 pada emulsi oil in water Tabel 12. Pada tabel tersebut menunjukkan bahwa persamaan Arhennius sangat tepat dalam mendeskripsikan pengaruh suhu terhadap viskositas terukur pada semua tingkat konsentrasi emulsifier. Berdasarkan keseluruhan data yang diperoleh, disimpulkan bahwa pemanasan mempengaruhi viskositas terukur dari semua tingkat konsentrasi emulsifier pada emulsi oil in water minyak sawit merah. Peningkatan suhu pemanasan akan mengakibatkan semakin menurunnya viskositas terukur dari emulsi. Hal ini dikarenakan jenis emulsifier yang digunakan adalah CMC. CMC apabila dipanaskan maka kekentalan dari larutan CMC akan menurun. Penurunan kekentalan ini disebabkan oleh terjadinya kenaikan energi panas sehingga ikatan hidrogen pecah dan akibatnya air yang terikat pada rantai polimer menjadi lebih sedikit Glicksman, 1969. Penurunan kekentalan sebagai akibat meningkatnya suhu menggambarkan berkurangnya hambatan pada proses pemecahan struktur bahan Lang dan Rha, 1982. Bagleyt dan Christianson 1982 menyatakan bahwa pada laju geser yang tetap, gaya geser yang digunakan untuk menimbulkan laju geser pada suhu rendah lebih tinggi daripada gaya geser yang digunakan pada suhu tinggi. Hal mana juga didukung oleh Rha 1972, menyatakan bahwa suhu yang tinggi akan memutuskan ikatan antara molekul yang bergabung dan membentuk unit-unit yang lebih kecil yang memudahkan fluida mengalir. C. Pengaruh Lama Pengadukan pada Laju Geser Konstan Gambar 37 memperlihatkan Pengaruh lama pengadukan terhadap viskositas terukur emulsi oil in water minyak sawit merah pada berbagai tingkat 58 konsentrasi emulsifier. Pada gambar tersebut, terlihat grafik yang linear dari berbagai konsentrasi emulsifier. Hal ini menunjukkan bahwa viskositas terukur dari emulsi oil in water tidak dipengaruhi oleh lamanya waktu pengadukan. Emulsi oil in water diukur pada shear rate yang konstan yaitu 300 1s selam 30 menit pada suhu 25°C. Berdasarkan data yang diperoleh, pengaruh lama pengadukan tidak dapat digambarkan dengan model matematika. Emulsi oil in water yang dihasilkan menunjukkan bahwa tidak terbentuk struktur baru secara kontinu dan pada saat yang sama pengadukan tidak dapat memecah struktur. Keadaan ini menunjukkan keseimbangan struktur emulsi dimana pembentukkan struktur bersamaan dengan pemecahan struktur. Sehingga tidak terjadi perubahan viskositas seperti grafik yang terlihat linear pada Gambar 37. Gambar 37 . Pengaruh lama pengadukan terhadap viskositas terukur emulsi oil in water minyak sawit merah pada berbagai tingkat konsentrasi emulsifier Sifat aliran emulsi oil in water tidak menunjukkan perubahan terhadap lama pengadukan yang dilakukan selama 30 menit. Ada beberapa sifat aliran yang dapat menggambarkan pengaruh produk terhadap lama pengadukan, antara lain yaitu thixotropic dan rheopectic. Suatu fluida disebut thixotropic jika terjadi penurunan gaya geser dengan meningkatnya laju geser, sedangkan jika sebaliknya dikenal sebagai rheopectic. Bahan pangan yang menunjukkan sifat thixotropic diantaranya konsentrat jus, mayonnaise, yoghurt, emulsi lemak, mustard, dan susu 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 5 10 15 20 25 30 V is ko si ta s P a .s Waktu menit 0,55 0,60 0,65 0,70 59 kental manis. Biasanya viskositas akan menurun sejalan dengan lamanya pengadukan karena pecahnya struktur produk. Dalam beberapa kasus, produk dapat membentuk strukturnya kembali, jika pengadukan dihentikan. Tetapi pada beberapa produk strukturnya tidak bisa kembali lagi Holdsworth, 1993. Berdasarkan literature diatas, emulsi lemak termasuk dalam sifat thixotropic. Akan tetapi pada emulsi oil in water minyak sawit merah yang diteliti tidak menunjukkan sifat aliran thixotropic pada semua konsentrasi emusifier yang diujikan. Emulsi oil in water yang dihasilkan tidak terjadi pemisahan struktur bahan menjadi bagian-bagian yang lebih kecil. Dengan semakin bertambahnya waktu, pemecahan struktur emulsi tidak terjadi, sehingga kekentalan relatif tidak mengalami perubahan atau konstan. Ketergantungan pada waktu yaitu nilai viskositas terukur terhadap lama pengadukan thixotropic analog dengan ketergantungan pada laju geser. Faktor yang mempengaruhi perilaku thixotropic juga berpengaruh pada perilkau pseudoplastik. Hal ini disebabkan ketergantungan pada lama pengadukan, seperti ketergantungan pada laju geser yang merupakan hasil dari pembentukkan struktur sistem. Sifat aliran thixotropic menunjukkan adanya penyusunan atau pemisahan struktur yang kontinu yang menyebabkan turunnya nilai tahanan untuk mengalirkannnya Figoni dan Shoemaker, 1984. 6 . Penentuan Formula Terbaik Pada Tabel 13, memperlihatkan bobot dari masing-masing parameter serta rangking dari masing-masing formula terpilih. Pembobotan dari setiap parameter uji berdasarkan tingkatan yang dianggap paling penting atau berpengaruh terhadap formula. Bobot parameter uji yang paling besar 40 yaitu parameter dari uji stabilitas terhadap kandungan total karoten. Hal ini dikarenakan emulsi oil in water dari minyak sawit merah diharapkan kaya akan karoten. Parameter kestabilan terhadap warna bobot nilainya sebesar 25, karena warna juga merupakan salah satu faktor yang berpengaruh terhadap kestabilan dari emulsi oil in water. Apabila terjadi perubahan terhadap warna emulsi, hal ini merupakan salah satu indikasi ketidakstabilan emulsi. Diameter dan distribusi globula lemak memiliki bobot yaitu sebesar 20. 60 Uji stabilitas terhadap diameter dan distribusi globula lemak merupakan parameter yang cukup mempengaruhi terhadap stabilitas emulsi oil in water. Hal ini karena ketidakstabilan dari emulsi dapat dilihat dari ukuran globula lemaknya, dimana semakin besar ukuran globula lemaknya maka emulsi yang terbentuk semakin tidak stabil Tan, 2004. Tabel 13. Penentuan formula terbaik dari emulsi oil in water minyak sawit merah pada berbagai tingkat konsentrasi emulsifier Konsentrasi emulsifier Pembobotan Parameter Total Nilai Warna Bobot=25 Skor = 2,5 Total Katoten Bobot=40 Skor = 4 Diameter dan Distribusi Globula Lemak Bobot =20 Skor = 2 Sifat Reologi Bobot =15 Skor = 1,5 0,55 1 1 1 1 10 0,60 2 4 2 3 29,5 0,65 3 3 4 4 33,5 0,70 4 2 3 2 27 Keterangan : 1 = menunjukkan rangking paling rendah 4 = menunjukkan rangking paling tinggi Sifat reologi emulsi oil in water berkaitan dengan viskositas emulsi. Sifat reologi yang diujikan meliputi pengaruh laju geser, pengaruh pemanasan dan pengaruh pengadukan terhadap viskositas emulsi. Bobot parameter reologi sebesar 15. Bobot penilaiannya paling kecil karena pengujian reologi cukup hanya mengetahui kestabilan viskositas emulsi terhadap pengujian yang diberikan. Berdasarkan pengaruh laju geser, konsentrasi 0,65 memperoleh rangking paling tinggi. Hal ini karena viskositasnya tidak terlalu kental tetapi juga tidak terlalu encer. Dimana apabila viskosita emulsi terlalu kental, emulsi tidak mudah dituang sebaliknya emulsi yang terlalu encer kestabilannya juga rendah. Berdasakan pengaruh pemanasan, konsentrasi emulsifier 0,55 energi akitivasinya paling rendah, akan tetapi berbagai konsentrasi emulsifier yang diujikan tidak berpengaruh nyata terhadap energi aktivasi. Sedangkan berdasarkan pengadukkan, 61 hasil yang diperoleh pada berbagai formula terpilih adalah sama. Pengadukkan tidak berpengaruh terhadap viskositas emulsi oil in water minyak sawit merah. Sehingga berdasakan keseluruhan data pengujian disimpulkan bahwa konsentrasi emulsifier 0,65 memperoleh rangking paling tinggi terhadap parameter sifat reologinya. Berdasarkan Tabel 13, disimpulkan bahwa formula emulsi dengan nilai terendah 10 adalah formula emulsi dengan konsentrasi emulsifier 0,55. Sedangkan formula emulsi yang memiliki nilai tertinggi 33,5 adalah emulsi dengan konsentrasi emulsifier 0,65. Sehingga formula terbaik yang dipilih sebagai emulsi oil in water minyak sawit merah adalah formula emulsi dengan konsentrasi CMC 0,65.

V. KESIMPULAN DAN SARAN

A. KESIMPULAN

Hasil penelitian menunjukkan bahwa jenis emulsifier terpilih yang digunakan sebagai agen pengemulsi pada emulsi oil in water minyak sawit merah adalah Carboxymethylcellulose CMC. Rasio air dan minyak yang paling stabil digunakan untuk pembentukkan emulsi oil in water adalah rasio air dan minyak 6 : 4. Sedangkan konsentrasi yang menunjukkan tingkat kestabilan paling tinggi diantara konsentrasi yang diujikan adalah konsentrasi emulsifier 0,55, 0,60, 0,65 dan 0,70 bv. Uji stabilitas emulsi terhadap warna menunjukkan bahwa terdapat konsentrasi yang paling stabil selama penyimpanan. Konsentrasi yang paling stabil yaitu 0,65 dan 0,70 bv. Konsentrasi tersebut stabil terhadap warna yang meliputi semua parameter warna yaitu nilai L, a, b, °h, dan ∆E. Sedangkan berdasarkan kestabilan terhadap nilai total karoten. Konsentrasi yang memiliki kestabilan terbaik yaitu konsentrasi 0,60, 0,65 dan 0,70 bv. Hal ini dilihat dari nilai k laju degradasi karoten yang lebih kecil. Berdasarkan uji stabilitas terhadap diameter dan distribusi globula lemak emulsi. Pada semua tingkat konsentrasi emulsifier terpilih tidak menunjukkan perbedaan nyata terhadap kestabilan diameter dan distribusi globula lemak emulsi oil in water. Emulsi oil in water memiliki sifat aliran yang pseudoplastik, dimana sifat pseudoplastik semakin berkurang dengan menurunnya konsentrasi emulsifier yang ditunjukkan oleh meningkatnya nilai indeks perilaku aliran n. Pemanasan berpengaruh terhadap viskositas terukur dari larutan emulsi oil in water minyak sawit merah pada semua tingkat konsentrasi emulsifier terpilih. Semakin tinggi suhu pemanasan, semakin menurun viskositas terukur dari emulsi. Berdasarkan energi akitivasinya, pada semua tingkat konsentrasi emulsifier tidak terdapat perbedaan yang nyata. Sedangkan pengaruh lama pengadukan tidak mempengaruhi viskositas emulsi oil in water minyak sawit merah pada semua tingkat konsentrasi emulsifier yang diujikan.