2 TINJAUAN PUSTAKA
2.1
Karagenan Karagenan merupakan polisakarida yang diekstraksi dari rumput laut merah
dari jenis Chondrus, Euchema, Gigartina, Hypnea, Iradea dan Phyllophora. Karagenan dibedakan dengan agar berdasarkan kandungan sulfatnya (Hall 2009). Jumlah
dan
posisi
sulfat
membedakan
macam-macam
polisakarida
Rhodophyceae, polisakarida tersebut harus mengandung 20% sulfat berdasarkan berat kering untuk diklasifikasikan sebagai karagenan (FAO 2007). Karagenan bukan biopolimer tunggal, tetapi campuran dari galaktangalaktan linear yang mengandung sulfat dan larut dalam air. Galaktan-galaktan tersebut
terhubung
oleh
3-β-D-galaktopiranosa
(G-units)
dan
4-α-D-
galktopiranosa (D-units) atau 4-3,6-anhidrogalaktosa (DA-units), membentuk unit pengulangan disakarida dari karagenan. Galaktan yang mengandung sulfat diklasifikasikan berdasarkan adanya 3,6-anhidrogalaktosa serta posisi dan jumlah golongan sulfat pada strukturnya (Imeson 2010). Kappa karagenan tersusun dari α(1,3)-D-galaktosa-4-sulfat dan β(1,4)-3,6-anhidro-D-galaktosa. Karagenan juga mengandung D-galaktosa-2-sulfat ester (Hall 2009). Karagenan komersil memiliki kandungan sulfat 22-38% (w/w). Karagenan dijual dalam bentuk bubuk, warnanya bervariasi dari putih sampai kecoklatan bergantung dari bahan mentah dan proses yang digunakan. Karagenan yang umumnya ada di pasaran terdiri atas
2 tipe, yaitu refined karagenan dan
semirefined karagenan. Semirefined karagenan dibuat dari spesies rumput laut Euchema yang banyak terdapat di Indonesia dan Filipina. Semirefined karagenan mengandung lebih banyak bahan yang tidak larut asam (8-15%) dibandingkan refined karagenan (2%) (Fahmitasari 2004). Struktur molekul karagenan dapat dilihat pada Gambar 1.
5
Gambar 1 Struktur molekul karagenan (a) kappa karagenan, (b) iota karagenan dan (c) lambda karagenan (Hall 2009). 2.2
Sifat Dasar Karagenan Sifat dasar karagenan terdiri dari tiga tipe karagenan yaitu kappa, iota dan
lambda karagenan. Tipe karagenan yang paling banyak dalam aplikasi pangan adalah kappa karagenan. Sifat-sifat karagenan meliputi kelarutan, viskositas, pembentukan gel dan stabilitas pH. 2.2.1 Kelarutan Kelarutan karagenan dalam air dipengaruhi oleh beberapa faktor diantaranya tipe karagenan, temperatur, pH, kehadiran jenis ion tandingan dan zat-zat terlarut lainnya. Gugus hidroksil dan sulfat pada karagenan bersifat hidrofilik sedangkan gugus 3,6-anhidro-D-galaktosa lebih hidrofobik. Lambda karagenan mudah larut pada semua kondisi karena tidak memiliki unit 3,6-anhidro-D-galaktosa dan mengandung gugus sulfat yang tinggi. Karagenan jenis iota bersifat lebih hidrofilik karena adanya gugus 2-sulfat yang dapat menetralkan 3,6-anhidro-Dgalaktosa yang bersifat kurang hidrofilik. Karagenan jenis kappa kurang hidrofilik karena lebih banyak memiliki gugus 3,6-anhidro-D-galaktosa (Imeson 2010). Karakteristik daya larut karagenan juga dipengaruhi oleh bentuk garam dari gugus ester sulfatnya. Jenis sodium umumnya lebih mudah larut, sementara jenis potasium lebih sukar larut. Karagenan memiliki kemampuan membentuk gel pada
6
saat
larutan
panas
menjadi
dingin.
Proses
pembentukan
gel
bersifat
thermoreversible, artinya gel dapat mencair pada saat pemanasan dan membentuk gel kembali pada saat pendinginan (Gliksman 1983; Imeson 2000). 2.2.2 Stabilitas pH Karagenan dalam larutan memiliki stabilitas maksimum pada pH 9 dan akan terhidrolisis pada pH dibawah 3,5. Kondisi proses produksi karagenan dapat dipertahankan pada pH 6 atau lebih. Hidrolisis asam akan terjadi jika karagenan berada dalam bentuk larutan, hidrolisis akan meningkat sesuai dengan peningkatan suhu. Larutan karagenan akan menurun viskositasnya jika pHnya diturunkan dibawah 4,3 (Imeson 2000). Kappa dan iota karagenan dapat digunakan sebagai pembentuk gel pada pH rendah, tetapi tidak mudah terhidrolisis sehingga tidak dapat digunakan dalam pengolahan pangan. Penurunan pH menyebabkan terjadinya hidrolisis dari ikatan glikosidik yang mengakibatkan kehilangan viskositas. Hidrolisis dipengaruhi oleh pH, temperatur dan waktu. 2.2.3 Viskositas Viskositas adalah daya aliran molekul dalam sistem larutan. Viskositas suatu hidrokoloid dipengaruhi oleh beberapa faktor yaitu konsentrasi karagenan, temperatur, jenis karagenan, berat molekul dan adanya molekul-molekul lain. Jika konsentrasi karagenan meningkat maka viskositasnya akan meningkat secara logaritmik. Viskositas larutan karagenan terutama disebabkan oleh sifat karagenan sebagai polielektrolit. Gaya tolakan (repulsion) antar muatan-muatan negatif sepanjang rantai polimer yaitu gugus sulfat, mengakibatkan rantai molekul menegang. Karena sifat hidrofiliknya, polimer tersebut dikelilingi oleh molekulmolekul air yang termobilisasi, sehingga menyebabkan larutan karagenan bersifat kental. Adanya garam-garam yang terlarut dalam karagenan akan menurunkan muatan bersih sepanjang rantai polimer. Penurunan muatan ini menyebabkan penurunan gaya tolakan (repulsion) antar gugus-gugus sulfat, sehingga sifat hidrofilik polimer semakin lemah dan menyebabkan viskositas larutan menurun. Viskositas larutan karagenan akan menurun seiring dengan peningkatan suhu
7
sehingga terjadi depolimerisasi yang kemudian dilanjutkan dengan degradasi karagenan. 2.2.4 Pembentukan gel Menurut Fardiaz (1989), pembentukan gel adalah suatu fenomena penggabungan atau pengikatan silang rantai-rantai polimer sehingga terbentuk suatu jala tiga dimensi bersambungan. Selanjutnya jala ini menangkap atau mengimobilisasikan air didalamnya dan membentuk struktur yang kuat dan kaku. Sifat pembentukan gel ini beragam dari satu jenis hidrokoloid ke jenis lain, tergantung pada jenisnya. Gel mempunyai sifat seperti padatan, khususnya sifat elastis dan kekakuan. Kappa-karagenan dan iota-karagenan merupakan fraksi yang mampu membentuk gel dalam air. Karagenan memiliki kemampuan membentuk gel pada saat
larutan
panas
menjadi
dingin.
Proses
pembentukan
gel
bersifat
thermoreversible, artinya gel dapat mencair pada saat pemanasan dan membentuk gel kembali pada saat pendinginan (Gliksman 1983; Imeson 2000). Proses pemanasan dengan suhu yang lebih tinggi dari suhu pembentukan gel akan mengakibatkan polimer karagenan dalam larutan menjadi random coil (acak). Bila suhu diturunkan, maka polimer akan membentuk struktur double helix (pilinan ganda) dan apabila penurunan suhu terus dilanjutkan polimer-polimer ini akan terikat silang secara kuat dan dengan makin bertambahnya bentuk heliks akan terbentuk agregat yang bertanggung jawab terhadap terbentuknya gel yang kuat. Jika diteruskan, ada kemungkinan proses pembentukan agregat terus terjadi dan gel akan mengerut sambil melepaskan air. Proses terakhir ini disebut sineresis (Fardiaz 1989). Kemampuan pembentukan gel pada kappa dan iota karagenan terjadi pada saat larutan panas yang dibiarkan menjadi dingin karena mengandung gugus 3,6 -anhidrogalaktosa. Adanya perbedaan jumlah, tipe dan posisi gugus sulfat akan mempengaruhi proses pembentukan gel. Kappa karagenan dan iota karagenan akan membentuk gel hanya dengan adanya kation-kation tertentu seperti K+, Rb+ dan Cs+. Potensi membentuk gel dan viskositas larutan karagenan akan menurun dengan menurunnya pH, karena ion H+ membantu proses hidrolisis ikatan glikosidik pada molekul karagenan (Angka dan Suhartono 2000).
8
Konsistensi gel dipengaruhi beberapa faktor antara lain: jenis dan tipe karagenan, konsistensi, adanya ion-ion serta pelarut yang menghambat pembentukan hidrokoloid. 2.2.5 Sifat fungsional karagenan Karagenan
berperan
sangat
penting sebagai
stabilisator
(pengatur
keseimbangan), thickener (bahan pengentalan), pembentuk gel, pengemulsi dan lain-lain (Imeson 2010). Sifat ini banyak dimanfaatkan dalam industri makanan, obat-obatan, kosmetik, tekstil, cat, pasta gigi dan industri lainnya. Penambahan karagenan (0,01-0,05%) pada es krim berfungsi sebagai stabilisator yang sangat baik. Penambahan
karagenan dapat mencegah
pengendapan coklat pada susu coklat dan pemisahan es krim serta meningkatkan kekentalan kekentalan lemak dan pengendapan kalsium (Winarno 1996). Karagenan dapat berfungsi sebagai pengikat, melindungi koloid, penghambat sineresis dan flocculating agent. Karagenan termasuk senyawa hidrokoloid yang banyak digunakan untuk meningkatkan sifat-sifat tektur dan kestabilan suatu cairan produk pangan (Distantina et al. 2009). 2.3
Nangka Nangka merupakan tanaman asli India yang kini telah menyebar ke seluruh
dunia, terutama Asia Tenggara. Nangka adalah nama sejenis pohon, sekaligus buahnya. Pohon nangka termasuk ke dalam suku Moraceae. Dalam bahasa Inggris, nangka dikenal sebagai Jackfruit. Menurut Iswanto (2008), nangka dengan nama latin Artocarpus heterophyllus memiliki klasifikasi sebagai berikut: Kingdom
: Plantae
Divisi
: Magnoliophyta
Kelas
: Magnoliopsida
Ordo
: Urticales
Famili
: Moraceae
Genus
: Artocarpus
Spesies
: Artocarpus heterophyllus
9
Gambar 2 Buah nangka (Artocarpus heterophyllus) (Anonim 2011). Pohon nangka (Artocarpus heterophyllus) memiliki tinggi 10-15 m, batangnya tegak, berkayu, bulat, kasar dan berwarna hijau kotor. Daun nangka (Artocarpus heterophyllus) tunggal, berseling, lonjong, memiliki tulang daun yang menyirip, daging daun tebal, tepi rata, ujung runcing, panjang 5-15 cm, lebar 4-5 cm, tangkai panjang lebih kurang 2 cm dan berwarna hijau. Buah berwarna kuning ketika masak, oval, dan berbiji coklat muda. Daging buah nangka yang sesungguhnya adalah perkembangan dari tenda bunga, berwarna kuning keemasan apabila masak, berbau harum manis yang keras, berdaging terkadang berisi cairan (nektar) yang manis. Biji berbentuk bulat lonjong sampai jorong agak gepeng, panjang 2-4 cm, tertutup oleh kulit biji yang tipis coklat seperti kulit, endokrap yang liat keras keputihan, dan eksokrap yang lunak. Tanaman nangka merupakan tanaman yang potensial untuk dikembangkan. Banyak manfaat yang dapat diambil dari tanaman ini. Hampir semua bagian tanaman ini dapat dimanfaatkan. Daging buah nangka yang tebal seringkali diekstrak, dibersihkan, dan dijual dalam keadaan ekstrak segar. Beberapa produk olahan daging buah nangka yang umum dijumpai adalah: jus, wajik, pasta, dodol, keripik, sirop, dan produk awetan dalam kaleng. Saat ini juga telah dikembangkan penelitian mengenai proses pembuatan bubuk konsentrat nangka yang dapat digunakan sebagai bahan baku dalam pembuatan sari buah, selai, jeli, atau bahan pemberi flavor pada es krim dan berbagai jenis makanan lainnya. Kandungan gizi buah nangka dapat dilihat pada Tabel 1.
10
Tabel 1 Komposisi kimia dan zat gizi daging buah nangka per 100 g bahan Komposisi Air (%bb) Protein (%bk) Lemak (%bk) Karbohidrat (%bk) Serat kasar (%bk) Vitamin A Vitamin B1 Vitamnin C Kalsium Fosfor Besi Abu Energi
Satuan % G G G G µg Mg Mg Mg Mg Mg G Mg
Konsentrasi (%) 83,10 1,60 0,02 7,30 5,60 18,00 0,06 7,90 37,00 26,00 1,70 2,20 37,00
Sumber : Departement of Agricultural Malaysia 2001
2.4
Susu Kedelai Kedelai merupakan tanaman pangan berupa semak yang tumbuh tegak.
Dalam bentuk protein kedelai dapat digunakan sebagai bahan industri makanan yang diolah menjadi: susu, vetsin, kue-kue, permen dan daging nabati serta sebagai bahan industri bukan makanan seperti : kertas, cat cair, tinta cetak dan tekstil (BPPT 2002). Tabel 2 Komposisi kedelai per 100 garam bahan Komponen Protein Lemak Karbohidrat Air
Kadar 100% 35-45 18-32 12-30 7
Sumber: BBPT 2002
Salah satu produk olahan kedelai adalah susu kedelai. Susu kedelai dapat digunakan sebagai alternatif pengganti susu sapi karena mengandung gizi yang hampir sama dengan harga yang lebih murah. Protein susu kedelai memiliki susunan asam amino yang hampir sama dengan susu sapi. Kandungan protein susu kedelai mencapai 1,5 kali protein susu sapi. Selain itu, susu kedelai juga mengandung lemak, karbohidrat, kalsium, fosfor, zat besi, vitamin A, vitamin B1 vitamin B2, dan isoflavon (Koswara 2006).
11
Kandungan asam lemak tak jenuh pada susu kedelai lebih besar serta tidak mengandung kolesterol. Kandungan asam lemak tak jenuh diantaranya seperti
asam linoleat, asam linolenat dan asam oleat (Winarsih 2010). Susu kedelai memiliki manfaat lain yaitu untuk mengatasi keluhan menopause pada wanita. Kandungan protein dalam susu kedelai dipengaruhi oleh varietas kedelai. Susu kedelai dapat digunakan untuk meningkatkan nilai gizi protein pada nasi dan makanan serealia lainnya (BPPT 2002). 2.5 Sistem Koloid Sistem koloid merupakan suatu bentuk campuran yang keadaannya terletak antara larutan dan suspensi. Koloid merupakan sistem heterogen, suatu larutan didispersikan ke dalam suatu media yang homogen. Ukuran zat yang didispersikan berkisar dari satu nanometer (nm) hingga satu micrometer (µm). Zat yang didispersikan disebut fase terdispersi sedangkan medium yang digunakan untuk mendispersikan zat disebut medium dispersi. Fase terdispersi bersifat diskontinu (terputus-putus) sedangkan medium dispersi bersifat kontinu. Contoh dari sistem koloid ini adalah sabun, susu, santan, jeli, selai , mentega dan mayonaise (Purba 2006). 2.6 Produk Emulsi Emulsi merupakan sistem yang tidak stabil terdiri atas dua fase cairan yang tidak tercampur tetapi cairan yang satu terdispersi dengan baik dalam cairan yang lain dalam bentuk butiran, sistem ini dibuat stabil dengan adanya suatu zat pengemulsi (Pakki et al. 2008). Pada suatu emulsi terdapat tiga bagian utama, yaitu bagian yang terdispersi yang terdiri dari butir-butir yang biasanya terdiri dari lemak, bagian kedua disebut media pendispersi yang juga dikenal sebagai continuous phase, yang biasanya terdiri dari air, dan bagian ketiga adalah emulsifier yang berfungsi menjaga agar butir minyak tetap tersuspensi di dalam air. Emulsifier merupakan bahan pembentuk pasta kental yang dibuat dari bahan alami (Chan 2010). Penambahan bahan pengemulsi bertujuan menurunkan tegangan permukaan antara kedua fase sehingga mempermudah terbentuknya
12
emulsi, sedangkan penambahan bahan penstabil bertujuan meningkatkan viskositas fase kontinu agar emulsi yang terbentuk menjadi stabil (Muctadi 1990). Pengemulsi yang sering digunakan diantaranya adalah turunan trigliserida, asam lemak dan gliserol, baik dalam bentuk monogliserida, digliserida dan garam asam lemak. Bahan pengemulsi ini dapat dijumpai pada produk-produk pangan yang mengandung campuran minyak atau lemak dengan air. Contoh produk emulsi yaitu margarin, spread, es krim, desserts beku, cake, pudding dan lainnya. 2.7 Es Krim Es krim merupakan salah satu produk olahan susu yang dibuat dengan cara membekukan dan mencampur bahan baku secara bersama-sama. Bahan yang digunakan biasanya adalah kombinasi susu dengan satu atau lebih bahan tambahan seperti gula dan madu dengan atau tanpa stabilizer. Dari sistem tersebut terbentuk sistem emulsi beku. Oleh karena itu, mutu es krim yang dihasilkan akan sangat dipengaruhi oleh cara pengolahan dan bahan termasuk stabilizer yang digunakan (Sinurat et al. 2007). Mutu dan jumlah protein di dalam es krim cukup tinggi. Protein tersebut sebagian besar berasal dari susu dan sisanya berasal dari bahan penstabil. Marshall dan Arbuckle (2000) mengklasifikasikan beberapa jenis es krim komersial menjadi nonfat ice cream, lowfat ice cream, light ice cream, reduced fat ice cream, soft serve ice cream, economy ice cream, deluxe ice cream, sherbet, dan ice. Komposisi dari beberapa jenis es krim tersebut sangat bervariasi, menurut Mc Sweeney & PF Fox (2009) komposisi es krim paling baik adalah 12 % lemak, padatan susu tanpa lemak 11 %, gula 15 %, bahan penstabil dan pengemulsi 0.3 % dan total padatan 38.3 %. Menurut SNI 01-3713-1995, syarat mutu es krim adalah sebagai berikut.
13
Tabel 3 Syarat Mutu Es Krim (SNI 01-3713-1995) No. Kriteria Uji 1 Keadaan: 1.1 penampakan 1.2 bau 1.3 rasa 2 Lemak 3 Gula dihitung sebagai sukrosa 4 Protein 5 Jumlah padatan 6 Bahan tambahan makanan 4.1 pewarna tambahan 4.2 pemanis buatan 4.3 pemantap dan pengemulsi 7 Cemaran logam 7.1 timbal (Pb) 7.2 Tembaga (Cu) 8 Cemaran arsen (As) 9 Cemaran mikroba 9.1 Angka lempeng total 9.2 MPN Coliform 9.3 Salmonella 9.4 Listeria SPP
Satuan
Persyaratan
% b/b % b/b % b/b % b/b
Normal Normal Normal Minimum 5,0 Minimum 8,0 Minimum 2,7 Minimum 3,4
-
Negatif
Mg/kg Mg/kg Mg/kg
Maksimum 1,0 Maksimum 20,0 Maksimum 0,5
Koloni/g APM/g Koloni/25 g Koloni/25 g
Maksimum 2,0 x 105 <3 Negative Negative
Sumber : BSN 1995
2.8 Melorin Melorin atau es krim imitasi adalah adalah jenis makanan pencuci mulut berbentuk beku seperti es krim dan berkadar lemak rendah yang berasal dari lemak nabati (CFR 2010). Melorin biasanya menjadi pilihan camilan dingin dan manis. Hal ini disebabkan karena melorin hampir menyerupai es krim, yang membedakan hanya komposisinya. Produk ini mengandung tidak kurang dari 6 % lemak, dengan formula, proses pembuatan dan sifat-sifat yang sama seperti es krim (Hubeis et al. 1996). Melorin mengandung kadar lemak yang rendah. Lemak yang terkandung hanya berasal dari sari buah dan sari kedelai. Lemak nabati yang digunakan dalam melorin dapat berasal dari minyak kelapa, sari kedelai, minyak biji kapas, minyak jagung atau tanaman lainnya (Yunita 1995).
14
2.9 Bahan Tambahan Pangan Bahan tambahan pangan merupakan senyawa yang sengaja ditambahkan ke dalam makanan dengan jumlah dan ukuran tertentu dan terlibat dalam proses pengolahan, pengemasan dan penyimpanan. Tujuan penggunaan bahan tambahan pangan adalah dapat meningkatkan atau mempertahankan nilai gizi dan kualitas daya simpan, membuat bahan pangan lebih mudah dihidangkan, serta mempermudah preparasi bahan pangan (Cahyadi W 2008). 2.9.1 Stabilizer dan Emulsifier Stabilizer merupakan bahan aditif yang ditambahkan dalam jumlah kecil untuk mempertahankan stabilitas emulsi sekaligus memperbaiki kelembutan produk, mencegah pembentukan kristal es yang besar, memberikan keseragaman produk, memberikan ketahanan agar tidak meleleh atau mencair dan memperbaiki sifat produk. Bahan penstabil dalam pembutan es krim memiliki fungsi sebagai membantu menahan terjadinya pengkristalan es krim pada saat penyimpanan dan menstabilkan pengadukan dalam proses pencampuran bahan baku es krim (Chan 2010). Bahan penstabil emulsi atau stabilizer adalah bahan yang berfungsi untuk mempertahankan stabilitas emulsi. Cara kerja bahan penstabil adalah dengan menurunkan tegangan permukaan dengan cara membentuk lapisan pelindung yang menyelimuti globula fase terdispersi, sehingga senyawa yang tidak larut akan lebih mudah terdispersi dalam sistem dan bersifat stabil (Fennema 2008). Zat-zat yang termasuk dalam bahan penstabil adalah gum arab, gelatin, agar-agar, natrium alginat, pektin, karagenan dan karboksi metal selulosa (CMC). 2.9.2 Essence Penambahan aroma dalam makanan sangat penting karena aroma turut menentukan daya terima konsumen terhadap makanan. Essence digolongkan sebagai bahan tambahan pangan yang dapat memberikan, menambah, mempertegas aroma dan rasa. Terdapat dua jenis essence yaitu essence alami dan buatan. Essence alami diekstrak dari senyawa aroma yang terdapat pada bahan pangan (ester volatil), sedangkan essence buatan berasal dari sintesis senyawa yang menimbulkan aroma. Penambahan essence buatan bertujuan untuk mencegah hilangnya flavor akibat pemasakan pada suhu tinggi dan waktu pemasakan lebih lama (Jufebryanti 2007).
