Minyak sawit yang digunakan sebagai bahan baku pada penelitian ini didapatkan dari PT. Salim Ivomas Pratama yang kemudian melalui proses degumming, deasidifikasi dan fraksinasi. Proses degumming merupakan proses pemisahan getah dan kotoran-kotoran berupa fosfatida atau protein yang terdapat dalam minyak. Setelah itu dilakukan proses deasidifikasi dengan cara netralisasi yaitu mereaksikan asam lemak bebas dengan basa sehingga membentuk sabun. Alkali yang biasa digunakan pada proses ini adalah NaOH, proses ini lebih dikenal dengan istilah “caustic deacidification”. Konsentrasi NaOH yang digunakan bergantung pada jumlah asam lemak bebas dapat minyak. Untuk minyak dengan kandungan asam lemak bebas dibawa 1% digunakan larutan NaOH 8-12 oBe, sedangkan untuk kandungan asam lemak diatas 1% digunakan konsentrasi 14-20 oBe (Mas’ud β007). Penggunaan bahan alkali yang tidak tepat dapat mempengaruhi keefektivan proses deasidifikasi.
Proses selanjutnya adalah fraksinasi yang terbagi menjadi dua tahap yaitu kristalisasi dan filtrasi. Proses kristalisasi dilakukan dengan metode dry crystallization atau winterization yang bertujuan untuk memisahkan trigliserida dari minyak menjadi dua fraksi tanpa menggunakan bahan kimia, kemudian proses filtrasi dilakukan dengan menggunakan membran press filter dan menghasilkan fraksi olein dan strearin. Dalam proses fraksinasi minyak sawit umumnya didapatkan 80% fraksi olein dan 20% fraksi stearin (Lai et al. 2012). Tabel 2 Hasil Analisis Minyak Sawit
Parameter Minyak Sawit
Mentah
Olein Minyak Sawit Kadar air (%)
Kadar asam lemak bebas (%)
0.19 4.70
0.25 0.24
Bilangan Iod (g I2/ 100 g minyak) 52.8 51.71
Bilangan Peroksida (mg/g ekivalen O2) 1.1 1.5
Kadar -karoten (ppm) 705.44 671.29
Analisis dilakukan pada awal dan akhir proses untuk mengetahui pengaruh proses persiapan terhadap karakteristik minyak sawit. Pada Tabel 2 dapat
14
diketahui minyak sawit memiliki kadar air 0.19% sebelum proses persiapan dan naik menjadi 0.25% setelah proses persiapan sedangkan kadar asam lemak bebas 4.70% sebelum proses persiapan dan setelah proses persiapan kadar asam lemak bebas menurun hingga 0.24%. Proses degumming dan deasidifikasi yang dilakukan efektif untuk menurunkan kadar asam lemak bebas dalam minyak sawit namun dapat peningkatan kadar air minyak sawit minyak sawit. Tetapi nilai kadar air dan kadar asam lemak bebas minyak sawit dapat dikatakan baik karena memenuhi Standar Nasional Indonesia tentang minyak kelapa sawit (SNI 01-2901-2006) yaitu memiliki kadar air dan kadar asam lemak bebas maksimum 0.5% (b/b) (BSN 2006). Asam lemak bebas yang terdapat dalam minyak sawit dapat menghasilkan rasa dan bau yang tidak disukai, oleh sebab itu kandungan asam lemak bebas harus direduksi hingga mencapai standar mutu.
Bilangan iod menyatakan jumlah gram iod yang digunakan untuk mengadisi ikatan rangkap yang terdapat dalam 100 gram minyak. Semakin banyak ikatan rangkap yang terdapat dalam minyak maka akan semakin tinggi bilangan iod. Dengan demikian bilangan iod dapat merepresentasikan derajat ketidakjenuhan dalam minyak. Hal ini penting untuk diketahui karena semakin banyak ikatan rangkap, minyak akan semakin tidak stabil dan mudah terdegradasi (Kusnandar 2010). Pada Tabel 2 diketahui bilangan iod sebelum dan sesudah proses persiapan adalah 52.8 dan 51.7 (g I2/ 100 g minyak). Mengacu pada SNI 01-2901-2006 bilangan iod maksimum yang terdapat dalam olein minyak sawit adalah 50-55 (g I2/ 100 g minyak) (BSN 2006), dengan demikian bilangan iod minyak sawit ini telah memenuhi standar.
Bilangan peroksida digunakan sebagai indikator terjadinya reaksi oksidasi pada minyak. Semakin tinggi bilangan peroksida mengindikasi semakin tingginya oksidasi pada minyak. Pada bahan baku minyak sawit ini, bilangan peroksida meningkat dari 1.1 (mg/g) menjadi 1.5 (mg/g). Hal ini dapat disebabkan adanya penyimpanan dan perlakuan panas selama proses. Peningkatan bilangan peroksida kerap terjadi pada minyak sawit yang mengalami penyimpanan. Minyak sawit yang mengalami penyimpanan selama 2 bulan akan memiliki bilangan peroksida kurang dari 2 mg/g Lai et al. (2012).
Pada penelitian ini bahan baku yang digunakan adalah fraksi olein minyak sawit. Hal ini disebabkan karotenoid lebih banyak terdapat pada fraksi olein (680-760 ppm) dibandingkan fraksi stearin (380-540 ppm) (Lai et al. 2012). Kadar -karoten pada CPO sebesar 705.44 ppm sedangkan setelah melalui tahap persiapan kadar -karoten pada palm olein sebesar 671.29 ppm. Penurunan kadar -karoten terjadi akibat adanya paparan udara,cahaya, dan panas yang terjadi selama proses persiapan (Ball 2006).
KarakteristikNanoemulsi
Pada tahap ini dilakukan pembuatan nanoemulsi minyak sawit dengan menggunakan Tween 80 sebagai emulsifier. Tween 80 dipilih karena dapat menghasilkan ukuran partikel yang lebih kecil dibandingkan penggunaan emulsifier lain, khususnya Tween 20 dalam pembuatan nanoemulsi minyak sawit (Marpaung 2014). Perbedaan hasil tersebut disebabkan oleh pengaruh nilai HLB (hydropyhlic-lipophylic balance) emulsifier dan komposisi emulsi. Nilai HLB Tween 20 dan Tween 80 yaitu 16.7 dan 15.0. Emulsifier dengan HLB yang lebih
15 rendah lebih larut pada komponen minyak, sehingga dapat memfasilitasi terbentuknya ukuran partikel yang lebih kecil.
Formula yang digunakan pada penelitian ini merupakan modifikasi formulasi Marpaung (2014) yaitu dengan perbandingan fase terdispersi dan fase pendispersi 1:9 dengan konsentrasi Tween 80 sebesar 20% dan 30%. Penentuan perbandingan fase-fase tersebut dilatarbelakangi oleh penelitian Tan dan Nakajima (2005) yang menyatakan bahwa ukuran partikel yang lebih kecil akan didapatkan dengan meningkatkan volume fase pendispersi. Menurut McClements (2004) hal ini disebabkan semakin rendahnya viskositas emulsi yang dihasilkan, sehingga semakin mudah untuk menghancurkan droplet. Selain itu, dengan semakin rendahnya volume fase terdispersi maka akan semakin kecil luas permukaan partikel sehingga emulsifier yang ada cukup untuk melapisi semua partikel dan meminimalisir terjadinya coalescence (bergabungnya droplet).
Pemilihan besarnya konsentrasi Tween 80 sebesar 20% dan 30% mengacu pada hasil penelitian Marpaung (2014) yaitu ukuran partikel terkecil dihasilkan dengan penggunaan Tween 80 dengan konsentrasi 30% dibandingkan dengan penggunaan Tween 80 pada konsentrasi yang lebih rendah (10%). Pembuatan nanoemulsi dengan konsentrasi Tween 80 20% dilakukan untuk melihat signifikansi karakteristik nanoemulsi yang dibuat dengan konsentrasi emulsifier yang lebih rendah.
Gambar 3 Pengaruh tekanan dan konsentrasi emulsifierterhadap laju aliran output Laju aliran output (output flow rate) diukur saat proses produksi berlangsung pada setiap siklus atau pengumpanan yang dilakukan. Pada pengamatan ini, nilai laju aliran output berada pada kisaran 8.96 ml/s hingga 11.04 ml/s. Pada penggunaan Tween 80 sebesar 20% laju aliran output dari tekanan 100 bar hingga 300 bar yaitu 11.04 ml/s, 10.6 ml/s, dan 9.72 ml/s. Sedangkan pada penggunaan Tween 80 dengan konsentrasi 30% laju aliran output yang dihasilkan sebesar 10.8 ml/s, 10.36 ml/s, dan 8.96 ml/s.
Semakin besar tekanan yang digunakan, laju aliran output akan semakin rendah. Hal ini disebabkan semakin besarnya gaya yang harus dihasilkan oleh homogenizer sehingga menahan aliran emulsi. Selain itu, penggunaan Tween 80 dengan konsentrasi yang lebih tinggi menghasilkan laju aliran output yang lebih rendah. Menurut McClements (2004) bertambahnya kosentrasi emulsifier akan menyebabkan berubahnya reologi dari emulsi. Hal ini dilatarbelakangi oleh
11.04 10.6 9.72 10.8 10.36 8.96 7 8 9 10 11 12 100 200 300 Laj u al ir an o u tp u t (m l/ s) Tekanan (bar) tween80 20% tween80 30%
16
terbentuknya tegangan antar partikel karena adanya molekul emulsifier pada seluruh antarmuka yang menyebabkan terbentuknya membran yang viskoelastis. Dengan demikian penambahan emulsifier dapat meningkatkan viskositas sehingga meningkatkan daya tahan terhadap aliran emulsi.
Tabel 3 Hasil analisis ukuran partikel Konsentrasi Tween 80 (%) Tekanan (bar) Ukuran partikel D50 (nm) Poly Dispersion Index 20 100 230.53e ± 14.68 0.3990 ± 0.0616 200 134.37c ± 7.38 0.3320 ± 0.0400 300 38.87ab ± 2.15 0.3310 ± 0.0141 30 100 178.87d ± 5.74 0.4910 ± 0.0178 200 50.23b ± 0.61 0.3490 ± 0.0355 300 33.77a ± 3.59 0.3093 ± 0.0232 a-e
Angka-angka pada kolom yang sama yang diikuti oleh huruf yang sama tidak berbeda nyata Pada pengamatan terhadap ukuran partikel nanoemulsi, ukuran partikel berkisar pada 33.77 nm hingga 230.53 nm pada 50% volume emulsi (Tabel 3). Konsentrasi emulsifier dan besar tekanan berpengaruh nyata terhadap ukuran droplet (p<0.05). Semakin besar tekanan maka ukuran droplet yang dihasilkan akan semakin kecil. Begitu pula dengan konsentrasi emulsifier, semakin tinggi konsentrasi emulsifier maka akan semakin kecil ukuran droplet yang dihasilkan.
Pembuatan emulsi dengan tekanan yang lebih tinggi dapat mereduksi ukuran partikel secara signifikan (p<0.05). Hal itu disebabkan ukuran partikel dari emulsi dapat direduksi dengan meningkatkan intensitas, suhu, dan durasi penghancuran droplet selama terdapat cukup emulsifier dalam emulsi. Besarnya keefektifan dan energi emulsifikasi (input energi) dalam mereduksi droplet dipengaruhi berbagai faktor sesuai dengan jenis homogenizer yang digunakan. Pada high pressure homogenizer, input energi dapat ditingkatkan dengan meningkatkan tekanan atau meresirkulasi emulsi kedalam alat (McClements 2004). Sehingga semakin tinggi tekanan yang digunakan akan semakin kecil ukuran partikel yang dihasilkan bila terdapat emulsifier yang cukup.
Dari Tabel 3 dapat diketahui bahwa pembuatan emulsi dengan konsentrasi emulsifier yang lebih tinggi pada tekanan yang sama akan menghasilkan ukuran partikel yang lebih kecil (p<0.05). Hal itu disebabkan ukuran partikel suatu emulsi akan lebih dipengaruhi oleh konsentrasi emulsifier dibandingkan dengan input energi atau tekanan yang diberikan, bila emulsifier didalamnya terbatas (McClements 2004). Sehingga walaupun diberikan tekanan dan proses yang sama, emulsi dengan konsentrasi emulsifier yang lebih tinggi akan menghasilkan ukuran partikel yang lebih kecil.
Pada sistem emulsi, emulsifier memiliki interfacial area maksimum untuk melapisi seluruh permukaan partikel. Luas permukaan partikel akan meningkat seiring menurunnya ukuran partikel yang disebabkan oleh proses homogenisasi. Bila meningkatnya luas permukaan partikel tidak diiringi dengan jumlah emulsifier, partikel dalam emulsi akan menyatu dengan satu sama lain dan menyebabkan terjadinya coalecence. Namun, bila konsentrasi emulsifier lebih dari
17 yang dibutuhkan untuk melapisi seluruh permukaan partikel, ukuran droplet akan lebih dipengaruhi oleh input energi dari proses homogenisasi yang dilakukan.
Selain tekanan dan konsentrasi emulsifier, terdapat beberapa faktor yang mempengaruhi ukuran partikel emulsi yaitu sifat komponen fase-fase dan suhu selama proses produksi. Pada emulsi dengan jenis minyak atau fase pendispersi yang berbeda akan memberikan hasil yang berbeda, dipengaruhi oleh perbedaan struktur molekul, tekanan, dan komponen penyusun. Perbedaan tersebut dapat mempengaruhi besaran energi yang dibutuhkan untuk menghancurkan partikel dalam emulsi. Pada proses emulsifikasi terjadi peningkatan suhu akibat adanya gaya gesek atau tekanan tinggi. Peningkatan suhu tersebut bermanfaat untuk menghasilkan ukuran partikel yang lebih kecil. Hal ini disebabkan suhu dapat menurunkan tegangan permukaan yang dapat mengakselerasi terbentuknya ukuran partikel yang lebih kecil. Namun adanya suhu yang berlebih selama proses dapat menurunkan efektivitas emulsifier dan menyebabkan terjadinya penggabungan droplet (coalescence) dan agregasi pada emulsi (McClements 2004)
Nilai PDI atau Poly Dispersion Index merupakan nilai yang menunjukkan distribusi partikel dengan ukuran partikel yang terukur. Semakin kecil nilai PDI mengindikasikan semakin tepat data ukuran partikel yang terukur. Distribusi ukuran partikel yang ideal berkisar antara 0.09-0.40 (Mao et al. 2009). Menurut McClements (2004) terdapat beberapa jenis homogenizer yang mampu menghasilkan nilai PDI yang kecil, seperti microchannel homogenizer, sedangkan high pressure homogenizer merupakan jenis homogenizer yang menghasilkan nilai PDI yang cenderung besar. Pada penelitian ini, nilai PDI yang didapatkan berkisar antara 0.31 hingga 0.49. Semakin tinggi tekanan dan jumlah pengumpanan yang dilakukan, distribusi partikel akan semakin baik.
Pada tahap ini diamati bahwa peningkatan dan konsentrasi emulsifier dapat mereduksi ukuran partikel secara signifikan (p<0.05). Hal tersebut disebabkan karena peningkatan tekanan dapat meningkatkan input energi dan efisiensi emulsifikasi. Penggunaan emulsifier yang cukup dibutuhkan umtuk mempertahankan kestabilan emulsi dan mencegah terjadinya coalescence.
Kandungan β-karoten Nanoemulsi
a-f
Angka-angka yang diikuti oleh huruf yang sama tidak berbeda nyata
Gambar 4 Pengaruh komposisi dan proses terhadap kadar -karoten nanoemulsi
64.00 25.23 9.45 11.92 8.60 5.60 0.00 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 60.00 70.00 100 200 300 K ad ar b e tak ar o te n (p p m ) Tekanan (bar) tween 80 20% tween 80 30%
18
Pada tahap ini dilakukan analisis kadar -karoten pada sampel menggunakan metode HPLC untuk mengetahui pengaruh tekanan dan komposisi emulsi terhadap kandungan -karoten. Kurva standar dan chromatogram dapat dilihat pada lampiran 7 dan 8. Pada Gambar 4 teramati bahwa semakin tinggi tekanan yang digunakan maka akan semakin rendah kadar -karoten yang dihasilkan. Hal ini disebabkan senyawa -karoten mudah terdegradasi oleh adanya cahaya, panas, dan oksigen, sedangkan dalam penggunaan HPH peningkatan tekanan berkorelasi positif terhadap peningkatan suhu emulsifikasi (Tan dan Nakajima 2005). Selain itu, penggunaan tekanan tinggi selama emulsifikasi dapat memicu terbentuknya radikal bebas yang dapat mendegradasi senyawa -karoten. Hal ini dapat dipengaruhi oleh tingginya shear stress yang dihasilkan. Menurut Tan dan Nakajima (2005) pembentukan radikal bebas terjadi dapat terjadi pada penggunaan tekanan 1600-5000 psi atau setara dengan 110-345 bar.
Penurunan kadar -karoten pada sistem nanoemulsi juga berkolerasi dengan semakin tingginya emulsifier yang menyebabkan semakin kecilnya ukuran partikel emulsi. Semakin kecil ukuran partikel maka akan semakin besar luas permukaan partikel tersebut. Sehingga akan memperbesar peluang terpaparnya senyawa -karoten terhadap radikal bebas yang ada pada fase kontinyu emulsi (Tan dan Nakajima 2005).
Selain itu, penurunan kadar -karoten dapat dipengaruhi oleh lamanya proses emulsifikasi karena waktu emulsifikasi yang panjang akan memperbesar peluang terpaparnya emulsi dengan panas dan oksigen. Pada Gambar 3 diamati bahwa semakin tinggi tekanan dan konsentrasi emulsifier, laju aliran output akan menurun atau dengan kata lain proses emulsifikasi akan semakin panjang. Dengan demikian, semakin tinggi tekanan dan konsentrasi emulsifier yang digunakan, dapat berpengaruh terhadap penurunan kadar -karoten pada nanoemulsi.
Kestabilan Nanoemulsi
Pada tahap ini dilakukan analisis karotenoid, warna, dan kestabilan emulsi dilakukan untuk mengetahui kestabilan emulsi selama penyimpanan. Proses penyimpanan dilakukan selama 30 hari di dalam ruang kedap cahaya dengan suhu penyimpanan 25 oC (suhu ruang).
Setelah dilakukan penyimpanan selama 30 hari teramati penurunan kadar karotenoid pada emulsi. Pada penelitian ini kadar karotenoid pada sampel mengalami penurunan sebanyak 1-5 ppm selama penyimpanan. Seperti yang telah disebutkan sebelumnya, penurunan kadar karotenoid dapat diinduksi oleh adanya panas, cahaya, dan oksigen (Ball 2006). Selain itu, teroksidasinya lemak pada emulsi selama penyimpanan dapat membentuk radikal bebas dan memicu terdegradasinya senyawa karotenoid. Ball (2006) menyatakan faktor terbesar yang berpengaruh terhadap penurunan kadar karotenoid dalam pangan selama proses dan penyimpanan adalah oksidasi enzimatik dan nonenzimatik. Enzim lipoksigenase yang terdapat dalam bahan pangan dapat mengkatalisis terjadinya reaksi peroksidasi yang memicu terbentuknya radikal bebas. Selain itu selama proses dan penyimpanan, reaksi oksidasi dapat terjadi akibat terpaparnya bahan pangan dengan udara. Dengan demikian, pengemasan vakum, perlakuan hot-filling, dan penggunaan kemasan impermeable dapat meminimalisir penurunan kadar karotenoid selama penyimpanan (Ball 2006).
19
Gambar 5 Pengaruh lama penyimpanan terhadap konsentrasi karotenoid pada hari ke 15 dan 30
Tabel 4 Perubahan warna nanoemulsi selama penyimpanan Tekanan (bar) Hari Tween 80 20% C Tween 80 30% C L a b L a b 100 0 82.66 0.47 63.34 63.35 81.52 0.89 63.55 63.56 15 82.33 0.12 62.14 62.14 80.51 0.50 63.05 63.06 30 83.26 -0.86 60.61 60.61 82.50 -0.51 61.27 61.28 200 0 81.75 0.81 62.31 62.31 80.74 1.31 63.44 63.45 15 81.66 0.22 61.42 61.42 80.51 0.38 62.39 62.39 30 82.80 -0.86 59.20 59.20 82.40 -1.23 59.40 59.42 300 0 81.43 0.93 61.97 61.97 80.60 1.43 62.95 62.96 15 81.34 0.22 61.23 61.23 80.11 0.32 61.50 61.50 30 82.56 -0.55 59.78 59.78 81.35 -0.28 60.37 60.37
Pada Tabel 4 dapat diamati perubahan warna nanoemulsi selama masa penyimpanan. Derajat L* menunjukkan lightness atau derajat kecerahan warna, semakin tinggi nilai derajat L* menunjukkan semakin cerah warna emulsi, sebaliknya semakin rendah nilai derajat L* menunjukan semakin pekat warna emulsi. Derajat positif a* yang diamati pada Tabel 4 menunjukkan emulsi memiliki warna kemerahan, sedangkan derajat poitif b* pada skala 59-63 menunjukkan emulsi memiliki warna dominan kuning. Reduksi pada derajat positif a* menunjukkan reduksi pada derajat kemerahan emulsi, sedangkan reduksi pada derajat positif b* menunjukkan reduksi pada standar kuning emulsi (Mao et al 2009). . Nilai C menunjukkan intensitas warna emulsi yang didapatkan dari nilai a dan b, semakin tinggi nilai C menunjukkan semakin tinggi intensitas warna emulsi (McClements 2004).
Pada Tabel 4 teramati adanya peningkatan nilai L* dan penurunan nilai C selama proses penyimpanan. Terjadinya perubahan warna pada emulsi minyak sawit dapat disebabkan terjadinya degradasi komponen karotenoid yang terdapat
30 hari 15 hari 0.00 10.00 20.00 30.00 40.00 100 200 300 100 200 300 34.62 33.48 31.98 32.98 32.37 31.31 37.62 33.75 32.68 36.73 33.41 32.28 Kad ar k ar o ten o id ( p p m ) Tekanan (bar) 30 hari 15 hari Tween 80 20% Tween 80 30%
20
dalam sistem emulsi (Qian et al. 2012). Hal ini disebabkan warna kuning kemerahan yang ada pada emulsi berasal dari komponen karotenoid yang terdapat dalam minyak sawit. Senyawa karotenoid dapat terdegradasi dengan adanya panas, cahaya, dan oksigen, sehingga dalam proses penyimpanan senyawa karotenoid dapat terdegradasi.
Selain itu terjadi penurunan nilai L* seiring dengan peningkatan tekanan dan konsentrasi emulsifier. Hal ini disebabkan peningkatan tekanan dan konsentrasi emulsifier dapat meningkatkan suhu emulsifikasi karena adanya shear stress yang tinggi (McClements 2004), dengan demikian dapat menyebabkan terdegradasinya senyawa karotenoid. Selain karena degradasi senyawa karotenoid, reduksi ukuran partikel yang disebabkan oleh peningkatan tekanan dapat mempengaruhi kecerahan warna emulsi. Menurut McClements (2004) semakin kecil ukuran partikel yang terdapat dalam sistem emulsi, maka akan semakin rendah nilai kecerahannya. Sehingga semakin tinggi tekanan yang digunakan derajat kecerahan emulsi akan menurun.
Tabel 5 Kestabilan emulsi selama penyimpanan
Tekanan (bar) Hari Tween 80 20% Tween 80 30% 100 0 100% 100% 15 99% 100% 30 98% 99% 200 0 100% 100% 15 100% 100% 30 99% 99% 300 0 100% 100% 15 99% 100% 30 99% 100%
Pada tahap ini diamati kestabilan emulsi dengan metode sentrifugasi. Sebelum dilakukan sentrifugasi, emulsi dipanaskan dalam waterbath selama 1 jam pada suhu 65oC. Perlakuan panas pada emulsi dapat menyebabkan menurunnya efektivitas emulsifier yang menginduksi terjadinya inversi fase dan menyebabkan emulsi terpecah menjadi komponen awal (McClements 2004). Sedangkan gaya sentrifugasi dapat mendorong terpisahnya fase terdispersi dan pendispersi sehingga memicu terjadinya creaming dan terpisahnya air dari emulsi. Kestabilan emulsi dinyatakan dalam persentase emulsi yang tetap stabil setelah dilakukan proses pemanasan dan pemberian gaya sentrifugal.
Pada Gambar 6 teramati nanoemulsi minyak sawit mengalami creaming selama penyimpanan yang dipengaruhi oleh gaya gravitasi. Hal ini dapat terlihat dari terbentuknya lapisan berwarna lebih pekat pada bagian atas sistem emulsi. Menurut McClements (2004), creaming kerap terjadi pada sistem emulsi oil in water disebabkan densitas droplet yang lebih kecil dibandingkan densitas fase pendispersi. Dalam penelitian ini, terjadi creaming sebesar 1-2% pada sistem emulsi dalam waktu penyimpanan 30 hari.
21
Gambar 6 Analisis kestabilan emulsi
Pada Tabel 5 teramati nanoemulsi yang dibuat pada tekanan 300 bar dan konsentrasi emulsifier 30% memiliki kestabilan yang paling baik selama penyimpanan. Sedangkan nanoemulsi yang dibuat dengan konsentrasi emulsifier 20% dan tekanan 100 bar mengalami penurunan kestabilan sebanyak 2% pada hari ke 30 penyimpanan. Dari data tersebut dapat teramati bahwa ukuran partikel dan konsentrasi emulsifier berpengaruh terhadap kestabilan emulsi. Nanoemulsi yang memiliki ukuran partikel yang lebih kecil akan lebih stabil selama proses penyimpanan.
Ukuran partikel yang kecil pada sistem nanoemulsi menyebabnya terjadinya gerakan acak yang terus menerus dalam emulsi yang disebut dengan gerak Brown. Adanya efek gerak Brown dapat mencegah terjadinya pengendapan atau pemisahan yang disebabkan oleh gaya gravitasi selama penyimpanan berlangsung. Efek gerak Brown membuat partikel dalam nanoemulsi terdispersi secara acak dalam sistem sehingga tidak terjadi penumpukan pada bagian atas maupun bagian bawah emulsi. Semakin kecil ukuran droplet maka akan semakin besar efek gerak Brown yang dimilikinya, sehingga emulsi tersebut akan lebih stabil terhadap pemisahan yang disebabkan adanya gaya gravitasi (McClements 2004).
Selain itu pada sistem emulsi, setiap droplet dilapisi dengan lapisan tipis emulsifier sehingga saat dua droplet berhimpitan, lapisan emulsifier tersebut akan berteraksi satu sama lain dan saling tolak menolak. Interaksi tersebut disebut sebagai interaksi sterik atau penolakan sterik. Interaksi sterik merupakan hasil dari pembauran dan penekanan dari lapisan antarmuka partikel. Interaksi sterik dapat mencegah terjadinya penggabungan droplet sehingga membuat emulsi menjadi lebih stabil. Interaksi sterik dipengaruhi oleh karakteristik lapisan antarmuka yang sangat dipengaruhi oleh jenis dan konsentrasi emulsifier. Dengan demikian emulsi dengan konsentrasi emulsifier yang lebih tinggi akan lebih stabil dibandingkan dengan emulsi dengan emulsifier yang terbatas (McClements 2004).
Penggunaan emulsifier dengan konsentrasi yang lebih tinggi akan membuat emulsi lebih stabil. Hal ini disebabkan terbentuknya tegangan antar partikel karena adanya molekul emulsifier yang menyelubungi permukaan partikel. Tegangan antar partikel tersebut mencegah terjadinya penggabungan droplet dan agregasi sehingga emulsi tetap stabil (McClements 2004).
Tween 80 20%
100 bar 200 bar 300 bar
Tween 80 30%
22
Kajian Awal Peningkatan Skala Nanoemulsi dengan
High Pressure Homogenizer
Pada peningkatan skala dari skala laboratorium ke skala pilot plant diharapkan produk yang dihasilkan akan memiliki karakteristik yang sama, misal kesamaan ukuran droplet. Pada produk emulsi hal itu bisa didapatkan dengan menjaga input energi agar tetap konstan selama proses emulsifikasi (Mubarok 2011). Pada umumnya input energi dipengaruhi oleh jenis homogenizer yang digunakan pada proses emulsifikasi.
Pada penelitian ini emulsifikasi dilakukan dengan High Pressure Homogenizer (HPH) sehingga input energi hanya dipengaruhi oleh tekanan yang digunakan dan jumlah pengumpanan (McClements 2004). HPH memiliki sistem kontinyu sehingga karakteristik droplet dalam emulsi tidak dipengaruhi oleh besarnya volume bahan. Input energi atau densitas energi dari HPH dapat dihitung dengan mengalikan besarnya tekanan yang digunakan dengan jumlah pengumpanan (McClements 2004). Semakin besar tekanan yang digunakan, maka densitas energi akan semakin besar dan berpotensi untuk menghasilkan ukuran partikel yang semakin kecil. Umumnya, penggunaan HPH dalam industri pangan membutuhkan densitas energi yang besar tergantung dari karakteristik emulsi yang ingin dihasilkan perusahaan. Pada sistem HPH dibutuhkan sekitar 10.000 kJm-3 energi untuk membentuk emulsi (McClements 2004).
Secara teoritis, densitas energi yang diberikan saat proses emulsifikasi dapat digunakan untuk memprediksi diameter droplet emulsi (Romero 2008). Fungsi densitas energi dengan diameter droplet secara umum ditulis dengan persamaan:
Dengan d32 adalah sauter mean diameter atau rerata diameter partikel droplet dan Ev adalah densitas energi. Sedangkan C dan b merupakan konstanta yang besarnya dipengaruhi oleh jenis emulsifier, sifat fluida, dan alat emulsifikasi (Mubarok 2011). Untuk membuat prediksi ukuran droplet maka dibuat kurva hubunngan antara Ev dan d32. Kurva tersebut tidak bersifat linear, melainkan logaritmik sehingga menggunakan model Power Law.
Pada Gambar 7 teramati hubungan densitas energi dengan d32 emulsi minyak sawit yang dihasilkan dengan High Pressure Homogenizer. Penggunaan tekanan yang lebih besar berpotensi untuk menghasilkan ukuran partikel yang lebih kecil. Namun pada aplikasi dalam skala yang lebih besar, peningkatan tekanan dapat meningkatkan biaya produksi. Selain dengan peningkatan tekanan, penggunaan emulsifier yang lebih besar pada tekanan yang sama dapat menghasilkan ukuran partikel yang lebih kecil. Dengan demikian, pada aplikasi dalam skala yang lebih besar, untuk meminimalisir biaya produksi, reduksi ukuran