Materi Kuliah Kristalisasi - Teknologi Pangan

Materi Kuliah Kristalisasi - Teknologi Pangan

• 1.
  K R IS T A L I S A S I Oleh : Atika Yahdiyani Ikhsani, M.Sc.
• 2.
  PENGERTIAN KRISTALISASI Kristalisasi adalah : •Kristalisasi merupakan istilah yang menjelaskan beberapa fenomena yang berbeda yang berhubungan dengan pembentukan struktur matriks kristal • Suatu proses pembentukan bahan padat dari : - pengendapan larutan, - campuran yang meleleh (melt) atau - pengendapan langsung dari gas (lebihjarang) • Kristalisasi juga merupakan tehnik pemisahan kimia antara bahan padat-cair, dimana terjadi perpindahan massa (mass transfer) dari suatu zat terlarut (solute) dari cairan /larutan ke fase kristal padat. • Pemisahan dengan teknik kristalisasi didasari atas pelepasan pelarut dari zat terlarutnya dalam sebuah campuran homogen atau larutan, sehingga terbentuk kristal dari zat terlarutnya. • Proses ini adalah salah satu teknik pemisahan padat cair yang sangat penting dalam industri, karena dapat menghasilkan kemurnian produk hingga 100%.
• 3.
  MEKANISME PEMBENTUKAN KRISTAL 1. PembentukanInti Inti kristal adalah partikel- partikel kecil bahkan sangat kecil dapat terbentuk dengan cara memperkecil kristal- kristal yang ada dalam alat kristalisasi atau dengan menambahkan benih kristal kedalam larutan lewat jenuh. 2. Pertumbuhan Inti Pertumbuhan kristal merupakan gabungan dari dua proses yaitu : Transportasi molekul- molekul atau (ion-ion) dari bahan yang akan di kristalisasikan, dalam larutan kepermukaan kristal dengan cara difusi Proses ini berlangsung semakin cepat jika derajat lewat jenuh dalam larutan semakin besar. Penemuan molekul- molekul atau ion-ion ada pada kisi kristal , semakin luas total permukaan kristal, semakin banyak bahan yang ditempatkan pada sisi kristal persatuan waktu.
• 4.
  SYARAT-SYARAT KRISTALISASI 1.Larutan harusjenuh Larutan yang mengandung jumlah zat terlarut berlebihahan pada suhu tertentu, sehingga kelebihan itu tidak melarut lagi. Jenuh berarti pelarut telah seimbang dengan zat terlarut, artinya konsentrasinya telah maksimal kalau larutan jenuh suatu zat padaat didinginkan perlahan-lahan. 2. Larutan harus homogen Partikel-partikel yang sangat kecil tetap tersebar merata biarpun didiamkan dalam waktu lama. 3. Adanya perubahan suhu Penurunan suhu secara drastis atau kenaikan suhu secara drastis , tergantung dari bentuk kristal yang diinginkan . Sebagian zat terlarut (bahan) akan mengkristal, dalam arti diperoleh larutan super jenuh atau lewat jenuh.
• 5.
  METODE KRISTALISASI (Proses terjadinyaKristalisasi) 1. Pendinginan • Untuk bahan-bahan yang kelarutannya berkurang drastis dengan menurunnya temperatur, kondisi lewat jenuh dapat dicapai dengan pendinginan larutan panas yang jenuh. 2. Pemanasan • Untuk bahan-bahan yang kelarutannya berkurang sedikit dengan menurunnya suhu. Kondisi lewat jenuh dapat dicapai dengan penguapan sebagian pelarut
• 6.
  3. Pemanasan danPendinginan Metode ini merupakan gabungan dari dua metode diatas. Larutan panas yang jenuh dialirkan kedalam senuah ruangan yang divakumkam. Sebagian pelarut menguap, panas penguapan diambil dari larutan itu sendiri, sehingga larutan menjadi dingin dan lewat jenuh. Metode ini disebut kristalisasi vakum 4. Penambahan bahan (zat) lain Untuk pemisahan bahan organik dari larutan seringkali ditambahkan suatu garam. Garam ini larut lebih baik dari pada bahan padat yang diinginkan sehingga terjadi desakan dan membuat dan membuat bahan padat menjadi terkristalisasi. Contoh : menarik zat alkaloid (basa) dengan penambahan garam -> garam alkaloid Mis : Strychnin Nitrat METODE KRISTALISASI (Proses terjadinya Kristalisasi)
• 7.
  • Contoh kristalisasidalam kehidupan sehari-hari adalah : Pembuatan garam dapur dari air laut. • - mula-mula air laut ditampung dalam suatu tambak, kemudian dengan bantuan sinar matahari dibiarkan menguap • - setelah proses penguapan, dihasilkan garam dalam bentuk kasar dan masih bercampur dengan pengotornya. • - Untuk mendapatkan garam yang bersih diperlukan proses rekristalisasi (pengkritalan kembali) yaitu dengan mencuci menggunakan air garam (38 – 40%) kemudian diuapkan • - untuk konsumsi maka perlu proses jodisasi yaitu dicampur dengan penambahan Kalium Jodida (KJ) sesuai dg peraturan dari Depkes.
• 8.
  Contoh lain adalah: Pembuatan gula putih dari tebu • Batang tebu dihancurkan dan diperas untuk diambil sarinya, • Kemudian diuapkan dengan pengapan hampa udara sehingga air tebu tersebut menjadi kental, lewat jenuh dan terjadi pengkritalan gula • Kristal ini kemudian dikeringkan sehingga diperoleh gula putih atau gula pasir • Kadang dilakukan juga proses pemutihan
• 9.
  CONTOH PRODUK MENGANDUNG KRISTAL Gula Pasir GaramMSG Asam sitrat Cokelat Margarin Roti Permen
• 10.
  KOMPONEN PANGAN YANGDAPAT MENGALAMI KRISTALISASI 10 Teti Estiasih - THP - FTP UB ⚫Lemak ⚫Gula: laktosa, fruktosa, sukrosa ⚫Garam ⚫Pengemulsi berbasis lemak seperti lesitin ⚫Air ⚫Pati ⚫Asam amino/Protein
• 11.
  STRUKTUR AMORF danKRISTAL AIR AIR E S 5
• 12.
  STRUKTUR AMORF danKRISTAL NaCl 12
• 13.
  • LANGKAH –LANGKAH KRISTALISASI 1. Larutan sampel zat padat dilarutkan dalam pelarut panas 2. Bubuhkan sedikit norit 3. Larutan tersebut dijenuhkan kembali 4. Skembali dengan pemanas air 5. Dinginkan larutan tersebut hingga es mencair 6. Saring kristal tersebut
• 14.
  Faktor-faktor yang harusdiperhatikan : • Dalam keadaan cair, atom-atom tidak memiliki susunan teratur dan selalu mudah bergerak. • Dengan temperatur relatif lebih tinggi, maka akan memiliki energi yang cukup untuk lebih mudah bergerak • Turun nya temperatur maka energi atom akan semakin rendah, maka atom makin sulit bergerak dan mulai mengatur kedudukannya, relatif terhadap atom lain, saat ini mulai membentuk inti kristal pada tempat yang relatif lebih tinggi • Inti akan menjadi pusat kristalisasi, dengan makin turun temperatur, makin banyak atom yang ikut bergabung dengan inti yang sudah ada atau membentuk inti baru.
• 15.
  15 ⚫Struktur komponen bahanpangan (seperti air, globula lemak, kristal, dll) berperan terhadap sifat dan mutu pangan ⚫Berperan terhadap sifat sensoris (misal: kecepatan leleh, efek pendinginan, dll) ⚫Misal: struktur kristal lemak dalam coklat berperan terhadap daya patah dan titik leleh ⚫Pembentukan kristal lemak (fat bloom) pada coklat menurunkan mutu
• 16.
  16
• 17.
  STRUKTUR KRISTALIN 17 ⚫Produk panganbanyak yang mengandung struktur kristalin. ⚫Struktur kristalin tsb mempengaruhi kualitas, tekstur dan daya simpan. ⚫Kontrol kristalisasi penting ⚫Faktor yang dikontrol: Jumlah Ukuran, Distribusi ukuran Bentuk Polimorf
• 18.
  KRISTALISASI DALAM PRODUK PANGAN 18 ⚫Digunakan untuk: 1.Pemisahan Misal: pemurnian gula dan fraksinasi lemak 2.Mendapatkan tekstur Misal: es krim, coklat, fondant ⚫ Kristalisasi harus dikontrol: dapat terjadi selama penyimpanan ⚫ Misal: laktosa dalam es krim, gula dalam permen
• 19.
  19
• 20.
  KOMPONEN KATEGORI Gula Pemurniangula (sukrosa, laktosa, glukosa, fruktosa) Gula alkohol Pemurnian poliol (sorbitol, laktitol, dll) Garam Pemurnian (NaCl) Lemak Fraksinasi lemak (minyak sawit, PKO, lemak susu, asam lemak -3) Es Konsentrat beku (bir, cuka, jus jeruk, dll) Asam organik Pemurnian (asam sitrat, dll) Asam amino Pemurnian Mono Sodium Glutamat 13
• 21.
  14
• 22.
  KOMPONEN KATEGORI CONTOH EsFrozen dessert Frozen food Freeze-dried product Es krim Daging, buah, sayuran Kopi instan, buah, sayur kering Gula Permen Serealia Produk susu Chewing gum, fondant, fudge Sereal beku Susu bubuk Gula alkohol Produk permen Chewing gum, permen tanpa gula Lemak Produk olesan Produk coklat Produk bakery Produk lain Mentega, margarin Coklat, coating coklat Croissant, puffed pastry, cookie, kulit pie 15
• 23.
  KOMPONEN KATEGORI PRODUK GaramGaram meja Produk susu NaCl Keju, susu Pati Produk bakery Produk ekstrusi Roti, cookies, cake, crackers Snack, crackers Protein Aditif Lisin Asam organik Aditif bentuk bubuk Asam sitrat Pengemulsi Aditif Produk berbasis lemak, dressing 16
• 24.
  17
• 25.
  KOMPONEN KATEGORI DAMPAK EsEs krim Frozen dessert Frozen food Peningkatan ukuran kristal dan ukuran kristal tidak seragam Gula Fondan t Cream Peningkatan ukuran kristal dan ukuran kristal tidak seragam Lemak Margarin Mentega Coklat Polimorfisme menyebabkan tekstur berpasir dan fat bloom Pati Roti Baker y Stal 18
• 26.
  19
• 27.
  PRINSIP KRISTALISASI  Untukmembentuk kristal suatu cairan (liquid) harus melewati kondisi kesetimbangan dan mejadi: 1. Lewat jenuh (untuk larutan) 2. Lewat dingin (untuk melt/lelehan)  Kondisi tersebut dapat dicapai dengan cara  Pendinginan di bawah titik beku/leleh cairan  Misal: air menjadi es, fraksinasi lemak  Memekatkan larutan sampai konsentrasi lewat jenuh  Misal: garam, gula
• 28.
  ⚫Pada kondisi ini,molekul cair mengatur diri membentuk matriks struktur kristalin ⚫Kondisi lewat jenuh dan dingin diatur melalui: • Formulasi, misal pada produk permen • Pengolahan, misal pada produk es krim, coklat, mentega, margarin, shortening
• 29.
  TAHAPAN KRISTALISASI  Pembentukaninti atau nukleasi Pembentukan inti dari larutan atau cairan Inti dapat ditambahkan dari luar untuk mempercepat kristalisasi seperti pada pembuatan gula pasir  Pertumbuhan kristal Kristal tumbuh sampai kondisi kesetimbang- an tercapai
• 30.
  Selama nukleasi, molekul- molekuldalam larutan mengatur diri membentuk kristal Nukleasi tergantung dari: Formulasi (jenis dan konsentrasi promotor atau inhibitor kristalisasi) Kondisi pengolahan (kecepatan transfer panas dan massa)
• 31.
  KONTROL KRISTALISASI ⚫Formulasi bahanbaku ⚫Pengaturan kondisi pengolahan untuk meningkatkan atau mencegah kristalisasi, misal tempering pada pembuatan coklat, margarin, mentega ⚫Kondisi penyimpanan yang tepat
• 32.
  SIFAT KRISTAL 1. HIDRAT ⚫sejumlahmolekul air terperangkap dalam struktur kristal ⚫ laktosa: monohidrat ⚫ laktosa: anhidrat 2. POLIMORF ⚫Beberapa molekul dapat membentuk struktur kristal yang berbeda ⚫Contoh: lemak (, , ’), pati
• 33.
   LAKTOSA LAKTOSA LARUTAN LEW AT JENUH  AMORF KRISTAL LAKTOSA T>93.5 C T<93.5 C kering Kering, T>100C Basah, T<93.5C
• 34.
  CONTOH KRISTALISASI DALAM PRODUKPANGAN
• 35.
  MARGARIN ⚫Konsistensi dan stabilitasemulsi margarin tergantung dari kristal lemak ⚫Lemak/minyak bersifat polimorfik ⚫Mempunyai beberapa bentuk kristal; ⚫Sifat polimorfik dapat menyebabkan perubahan sifat margarin ⚫Bentuk kristal lemak: , ’, 
• 36.
  ⚫Transisi bentuk kristal:tidak reversibel, perlu pelelehan ⚫Selama pengolahan margarin: pada awal terbentuk kristal , kemudian berubah menjadi ’ ⚫Bentuk ’ merupakan bentuk yang diinginkan pada margarin ⚫Bentuk ’: bentuk jarum yang kecil dengan plastisitas yang baik ⚫Bentuk : ukuran besar, grainy consistency (sandiness)
• 37.
  COKLAT ⚫Lemak coklat membentukkristal tertentu sehingga produk coklat mempunyai karak-teristik sesuai yang diinginkan ⚫Pengaruh jenis kristal: = sifat kilap = tekstur = sifat ketika digigit = penerimaan konsumen
• 38.
  ⚫Pelelehan sempurna →45-50C, 30-60 menit ⚫Pendinginan untuk memulai kristalisai 18C atau 28-29C, dilakukan agitasi, tujuan membentuk kristal ’ ⚫Suhu ditingkatkan 2-3C untuk mengubah ’→ yang stabil dan melelehkan kristal yang tidak stabil ⚫Pertumbuhan kristal dilakukan dengan cara dibiarkan pada suhu dingin sehingga ukuran kristal membesar Proses Kristalisasi
• 39.
  FRAKSINASI LEMAK (WINTERISASI) KRISTALISASI +PEMISAHAN KRISTALISASI + PEMISAHAN KRISTALISASI + PEMISAHAN KRISTALISASI + PEMISAHAN FRAKSI CAIR MINYAK FRAKSI PADAT
• 40.
  T E RI M A K A S I H
• 41.
  LATIHAN 1. Apa yangharus dilakukan untuk mencegah staling pada roti? 2. Bagaimana pengaruh kristalisasi terhadap daya cerna pati? 3. Apakah pati yang mengalami kristalisasi mempunyai efek terhadap kesehatan? 4. Bagaimana mencegah pembentukan kristal laktosa dalam es krim? 5. Apakah sukrosa yang ditambahkan pada es krim dapat membentuk kristal juga?
• 42.
  6. Bagaimana caramembuat es krim dengan tekstur lembut tanpa sandiness? 7. Jika suatu produsen minyak sawit ingin membuat produk minyak goreng unggulan berupa minyak sawit tinggi asam lemak omega-9, proses/teknologi apa yang dapat diaplikasikan? Jelaskan alasannya! 8. Apa yang harus dilakukan untuk mencegah pembentukan kristal laktosa pada susu bubuk? 9. Bagaimana prinsip kristalisasi pada proses pembuatan MSG? Apakah prinsip tersebut dapat diaplikasikan untuk jenis flavor enhancer yang lain seperti Guanidin Mono Phosphat (GMP) atau Inosine Mono Phosphat? 10. Apa upaya yang harus dilakukan untuk mencegah kristalisasi gula pada sirup yang disimpan pada kulkas?