More Rheology in Action

(1)

Elisa Julianti - FP- USU

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!

What is Rheology????

•

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

sifat-sifat reologi untuk mengetahui tekstur

produk.

Rheology in Daily Life

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 of other examples?

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.

More Rheology in Action

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).

(2)

Rheology “inaction”

•

Produk cair diformulasi dengan sifat aliran atau

kekentalan yang diinginkan. Apa yang terjadi jika sifat

reologi produk tidak diformulasikan dengan benar ???

“Rheologically Pleasant”

•

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,

Rheologically “Balanced”

•

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.

But….. Do I Really Need to Learn Rheology??

YES !

•

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.

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.

But….. Do I Really Need to Learn Rheology??

•

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”

(3)

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

SIFAT-SIFAT REOLOGI • Kekentalan • Elastisitas • Kelengketan • Plastis • Lentur

• Kenyal, dsb

Penting dalam produk berbentuk cair, kental, gel dan plastis

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

1. KEKENTALAN

• 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, agar-agar dan gelatin digunakan istilah konsistensi

• Konsistensi : hambatan (resistensi) terhadap deformasi produk plastis  untuk produk sangat kental atau adonan

• 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

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.

Gaya/Shear

kekentalan

(4)

 = /

• Contoh produk Newtonian : Susu

Total solid : 8.36 – 29.07%

Juice buah encer

Jus apel yang didepektinasi (15-75o_brix)

Jus jeruk (10-18o_brix)

Jus anggur (15-50o_brix) Produk telur Telur utuh (tidak beku) Putih telur yang distabilisasi Kuning telur

Kuning telur yang diberi gula atau garam

Larutan gula Madu Sirup jagung

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 ()

a = k ()n

atau

a = (-o)/

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.

Shear thinning fluids atau pseudoplastis

Bingham atau Bingham pseudoplastis

Gaya/Shear

kekentalan

B. Produk Plastis

C. Produk Pseudolastis Gaya/Shear

kekentalan

D. Produk Dilatan Gaya/Shear

kekentalan

Berdasarkan ketergantungantungannya terhadap waktu produk non newtonian dibedakan atas :

Time Independent : pada suhu konstan hanya tergantung

pada shear rate

Time Dependent : juga tergantung pada lamanya gaya

yang diberikan

Time independent dibedakan atas :

Shear thinning (pseudoplastis)

Shear thickening (dilatan)

Pangan pseudoplastis banyak dijumpai

Dilatan jarang ditemui

Contoh : suspensi pati jagung, madu dari pohon Eucalyptus ficifolia, Eucalyptus eugeniodes Eucalyptus corymbosa, Opuntia

engelmanni

(5)

(Pseudoplastis)

Concentrated Fruit Juice/Juice buah kental

Juice apel yang tidak didepektinisasi (50-65oBrix) Juice markisa (15.6 – 33.4oBrix)

Orange Juice (60-65o_Brix₎ Coklat leleh

Mustard

Krim

Telur yang dibekukan

Putih telur yang belum distabilisasi

Pure buah dan sayur

Larutan gum konsentrasi tinggi

Konsentrat protein

• Produk Non Newtonian yang Time Dependent dibedakan atas :

- Fluida Thixotropic - Fluida Rheopectic

Fluida Thixotropic :

Pada laju geser tertentu, viskositas menurun dengan semakin bertambahnya waktu

Contoh : susu kental manis, mayonaise, putih telur

Fluida Rheopectic

 Pada laju geser tertentu, viskositas meningkat dengan semakin bertambahnya waktu Contoh untuk bahan pangan : whipped cream Jarang ditemukan

PENGUKURAN KEKENTALAN

• Uji organoleptik  dengan panelis

• Alat : - Viskometer

Kaplier

Couvette (silinder konsentris) Plate and Cone

Piringan Paralel

- Rheometer

1. Viskometer Aliran Kapiler

• Contoh : Ostwald Viscometer

• 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

P2 V

Daerah penghambatan

Daerah pengaliran

Daerah Pengaruh untuk

keluar P1 L

D

• Contoh : Rotovisco model RV 00, RV2, RV3 2. Couette Flow Viscometer

Gelembung udara

ri

ro

Silinder luar

Silinder dalam

Fluida yang diuji

• Silinder luar dan dalam dapat diputar, tapi jika silinder luar diputar maka terjadi aliran turbulen pada kecepatan tini

3. Plate and Cone Viscometer

• Tdd sebuah piring datar dan sebuah cone (kerucut)

• Sudut cone  3o



Sudut cone

(radian) cone

Fluida Plate

(6)

4. Paralel Plate Geometry

h



2. SIFAT LENGKET DAN KEMPAL

• 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

• 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

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.

• Pada pengukuran elastisitas produk, gaya yang dipakai adalah gaya tarik yaitu gaya yan bekerja pada arah putusnya produk

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

PRODUK PANGAN PADAT

PRODUK PANGAN PLASTIS

Produk pangan plastis

Gaya Tarik

c. Elastis b. Kenyal

a. Keras

(7)