TINJAUAN PUSTAKA
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Surfaktan2.1 Surfaktan
Surfaktan (
Surfaktan ( surface active agent surface active agent )) merupakan salah satu oleokimia turunan yang satumerupakan salah satu oleokimia turunan yang satu molekulnya memiliki gugus hidrofilik (bagian polar/yang suka air
molekulnya memiliki gugus hidrofilik (bagian polar/yang suka air )) dan gugus hidrofobik (nondan gugus hidrofobik (non polar/yang suka akan minyak/lemak
polar/yang suka akan minyak/lemak ),), sehingga dapat mempersatukan campuran yang terdiri darisehingga dapat mempersatukan campuran yang terdiri dari air dan minyak. Bagian polar molekul surfaktan dapat bermuatan positif
air dan minyak. Bagian polar molekul surfaktan dapat bermuatan positif ,, negatif atau netral. Sifatnegatif atau netral. Sifat rangkap ini yang menyebabkan surfaktan dapat diadsorbsi pada antar muka udara-air
rangkap ini yang menyebabkan surfaktan dapat diadsorbsi pada antar muka udara-air ,, minyak-air minyak-air dan zat padat-air untuk membentuk lapisan tunggal. Gugus hidrofilik surfaktan berada pada fase dan zat padat-air untuk membentuk lapisan tunggal. Gugus hidrofilik surfaktan berada pada fase air dan gugus hidrofobik ke udara dalam kontak dengan zat padat ataupun terendam dalam fase air dan gugus hidrofobik ke udara dalam kontak dengan zat padat ataupun terendam dalam fase minyak. Umumnya bagian non polar (hidrofobik
minyak. Umumnya bagian non polar (hidrofobik )) adalah merupakan rantai alkil yang panjangadalah merupakan rantai alkil yang panjang ,, sementara bagian yang polar (
sementara bagian yang polar (hidrofilik hidrofilik )) mengandung gugus mengandung gugus hidrokhidroksil.sil. Surfaktan dapat diproduksi secara sintetis
Surfaktan dapat diproduksi secara sintetis,, kimiawi maupun biokimiawi. Pada umumnyakimiawi maupun biokimiawi. Pada umumnya surfaktan digunakan sebagai bahan pembasah (
surfaktan digunakan sebagai bahan pembasah (wetting agent wetting agent ),), bahan pengemulsi (bahan pengemulsi (emulsifying emulsifying agent
agent )) dan bahan pelarut (dan bahan pelarut ( solubilizing agent solubilizing agent )). Penggunaan surfaktan ini bertujuan untuk . Penggunaan surfaktan ini bertujuan untuk meningkatkan kestabilan emulsi dengan cara menurunkan tegangan permukaan
meningkatkan kestabilan emulsi dengan cara menurunkan tegangan permukaan,, menurunkanmenurunkan tegangan antarmuka antara fasa minyak dan fasa air.
tegangan antarmuka antara fasa minyak dan fasa air.
2.1.1 Bahan baku surfaktan 2.1.1 Bahan baku surfaktan
Bahan baku surfaktan dapat terbuat dari sumber nabati yang bersifat dapat diperbaharui Bahan baku surfaktan dapat terbuat dari sumber nabati yang bersifat dapat diperbaharui,, mudah terurai
mudah terurai,, tidak mengganggu aktivitas enzim dan proses produksinya yang lebih bersihtidak mengganggu aktivitas enzim dan proses produksinya yang lebih bersih sehingga sejalan dengan isu lingkungan (Suryani
sehingga sejalan dengan isu lingkungan (Suryani et al et al . 2002. 2002)). Flider (2001. Flider (2001)) menyebutkan bahwamenyebutkan bahwa,, jutaan ton surfaktan yang berbasis
jutaan ton surfaktan yang berbasis bahan alami digunakan setiap tahunnya pada berbagai aplikasibahan alami digunakan setiap tahunnya pada berbagai aplikasi yang berbeda. Pemakaian surfaktan terbesar adalah untuk aplikasi pembersih dan pencucian yang berbeda. Pemakaian surfaktan terbesar adalah untuk aplikasi pembersih dan pencucian,, namun surfaktan banyak pula digunakan untuk produk pangan
namun surfaktan banyak pula digunakan untuk produk pangan,, produk perlindungan hasil panenproduk perlindungan hasil panen,, pertambangan
pertambangan,, catcat,, coating coating ,, pembuatan kertaspembuatan kertas,, sabun dan produk-produk perawatan diri (sabun dan produk-produk perawatan diri ( personal personal care products
care products))..
Surfaktan berbasis bahan alami terbagi atas empat kelompok
Surfaktan berbasis bahan alami terbagi atas empat kelompok ,, yaitu (1yaitu (1)) berbahan dasar berbahan dasar minyak nabati
dasar karbohidrat, seperti alkil poliglikosida dan sorbitol ester (3) berbahan dasar ekstrak bahan alami, seperti lesitin dan saponin (4) berbahan dasar biosurfaktan yang diproduksi oleh
mikroorganisme, seperti ramnolipida dan soforolipida (Flider 2001).
Rosen (2004) mengatakan bahwa berdasarkan gugus hidrofilik surfaktan terbagi atas empat jenis yaitu :
1. Surfaktan anionik , merupakan surfaktan yang bermuatan negatif pada bagian hidrofilik atau aktif permukaan ( surface-active). Sifat hidrofilik disebabkan karena adanya keberadaan gugus ionik yang sangat besar , seperti gugus sulfat dan sulfonat. Contoh dari surfaktan jenis ini antara lain Linier Alkilbenzen Sulfonat (LAS), Alkohol Sulfat (AS), Alkohol Eter Sulfat (AES), Metil Ester Sulfonat (MES).
2. Surfaktan kationik , merupakan surfaktan yang bermuatan positif pada gugus hidrofiliknya. Sifat dari hidrofilik ini, umumnya disebabkan karena adanya keberadaan garam ammonium. Contoh dari surfaktan jenis ini antara lain lemak amina, amidoamina, diamina, amina oksida, amina etoksilat.
3. Surfaktan nonionik , merupakan jenis surfaktan yang tidak bermuatan atau t idak terjadi ionisasi molekul. Sifat hidrofiliknya disebabkan karena adanya keberadaan gugus eter atau hidroksil. Contoh dari surfaktan jenis ini antara lain Alkil Poliglikosida (APG ), Dietanol Amida (DEA), sukrosa ester , sorbitol, sorbitol ester , etoksilat alkohol.
4. Surfaktan amfoterik , merupakan jenis surfaktan yang bermuatan positif dan negatif pada molekulnya. Muatan molekul pada surfaktan jenis ini bergantung pada pH , dimana jika pH rendah akan bermuatan negatif sedangkan jika pH tinggi akan bermuatan positif. Contoh dari surfaktan amfoterik ini antara lain asam amino karboksilik , alkil betain, dan lain-lain.
Emulsi
Emulsiadalahsuatu sediaan yangmengandung dua zat cairyang tidak tercampur,biasanya air
danminyak cairan yangsatuterdispersi menjadibutir-butirkecildalamcairan yanglain. Dispersi initidakstabil,butir-butir iniakan bergabung danmembentuk dualapisan air danminyak yang terpisah. Dalamfaseairdapatmengandung zat-zat terlarutseperti pengawet,zatpewarna,dan
perasa. Airyang digunakansebaiknya adalah akuades. Zatperasa danpengawet yang berada dalamfaseairyangmungkinlarut dalam minyak harusdalamkonsentrasicukup untuk
memenuhiyang diinginkan (Anief ,1999).
Pada emulsi biasanya terdapat tiga bagian utama, yaitu : pertama, bagian zat yang terdispersi, biasanya terdiri dari butir-butir minyak. Kedua, medium pendispersi yang dikenal sebagai fase bertahap, biasanya terdiri dari air. Bagian ketiga adalah emulgator yang berfungsi sebagai
penstabil koloid untuk menjaga agar butir-butir minyak tetap terdispersi dalam air. Ada beberapa istilah yang sering digunakan untuk zat pengemulsi diantaranya emulgator , emulsifier , stabilizer atau agen pengemulsi. Bahan ini dapat berupa sabun, deterjen, protein atau elektrolit. Jenis emulsi tergantung dari zatnya dan emulgator yang dipakai misalnya emulsi minyak dalam air emulgator yang baik adalah sabun atau logam-logam alkali. Berdasarkan jenisnya emulsi dapat dibedakan menjadi dua bagian yaitu:
1. Emulsi o/w yaitu Fase minyak ditambahkan ke dalam fase air , dimana pengemulsinya mudah larut dalam air sehingga air dikatakan sebagai fase eksternal. Teknik inverse: fase air dimasukkan ke dalam fase minyak , awalnya terbentuk w/o, viskositas naik karena volume fase internal naik sampai titik inverse terbentuk o/w.
2. Emulsi w/o Fase air ditambahkan ke dalam fase minyak dengan pengadukan konstan, lalu dihomogenkan, digiling untuk mengecilkan ukuran partikel fase internal untuk meningkatkan stabilitas dan memperbaiki kilatnya emulsi
(http://staff.ui.ac.id/internal/130674809/material/Emulsion).
Faktor-faktor yang menentukan apakah akan terbentuk emulsi A/M atau M/A tergantung pada dua sifat kritis:
1. Terbentuknya butir tetesan
2. Terbentuknya rintangan antarmuka.
Rasio fasevolume,yaitujumlahrelatif minyak dan air, menentukan jumlahrelatif butirtetesan,
danmenaikkan kemungkinan ter jadinya benturan, makin besar jumlah butirtetesan, makin besar kesempatan untuk benturan. Biasanya fase ekstern dalamjumlah volumeyang besar. Tipe emulsiditentukan olehsifat-sifatemulgator,dan dapat disusun aturansebagaiberikut:
1. Bila emulgator hanya dapat larut atau lebih suka air (sabun natrium) maka akan terbentuk tipe emulsi M/A. Tetapi bila emulgator hanya dapat larut atau lebih suka minyak (sabun kalsium) akan terbentuk tipe emulsi A/M.
2. Bagian polar dari molekul emulgator umumnya lebih baik untuk melindungi koalesen daripada bagian rantai hidrokarbon. Maka itu memungkinkan membuat emulsi M/A dengan fase intern
yang volumenya relatif tinggi. Sebaliknya emulsi A/M akan terbatas , dan apabila jumlah air cukup banyak akan mudah terjadi inversi.
Sebagaicontohsistemair-minyakuntukmembentukemulsiA/M dapat ter jadinya baik bila jumlah airdibawah 40%,bilalebih yangstabiladalah bentukemulsiM/A. Di sampingitu untuk
emulsiA/M dengan 20% dan 30% airakan ter jadibila airditambahkanpadaminyak dengan diaduk. Hal itu perlu untuk kadarair> 10%. Jangan dicampur dulu minyak dan airkemudian baru
diaduk,karena akansering gagal. Cara tersebut baikuntuk tipeM/A. Tipe emulsiyang terbentuk juga dipengaruhioleh viskositas pada tiapfase, emulsiyangstabil.
Apabila mencampurkan campuran, dua zat cair yang tak tercampurkan akan terjadi salah satu cairan terbagi menjadi butir-butir (tetesan) yang kecil dalam cairan yang lain. Apabila
pencampuran berhenti, maka butir-butir cairan tersebut akan mengumpul menjadi satu, dan terjadi suatu pemisahan. Kegagalan dalam usaha me ncampur dua cairan tersebut disebabkab kohesif antarmolekul dari masing-masing cairan terpisah adalah lebih besar daripada kekuatan adhesif antara dua cairan. Kekuatan kohesif ini disebabkan adanya tegangan antarmuka pada batas antara dua cairan tersebut.
Dengan mencampurkan, tegangan antarmuka dapat mudah dipecah, sehingga terjadi butir-butir tetes yang halus. Dengan mengusahakan penurunan atau pembebasan efek tegangan anta rmuka secara permanen, maka akan terbentuk emulsi yang stabil. Terlihat bahwa efek kekuatan ini (tegangan antarmuka) dapat dibedakan dengan tiga cara:
a. Dengan penambahan substansi yang menurunkan tegangan antarmuka antara dua cairan yang tak tercampur.
b. Dengan penambahan substansi
yang menempatkan diri (menyusun) melintang di antara permukaan dari dua cairan,
c. Dengan penambahan zat yang akan membentuk lapisan film di sekeliling butir-butir fase disfers, jadi secara mekanis melindungi mereka dari penggabungan tetes-tetes (Anief , 1999). Tipe emulsi yang dihasilkan adalah o/w atau w/o, terutama bergantung pada sifat zat pengemulsi. Karakteristik ini dikenal sebagai keseimbangan hidrofil-liofil, yakni sifat polar-nonpolar dari pengemulsi. Kenyataannya apakah suatu surfaktan adalah suatu pengemulsi, zat pembasah,
deterjen, atau zat penstabil bias diramalkan dari pengetahuan keseimbangan hidrofil-lipofil. Dalam suatu zat pengemulsi, seperti natrium stearat, C17H-35COONa, rantai hidrokarbon
nonpolar , C17H35adalah lipofilik atau suka-minyak gugus karboksil, COONa, adalah hidrofilik
atau bagian suka-air keseimbangan dari sifat hidrofilik dan s ifat lipofilik dari suatu pengemulsi (atau kombinasi dari pengemulsi) menentukan apakah akan dihasilkan suatu emulsi o/w atau w/o. Kehadiran zat yang dikenal sebagai agen pengemulsi dapat digunakan sebagai penyusunan emulsi stabil yang mengandung proporsi yang lebih besar dari fasa dispersi. Sistem tersebut memiliki
sifat yang agak mirip dengan liofilik , misalnya viskositas tinggi, konsentrasi yang relatif tinggi, dan stabilitas untuk elektrolit. Kelebihan elektrolit garam merupakan suatu emulsifier dan
sebagainya menyebabkan kestabilan, agen pengemulsi dibagi menjadi tiga kategori. Yang pertama adalah, senyawa rantai panjang dengan kelompok kutub , seperti sabun dan panjang
rantai asam sulfonat dan sulfat, semua yang menghasilkan penurunan yang sangat besar di air-minyak tegangan antarmuka. Bisa dikatakan di sini bahwa deterjen, yang digunakan sebagai pembersihan, tindakan sabun umumnya dianggap berasal dari kemampuannya untuk emulsi
lemak. Ketika minyak zaitun dan air sangat sedikit terguncang bersama emulsi kation yang terjadi, tetapi penambahan sejumlah kecil hasil hidroksida natrium dalam pembentukan emulsi stabil, sabun natrium dibentuk oleh hidrolisis atau melalui reaksi dengan jejak panjang rantai asam, bertindak sebagai emulsifier tersebut.
Fungsi ± fungsi pengemulsi pangan dapat dikelompokkan menjadi tiga golongan utama , yaitu: 1. Untuk mengurangi tegangan permukaan, pada permukaan minyak dan air yang mendorong pembentukan emulsi dan pembentukan kesetimbangan fase antara minyak , air dan pengemulsi pada permukaan yang memantapkan antara emulsi
2. Untuk sedikit merubah s ifat-sifat tekstur , awetan dan sifat-sifat reologi produk pangan, dengan pembentukan senyawa kompleks dengan komponen-komponen pati dan protein.
3. Untuk memperbaiki tekstur produk pangan yang bahan utamanya lemak dengan mengendalikan keadaan polimorf lemak.
Berikut ini adalah contoh-contoh emulsifier yang umum digunakan dalam bahan pangan: í monogliserida dan digliserida, merupakan zat pengemulsi yang umum digunakan. Yang tergolong monogliserida dan digliserida diantaranya adalah : gliserol monolaurat , polietilen monogliserida, gliseril laktil palmitat
í stearoil lactylat, yang sering digunakan dalam produk-produk bakery
í sorbitan ester , pada umumnya digunakan dalam pembuatan kue, pelindung buah, dan sayuran segar
poligliserol ester , yang digunakan dalam pangan yang diaerasi mengandung lemak
í ester-ester sukrosa, penggunaannya dalam pangan umumnya pada pembuatan roti , produk olahan susu
í lesitin, paling banyak diperoleh dari kacang kedelai dan kuning telur. Biasanya digunakan untuk emulsifier pada margarine, roti, kue dan lain-lain.
(Tarumingkeng, 2002)
Kestabilan emulsi
Kestabilan dari emulsi farmasi berciri tidak adanya penggabungan fase dalam, tidak adanya krim, dan memberikan penampilan, bau, warna dan sifat-sifat fisik lainnya yang baik. Beberapa peneliti mendefinisikan ketidak stabilan suatu emulsi hanya dalam hal terbentuknya penimbunan dari fase dalam dan pemisahannya dari produk. Krim yang diakibatkan oleh flokulasi dan konsentrasi bola- bola fase dalam, kadang-kadang tidak dipertimbangkan sebagai suatu tanda ketidakpastian.
Tetapi suatu emulsi adalah suatu sistem yang dinamis, dan flokulasi serta krim yang dihasilkan mengambarkan tahap-tahap potensial terhadap terjadinya penggabungan fase dalam yang
sempurna. Fenomena penting lainnya dalam pembuatan dan penstabilan dari emulsi adalah inversi fase, yang dapat membantu atau merusak dalam teknologi emulsi. Inversi fase meliputi perubahan tipe emulsi dari o/w menjadi w/o atau sebaliknya. Begitu terjadi inversi fase setelah pembuatan, secara logis hal ini dapat dipertimbangkan sebagai suatu pertanda dari ketidak
stabilan (Martin, 1993).
Semakin tinggi viskositas dari suatu sistem emulsi, semakin rendah laju rata-rata pengendapan yang terjadi, sehingga mengakibatkan kestabilan semakin tinggi. Viskositas berkaitan erat dengan tahanan yang dialami molekul untuk mengalir pada sistem cairan. Ada beberapa faktor yang
mempengaruhi sifat alir suatu emulsi, diantaranya untuk ukuran partikel dan distribusi ukuran partikel. Emulsi dengan globula berukuran halus lebih tinggi viskositasnya dibandingkan dengan
emulsi yang globulanya tidak seragam.
Prinsip dasar tentang kestabilan emulsi adalah kesetimbangan antara gaya tarik-menarik dan gaya tolak menolak yang terjadi antar partikel dalam suatu sistem emulsi. Apabila gaya ini dapat
dipertahankan tetap seimbang atau terkontrol, maka partikel-partikel dalam sistem emulsi dapat dipertahankan agar tidak bergabung.
Tegangan Permukaan
Tegangan permukaan merupakan suatu gaya yang timbul sepanjang garis permukaan suatu cairan. Gaya ini timbul karena adanya kontak antara dua cairan yang berbeda fase (Myers 2006). Suatu surfaktan tersusun atas gugus hidrofobikdan hidrofilik pada molekulnya dan memiliki kecenderungan untuk berada pada antarmuka antara dua fase yang berbeda derajat polaritasnya atau dengan kata lain surfaktan dapat membentuk film pada bagian antar muka dua
cairan yang berbeda fase. Pembentukan film tersebut menyebabkan turunnya tegangan permukaan kedua cairan berbeda fase tersebut sehingga mengakibatkan turunnya tegangan
antarmuka (Rosen 2004). Tegangan permukaan dapat diukur menggunakan T ensiometer metode Du Nouy yang dinyatakan dalam dyne/cm atau mN/m.
Tegangan Antarmuka
Tegangan antarmuka adalah gaya persatuan panjang yang terjadi pada antarmuka dua fase cair yang tidak dapat tercampur. Tegangan antarmuka merupakan hal yang sangat penting dalam memberikan ciri terhadap suatu surfaktan. Kemampuannya menurunkan tegangan antarmuka disebabkan karena surfaktan memiliki gugus hidrofilik dan hidrofobik (Myers 2006). Surfaktan berfungsi sebagai senyawa aktif yang dapat digunakan untuk menurunkan energi pembatas yang
membatasi dua cairan yang tidak saling larut, kemampuan ini disebabkan oleh gugus hidrofilik dan hidrofobik yang dimiliki oleh surfaktan. Surfaktan akan menurunkan gaya kohesi dan sebaliknya meningkatkan gaya adhesi sehingga dapat menurunkan tegangan permukaan dan tegangan antarmuka (Matheson 1996). Tegangan antarmuka sebanding dengan tegangan permukaan, akan tetapi nilai tegangan antarmuka akan selalu lebih kecil daripada tegangan permukaan pada konsentrasi yang sama (Moecthar 1989).
H L B ( Hydrophile - Lipophile Balance)
Keseimbangan antara jumlah molekul hidrofilik dan hidrofobik dihitung dengan nilai HLB ( H ydrophile-Lipophile Balance ). Nilai HLB berkisar antara 0-40, hal ini dapat digunakan untuk menentukan kualitas surfaktan berdasarkan data emulsi. HLB dapat menunjukkan tipe aplikasi surfaktan tergantung nilai interval HLB. Emulsifier untuk water in oil emulsi (w/o emulsion) harus yang bersifat hidrofobik dengan nilai HLB 3-6, sedangkan untuk oil in water emulsi (o/w emulsion) diperlukan emulsifier dengan HLB 8-18 (Schick 1987). Nilai HLB dan aplikasinya (Metode Griffin) dapat dilihat pada Tabel 6.
