06/10/2013
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 sifatsifat reologi untuk mengetahui tekstur produk. Elisa Julianti - FP- USU
We normally take for granted a lot of things in life and these include some of the “rheological events”. The pictures show the different roles of rheology in food and nonfood products. Can you think Elisa Julianti - FP- USUof other examples?
Rheology in Action
More Rheology in Action
How do you like the sauce to flow? Liquid food products should be formulated to display desired rheological behaviour, e.g. easy to pour from the bottle, but flow in controlled manner and recover the viscosity upon pouring on the plate. Elisa Julianti - FP- USU
Prinsip-prinsip reologi diperlihatkan pada gambar di atas. Rheology bertujuan untuk mengukur sifat-sifat dari bahan yang mengendalikan perilaku deformasi (perubahan bentuk) dan alirannya jika diberikan gaya dari luar (dituang, dihirup/dihisap, disendok dll). Elisa Julianti - FP- USU
1
06/10/2013
Rheology “inaction”
“Rheologically Pleasant”
• Produk cair diformulasi dengan sifat aliran atau kekentalan yang diinginkan. Apa yang terjadi jika sifat reologi produk tidak diformulasikan dengan benar ???
• Consumers are informed, for instance, that products are “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
Rheologically “Balanced”
But….. Do I Really Need to Learn Rheology?? YES !
•
• This product is a jelly drink – it is formulated in such a manner that it can be sucked through a straw. Notice how the gel/fruit beads are suspended nicely in the “liquid” jelly.
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 mengenai viskositas dan elastisitas dari bahan pangan yang dipengaruhi oleh perubahan komposisi, pengolahan dan penyimpanan.
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 memprediksikan performans dari bahan selama pengolahan. Hal ini penting dalam pengolahan dimana bahan pangan biasanya dialirkan. • Pengukuran sifat rheologi dapat memberikan penentuan mutu yang cepat dan dapat digunakan sebagai alat pengendalian mutu pangan.
Elisa Julianti - FP- USU
• Data rheology membantu ahli teknologi pangan dan teknik tanaman dalam mendisain proses yang lebih efisien dan efektif (oki penting untuk membuat defenisi mengenai rheology…) Now……..let’s define “rheology”
Elisa Julianti - FP- USU
2
06/10/2013
Defenition of Rheology • Rheology berasal dari bahasa Yunani rheos = mengalir • Ahli filosofi Yunani Heracitus menggambarkan rheology sebagai “Panta rei” – sesuatu yang mengalir (jika ditunggu dalam waktu cukup lama). • Rheology mengukur sifat-sifat bahan yang mengendalikan perilaku deformasi dan aliran bahan jika diberikan gaya dari luar.
Defenition of Rheology • Reologi adalah : Ilmu yang mempelajari perubahan bentuk dan aliran bahan Ilmu yang mempelajari hubungan antara stress dan strain • Stress : intensitas/besarnya komponen gaya yang bekerja pada benda dinyatakan dengan Gaya dibagi luas (F/A) • Strain : perubahan bentuk benda akibat gaya yang diberikan 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
1. KEKENTALAN
SIFAT-SIFAT REOLOGI • Kekentalan • • • • •
Elisa Julianti - FP- USU
Penting dalam produk berbentuk cair, kental, gel dan plastis
Elastisitas Kelengketan Plastis Lentur Kenyal, dsb
Contoh : dodol, jam, jelly, gelatin, madu syrup, susu, margarin, mentega, krim, minyak goreng dsb.
Dapat diukur : - secara fisik
- organoleptik
Berbeda dan tidak dapat saling menggantikan
• Penting dalam : Uji mutu dan standarisasi mutu Pengendalian proses selama pengolahan Petunjuk kandungan zat tertentu Misal : - kandungan gula pada nira - kemurnian cairan minyak Petunjuk adanya kerusakan Misal : - pada pektin, gelatin, agar-agar : encer rusak - susu : kental rusak • Menyatakan hambatan (resistensi) terhadap pengaliran produk • Digunakan untuk produk cair/encer seperti air, minuman sirup, minyak • Untuk produk seperti dodol, gula kental, adonan roti, jem, agaragar dan gelatin digunakan istilah konsistensi • Konsistensi : hambatan (resistensi) terhadap deformasi produk plastis untuk produk sangat kental atau adonan
Elisa Julianti - FP- USU
• Deformasi Vs pengaliran produk ??? sebenarnya sama, karena deformasi juga merupakan bentuk aliran, tapi aliran yang sangat lambat dengan arah aliran yang tidak menentu • Kekentalan atau konsistensi disebabkan oleh gaya kohesi antar partikel atau antar molekul yang mengikat partikel/molekul. • Lawan kental = encer yaitu sifat mudah mengalir • Mengalir = proses dimana tiap-tiap partikel atau molekul dalam benda tersebut bergerak pada arah yang sama • Plastis : sifat benda yang mudah mengalami perubahan bentuk 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
Elisa Julianti - FP- USU
Elisa Julianti - FP- USU
JENIS-JENIS PRODUK KENTAL • Berdasarkan sifat alirannya dibedakan atas : - Cairan/fluida Newtonian - cairan/fluida Non Newtonian FLUIDA/PRODUK NEWTONIAN produk kental/cair yang kekentalannya tidak dipengaruhi oleh besarnya atau meningkatnya gaya untuk mengalirkan atau menggerakkannya. kekentalan
Gaya/Shear
Kekentalan pada produk Newtonian dinyatakan dengan viskositas Newtonian () Elisa Julianti - FP- USU
3
06/10/2013
• Contoh produk Newtonian : Susu Total solid : 8.36 – 29.07%
Juice buah encer Jus apel yang didepektinasi (15-75obrix) Jus jeruk (10-18obrix) Jus anggur (15-50obrix)
= /
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
FLUIDA/PRODUK NON NEWTONIAN adalah produk kental yang kekentalannya berubah dengan meningkatnya gaya pengaliran berdasarkan pola perubahan kekentalan dibedakan atas : a. produk pangan plastis b. produk pangan pseudoplastis Contoh : susu segar, santan, krim cair c. produk dilatan Contoh : mentega kacang, dispersi tepung/pati, gula kental
Kekentalan untuk produk non newtonian dinyatakan dengan viskositas apparent (a) a adalah perbandingan antara shear stress () dengan shear rate/laju geser () Shear thinning fluids atau pseudoplastis
a = k ()n atau a = (- o)/
Bingham atau Bingham pseudoplastis
n = indeks perilaku aliran k = indeks konsistensi fludia Perbedaan viskositas () dengan viskositas apparent (a) : Pada a nilainya berubah dengan berubahnya laju geser () Oleh karena itu untuk menyatakan nilai a harus disebutkan berapa nilai -nya. Elisa Julianti - FP- USU
Elisa Julianti - FP- USU
Berdasarkan ketergantungantungannya terhadap waktu produk non newtonian dibedakan atas :
kekentalan
Time Independent : pada suhu konstan hanya tergantung pada shear rate Time Dependent
: juga tergantung pada lamanya gaya yang diberikan
Gaya/Shear
B. Produk Plastis kekentalan
Time independent dibedakan atas : Shear thinning (pseudoplastis) Shear thickening (dilatan)
kekentalan
Pangan pseudoplastis banyak dijumpai Dilatan jarang ditemui Contoh : suspensi pati jagung, madu dari pohon Eucalyptus ficifolia,
Gaya/Shear
C. Produk Pseudolastis Elisa Julianti
Gaya/Shear - FP- USU
D. Produk Dilatan
Eucalyptus eugeniodes Eucalyptus corymbosa, Opuntia engelmanni
Elisa Julianti - FP- USU
4
06/10/2013
Tabel 1. Contoh Produk Pangan shear thinning (Pseudoplastis)
Concentrated Fruit Juice/Juice buah kental Juice apel yang tidak didepektinisasi Juice markisa (15.6 – 33.4oBrix) Orange Juice (60-65oBrix)
(50-65oBrix)
Coklat leleh
• Produk Non Newtonian yang Time Dependent dibedakan atas : - Fluida Thixotropic - Fluida Rheopectic Fluida Thixotropic :
Mustard
Pada laju geser tertentu, viskositas menurun dengan semakin bertambahnya waktu Contoh : susu kental manis, mayonaise, putih telur
Krim Telur yang dibekukan
Fluida Rheopectic
Putih telur yang belum distabilisasi
Pada laju geser tertentu, viskositas meningkat dengan semakin bertambahnya waktu Contoh untuk bahan pangan : whipped cream Jarang ditemukan
Pure buah dan sayur Larutan gum konsentrasi tinggi Konsentrat protein Elisa Julianti - FP- USU
Elisa Julianti - FP- USU
1. Viskometer Aliran Kapiler • Contoh : Ostwald Viscometer
PENGUKURAN KEKENTALAN • Uji organoleptik dengan panelis • Alat : - Viskometer Kaplier Couvette (silinder konsentris) Plate and Cone Piringan Paralel
• 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
V Daerah penghambatan
P1
D Daerah pengaliran
L
Daerah Pengaruh untuk keluar
P2
- Rheometer
Elisa Julianti - FP- USU
2. Couette Flow Viscometer
Elisa Julianti - FP- USU
3. Plate and Cone Viscometer
• Contoh : Rotovisco model RV 00, RV2, RV3
• Tdd sebuah piring datar dan sebuah cone (kerucut) • Sudut cone 3o Plate
ri ro
Silinder luar
Fluida
Silinder dalam Fluida yang diuji
Sudut cone (radian)
cone
Gelembung udara
• Silinder luar dan dalam dapat diputar, tapi jika silinder luar diputar maka terjadi aliran turbulen pada kecepatan tini Elisa Julianti - FP- USU
Elisa Julianti - FP- USU
5
06/10/2013
2. SIFAT LENGKET DAN KEMPAL
4. Paralel Plate Geometry
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
• Gaya adhesi yang tinggi menyebabkan produk lengket di tangan, bahan pembungkus atau wadahnya disebut lengket Tidak dikehendaki Untuk menghindarinya ditambahkan zat anti lengket pada bagian luar produk Misal : - garam sodium, potasium - sodium dan potasium hexacyanoferat (II) - kalsium silikat - trikalsium fosfat
Elisa Julianti - FP- USU
3. Sifat Kenyal atau Elastis • Sifat kenyal (firmness) dan mulur (elastis) merupakan sifat reologi tentang daya tahan untuk lepas atau pecah • Lawan dari sifat lengket • Kenyal adalah daya tahan untuk pecah akibat gaya tekan • Elastis adalah gaya tahan untuk putus akibat gaya tarik Kenyal Vs Keras Sama-sama menyatakan tahan untuk pecah 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 deformasi bentuk disebut nilai kekerasan Pada pengukuran kekenyalan : gaya tekan mula-mula menyebabkan deformasi bentuk baru kemudian memecahkan produknya.
Elisa Julianti - FP- USU
• Pada pengukuran elastisitas produk, gaya yang dipakai adalah gaya tarik yaitu gaya yan bekerja pada arah putusnya produk
Elisa Julianti - FP- USU
PRODUK PANGAN PADAT
PRODUK PANGAN PLASTIS
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
a. Keras
Elisa Julianti - FP- USU
b. Kenyal
c. Elastis
Elisa Julianti - FP- USU
6
06/10/2013
Elisa Julianti - FP- USU
7