More Rheology in Action

  What is Rheology????

• We encounter rheology in our daily life!
• We eat breakfast, perhaps using a range of spreads for toast, or perhaps we eat yoghurt with pieces of fruit suspended it.
• We all have squeezed toothpaste tubes, kneaded bread dough or tried to rub skin lotion on our leg
• Rheology is simply one way of describing those sensations!

  Elisa Julianti - FP- USU Elisa Julianti - FP- USU What is Rheology???? Rheology in Daily Life

• Ilmu rheology berhubungan dengan fluida dan sifat-sifat struktural dari bahan mentah, produk antara, ingradien (BTM) dan produk akhir dari bahan pangan dan industri pharmaceutical.
• Konsumen menggunakan pengujian sifat- sifat reologi untuk mengetahui tekstur

  We normally take for granted a lot of things in life and produk. these include some of the “rheological events”. The pictures show the different roles of rheology in food and nonfood products. Can you think of other examples?

  Elisa Julianti - FP- USU Elisa Julianti - FP- USU Rheology in Action More Rheology in Action Prinsip-prinsip reologi diperlihatkan pada gambar di atas.

  Rheology bertujuan untuk mengukur sifat-sifat dari How do you like the sauce to flow? Liquid food products bahan yang mengendalikan perilaku deformasi should be formulated to display desired rheological (perubahan bentuk) dan alirannya jika diberikan gaya behaviour, e.g. easy to pour from the bottle, but flow in dari luar (dituang, dihirup/dihisap, disendok dll). controlled manner and recover the viscosity upon pouring on the plate.

  Elisa Julianti - FP- USU Elisa Julianti - FP- USU Rheology “inaction” “Rheologically Pleasant”

• Produk cair diformulasi dengan sifat aliran atau kekentalan yang diinginkan. Apa yang terjadi jika sifat
• Consumers are informed, for instance, that products are reologi produk tidak diformulasikan dengan benar ??? “thick and creamy” as well as “new and improved”, because such rheological properties are more pleasing to the eye and mouth,

  Elisa Julianti - FP- USU Elisa Julianti - FP- USU But….. Do I Really Need to Learn Rheology??

  Rheologically “Balanced” YES !

• Bagi para ahli teknologi pangan, pengetahuan

  mengenai rheology penting agar dapat mengerti bagaimana proses pengolahan dapat mempengaruhi karakteristik tekstur seperti kemudahan untuk dituang dan mouthfeel.

• Pengukuran sifat rheology dapat membantu pemahaman
• This product is a jelly drink – it is formulated in such a mengenai viskositas dan elastisitas dari bahan pangan manner that it can be sucked through a straw. Notice yang dipengaruhi oleh perubahan komposisi, how the gel/fruit beads are suspended nicely in the pengolahan dan penyimpanan.

  “liquid” jelly.

  Elisa Julianti - FP- USU Elisa Julianti - FP- USU But….. Do I Really Need to Learn Rheology?? But….. Do I Really Need to Learn Rheology??

• Model matematik dari perilaku rheology dapat • Data rheology membantu ahli teknologi pangan dan memprediksikan performans dari bahan selama teknik tanaman dalam mendisain proses yang lebih pengolahan. Hal ini penting dalam pengolahan dimana efisien dan efektif (oki penting untuk membuat defenisi bahan pangan biasanya dialirkan. mengenai rheology…)
• Pengukuran sifat rheologi dapat memberikan penentuan mutu yang cepat dan dapat digunakan sebagai alat Now……..let’s define “rheology” pengendalian mutu pangan.

  Elisa Julianti - FP- USU Elisa Julianti - FP- USU

  Defenition of Rheology Defenition of Rheology

• Reologi adalah :

   Ilmu yang mempelajari perubahan bentuk dan aliran bahan

• Rheology berasal dari bahasa Yunani rheos = mengalir

   Ilmu yang mempelajari hubungan antara stress dan strain

• Ahli filosofi Yunani Heracitus menggambarkan rheo
• Stress :

  sebagai “ Panta rei” – sesuatu yang mengalir (jika

   intensitas/besarnya komponen gaya yang bekerja pada

  ditunggu dalam waktu cukup lama). benda

   dinyatakan dengan Gaya dibagi luas (F/A)

• Rheology mengukur sifat-sifat bahan
• Strain :

  mengendalikan perilaku deformasi dan aliran bahan jika

   perubahan bentuk benda akibat gaya yang diberikan diberikan gaya dari luar. kepada benda tersebut

   Non dimensional  Dinyatakan dalam % atau ratio

• Sifat reologi adalah sifat fisik produk pangan/hasil pertanian yang berkaitan dengan deformasi bentuk akibat terkena gaya mekanis

  Elisa Julianti - FP- USU Elisa Julianti - FP- USU

SIFAT-SIFAT REOLOGI

  1. KEKENTALAN

• Penting dalam :
• Kekentalan Penting dalam produk berbentuk cair,  Uji mutu dan standarisasi mutu
• Elastisitas kental, gel dan plastis

   Pengendalian proses selama pengolahan

• Kelengketan

   Petunjuk kandungan zat tertentu Contoh : dodol, jam, jelly, gelatin, madu

• Plastis

  Misal : - kandungan gula pada nira

• Lentur syrup, susu, margarin, mentega,
• kemurnian cairan minyak
• Kenyal, dsb krim, minyak goreng dsb.  Petunjuk adanya kerusakan

   rusak Misal : - pada pektin, gelatin, agar-agar : encer

• susu : kental  rusak Dapat diukur : - secara fisik

  Berbeda dan tidak dapat • Menyatakan hambatan (resistensi) terhadap pengaliran produk saling menggantikan • Digunakan untuk produk cair/encer seperti air, minuman sirup,

• organoleptik minyak
• Untuk produk seperti dodol, gula kental, adonan roti, jem, agar- agar dan gelatin digunakan istilah konsistensi
• Konsistensi : hambatan (resistensi) terhadap deformasi produk plastis  untuk produk sangat kental atau adonan

  Elisa Julianti - FP- USU Elisa Julianti - FP- USU

JENIS-JENIS PRODUK KENTAL

• Deformasi Vs pengaliran produk ??? sebenarnya sama, karena deformasi juga merupakan bentuk aliran, • Berdasarkan sifat alirannya dibedakan atas : tapi aliran yang sangat lambat dengan arah aliran yang tidak
• Cairan/fluida Newtonian menentu
• cairan/fluida Non Newtonian • Kekentalan atau konsistensi disebabkan oleh gaya kohesi antar partikel atau antar molekul yang mengikat partikel/molekul.

  FLUIDA/PRODUK NEWTONIAN

• Lawan kental = encer yaitu sifat mudah mengalir

   produk kental/cair yang kekentalannya tidak dipengaruhi oleh

• Mengalir = proses dimana tiap-tiap partikel atau molekul dalam besarnya atau meningkatnya gaya untuk mengalirkan atau benda tersebut bergerak pada arah yang sama menggerakkannya.
• Plastis : sifat benda yang mudah mengalami perubahan bentuk kekentalan akibat gaya mekanis ( shear force )

   digunakan untuk produk cair atau kental

• Dalam produk pangan, pengertian plastis diutamakan untuk produk padat yang mudah mengalami perubahan pentuk tanpa menjadi rusak

  Contoh : dodol, agar, jam, mentega Gaya/Shear

  Kekentalan pada produk Newtonian dinyatakan dengan viskositas

  Elisa Julianti - FP- USU ) Elisa Julianti - FP- USU

  Newtonian (

• Contoh produk Newtonian :
• Susu Total solid : 8.36 – 29.07%
• Juice buah encer _o brix)

  Jus apel yang didepektinasi (15-75 _o Jus jeruk (10-18 brix) _o Jus anggur (15-50 brix)

• Produk telur  = /

  Telur utuh (tidak beku) Putih telur yang distabilisasi Kuning telur Kuning telur yang diberi gula atau garam

• Larutan gula
• Madu  Sirup jagung

  Elisa Julianti - FP- USU Elisa Julianti - FP- USU

   Kekentalan untuk produk non newtonian dinyatakan dengan

FLUIDA/PRODUK NON NEWTONIAN

  a) viskositas apparent ( a  adalah perbandingan antara shear stress ( ) dengan shear

   adalah produk kental yang kekentalannya berubah

  ) rate/laju geser (

  dengan meningkatnya gaya pengaliran  berdasarkan pola perubahan kekentalan dibedakan n

  Shear thinning fluids atau pseudoplastis  )

  atas : a = k (

  a. produk pangan plastis

  atau

  b. produk pangan pseudoplastis Contoh : susu segar, santan, krim cair

   - 

  a = ( o )/ Bingham atau Bingham pseudoplastis

  c. produk dilatan Contoh : mentega kacang, dispersi tepung/pati,

  n = indeks perilaku aliran

  gula kental

  k = indeks konsistensi fludia Perbedaan viskositas ( ) dengan viskositas apparent ( ) :

  a

   Pada  nilainya berubah dengan berubahnya laju geser ( )

  a

   Oleh karena itu untuk menyatakan nilai  harus disebutkan

  a Elisa Julianti - FP- USU Elisa Julianti - FP- USU -nya.

  berapa nilai  Berdasarkan ketergantungantungannya terhadap waktu produk non

  kekentalan

  newtonian dibedakan atas :  Time Independent : pada suhu konstan hanya tergantung pada shear rate  Time Dependent : juga tergantung pada lamanya gaya yang diberikan

  Gaya/Shear

   Time independent dibedakan atas :

  B. Produk Plastis  Shear thinning (pseudoplastis)  Shear thickening (dilatan)

  kekentalan kekentalan

  Pangan pseudoplastis banyak dijumpai  Dilatan jarang ditemui Contoh : suspensi pati jagung, madu dari pohon Eucalyptus ficifolia,

  Eucalyptus eugeniodes Eucalyptus corymbosa, Opuntia Gaya/Shear Gaya/Shear engelmanni

  D. Produk Dilatan

  C. Produk Pseudolastis

  Elisa Julianti - FP- USU Elisa Julianti - FP- USU

• Produk Non Newtonian yang Time Dependent dibedakan atas :
• Fluida Thixotropic - Fluida Rheopectic

  P P ₂ V _{Daerah penghambatan Daerah pengaliran Daerah Pengaruh untuk keluar}

  Elisa Julianti - FP- USU

  Fluida Plate

   Sudut cone (radian) cone

  o

  3. Plate and Cone Viscometer

  Elisa Julianti - FP- USU

  Fluida yang diuji

  Silinder luar Silinder dalam

  r ⁱ r ^o

  Gelembung udara

  1 L D Elisa Julianti - FP- USU

  1. Viskometer Aliran Kapiler

• Uji organoleptik  dengan panelis
• Alat :
• Viskometer  Kaplier  Couvette (silinder konsentris)  Plate and Cone  Piringan Paralel - Rheometer

  Elisa Julianti - FP- USU

  Elisa Julianti - FP- USU

   Pada laju geser tertentu, viskositas meningkat dengan semakin bertambahnya waktu  Contoh untuk bahan pangan : whipped cream  Jarang ditemukan

  Fluida Rheopectic

   Pada laju geser tertentu, viskositas menurun dengan semakin bertambahnya waktu  Contoh : susu kental manis, mayonaise, putih telur

  Fluida Thixotropic :

  Elisa Julianti - FP- USU

  Coklat leleh Mustard Krim Telur yang dibekukan Putih telur yang belum distabilisasi Pure buah dan sayur Larutan gum konsentrasi tinggi Konsentrat protein

  Brix) Juice markisa (15.6 – 33.4 ^o Brix) Orange Juice (60-65 ^o Brix)

  Concentrated Fruit Juice/Juice buah kental Juice apel yang tidak didepektinisasi (50-65 ^o

  Tabel 1. Contoh Produk Pangan shear thinning (Pseudoplastis)

• Contoh : Ostwald Viscometer • Terbuat dari gelas dan bekerja dengan prinsip gravitasi
• Digunakan untuk fluida newtonian
• Untuk fluida non newtonian harus didisain agar dapat berjalan pada kisaran aliran yang luas

PENGUKURAN KEKENTALAN

2. Couette Flow Viscometer

• Contoh : Rotovisco model RV 00, RV2, RV3
• Tdd sebuah piring datar dan sebuah cone (kerucut)
• Sudut cone  3
• Silinder luar dan dalam dapat diputar, tapi jika silinder luar diputar maka terjadi aliran turbulen pada kecepatan tini

4. Paralel Plate Geometry

  2. SIFAT LENGKET DAN KEMPAL

  h

• Sifat lengket ( Sticky) : sifat deformasi bentuk yang dipengaruhi oleh gaya kohesi dan adhesi

   • Jika gaya kohesi dan gaya adhesi sama-sama tinggi  produk lengket

• Jika gaya kohesi yang tinggi :

   Produk kempal, tidak mudah pisah atau lepas  Diinginkan pada kue basah, nasi pulen, dodol, serabi, roti basah  Tidak diinginkan pada kentang bakar, mash potato

• Sifat mudah pisah pada produk tertentu disebut masir (meally, fluory), contoh : salak, ubi rebus, kentang bakar

  Elisa Julianti - FP- USU Elisa Julianti - FP- USU

  3. Sifat Kenyal atau Elastis

• Gaya adhesi yang tinggi menyebabkan produk lengket di tangan, bahan pembungkus atau wadahnya  disebut lengket
• Sifat kenyal (

  firmness ) dan mulur (elastis) merupakan sifat reologi

   Tidak dikehendaki tentang daya tahan untuk lepas atau pecah  Untuk menghindarinya ditambahkan zat anti lengket pada

• Lawan dari sifat lengket bagian luar produk
• Kenyal adalah daya tahan untuk pecah akibat gaya tekan Misal : - garam sodium, potasium
• Elastis adalah gaya tahan untuk putus akibat gaya tarik
• sodium dan potasium hexacyanoferat (II)
• kalsium silikat Kenyal Vs Keras  Sama-sama menyatakan tahan untuk pecah
• trikalsium fosfat

   Kenyal untuk produk yang plastis yang bersifat deformasi  Keras untuk produk padat yang tidak bersifat deformasi  Pada pengukuran kekerasan, gaya tekan akan memecahkan produk padat dan pecahnya langsung dari bentuk asli tanpa didahului

   disebut nilai kekerasan deformasi bentuk  Pada pengukuran kekenyalan : gaya tekan mula-mula menyebabkan deformasi bentuk baru kemudian memecahkan produknya.

  Elisa Julianti - FP- USU Elisa Julianti - FP- USU

PRODUK PANGAN PADAT

• Pada pengukuran elastisitas produk, gaya yang dipakai _{PRODUK PANGAN PLASTIS} adalah gaya tarik yaitu gaya yan bekerja pada arah

  Produk

  putusnya produk

  pangan plastis

  Gaya ini mula-mula menyebabkan deformasi produk yang menjadikan produk meregang dan memanjang kemudian menyebabkan putusnya produk ke arah memanjang. Besarnya gaya tarik yan memutuskan benda disebut

  Elastisitas Gaya Tarik

  c. Elastis

  a. Keras

  b. Kenyal

  Elisa Julianti - FP- USU Elisa Julianti - FP- USU

  Elisa Julianti - FP- USU