emulsifikasi pangan

EMULSIFIKASI PANGAN

Oleh : Haiyul Fadhli

1. Emulsifikasi
Prinsip emulsifikasi
Air dan minyak selamanya tidak akan bisa menyatu. Jika kita hendak mencampurkan keduanya, maka dalam sekejap keduanya akan memisah kembali. Hal ini terjadi karena adanya perbedaan tingkat polaritas di antara dua zat tersebut. Air merupakan molekul yang memiliki gugus polar. Sedangkan minyak merupakan zat yang memiliki gugus non polar. Perbedaan ini menyebabkan keduanya tidak bisa menyatu, karena gugus polar hanya bisa bersatu dengan gugus polar, sedangkan gugus non polar hanya bisa bersatu dengan gugus non polar.
Protein memiliki gugus polar di satu sisi dan memiliki gugus non polar di sisi lain. Oleh karena itu ujung polar akan berikatan dengan air dan non polarnya berikatan dengan lemak. Maka terjadilah emulsi yang menyebabkan keduanya kelihatannya seperti bercampur.
Makanan atau minuman olahan yang terdiri dari lemak/minyak dan air secara bersamaan maka di dalamnya pasti ada bahan pengemulsi. Sebab jika tidak ditambahkan bahan tersebut maka akan terjadi pemisahan antara keduanya.
Emulsi adalah suatu sistem yang terdiri dari dua fase cairan yang tidak saling melarut, di mana salah satu cairan terdispersi dalam bentuk globula-globula di dalam cairan lainnya. Cairan yang terpecah menjadi globula-globula dinamakan fase terdispersi, sedangkan cairan yang mengelilingi globula-globula dinamakan fase kontinyu atau medium dispersi.
Aktivitas emulsi protein adalah kemampuan protein mengambil bagian dalam pembentukan emulsi dan dalam menstabilkan emulsi yang baru terbentuk. Kapasitas emulsi adalah kemampuan larutan atau suspensi protein untuk mengemulsikan minyak. Sedangkan stabilitas emulsi adalah kemampuan droplet emulsi untuk tetap terdispersi tanpa mengalami koalesens, flokulasi, dan creaming. Emulsi pangan dapat berupa oil in water (O/W) atau water in oil (W/O).
Protein merupakan surface active agents yang efektif karena memiliki kemampuan untuk menurunkan tegangan interfasial antara komponen hidrofobik dan hidrofilik pada bahan pangan. Untuk memproduksi emulsi yang stabil, harus dipilih protein yang larut, memiliki grup bermuatan, dan memiliki kemampuan untuk membentuk film kohesif yang kuat.
Berdasarkan mekanisme hidrofobisitas, protein ampifilik yang memiliki hidrofobisitas permukaan yang tinggi diadsorpsi pada permukaan minyak/air. Protein yang diadsorpsi ini menurunkan tegangan interfasial yang membantu terbentuknya emulsi. Protein dengan kandungan asam amino non polar yang tinggi (lebih dari 30% dari total asam amino) menunjukkan aktivitas emulsi dan daya buih yang tinggi, namun memiliki daya gel yang rendah.
Beberapa faktor yang mempengaruhi sifat emulsi protein, yaitu:
1. Konsentrasi protein: Stabilitas emulsi dipengaruhi oleh jumlah protein dalam preparasi
2. Nilai pH: Beberapa protein memiliki daya emulsi yang optimal pada titik isoelektriknya seperti putih telur dan gelatin, sementara beberapa memiliki daya emulsi yang optimal pada pH yang jauh dari titik isoelektrik seperti protein kacang dan kedelai.
3. Kekuatan ion: Adanya garam menurunkan potensial repulsi elektrostatik dan dapat menurunkan stabilitas emulsi.
4. Perlakuan panas: Suhu merupakan faktor kritis dalam pembentukan emulsi. Pemanasan menyebabkan peningkatan penampakan viskositas pada beberapa protein, yang mempengaruhi sifat emulsi dari protein ini.
Beberapa proses dapat menyebabkan ketidakstabilan emulsi. Ketidakstabilan emulsi ini disebabkan oleh agregasi, koalesens, flokulasi, dan creaming. Koalesen menyebabkan terjadinya peningkatan ukuran droplet dan volume fase serta perubahan viskositas. Flokulasi dan koagulasi disebabkan oleh fenomena ukuran droplet lemak. Interaksi antara droplet lemak ini menyebabkan terjadinya flokulasi. Creaming disebabkan karena adanya perbedaan densitas antara fase minyak dan air. Droplet dengan ukuran lebih kecil dari 0,5 mm tidak menyebabkan creaming, karena itu reduksi ukuran droplet dapat menurunkan kemungkinan terjadinya creaming.
Fungsi-fungsi pengemulsi pangan dapat dikelompokkan menjadi tiga golongan utama yaitu :
a. Untuk mengurangi tegangan permukaan pada permukaan minyak dan air, yang mendorong pembentukan emulsi dan pembentukan kesetimbangan fase antara minyak, air dan pengemulsi pada permukaan yang memantapkan antara emulsi.
b. Untuk sedikit mengubah sifat-sifat tekstur, awetan dan sifat-sifat reologi produk pangan, dengan pembentukan senyawa kompleks dengan komponen-komponen pati dan protein.
c. Untuk memperbaiki tekstur produk pangan yang bahan utamanya lemak dengan
mengendalikan keadaan polimorf lemak.
Sistem kerja emulsifier berhubungan erat dengan tegangan permukaan antara kedua fase (tegangan interfasial). Selama emulsifikasi, emulsifier berfungsi menurunkan tegangan interfasial sehingga mempermudah pembentukan permukaan interfasial yang sangat luas. Bila tegangan interfasial turun sampai di bawah 10 dyne per cm, maka emulsi dapat dibentuk. Sedangkan bila tegangan interfasial mendekati nilai nol, maka emulsi akan terbentuk dengan spontan.
Berikut ini adalah contoh-contoh emulsifier yang umum digunakan dalam bahan pangan :
a.Mono dan Diglycerides, dikenal juga dengan istilah discrete substances.
b.Stearoyl Lactylates, merupakan hasil reaksi dari steric acid dan lactic acid, selanjutnya diubah ke dalam bentuk garam kalsium dan sodium. Bahan pengemulsi ini sering digunakan dalam produk-produk bakery.

Metoda pengukuran
1. Dengan pengenceran fase.
Setiap emulsi dapat diencerkan dengan fase externalnya. Dengan prinsip tersebut, emulsi tipe o/w dapat diencerkan dengan air sedangkan emulsi tipe w/o dapat diencerkan dengan minyak.
2. Dengan pengecatan/pemberian warna.
Zat warna akan tersebar rata dalam emulsi apabila zat tersebut larut dalam fase external dari emulsi tersebut. Misalnya (dilihat dibawah mikroskop)
- Emulsi + larutan Sudan III dapat memberi warna merah pada emulsi tipe w/o, karena sudan III larut dalam minyak
- Emulsi + larutan metilen blue dapat memberi warna biru pada emulsi tipe o/w karena metilen blue larut dalam air.
3. Dengan kertas saring.
Bila emulsi diteteskan pada kertas saring , kertas saring menjadi basah maka tipe emulsi o/w, dan bila timbul noda minyak pada kertas berarti emulsi tipe w/o.
4. Dengan konduktivitas listrik
Alat yang dipakai adalah kawat dan stop kontak, kawat dengan K ½ watt lampu neon ¼ watt semua dihubung- kan secara seri. Lampu neon akan menyala bila elektroda dicelupkan dalam cairan emulsi tipe o/w, dan akan mati dicelupkan pada emulsi tipe w/o

2. Foaming (Buih)
Buih dapat didefinisikan sebagai sistem dua fase yang mengandung udara, yang dipisahkan dengan lapisan kontinu yang tipis yang disebut fase lamellar. Buih protein pada permukaan merupakan sistem yang kompleks, mengandung campuran gas, cairan, padatan, dan surfaktan. Distribusi ukuran buih mempengaruhi penampakan tekstur produk. Protein yang banyak digunakan sebagai pembentuk buih adalah putih telur, gelatin, kasein, protein kedelai, protein susu, dan gluten. Protein pembentuk buih harus memiliki sifat-sifat berikut: dapat membentuk buih secara padat pada konsentrasi rendah, efektif pada kisaran pH yang luas, efektif pada media yang mengandung inhibitor buih seperti lemak, alkohol, atau substansi flavor.
Pembentukan buih terdiri dari 3 tahap yaitu: tahap protein globular berdifusi ke dalam permukaan udara-air dan menurunkan tegangan permukaan; tahap terbuka-nya lipatan protein pada permukaan; dan tahap interaksi polipeptida untuk membentuk film dengan denaturasi dan koagulasi parsial. Protein teradsorpsi pada permukaan dan membentuk film yang stabil mengelilingi buih dan membentuk buih.

Faktor-faktor yang mempengaruhi daya buih protein adalah sebagai berikut :
1. Nilai pH. Pada titik isoelektrik atraksi elektrostatik maksimum, viskositas dan rigiditas meningkat dan buih yang stabil terbentuk.
2. Konsentrasi protein. Buih yang dibentuk pada konsentrasi protein yang tinggi lebih tebal dan stabil karena adanya peningkatan ketebalan film interfasial.
3. Whipping aids. Whipping aids dapat ditambahkan pada protein untuk meningkatkan kapasitas buih menurunkan kerusakan protein akibat pengeringan dan pemanasan. Whipping aids komersial yang biasa digunakan adalah trietil sitrat dan gliseril triasetat. Etanol banyak digunakan sebagai whipping aids pada Industri bir. Sukrosa dengan konsentrasi 20% digunakan untuk melindungi putih telur selama pasteurisasi dan pengeringan. Penambahan NaCl mempengaruhi kapasitas buih protein karena garam mempengaruhi kelarutan, viskositas, unfolding, dan agregasi protein.
4. Inhibitor buih. Inhibitor buih merupakan substansi yang tidak larut air dan dapat menyebabkan rusaknya film protein. Lemak dalam jumlah yang rendah (0,1%) dapat menyebabkan rusaknya daya buih protein.

Metoda pengukuran daya buih dan stabilitas buih
Metoda Taylor dan Bigbe (1973) yaitu dengan cara menghitung penambahan volume melalui pengocokan dengan mixer pada kecepatan sedang kemudian diteruskan dengan kecepatan tinggi masing-masing selama 90 detik.
Metoda pengukuran stabilitas buih yaitu dengan menghitung perbandingan volume buih pada 30 menit dan 5 menit yang dihasilkan dengan melakukan pengocokan dengan menggunakan mixer pada kecepatan sedang kemudian dilanjutkan dengan kecepatan tinggi masing-masing selama 90 detik.

3. Penerapan modifikasi fungsional dari protein
Penerapan metode kimia dan enzimatis untuk memodifikasi sifat kimia dan fungsional dari protein makanan memiliki sejarah panjang dari penggunaan, modifikasi protein secara kimiawi dan enzimatis sering dilakukan untuk memperbaiki sifat-sifat fungsionalnya, yaitu kelarutan, kapasitas penyerapan air, sifat pengemulsian, dan pembuihan. Modifikasi secara kimiawi dapat dilakukan dengan cepat dan biaya rendah, namun berperah terhadap nilai gizinya. Sedangkan modifikasi secara enzimatis membutuhkan jenis enzim dan kondisi proses yang spesifik, meskipun pengaruhnya terhadap nilai gizi kecil. seperti digambarkan oleh modifikasi enzimatik protein susu untuk menghasilkan yogurt dan keju

a. Keju
Keju berasal dari protein susu (kasein) yang digumpalkan, kemudian dicetak. Penggumpalan kasein dapat terjadi akibat aktivitas enzim renin ataupun aktifitas bakteri asam laktat. Penambahan asam laktat ke dalam susu akan menyebabkan kasein menggumpal dan menimbulkan cita rasa serta aroma keju. Bakteri asam laktat yang biasa digunakan dalam proses pembuatan keju adalah Lactobacillus dan Streptococcus.
b. Yoghurt
Yoghurt merupakan minuman susu asam yang dibuat dengan cara menambahkan bakteri laktat, misalkan Strptococcus Thermophilus dan Lactobacillus bulgaricus ke dalam susu. Bakteri laktat berfungsi untuk mengumpulkan protein susu dan meningkatkan citarasa serta aroma yoghurt.
Pada pembuatan yoghurt, susu dipasteurisasi terlebih dahulu, kemudian sebagian besar lemaknya dibuang. Mikroorganisme yang digunakan adalah bakteri asam laktat L. bulgaricus atau S. thermophikus. Kedua bakteri tersebut ditambahkan pada susu dalam jumlah yang seimbang, lalu disimpan dalam suhu 45˚C selama lima jam. Dalam penyimpanan ini pH turun menjadi 5,5 akibat aktifitas bakteri asam laktat. Setelah proses ini, susu didinginkan dan dapat ditambahkan cita rasa buah jika diinginkan
c. Roti
Pembuatan roti memerlukan mikroorganisme Saccharomyces cerevisiae. Mikroorganisme tersebut akan memfermentasikan gula di dalam adonan menjadi CO dan alkohol sehingga adonan mengembang. Dalam proses ini, ragi tidak memecah tepung menjadi gula karena tidak menghasilkan enzim amilase. Selain untuk mengembangkan dan meberikan rasa saat dipanggang, uap CO hasil fermentasi ragi juga meninggalkan tekstur yang khas dan menyebabkan roti menjadi ringan
d. Mentega
Dalam pembuangan mentega, mikroorganisme yang digunakan adalah Streptococcus lactis dan Leuconostoc cremoris yang membantu proses pengasaman. Setelah itu, susu ditambahkan dengan cita rasa tertentu,kemudian lemak mentega dipisahkan. Pengadukan lemak mentega menghasilkan mentega yang siap makan.
e. Kecap
Pembuatan kecap memerlukan jamur Aspergillus oryzae. Jamur ini ditimbulkan dalam kulit gandum terlebih dahulu. Selanjutnya, jamur bersama-sama dengan bakteri asam laktat yang tumbuh pada kedelai yang sudah dimasak akan menghancurkan campuran gandum. Setelah melalui fermentasi karbohidrat yang cukup lama maka dihasilkan kecap