Dokumen tersebut membahas tentang emulsi, karakteristiknya, pembentukan, dan stabilisasi. Jenis dispersi yang umum pada makanan adalah emulsi cair-cair seperti susu dan salad dressing. Stabilisasi emulsi dapat dilakukan dengan mengurangi ukuran partikel, meningkatkan viskositas, dan menggunakan emulsifier.

1. E M U L S I :
Karakteristik, Pembentukan
dan Stabilisasi
Sri Raharjo
Jurusan Teknologi Pangan dan Hasil Pertanian
Fakultas Teknologi Pertanian
Universitas Gadjah Mada

2. Sistem Emulsi yang stabil pada makanan mirip ILUSI

3. Tipe Dispersi
Fase Kontinyu
Padat Cair Gas
Fase
Terdispersi
Padat Glass
(chocolate)
Sol Asap
(partikel sangat
halus)
Cair Emulsion
(milk)
Aerosol
(spray cooking
oil)
Gas Solid foam
(ice cream)
Foam
(beer)
not possible

4. Berapakah proporsi air dan minyak pada produk
berikut ini ?
Jenis makanan Air (%) Minyak (%)
Margarine 16 80
Butter 16 81
Mayonnaise 39.9 33.4
Sausage 44.6 31.2
Chocolate fudge 9.7 8.5
Emulsi pada
makanan

5. Tantangan:
 kenampakan,
 tekstur,
 mouthfeel,
 rasa dan aroma
bisa terjaga
Bagaimana dua fase cairan yang saling tidak
menyukai bisa bercampur selama
penyimpanan agar:

6. Pembentukan emulsi
oil in water emulsion water in oil emulsion
Diagram
Simbol oil/water o/w Water/oil w/o
Karakteristik
penghantar listrik, dapat
terencerkan dengan air
terasa greasy, dapat
terencerkan dengan
minyak atau pelarut
(solven)
Contoh susu margarine

7. Klasifikasi emulsi
Berdasarkan persen volume dari fase
internal
IPR = ─────
Vi
Vi + Ve
Vi : volume fase internal
Ve : volume fase eksternal
IPR < 0.3 (low IPR)
Contoh: o/w (susu, ice cream); w/o (butter, margarine)
0.3 < IPR < 0.7 (medium IPR)
Contoh: heavy cream
IPR > 0.7 (high IPR)
Contoh: mayonnaise dan salad dressing

8. Ukuran : Dari Atom s/d
Makanan
 Atoms (~10-11 m)
 Molecules (10-10 m)
 Macromolecules (~10-9 m)
 Micelles and membranes (~10-8 m)
 Sel mikroorganisme (~10-6m)
 Kasein misel (~10-6m)
 Globula lemak susu cair (~10-6m)
 Na-Kaseinat kristal (~10-5m)
 Granula pati (~10-5m)
 Kristal es pada es krim (~10-5m)
 Jaringan (serabut otot ~10-4 m)
 Bijian dan kacang (~10-2m)

9. • rata-rata ukuran sel tubuh 10 - 20 µm
• sel bakteri 1 - 2 µm
• virus 50 nm
• molekul protein 5 nm
Resolusi:
Jarak minimum dari dua titik yang masih bisa terlihat terpisah dengan jelas
• mata manusia 250 µm
• mikroskop biasa 0.25 µm
• mikroskop elektron 0.2 nm
Bisakah terlihat ?

11. FLUID MOSAIC MODEL DARI MEMBRAN SEL
“Pulau protein yang dikelilingi lautan lemak”
Phospholipids

13. Suatu emulsi minyak dalam air dapat dibagi
menjadi tiga fase: fase minyak, wilayah
antarmuka, dan fase air
Wilayah
antarmuka
Fase air
Fase minyak
r


14. Perbandingan Ukuran (r), luas
permukaan (AS), dan jumlah droplet (n)
r (m) As (m2g-1) n (g-1)
0.1 33 2.6 x 1014
0.2 16 3.3 x 1013
0.5 6.5 2.1 x 1012
1 3.3 2.6 x 1011
2 1.6 3.3 x 1010
5 0.65 2.1 x 109
10 0.33 2.6 x 108
20 0.16 3.3 x 107
50 0.065 2.1 x 106

15. l : Persentase volume droplet yang
terisi oleh volume lapisan antarmuka
r (m)
l (%)
 = 2 nm
l (%)
 = 5 nm
l (%)
 = 10 nm
0.1 5.77 13.62 24.87
0.2 2.94 7.14 13.62
0.5 1.19 2.94 5.77
1 0.60 1.49 2.94
2 0.30 0.75 1.49
5 0.12 0.30 0.60
10 0.06 0.15 0.30
20 0.03 0.07 0.15
50 0.01 0.03 0.06
 : Tebal lapisan antarmuka

16. Pengaruh ukuran droplet minyak/air
terhadap waktu yang diperlukan molekul
kecil untuk terdifusi keluar dari droplet
Radius (m) Half-time (s)
0.1 6.6 x 10-7
0.5 1.6 x 10-5
1 6.6 x 10-5
5 1.6 x 10-3
10 6.6 x 10-3
50 1.6 x 10-1

17. Stabilisasi emulsi dengan emulsifier
 Tegangan antar muka
 Interaksi ionik
 Partikel halus
 Makromolekul

18. Tegangan antarmuka
Dalam bentuk
curah
Antarmuka cair-
cair
Ketika terbentuk
emulsi

19. Tegangan antarmuka

20. Yang sejenis cenderung menjadi satu
 Dua fase yang tidak bisa
bercampur akan
menimbulkan
antarmuka
 Molekul-molekul dari
fase yang sama saling
tarik menarik lebih kuat
dari pada dengan
molekul dari fase yang
berbeda
 Berarti kesatuan fase
yang sama cenderung
dipertahankan

21. Contoh DataTegangan Permukaan
Dengan Udara
/mN m-1
Dengan Air
/mN m-1
Air 72 0
Etanol 22 0
Minyak nabati 34 27

22. Tegangan Antar Permukaan Air-
Minyak (dynes/cm)
Jenis Minyak 25C 75C
Triolein 14.6 13.5
1,3-Dioleo-2-palmitin 14.5 12.5
Kacang (screw press) 18.1 -
Kacang (solvent
extracted)
18.5 -
Biji kapas (screw press) 14.9 -
Olive 17.6 -
Kelapa 12.8 -

23. Interaksi ionik
Interaksi netto antara partikel yang terdispersi
adalah jumlah dari:
gaya tarik van der Waals
dan
gaya tolak elektrostatik
Bila gara tarik > gaya tolak  tidak stabil
Bila gara tarik < gaya tolak  stabil

24.  Sistem emulsi agar tetap stabil
memerlukan kondisi bermuatan netral
 Surfaktan ionik memberikan lapisan
yang bermuatan sehingga keseluruhan
permukaan emulsi menjadi netral
Interaksi ionik

25. Partikel halus
 Partikel halus dari silika,
garam basa, dan rempah bisa
menstabilkan emulsi melalui
adsorpsi pada interface
 Keseimbangan tegangan
permukaan antara padatan
dan minyak, dan antara
padatan dan air

26. Makromolekul
 Protein dan gum membentuk film di
permukan butiran teremulsi yang mencegah
terjadinya coalescence

27. Destabilisasi Emulsi
 Creaming
 Flocculation
 Coalescence
 Ostwald Ripening
Sistem emulsi dapat di-destabilisasi
melalui mekanisme berikut:

28. Creaming
 Selama penyimpanan, adanya perbedaan densitas
antara minyak dan air, terdapat kecenderungan
fase minyak untuk terkonsentrasi di atas sistem
emulsi

29. Polydisperse vs Monodisperse

30. Creaming
 Bila ada perbedaan densitas,
maka dua fase dalam emulsi
cenderung akan memisah
 Minyak lebih kecil densitasnya (~
0.8) dibandingkan dengan air
(1.0 )
 Buoyancy force (Hukum
Archimedes)
 Friction force (Hukum Stokes)
 Gerakan dari droplet <1
mm/hari, tidak terjadi creaming

31. Flocculation
 Flocculation diartikan sebagai proses
dimana dua atau lebih droplet saling
menempel tanpa kehilangan identitas

32. Flocculation vs
Coalescence

33. Coalescence
 Coalescence merupakan proses ketika dua
atau lebih droplet bergabung dan
membentuk droplet yang lebih besar

35. Ostwald Ripening
 Ostwald ripening terjadi pada emulsi dimana
droplet bertabrakan dengan yang lain dan
membentuk droplet yang lebih besar dan yang
lebih kecil
 Droplet berukuran kecil cenderung menjadi makin
kecil

36. Distribusi Ukuran Partikel
Pada Emulsi yang Stabil
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
Frequency
(%)
0.01 0.1 1 10 100
Particle size (um)
Boost

37. 0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
Frequency
(%)
0.01 0.1 1 10 100
Particle size (um)
Chocolate milk
Distribusi Ukuran Partikel
Pada Sedimentasi

38. 0
4
8
12
16
20
Volume
frequency
(%)
0.01 0.1 1 10 100
Particle size (µm)
Distribusi Ukuran Partikel
Pada Coalescence dan
Creaming

39. Sedimentasi bahan padatan dan
creaming
Creaming
Sediment

40. Apa yang terjadi pada emulsi selama
penyimpanan?
 Partikel selalu bergerak disebut Brownian
Movement
 Terjadi tabrakan antar partikel (jutaan
tabrakan tiap detiknya)
 Terjadi interaksi antar ingredien
 Partikel terkenai gaya gravitasi sepanjang
waktu

41.  Globula lemak: flocculation and creaming
 Bahan padatan (mis : garam mineral):
Sedimentasi
 Ineteraksi makromolekul
Bagaimana nasib partikel yang
berada dalam sistem emulsi ?

42. STOKE’S LAW
 =
D () g
2
o
18 
Where 
D


g

= rate of movement
= particle diameter
= density of the dispersed phase
= density of the continuous phase
o
= gravitational acceleration
= viscosity of the continuous phase
The rate of movement of particles can be determined by

43. Memanfaatkan Prinsip-prinsip
dari Stoke’s Law
 Dapatkan ukuran partikel sekecil mungkin
 Tingkatkan viskositas medium pendispersi
 Kurangi perbedaan densitas
 Kombinasi dari tiga hal di atas

44. Contoh Penerapan STOKE’S LAW
Misal kita memiliki sistem emulsi sebagai berikut :
Densitas fase kontinyu 1.1x103 kg/m3
Viskositas fase kontinyu 0.015 kg/m.s (or Pa.s)
Droplet minyak
diameter 0.5x10-6 m
densitas 0.93x103 kg/m3
Calcium salt (Ca carbonate)
diameter 14x10-6 m
densitas 2.71X103 kg/m3

45. Penerapan Stoke’s Law
Misalkan tinggi wadah adalah 10 cm.
Dari Stoke’s Law akan diperoleh lama waktu untuk
globula minyak bergerak ke permukaan dan
partikel garam kalsium menuju ke dasar adalah :
Globula minyak 75 hari
Garam kalsium 14.5 menit
(Diasumsikan efek interaksi di dalam sistem
emulsi sangat kecil sehingga bisa diabaikan)

46. Bagaimana cara memperoleh kondisi
emulsi yang stabil ?
 Perlu tahu ukuran dan densitas partikel (misal:
globula lemak, garam mineral and partikel coklat)
dalam emulsi
 Gunakan kondisi homogenisasi yang optimum
untuk memperoleh ukuran partikel terkecil (akan
dipengaruhi oleh konsentrasi dan jenis protein
pengemulsinya and surfaktan dengan berat
molekul rendah, jika digunakan)
 Gunakan kombinasi hidrokoloid (stabilizer) yang
sesuai untuk memodifikasi viskositas emulsi

47. Stabilizer
 Emulsi bisa distabilkan dengan meningkatkan viskositas fase
kontinyu
 Gelatin dan gum mampu meningkatkan viskositas fase air
sehingga bisa menstabilkan emulsi o/w
 Stabilizer juga mengikat air dan mengurangi aktivitasnya pada
fase kontinyu, sehingga interfacial tension menurun dan
menghasilkan emulsi yang stabil

48. EMULSIFIER

49. Mengapa emulsifier?
 Air tidak bisa saling melarut dengan minyak
 Memerlukan pengadukan untuk
mendispersikan
 Dispersi minyak dan air thermodynamically
unstable
 Emulsifier diperlukan untuk memfasilitasi
terbentuknya emulsi

50. Emulsifiers atau Surfactants
Emulsifier merupakan komponen
berada di permukaan antara dua
cairan yang tak bercampur,
menurunkan tegangan permukaan
antar fase dan memfasilitasi
pembentukan sebuah emulsi

51. Emulsifiers
 Molekul aktif permukaan
 Terdiri dari bagian suka-air hidrofilik
dan suka-minyak lipofilik
 Menurunkan tegangan permukaan
 Orientate at oil/water or air/water
interface
 Berinteraksi dengan ingredients lain
(seperti pati, protein)

52. Produksi Emulsifier Dunia (% relatif)
Lactylated esters
Sorbitan esters
DATEM
Ethoxylated
mono
Monodiglycerides
Polyglycerol
esters
Propylene glycol
esters
Others

53. Pembuatan beberapa emulsifier
penting
LEMAK
ASAM LEMAK
GLISEROL
MONO(DI)GLISERIDA
POLIGLISEROL
ASAM LEMAK
DIACETYLATED TARTARIC
ACID ANHYDRIDE
ASAM LAKTAT ASAM LAKTAT
PGE DATEM GLP SSL, CSL

54. Emulsifier
Surface active agent
HIDROFILIK (suka-air)
Asam Organik Polyols
Asetat
Laktat
Sitrat
Tartarat
Gliserol
Poligliserol
Propylene glycol
Sorbitol
Sukrosa
LIPOFILIK (suka-minyak)
Fat/Oils, Fatty Acids
Lemak sapi
Lemak babi
Kelapa sawit
Kedelai
Bunga matahari
Lain-lain

55. Pemilihan Emulsifier
 Sistem HLB (hydrophilic-lipophilic balance)
 HLB : 1 s/d 50
 HLB > 10 berarti lebih hydrophilic
 HLB < 10 berarti lebih lipophilic
 HLB 4 s/d 6 sesuai untuk emulsi w/o
 HLB 8 s/d 18 sesuai untuk emulsi o/w

56. Emulsifiers: karakteristik kimia
 Nilai Iodine
 Nilai keasaman
 Nilai saponifikasi
 Sifat asam lemak

57. Emulsifiers: karakteristik fisik
 Bentuk fisik
 Titik leleh
 Ukuran partikel
 Pembawa (carrier)
 Nilai HLB

58. Emulsifiers: karakteristik ikatan
Fat base
Nilai Iodine
Bentuk fisik
Titik leleh
Jenuh
Tidak Jenuh
Rendah Tinggi
Block
Prill
Bead
Fine powder
Paste
Liquid
Tinggi Rendah

59. Kisaran Nilai HLB
Di and Monoglyceride 2.1
Lactylated Monoglyceride 2.4
PGME / Mono and diglyceride 2.6
Glycerol Mono-oleate 3.3
Mono-Diglycerides 4.0
Soaped Mono-Diglyceride 5-6
Sorbitan Monostearate 4.2
Triglycerol Monostearate 4.7
Polysorbate 65 10.5
Triglycerol Mono-oleate 13.0
Ethoxylated monoglyceride 13.5
Polysorbate 60 14.9
Polysorbate 80 15.0

60. Pemilihan Emulsifier
 Sistem PIT (phase inversion
temperature)
 Bila suhu meningkat maka
gaya hidrofobik menjadi
makin kuat
 Emulsifier yang mudah larut
dalam air pada suhu rendah
bisa menjadi lebih larut
dalam minyak bila suhu
dinaikkan
 Nilai PIT berkorelasi dengan
HLB dan stabilitas emulsi

61. Contoh Emulsifier
 Molekul kecil
– Mono dan digliserida
– Sucrose esters
– Sorbitan esters
– Polysorbates (Tween)
– Stearoyl lactylates
– Lecithin
 Molekul besar
– Protein (bovine serum albumin, laktoglobulin, ovalbumin)

62. Mono- dan Digliserida
 Sangat lipophilic, HLB 1 s/d 10
 Diperoleh dari transesterifikasi gliserol dan
triasilgliserida
 Digunakan pada produk bakery, frozen desserts,
icings, topping, dan peanut butter

63. Sucrose esters
 Mono-, di-, dan tri- ester sukrosa dan asam lemak
 Biasanya memiliki HLB 7 s/d 13
 Mono-ester HLB > 16 untuk emulsi o/w
 Di-ester sesuai untuk emulsi w/o
 Tri-ester HLB ~ 1

64. Sorbitan ester
 Yang diijinkan untuk
makanan hanyalah
sorbitan monostearate
 Diperoleh dari reaksi
sorbitol dan asam stearat
 Dikenal dengan nama
komesial SPAN 60
 HLB 4,7

65. Polysorbates
 Polyoxyethylene sorbitan
esters
 Diperoleh dari reaksi
sorbitan ester dan ethylene
oxide
 Polysorbate 60
(polyoxyethylene sorbitan
monostearate / TWEEN 60,
HLB 14.9)
 Polysorbate 80
(polyoxyethylene sorbitan
monooleate / TWEEN 80,
HLB 15.0)

66. Stearoyl lactylates
 Ionic emulsifier
 Paling hydrophilic emulsifier
 Ester asam laktat dan monogliserida dan mengandung Ca
atau Na
 Membentuk ikatan yang kuat dengan gluten
 Digunakan pada produk bakery

67. Lecithin
 Amphipilic emulsifier
 Campuran phospholipid
 Diperoleh secara komersial
dari kedelai
 Bisa dimodifikasi untuk
mendapatkan kisaran HLB
yang lebar
 Digunakan pada bakery,
chocolate, confectionery
products

68. Aplikasi Emulsifier
 Margarine
– Mengapa digunakan emulsifier ?
– Margarine mengandung 16% air, emulsi w/o, memperbaiki
stabilitas emulsi selama penyimpanan
– Emulsifier yang mana ?
– Mono- dan digliserida dengan asam lemak rantai panjang
 Ice Cream
– Mengapa digunakan emulsifier ?
– Merupakan emulsi o/w, perlu distabilkan dengan emulsifier
sebelum pembekuan, selama pembekuan emulsifier
mengendalikan destabilisasi emulsi
– Emulsifier yang mana ?
– Polysorbate

69. Aplikasi Emulsifier
 Produk bakery
– Mengapa digunakan emulsifier ?
– Membantu pencoklatan yang seragam,
memperbaiki retensi air, memperbaiki
kelembutan
– Emulsifier yang mana ?
– Stearoyl lactylates
 Konfeksioneri
– Mengapa digunakan emulsifier pada coklat ?
– Mengurangi pemakaian cocoa butter, memperbaiki mouthfeel,
dan mengurangi kelengketan dengan bahan pengemas
– Emulsifier yang mana ?
– Lecithin