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.