BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Surfaktan
Surfaktan adalah suatu zat yang mempunyai kemampuan untuk menurunkan tegangan permukaan (surface tension) suatu medium dan menurunkan tegangan antarmuka (interfacial tension) antar dua fase yang berbeda derajat polaritasnya.
Istilah antarmuka menunjuk pada sisi antara dua fase yang tidak saling melarutkan, sedangkan istilah permukaan menunjuk pada antarmuka dimana salah satu fasenya berupa udara (gas) (Rosen, 1989). Berdasarkan muatannya surfaktan dibedakan menjadi 4 jenis yaitu surfaktan nonionik, kationik, anionik, dan zwiterionik. Surfaktan nonionik merupakan surfaktan yang gugus hidrofilnya tidak bermuatan contohnya tween 80, lesitin, PEG, labrasol, labrafil, dan span 80.
Gambar 2.1 Struktur Surfaktan
Surfaktan kationik merupakan surfaktan yang memiliki gugus hidrofil kation atau bermuatan positif, contohnya garam alkil trimethil ammonium, garam dialkil-dimethil ammonium dan garam alkil dimethil benzil ammonium.
Surfaktan anionik merupakan surfaktan yang memiliki gugus hidrofil anion atau
bermuatan negatif, contohnya garam alkana sulfonat, garam olefin sulfonat, garam sulfonat asam lemak rantai panjang. Surfaktan zwiterionik adalah surfaktan yang gugus hidrofilnya dapat bersifat kationik maupun anionik bergantung pada keasaman (pH) sediaan, contohnya N-dedocylaminoacetic acid dan surfaktan yang mengandung asam amino, betain, fosfobetain (Muzaffar et al., 2013).
2.1.1 Karakterisrik Surfaktan A. Tegangan Permukaan
Tegangan permukaan dirumuskan sebagai energi yang dibutuhkan untuk memperbesar permukaan suatu cairan. Tegangan permukaan disebabkan oleh adanya gaya tarik-menarik dari molekul cairan. Semakin besar ikatan antar molekul-molekul dalam cairan, semakin besartegangan permukaannya (Bodner dan Pardue, 1989). Surfaktan dapat diserap pada permukaan atau antarmuka dengan bagian hidrofiliknya berorientasi pada fase yang lebih rendah viskositasnya dan bagian hidrofobiknya berorientasi pada uap atau fase yang kurang polar. Berbagai jenis surfaktan memiliki kemampuan yang berbeda untuk mengurangi tegangan permukaan atau tegangan antarmuka karena struktur kimia yang berbeda (Azmi, 2016).
Gambar 2.2 Tegangan Permukaan
B. Tegangan Antarmuka
Tegangan antarmuka adalah gaya persatuan panjang yang terjadi pada antarmuka dua fase cair yang tidak dapat bercampur. Surfaktan berfungsi sebagai senyawa aktif yang dapat digunakan untuk menurunkan energi antarmuka yang membatasi dua cairan yang tidak saling larut. Kemampuan ini disebabkan oleh gugus hidrofilik dan hidrofobik yang dimilki oleh surfaktan. Surfaktan akan menurunkan gaya kohesi dan sebaliknya meningkatkan gaya adhesi sehingga dapat menurunkan tegangan antarmuka (Matheson, 1996). Tegangan antarmuka sebanding dengan tegangan permukaan, tetapi nilai tegangan antarmuka akan selalu lebih kecil daripada tegangan permukaan pada konsentrasi yang sama (Moecthar, 1989).
Tabel 2.1 Nilai Tegangan Permukaan Beberapa Zat Cair Zat Cair Suhu ( ) Tegangan Permukaan(N/m)
Raksa 20 0,440
Darah (seluruhnya) 37 0,058
Darah (plasma) 37 0,073
Alkohol 20 0,023
Air 0 0.076
Air 20 0,072
Air 100 0,059
Benzene 20 0,029
Larutan sabun 20 0,025
Oksigen -193 0,016
C. Kemampuan Pembusaan
Kebanyakan surfaktan dalam larutan dapat membentuk busa, baik diinginkan maupun tidak diinginkan dalam penggunaanya. Kestabilan busa diperoleh dari adanyazat pembusa (surfaktan). Zat pembusa ini teradsorpsi ke daerah antarfase dan mengikat gelembung-gelembung gas sehingga diperoleh suatu kestabilan (Ware et all., 2007). Kemampuan pembusaan surfaktan dipengaruhi oleh panjang rantai hidrokarbon. Dibandingkan dengan surfaktan anionik sebagai agen pembusa yang telah lama digunakan, surfaktan nonionik dianggap sebagai surfaktan yang memiliki kemapuan pembusaan yang lebih rendah (Azmi, 2016).
D. Stabilitas Emulsi
Stabilitas emulsi merupakan keseimbangan antara gaya tarik-menarik dan gaya tolak-menolak yang terjadi antar partikel dalam sistem emulsi. Jika kedua gayatersebut dipertahankan tetap seimbang, maka partikel-partikel dalam sistem emulsi akan dapat dipertahankan untuk tidak bergabung. Mekanisme kerja dari surfaktan untuk menstabilkan emulsi yaitu dengan menurunkan tegangan permukaan dan membentuk lapisan pelindung yang menyelimuti globula fase terdispersi sehingga senyawa yang tidak larut akan lebih mudah terdispersi dalam sistem dan menjadi stabil. Gugus hidrofilik dan lipofilik yang dimiliki surfaktan dapat membentuk lapisan film pada bagian antarmuka dua cairan yang berbeda fase. Adanya dua gugus tersebut pada emulsifier memungkinkan emulsifier membentuk selaput tipis atau disebut juga dengan lapisan film, di sekeliling globula-globula fase terdispersi dan bagian luarnya berikatan dengan medium pendispersi. Pembentukan film tersebut mengakibatkan turunnya tegangan permukaan kedua cairan yang berbeda fase tersebut sehingga mengakibatkan turunnya tegangan antarmuka (Suryani et all., 2000).
E. Derajat Keasaman
pH merupakan salah satu karakteristik surfaktan. Setiap jenis surfaktan memiliki pH yang berbeda- beda, misalnya saja pH dari surfaktan dietanolamida berkisar antara 9 dan 10. Dalam penggunaan surfaktan, pH perlu diperhatikan karena akan berpengaruh terhadap aktivitas surfaktan tersebut meskipun ada sebagian jenis surfaktan yang tidak dipengaruhi oleh perubahan pH (Herawan, 1998;
Warwel et all., 2001).
Gambar 2.3 Derajat Keasaman
2.1.2 Kegunaan Surfaktan
Surfaktan banyak digunakan dalam industri antara lain sebagai zat pembasah, zat pembusa, zat pengemulsi, zat anti busa, deterjen, zat pencegah korosi, dan lain- lain. Surfaktan dapat juga digunakan sebagai bahan pencuci yang bersih karena mengandung zat antikuman yang membuat surfaktan banyak digunakan di rumah sakit (Rachim et all., 2012).
2.1.3 Mekanisme Kerja Surfaktan
Surfaktan menurunkan tegangan permukaan air dengan mematahkan ikatan-
ikatan hydrogen pada permukaan. Surfaktan dapat membentuk misel (micelles), suatu molekul surfaktan yang mengandung suatu rantai hidrokarbon panjang plus ujung ion. Konsentrasi terbentuknya misel disebut Critical Micelle Concentration (CMC). Tegangan permukaan akan menurun hingga CMC tercapai. Setelah CMC tercapai, tegangan permukaan akan konstan yang menunjukkan bahwa antar muka menjadi jenuh dan terbentuk misel yang berada dalam keseimbangan dinamis dengan monomernya (Rachim et all., 2012).
Gambar 2.3 Mekanisme Kerja Surfaktan
2.1.4 Sifat Larutan Yang Mengandung Surfaktan
Larutan surfaktan dalam air menunjukkan perubahan sifat fisik yang mendadak pada daerah konsentrasi yang tertentu. Perubahan yang mendadak ini disebabkan oleh pembentukan agregat atau penggumpalan dari beberapa molekul surfaktan menjadi satu, yaitu pada konsentrasi kritik misel (Rachim et all., 2012).
2.2 Tipe Surfaktan
Beberapa tipe surfaktan yang digunakan dalam pembuatan es krim:
2.2.1 Alginat
Makroalgae tercatat sebagai salah satu biota laut yang memiliki tingkat keanekaragaman yang cukup tinggi dibanding biota laut lainnya.Berbagai penelitian telah dilakukan untuk menghasilkan produk-produk yang dapat digunakan untuk meningkatkan kesejahteraan hidup manusia. Salah satu diantaranya adalah dengan cara melakukan isolasi makroalgae. Produk dari makroalgae tersebut antara lain berupa polisakarida. Salah satu jenis polisakarida yang memiliki nilai ekonomis penting adalah alginate (Rasyid, 2005).
Alginat merupakan suatu polisakarida hasil ekstraksi rumput laut coklat seperti Sargassum sp. dan Turbinaria sp. yang banyak ditemukan di perairan Indonesia (Basmal et all., 2002). Indonesia merupakan negara penghasil rumput laut, salah satu sumber daya hayati laut yang cukup potensial adalah rumput laut cokelat Sargassum. Rumput laut cokelat Sargassum sp. tumbuh menempati hampir di sepanjang pantai pulau-pulau di Indonesia, terutama pada pantai yang dasarnya lempengan karang mati (Septiana dan Asnani 2012).
Pemanfaatan alginat terbesar terdapat pada industri tekstil, pangan, kertas, farmasi dan industri kosmetik (Szekalska et all., 2016). Alginat pada industri kosmetik digunakan untuk pembuatan hand lotion, jeli dan krim, sedangkan pada industri makanan alginat digunakan untuk pengental, pembentuk gel, pengikat air, penstabil emulsi, pemelihara tekstur pada makanan beku, pengeras pada roti, pengemulsi pada salad, penambah busa pada bir dan penstabil pada es krim.
Industri kertas menggunakan alginat sebagai perekat dan bahan pengawet, sedangkan pada pengolahan hasil perikanan alginat digunakan sebagai glazing dalam pembekuan ikan untuk menghindari reaksi oksidasi. Alginat juga
digunakan meningkatkan viskositas medium pada produksi pengalengan (Darmawan et all. 2006).
2.2.2 Ester Sukrosa
Ester sukrosa sering digunakan dalam industri pangan, termasuk juga dalam pembuatan es krim. Emulsifier ini termasuk jenis sintetik golongan non ionik (Cahyadi, 2008). Ester sukrosa memiliki nama umum ester asam lemak sukrosa dan nama kimianya adalah sucrose oligoesters (SOE). Emulsifier ini memiliki sukrosa sebagai bagian hidrofilik dan bagian asam lemak sebagai lipofiliknya.
Ester sukrosa terbuat dari gula tebu yang mengandung sukrosa dengan minyak kelapa yang mengandung asam lemak. Ester sukrosa memiliki fungsi dasar untuk menjaga tegangan permukaan, penetrasi, pembuih, pelarut, emulsifier o/w dan w/o, stabilizer, meningkatkan interaksi dengan pati, dan sebagai antimikrobial.
Ester sukrosa menjadi lebih hidrofilik dan mudah diserap saat diaplikasikan pada suhu tinggi.
Ester sukrosa memiliki fungsi emulsifier yang kuat serta memiliki efek dispersi, dengan beberapa keuntungannya yaitu meningkatkan overrun, meningkatkan kelembutan tekstur, meningkatkan mouthfeel, serta memberikan kestabilan dalam emulsi.Bagian hidrofilik ester sukrosa adalah gugus sukrosa sedangkan rantai hidrokarbon yang membentuk asam lemak merupakan gugus lipofiliknya.
Ester sukrosa merupakan emulsifier yang bersifat non toksik, yang memiliki karakteristik fisik tidak beraroma dan tidak berasa. Senyawa ini memiliki tingkat kemurnian yang tinggi dengan kadar residual sukrosa bebas yang sangat rendah.
Senyawa ini dapat digunakan pada semua produk baik yang memiliki ikatan hidrofilik yang tinggi maupun ikatan lipofilik yang tinggi (Iteh, 2012).
2.2.3 Gum Guar
Bahan penstabil yang sering digunakan disebut hidrokolid. Hidrokoloid sering dipergunakan dalam pangan untuk mengentalkan, menstabilkan, membentuk gel, emulsifikasi, mensuspensikan partikel, meningkatkan mouth-feel, menggantikan lemak, menambah serat pangan, menahan air, memperpanjang umur simpan ataupun mengenkapsulasi flavor.Banyak jenis hidrokoloid berperan sebagai serat pangan yang larut, alamiah dan berdampak baik untuk kesehatan manusia, selain berperan pula secara fungsional seperti pada umumnya hidrokoloid, sebagai pengental ataupun pembentuk gel. Sering juga hidrokoloid dipergunakan untuk menggantikan bahan yang mahal dalam produk berkualitas lebih rendah (Pranoto,2011).
Guar gum merupakan hidrokoloid yang diperoleh dari hasil ekstraksi biji tanaman Cyamopsis tetragonoloba. Gum guar merupakan suatu galaktomanan yang diekstrak dari biji kacang guar. Secara kimia, gum guar merupakan polisakarida yang terdiri dari galaktosadan manosa. Gum guar mengandung air sebanyak 10-15%, protein sebanyak 5-6%, serat kasar sebanyak 2,5%, dan abu sebanyak 0,5-0,8%. Dibandingkan biji lokus, gom guar lebih larut air karena lebih banyak tersubtitusi oleh galaktosa, (Aminullah, 2009). Pada air panas ataupun dingin dan langsung mengembang seketika hingga mencapai kekentalan yang tinggi. Bubuk gum guar mengembang secara sempurna dengan cepat dan sulit untuk mengalami dispersi. Diperlukan dua sampai empat jam dalam air pada suhu kamar untuk menghasilkan viskositas yang maksimum. Penyimpanan sebaiknya pada wadah yang tertutup dengan baik pada tempat yang dingin atau kering (Ayuningtyas, 2012). Viskositas gom guar dipengaruhi oleh suhu, pH, kehadiran garam, dan padatan lainnya. Semakin rendah suhu, peningkatan viskositas dan viskositas puncak akan semakin rendah. Di atas suhu 80°C viskositas akhir sedikit berkurang. Bubuk halus gum guar membengkak lebih cepat dari pada bubuk yang kasarnya. Viskositas larutan gom guar meningkat
secara bertahap dengan meningkatnya konsentrasi gom guar dalam air (Gupta dan Arora, 2011).
2.3 Emulsi
Emulsi merupakan suatu sistem heterogen, yang terdiri dari fase dispers (fase internal atau discontinuous phase) dan medium dispers (fase eksternal atau continuous phase), di mana kedua fase tersebut tidak saling bercampur. Oleh karena itu, dibutuhkan emulsifying agentyang dapat menurunkan tegangan antarmuka kedua fase tersebut sehingga fase dispers akan terdispersi secara sempurna di dalam medium dispers (Allen,2002).Emulsi dibagi menjadi dua tipe yakni:Emulsi air dalam minyak (A/M) yaitu emulsi yang mempunyai fase dalam air dan fase luarnyaminyak dan Emulsi minyak dalam air (M/A) yaitu emulsi yang mempunyai fase dalam minyak dan fase luarnya air (Ansel, 1989).Agar terbentuk suatu sistem emulsi yang stabil, maka diperlukan adanya emulsifier.
2.4 Emulsifier
Emulsifieradalah bahan yang mempunyai karakteristik khusus yang mampu menyatukan minyak dan air sekaligus, karena pada hampir seluruh produk yang terdiri dari minyak dan air akan cenderung memisah.Emulsifier merupakan surfaktan yang mampu menurunkan tegangan antar muka dua fasa, molekul hidrofilik dan hidrofobik. Produk yang menggunakan campuran air dan minyak selalu menggunakanemulsifier dalam formulasinya, seperti margarin, mayonaise, obat-obatan dan kosmetik (Yunilawati,dkk 2011).
Gambar 2.4 Cortina Emulsifier
2.3.1 Monoasilgliserol (MAG )
Monoasilgliserol (MAG) adalah salah satu emulsifier yang banyak digunakan sebagai bahan tambahan pangan. MAG secara luas digunakan dalam produk bakeri, margarine, produk susu, dan confectionarykarena sifat emulsifikasi, stabilisasi, dan conditioning (Damstrup et al., 2005). Monogliserida merupakan ester satu asam lemak dengan gliserol, dihasilkan dari hidrolisis Triasilgliserol atau Diasilgliserol atau dari reaksi re-esterifikasi antara asam lemak bebas (ALB) dengan gliserol, bersifat semi polar atau polar, berfungsi sebagai emulsifier dan bahkan sebagai substansi antimikroba khususnya jika dihasilkan dari minyak kelapa (Mappiratu, 1999).
2.3.2 Diasilgliserol (DAG)
Diasilgliserol merupakan senyawa ester dua asam lemak dengan gliserol, dihasilkan dari hidrolisis TG oleh panas dan katalis atau oleh enzim lipase atau hasil dari reaksi alkoholisis (metanolisis atau etanolisis), bersifat relatif semipolar dan dapat berfungsi sebagai emulsifier karena punya gugus polar dan nonpolar (Mappiratu et al., 2003).Diasilgliserol adalah komponen alami dari lemak hewani dan nabati yang terdapat dalam berbagai minyak yang dapat dimakan, selain Monoasilgliserol , dan Triasilgliserol.
2.3.3 Monodiasilgliserol (M-DAG)
Didefinisikan sebagai emulsifier lipofilik yang mengandung monogliserida dan digliserida, yang dibuat dengan mereaksikan gliserol dan lemak atau minyak yang spesifik (Igoe dan Hui 1996).M-DAG dapat berupa ester yang padat dan mempunyai titik leleh tinggi, ester yang berbentuk cair pada suhu ruang, maupun ester berbentuk plastis yang bersifat antara padat dan cair (Zielinski 1997;
O’Brien 1998). M-DAG memiliki struktur molekul yang terdiri dari bagian hidrofilik pada gugus OH dan bagian lipofilik pada gugus ester asam lemak,(M- DAG) adalah emulsifier komersial pertama di Amerika yang pada tahun 1929 diaplikasikan pada produk margarin dan sejak saat itu emulsifier telah menjadi produk yang dibutuhkan dalam jumlah besar pada sektor industri. MDAG dipoduksi melalui proses gliserolisis enzimatis (Ginting, 2018).
2.3.4 Monolaurin
Monolaurin adalah monogliserida dari asam laurat yang merupakan salah satu produk turunan minyak dan dapat ditemukan dalam air susu ibu (ASI) dan santan kelapa. Produk monolaurin dapat dibuat dari berbagai macam minyak yang memiliki kandungan asam laurat tinggi seperti Destilat Asam Lemak Minyak Kelapa (DALMIK), minyak kelapa, minyak inti sawit, dan asam laurat komersial itu sendiri.Asam laurat mengandung gugus hidrokarbon non polar pada bagian ekornya dan asam karboksilat yang polar pada bagian kepala. Hal tersebut menyebabkan asam laurat ini dapat berinteraksi baik dengan air maupun minyak.monolaurin dapat digunakan sebagai emulsifier non ionik dalam industri pangan dan farmasetikalkarena memiliki aktivitasantimikrobayang cukup tinggi.
Monolaurin dapat diperoleh dari reaksi transesterifikasi yang menggunakan katalis bahankimia atau enzim (Affandi, 2017).
2.5 Hydrophile–Lipophile Balance (HLB)
HLB merupakan sebuah ukuran atau nilai dari golongan apakah termasuk hidrofilik atau lipofilik.Penggolongan ini ditentukan dengan perhitungan nilai pada perbedaan area terbentuknya molekul.Nilai HLB juga dapat digunakan dalam penentuan sifat surfaktan.Berdasarkan hal tersebut, setiap zat memiliki nilai HLB yang menunjukkan polaritas zat tersebut antara 1-20.Semakin tinggi nilai HLB, surfaktan semakin bersifat hidrofilik.Emulsi dengan potensi gugus hidrofilik lebih besar mempunyai viskositas yang lebih encer (Mollet dan Grubermann, 2001). Nilai HLB suatu emulsi akan menentukan sifat (tipe) emulsi yang terbentuk baik berupa minyak dalam air atau air dalam minyak (Chemmunique, 1980). Berikut rentang nilai HLB dan tipe mikroemulsi yang akan terbentuk.
