PENGEMULSI. Kimia Pangan II - Teti Estiasih 1

PENGEMULSI

Kimia Pangan II - Teti Estiasih

1

Emulsi Pangan (Food Emulsions) Telah ada sejak manusia mengolah makanan, seperti susu Akan tetapi, baru-baru ini saja pengemulsi diketahui fungsinya sebagai penstabil emulsi Pengemulsi yang digunakan pertama kali adalah pengemulsi alami seperti telur, fosfolipid, dan protein susu. Penggunaan pengemulsi sintetis baru digunakan 50 tahun terakhir


2

Antarmuka      



Antarmuka (interface) merupakan bagian dari sistem pangan yang unik Ada beberapa jenis antarmuka: Cairan-cairan (emulsi) Udara/gas-cairan (buih) Padatan-cairan (dispersi) Udara/gas-padatan (busa)

Antarmuka bersifat tidak stabil dan dapat distabilkan dengan menggunakan pengemulsi atau surfaktan


3

Struktur Pengemulsi   1. 2.  

Sejumlah 500.000 ton pengemulsi digunakan di seluruh dunia Pengemulsi atau surfaktan (surfactant, surface active agent) mempunyai dua jenis gugus dalam satu molekul Gugus kepala yang bersifat hidrofilik berada pada fase akueous Gugus ekor yang bersifat hidrofobik berada pada fase minyak Surfaktan memposisikan dirinya ada pada antarmuka air-minyak Mampu menurunkan tegangan antarmuka


4

Gugus kepala

Ikatan ester

Gugus ekor


5

Gugus kepala polar Merupakan berbagai gugus dengan sifat fungsional beragam, umumnya berupa gugus hidroksil atau karboksil Bisa berasal dari gula (sukrosa, glukosa, dll), gula alkohol (sorbitol), dan gliserol

Bisa bersifat anionik, kationik, amfoterik, atau nonionik Kimia Pangan II - Teti Estiasih

6

Gugus ekor 

   

Gugus ekor pengemulsi biasanya terdiri dari C16:0 (asam palmitat) atau asam lemak dengan rantai lebih panjang Asam lemak dengan rantai lebih pendek seperti asam laurat mudah terhidrolisis menyebabkan bau sabun Asam lemak yang tidak jenuh yang digunakan biasanya adalah asam oleat Asam linoleat jarang digunakan karena mudah teroksidasi Asam lemak penyusun pengemulsi biasanya asam stearat, asam palmitat, asam oleat, asam linoleat, atau campurannya Kimia Pangan II - Teti Estiasih

7

Jika asam stearat dan palmitat mendominasi, ester bersifat padat dengan titik leleh relatif tinggi  Jika asam oleat dan linoleat mendominasi, ester bersifat cair pada suhu ruang  Umumnya lemak yang dihidrogenasi parsial digunakan untuk mendapatkan pengemulsi dengan sifat plastis 


8

Gugus kepala polar

Globula lemak

Fase akueous

antarmuka Gugus ekor nonpolar Kimia Pangan II - Teti Estiasih

9

Protein sebagai pengemulsi 



 

Protein dapat berperan sebagai pengemulsi karena mempunyai aktivitas permukaan akibat adanya asam amino lipofilik seperti fenilalanin, leusin, dan isoleusin Pada antarmuka, bagian lipofilik berada pada fase minyak dan bagian hidrofilik pada fase akueous Protein dapat membentuk struktur “loop” yang dapat mencegah flokulasi dan koalesensi Protein yang bermuatan juga dapat menstabilkan emulsi akibat droplet menjadi bermuatan Kimia Pangan II - Teti Estiasih

10

Posisi protein pada antarmuka train tail globula lemak

loop antarmuka Fase akueous


11

Pengemulsi sebagai BTM Di AS pengemulsi dibagi dua: GRAS dan direct food additives  Bahan yang yang dinyatakan sebagai GRAS (generally recognized as safe) (21CFR184)  Direct food additives (21CFR172)  CFR = Code of Food Regulation  CFR pengaturannya lebih ketat dibandingkan GRAS 


12

Pengemulsi yang dinyatakan GRAS Pengemulsi

21CFR No.

Fungsi

Contoh aplikasi

Lesitin

184.1400

Ko-pengemulsi, penurun viskositas

Margarin, produk cokelat

Monogliserida

184.1505

Pengemulsi, aerator, Margarin, whipped penstabil kristal toppings,

penstabil mentega kacang Ester asam diasetiltartarat dari monogliserida

184.1101

Garam monosodium 184.1521 dari monogliserida fosfat analog

Pengemulsi, pembentuk lapisan (film former)

Produk panggang, permen, produk analog susu

Pengemulsi, pelumas (lubricant), release agent

Produk susu, permen lunak


13

Pengemulsi yang dinyatakan sebagai direct food additives Pengemulsi

21CFR No.

Fungsi

Contoh aplikasi

Lactylated monoglycerides

172.850

Pengemulsi, plastisisasi, surfaktan

Produk panggang, whipped toppings

Acetylated monoglycerides

172.828

Film former, moisture barrier

Fruits, nuts, pizza

Succinylated monoglycerides

172.830

Pengemulsi, penguat adonan

Shortening, roti

Ethoxylated monoglycerides

172.834

Pengemulsi, penstabil

Cake, whipped toppings, frozen dessert

Sorbitan monostearate

172.842

Pengemulsi, rehydrating agent

Penyalut permen, cakes, icing


14

Pengemulsi yang dinyatakan sebagai direct food additives Pengemulsi

21CFR No. Fungsi

Contoh aplikasi

Polysorbates

172.836 172.838 172.840

Pengemulsi, pengeruh, solubizer, wetting agent

Salad dressing, coffee whiteners, gelatins, es krim

Polyglycerol esters

172.854

Pengemulsi, Icings, salad oil, mentega aerator, pencegah kacang, fillings kekeruhan

Sucrose ester of fatty acids

172.859

Pengemulsi, texturizer, film former

Baked goods, fruit coating, permen

Calcium and sodium 172.844 stearoyl lactylates 172.846

Pengemulsi, dough conditioners, whipping agents

Roti, kopi whiteners, icings, dehydrated potato

Propylene glycol esters

Pengemulsi, aerator

Cake mixes, whipped toppings

172.858

15 Kimia Pangan II - Teti Estiasih

Fungsi pengemulsi yang lain Fungsi Pengemulsi

Contoh

Whipping (aerating) agent Whipped toppings Dispersant

Flavors, vitamin

Dough conditioner

Bread, buns, rolls

Defoamer Starch complexer

Yeast and sugar manufacturing Macaroni, pasta

Crystallization inhibitor

Salad oil

Antistaling agent

Yeast raised baked goods Kimia Pangan II - Teti Estiasih

16

Fungsi pengemulsi yang lain Fungsi Pengemulsi

Contoh

Antisticking agent

Candy, chewing gum

Antispattering agent

Margarine, frying shortening

Freeze-thaw stabilizer Gloss enhancer

Frozen toppings and cofee whiteners Confectionary coatings

Cloud formers

Beverages

Hydrating agent

Powdered milk drink

Dispersion stabilizers

Peanut butters

Encapsulating agent

Flavors, aroma Kimia Pangan II - Teti Estiasih

17

JENIS-JENIS PENGEMULSI


18

Diklasifikasikan menjadi 1. 2.

3. 4. 5. 6.

Monogliserida (monoglycerides) Turunan monogliserida (monoglyceride derivatives) Turunan sorbitan (sorbitan derivatives) Pengemulsi polihidrat (polyhidric emulsifiers) Pengemulsi anionik (anionic emulsifiers) Lesitin (lecithins)


19

1. Monogliserida   





Paling banyak digunakan Umumnya monogliserida Sangat lipofilik dengan nilai HLB antara 1-10 Dihasilkan dari proses transesterifikasi dari gliserol dengan trigliserida Digunakan pada produk bakery products, frozen desserts, icings, toppings, and peanut butter


20

2. Turunan monogliserida  1. 2. 3. 4. 5. 6.

Merupakan hasil derivatisasi monogliserida melalui: Etoksilasi, ethoxylated monoglyceride (EMG) Esterifikasi dengan suksinil anhidrida, succinyl monoglyceride (SMG) Esterifikasi dengan diasetil tartarat, diacetyl tartaric ester of monoglyceride (DATEM) Esterifikasi dengan propilen glikol, propylene glycol monoester (PGME) Esterifikasi dengan asam laktat, lactylated monoglycerides (LacMG) Esterifikasi dengan asam asetat, acetylated monoglycerides (AcMG) Kimia Pangan II - Teti Estiasih

21

Fungsi turunan monogliserida 



Dough strengtheners seperti SMG, EMG, DATEM. Dough strengtheners ditambahkan pada adonan roti untuk meningkatkan kemampuan gluten menahan gas selama proofing dan pemanggangan  tending emulsifier yaitu pengemulsi yang membentuk lapisan padat pada antarmuka minyak-air pada kondisi tertentu yaitu suhu rendah dan konsentrasi tinggi Kimia Pangan II - Teti Estiasih

22

 tending emulsifier  

  

Digunakan terutama pada produksi cake Larut dalam shortening dan berkontribusi terhadap emulsifikasi oleh shortening Meningkatkan inkorporasi udara pada fase lemak Berperan penting karena membentuk lapisan padat pada antarmuka minyak-air Menstabilkan emulsi, tetapi terutama mencegah destabilisasi foam yang distabilisasi protein selama pengadukan Kimia Pangan II - Teti Estiasih

23

3. Turunan sorbitan   



Hasil reaksi antara gula alkohol sorbitol dengan asam lemak dengan adanya katalis Ada dua kelompok: ester sorbitan dan polisorbat Yang terjadi adalah sorbitol membentuk lima cincin dengan C yang keenam yang mengandung hidroksil teresterifikasi dengan asam lemak (membentuk ester sorbitan) Tiga gugus hidroksil yang lain dapat bereaksi dengan etilen oksida membentuk turunan polioksietilen sorbitan. Polioksietilen sorbitan membentuk ester dengan asam lemak menjadi polisorbat Kimia Pangan II - Teti Estiasih

24

Sobitan monolaurat: termasuk ke dalam ester sorbitan


25

Polysorbate 80: termasuk ke dalam polisorbat/polioksietilen sorbitan


26

a. Polisorbat  

Polyoxyethylene esters of sorbitan monoesters Polysorbate 60 

polyoxyethylene sorbitan monostearate or TWEEN 60 - HLB = 14.9

oil toppings, cake mixes, and cake icing Polysorbate 65 





polyoxyethylene sorbitan monooleate  Permitted in ice cream, frozen custard 

Polysorbate 80  

polyoxyethylene sorbitan tristearate Special dietetic foods, fat soluble vitamin


27

b. Sorbitan ester  

  

Merupakan ester dari sorbitol dengan asam lemak Yang banyak digunakan dalah sorbitan monostearat, sorbitan monooleat, dan sorbitan tristearat Sorbitan monostearate approved for food use Soluble in oil, low HLB = 4.7 used in conjunction with polysorbates in oil toppings, cake mixes, etc.


28

4. Pengemulsi polihidrat Ada dua yaitu:  Polyglycerol esters  Sucrose esters


29

a. Polyglycerol esters  



 

Aplikasi di industri pangan beragam Disintesis dengan memanaskan gliserol pada kondisi alkali, dan terjadi interesterifikasi dengan asam lemak dari trigliserida pada struktur gliserol Gliserol yang digunakan beragam berupa trigliserol (n=3), heksagliserol (n=6), oktagliserol (n=8), dan dekagliserol (n=10) Nilai HLB bergantung pada panjang rantai gliserol dan tingkat esterifikasi Misal: dekagliserol monostearat mempunyai HLB=14, sedangkan trigliserol monostearat mempunyai HLB=3,6 Kimia Pangan II - Teti Estiasih

30

b. Ester Sukrosa Sukrosa mempunyai gugus hidroksil bebas yang tinggi yang berpotensi mengalami esterifikasi  Senyawa yang mengandung 6 atau lebih asam lemak dalam sukrosa merupakan fat substitutes yang disebut Olestra dan tidak bersifat sebagai pengemulsi 


31

Sukrosa dan sukrosa ester


32

Olestra


33

Alternative Margarine


34

5. Pengemulsi anionik   



Selain SMG dan DATEM, telah digunakan sebagai dough strengtheners Yang paling banyak digunakan adalah SSL (sodium stearoyl lactylate) Contoh lain adalah sodium stearoyl fumarate dan sodium dodecyl sulfate (SDS) SSL dan fumarat digunakan untuk dough conditioners, SDS untuk melarutkan protein Kimia Pangan II - Teti Estiasih

35

Stearoyl Lactylates   

an ionic, hydrophylic emulsifier lactic acid ester of monoglyceride with sodium or calcium form strong complex with gluten in starch and especially valuable in baked products


36

6. Lecithin 

 

A mixture of phospholipids including phosphatidyl cholines, phosphatidyl ethanolamines, inositol phosphatides, etc Can be chemically modified by provide a wide range of HLB values for various applications widely used in baked goods, low-fat baked goods, chocolate, instant foods, confectionery products, and cooking spray


37

Phosphatidic Acid Neutral

Choline Headgroup

Neutral

-

Net Negative Charge

Net Negative Charge

Net Negative Charge

A 2nd glycerol-based phospholipid.

Kimia Pangan II - Teti Estiasih Modified from Champe & Harvey, Biochemistry, 2nd Edition, Fig. 18.2.

Net Negative Charge

38

Emulsifier Usage in U.S. (millions of pounds) Emulsifier  

    

Mono&Di Lecithins MG Polysorb. CSL/SSL SorbMS PG ester

Bread Cake mix

M,SD,S*

Total

116

30.5 10 2.5 .75 .25 2 1.8

200 42.5 25 8 30

13.2 1.5 27

23 1 0.5 1 .75 .1 10

14.3

*Margarine, salad dressings, shortenings


39

Emulsifier Usage   

  

  

Product % of total US Bread and Rolls 49 Cake Mixes 11 Cookies and crackers 7 Sweet goods and icings 3 Margarine, dressings, shortenings 14 Confectionaries 6 Deserts and toppings 3 Dairy products 3 Kimia Pangan II - Teti Estiasih

40

Hyrophillic/Lipophillic Balance (HLB)


41

Hydrophillic-Lipophillic Balance (HLB) This is a concept for choosing emulsifiers.  The value of HLB ranges from 1-20.  Low HLB emulsifiers are soluble in oil while high HLB emulsifiers are soluble in water. 


42

Bancroft's Rule The type of emulsion (i.e. oil in water or water in oil) is dictated by the emulsifier and that the emulsifier should be soluble in the continuous phase.  Low HLB emulsifier's are soluble in oil and give rise to water in oil emulsions  High HLB emulsifiier/s are soluble in water and good for oil in water emulsions 


43

Solubility and HLB       

Solubility HLB Range No dispersability in water 1-4 Poor Dispersion in water 3-6 Milky appearance 6-8 Stable milky appearance 8-10 Tanslucent to clear dispersion 10-13 Clear solution 13+


44

HLB VALUES OF SOME FOOD EMULSIFIERS EMULSIFIER HLB VALUE  Oleic acid 1.0  Acetylated monoglycerides 1.5  Sorbitan trioleate 1.8  Glycerol dioleate 1.8  Sorbitan tristearate 2.1  Propyleneglycol monostearate 3.4  Glycerol Monoleate 3.4  Glycerol monostearate 3.8 Kimia Pangan II - Teti Estiasih

45

HLB VALUES OF SOME FOOD EMULSIFIERS EMULSIFIER  Acetylated monoglycerides (stearate)  Sorbitan monooleate  Propylene glycol monolaurate  Sorbitan monostearate  Calcium stearoxyl-2-lactylate  Glycerol monolaurate  Sorbitan monopalmitate  Soy lecithin


HLB VALUE 3.8 4.3 4.5 4.7 5.1 5.2 6.7 8.0

46

HLB VALUES OF SOME FOOD EMULSIFIERS EMULSIFIER HLB VALUE  Diacetylated tartaric acid esters of monoglycerides 8.0  Sodium Stearoyl lactylate * 8.3  Sorbitan monolaurate ) 8.6  Polyoxyethylene (20) sorbitan tristearate 10.5  Polyoxyethylene (20) sorbitan trioleate 11.0  Polyoxyethylene (20) sorbitan monostearate 14.9  Sucrose monolaurate 15.0  Polyoxyethylene (20) sorbitan monooleate 15.0  Polyoxyethylene (20) sorbitan monopalmitate 15.6 Kimia Pangan II - Teti Estiasih

47

HLB VALUES OF SOME FOOD EMULSIFIERS EMULSIFIER HLB VALUE  Sodium Stearoyl lactylate 8.3  Sorbitan monolaurate 8.6  Polyoxyethylene (20) sorbitan tristearate 10.5  Polyoxyethylene (20) sorbitan trioleate 11.0  Polyoxyethylene (20) sorbitan monostearate 14.9  Sucrose monolaurate 15.0  Polyoxyethylene (20) sorbitan monooleate 15.0  Polyoxyethylene (20) sorbitan monopalmitate 15.6 Kimia Pangan II - Teti Estiasih

48


49


50

Grady's Rules 1. For emulsions, if you don't have A clue, use at 5% of the fat. 2. Use unsaturated emulsifiers with unsaturated fats. 3. Mixtures work better than a single emulsifier when stabilizing foams and emulsions.


51

Grady's Rules 7. Emulsifier forms affect functionality.  flakes vs powder vs hydrates vs gels

8. Many functions are due to affects on polymorphism. 9. Emulsifier preparations frequently contain unsaturation and may be an important contributor to off flavors. 10. Emulsifier preparations are seldom pure and thus variation from manufacturer to manufacturer may be substantial. Kimia Pangan II - Teti Estiasih

52

Grady's Rules 4. Bancroft's Rule  Emulsion Stability Is Favored By Solubility In The Continuous Phase i.e. High HLB----> oil/water  Low HLB-----> water/oil

5. HLB and most other rules go out the window when protein and (sometimes) polysaccharides enter the system. 6. Only saturated monoglycerides complex with starch.


53

Grady's Rules 11. When you find a non-obvious usage of emulsifiers, the function is often related to interaction with starch or protein. 12. Order of addition may be very important. 13. Processing steps like homogenization may substantially change the function of emulsifiers.


54

LATIHAN SOAL 1.

a. b. c. d. e. f. g.

Dari produk pangan berikut ini, identifikasi apakah produk tersebut memerlukan pengemulsi. Jika pengemulsi diperlukan, apa peran pengemulsi dalam produk tersebut serta jenis pengemulsi mana yang sesuai. Susu bubuk Susu kental manis Coklat bubuk Kopi instan Nuget Roti Es krim Kimia Pangan II - Teti Estiasih

55

2.

3.

4.

Suatu perusahaan krimer kopi mengalami masalah produk krimer yang dihasilkan berserabut ketika diseduh. Apa penyebabnya dan bagaimana cara mengatasinya? Suatu perusahaan susu bubuk rasa coklat mengalami masalah yaitu setelah susu diseduh terjadi pemisahan sehingga terbentuk dua lapisan yaitu lapisan bening berwarna coklat tua di bagain bawah dan lapisan coklat muda keruh di bagian atas. Menurut Sudara apa penyebabnya? Bagaimana cara mengatasinya? Perusahaan emulsi minyak ikan membuat formla dengan kadar minyak 30%. Apa jenis pengemulsi yang tepat? Berapa kisaran HLB yang dibutuhkan? Berapa jumlah pengemulsi yang dibutuhkan? Apakah penstabil dibutuhkan? Kimia Pangan II - Teti Estiasih

56

PENGEMULSI. Kimia Pangan II - Teti Estiasih 1

Recommend Documents