SIFAT REOLOGI BAHAN PANGAN PADAT, SEMI PADAT, DAN VISKOELASTIK Pendahuluan
Produk pangan atau produk antara dalam proses pengolahan memiliki bentuk dan tekstur yang bermacam-macam. Ada produk pangan yang berbentuk cair, padat, semi padat, dan juga yang memiliki sifat elastik dan kental. Produk pangan yang berbeda-beda tekstur tersebut memiliki respon yang berbeda apabila dikenakan gaya. Suatu jenis produk pangan dapat berubah sifat reologinya setelah diolah kembali. Dengan perubahan sifat tersebut maka pengukuran mutu tekstur pun akan berbeda. Parameter penting mutu pada produk pangan diantaranya kekenyalan, kelengketan, dan elastisitas. Perubahan bentuk (deformasi) suatu benda padat, semi padat, plastis atau cair dapat terjadi apabila ada gaya yang mengenainya. Gaya yang diberikan dapat berupa gaya tekan (compression), gaya tarik (tensile) atau gaya geser (shearing). Gaya tekan dapat menyebabkan ukuran benda tersebut menjadi lebih menyusut, gaya tarik dapat menyebabkan ukuran benda lebih panjang, sedangkan gaya geser menyebabkan benda bergerak atau bergeser dari posisinya semula sehingga memiliki sifat mengalir dan memiliki bentuk yang berbeda dari bentuk aslinya. Setiap produk pangan akan memberikan respon yang berbeda-beda terhadap gaya-gaya tersebut. Dengan kata lain produk pangan mempunyai sift reologi yang spesifik, sehingga analisis sifat reologi ini sering dilakukan untuk mengkarakterisasi produk pangan ataupun produk antaranya di dalam tahap proses pengolahannya. Suatu benda pada prisnsipnya dapat berprilaku dalam tiga cara dalam merespon gaya yang mengenainya, yaitu dapat bersifat elastik, plastik atau mengalir. Hal ini diikuti dengan tiga parameter reologi yang banyak digunakan yaitu, elastisitas, plastistas, dan fluditas. Ketiga parameter reologi tersebut banyak dipakai sebagai dasar untuk memahami reologi benda padat atau semi padat beserta teknik pengukurannya.
Perilaku Elastik Perilaku elastik suatu benda dapat dihitung dari seberapa besar perubahan panjang yang terjadi setelah gaya di berikan. Perilaku elastik terjadi apabila tekanan (stress, τ) pada suatu benda berbanding lurus dengan strain (γ). Tekanan adalah gaya yang diberikan (F) per satuan luas (A), sedangkan strain adalah akibat yang ditimbulkan dari stress dan dinyatakan sebagai perubahan panjang (ΔL) per satuan panjang awal (L). Ekspresi hubungan keduanya dikenal dengan elastisitas modulus atau modulus Young (E).
Persamaan tersebut hanya dapat diterapkan jika benda berada di bawah tekanan. Apabila gaya yang diberikan adalah dalam bentuk gesekan atau hidrostatik maka koefisien yang digunakan adalah modulus shear (G) dan modulus curah atau bulk (K).
Perilaku Plastik Benda yang bersifat plastis akan mengalami perubahan bentuk yang kontinu apabila dikenakan gaya. Walaupun dapat kembali ke bentuk semula tetapi bentuk benda tersebut idak dapat kembali ke bentuk yang sesempurna sebagaimana benda elastis. Perilaku plastik ideal dapat dijelaskan dengan membayangkan suatu benda diletakkan di atas permukaan yang rata. Apabila gaya mengenainya, maka benda tersebut tidak akan bergerak hingga suatu tingkat stress tertentu tercapai atau sering disebut dengan yield stress. Setelah yield stress ini tercapai, maka aliran atau gerakan benda tersebut akan berlangsung seterusnya.
Perilaku Mengalir Perilaku sifat mengalir (fluiditas) yang ideal terjadi dalam benda yang mengalir, dimana perubahan bentuk (daya alir) berbanding lurus dengan gaya yang diberikan. Sifat mengalir ini biasanya tidak dimiliki oleh benda yang berbentuk padat.
Sifat Makanan Padat Benda yang bersifat pada ideal (solid) tidak mengalami perubahan bentuk apabila diberikan gaya. Benda yang bersifat pada ideal biasa disebut Hooke Solid. Produk pangan pada umumnya tidak menunjukan sifat padat yang ideal, karena seringkali mengalami perubahan bentuk oleh adanya gaya. Namun dibandingkan dengan produk yang bersifat elastis, perubahan bentuk produk yang bersifat padat kecil. Yang terjadi adalah produk tersebut akan mengalami patah, rapuh atau hancur bila ada gaya yang mengenainya melebihi batas daya tahannya. Tetapi apabila gaya tekan tersebut masih di bawah batas daya tahannya maka produk tersebut tidak mengalami perubahan bentuk sama sekali.
Sifat Makanan Viskoelastik Produk pangan dan produk antaranya dalam pengolahan mempunya sifat sebagai kombinasi dari bahan elastik dan kental. Bahan seperti ini disebut bahan viskoelastik. Benda yang mempunyai sifat viskoelastik dapat mengalami perubahan bentuk (deformasi) dan bersifat mengalir bila dikenakan gaya. Uji reologi adonan dapat diukur dengan viscograph (terutama untuk mengetahui karakteristik tepungnya).
Parameter Reologi 1. Kekerasan Kekerasan adalah sifat produk pangan yang menunjukan daya tahan untuk pecah akibat gaya tekan yang diberikan. Sifat derajat mudah patah dari suatu benda dapat dinyatakan sebagai nilai kekerasan (hardness) yang dapat diukur dengan alat instron. Dalam cara mengukur kekerasan, gaya tekan akan memecahkan produk padat dan pecahnya langsung dari bentuk aslinya tanpa didahului perubahan bentuk. Caranya adalah benda tersebut ditekan hingga pecah dan besarnya gaya tekan untuk memecah produk padat ini disebut nilai kekerasan. 2. Kekenyalan Sifat kenyal adalah sifat reologi yang menggambarkan daya tahan produk untuk lepas atau pecah oleh adanya gaya tekan. Bedanya kekerasan untuk menyatakan sifat benda atau produk pangan padat yang tidak bersifat deformasi, sedangkan sifat kenyal adalah sifat reologi pada produk pangan elastis yang bersifat deformasi. Sebagaimana dalam pengukuran kekerasan, gaya yang diberikan untuk mengukur kekenyalan adalah gaya tekan. Pada pengukuran kekenyalan, gaya yang diberikan mula-mula menyebabkan perubahan bentuk produk, baru kemudian memecahkan produk setelah gaya yang diberikan melewati daya tahannya. Besarnya gaya tarik pada pengukuran kekenyalan disebut nilai kekenyalan. 3. Elastisitas Elastisitas adalah sifat reologi yang menggambarkan daya tahan untuk putus akibat gaya tarik. Pada pengukuran elastisitas produk, gaya yang dipakai ialah gaya tarik, yaitu gaya yang bekerja pada arah putusnya produk. Besarnya gaya tarik yang memutuskan benda itu disebut nilai elastisitas. 4.
Kelengketan Sifat lengket adalah sifat reologi yang menggambarkan sifat perubahan benuk benda yang dipengaruhi oleh gaya kohesi dan adhesi. Pada dasarnya produk pangan yang lengket mempunyai kedua gaya kohesi dan adhesi yang sama-sama tinggi. Gaya kohesi yang tinggi menyebabkan produk
pangan menjadi kompak atau tidak mudah pisah satu sama lain. Sifat demikian diinginkan pada banyak produk pangan agar produk itu tetap kompak dan tidak mudah hancur. Namun pada jenis pangan tertentu, produk yang terlalu kompak tidak dikehendaki. Sifat yang menyatakan mudah pisah pada produk pangan tertentu disebut masir. Gaya adhesi yang terlalu tinggi menyebabkan produk pangan menjadi lengket pada bahan pembungkus atau wadahnya. Banyak produk pangan yang tidak menghendaki sifat lengket tersebut. Untuk menghindari sifat lngket ini ditambahkan zat anti lengket pada bagian luar produk. 5. Kerapuhan Kerapuhan menunjukan seberapa kuat suatu produk menahan gaya tekan. Kerapuhan biasanya berkorelasi erat dengan nilai kekerasan, dimana pada umumnya produk yang rapuh memiliki nilai kekerasan yang rendah. Kerapuhan juga sering dihubungkan dengan sifat sensori kerenyahan.
PENGUKURAN SIFAT REOLOGI PANGAN PADAT Analisis tekstur produk pangan padat bermacam-macam tergantung pada sifat fisik produknya. Diantaranya adalah pengukuran kekerasan, kekuatan gel, elastisitas dan analisis profil tekstur. Pemberian gaya pun dapat dilakukan dengan memberikan gaya tekan atau gaya tarik. Demikian juga jenis probe yang digunakan berbeda-beda, tergantung pada tujuan analisisnya. Untuk mengukur kekuatan gel, kelengketan atau kekenyalan dapat digunakan probe berbentuk silinder, sedangkan untuk mengukur kekerasan padat atau daya potong (cutting stress) dapat digunakan probe berbentuk pisau. Pengukuran tekstur produk pangan dapat dilakukan dengan menggunakan instron universal testing machine. Instrumen lain yang dapat digunakan adalah texture analyzer. Besarnya gaya tekan atau gaya tarik yang diberikan tergantung pada fisik dari contoh dan tujuan pengukurannya. 1. Pengukuran Kekerasan Pengukuran kekerasan dapat dilakukan dengan memberikan gaya tekan pada contoh hingga contoh patah atau hancur. Nilai kekerasan ditentukan dari gaya maksimum yang dicapai hingga contoh patah. Untuk produk yang tidak hancur selama pengukuran, biasanya hanya memiliki satu nilai maksimum, sedangkan untuk produk yang hancur akan memiliki beberapa puncak. Nilai daya hancur ditentukan dari nilai puncak yang pertama yang terukur pada saat contoh ditekan. Dengan cara yang sama, dapat pula dilakukan pengukuran kekenyalan yang biasanya dilakukan untuk produk yang bersifat elastis. Dengan cara yang sama, prosedur ini dapat digunakan untuk mengukur kekuatan gel.
2. Elastisitas Elastisitas contoh dapat ditentukan dengan cara memberikan gaya tarik. Contoh diikatkan pada sisi diam dari instron dan sisi yang bergerak. Kemudian secara perlahan-lahan instron digerakkan sehingga contoh meregang. Nilai gaya maksimum hingga contoh putus setelah proses peregangan tersebut menyatak nilai elastisitasnya. 3. Pengukuran Kelengketan Pengukuran kelengketan disamping dapat ditentukan dengan indera manusia, dapat juga dilakukan dengan menggunakan instrumen instron. Bila probe ditekankan pada contoh yang lengket maka sebagian dari contoh tersebut akan menempel pada probe pada saat diangkat. Dengan adanya contoh yang menempel tersebut, maka detektor akan mendeteksi nilai gaya negatif. Nilai kelengketan dapat ditentukan dari luasan kurva di daerah negatif. 4. Cutting Stress Cutting stress atau tekanan memotong dapat dilakukan untuk mengetahui seberapa kuat contoh bila dilakukan proses pemotongan. Cutting stress dapat dilakukan dengan probe berbentuk pisau atau blade. Caranya contoh ditekan hingga contoh putus. Nilai cutting stress ditentukan dari besarnya gaya maksimum yang diperlukan untuk memotong contoh tersebut. 5. Analisis Profil Tekstur Analisis profil tekstur dikembangkan untuk menstimulasikan sifat tekstur oleh indera manusia, yaitu pada saat pengunyahan oleh gigi. Mutu tekstur disimulasikan seperti kekerasan, kerapuhan, daya kohesif, elastisitas, kelengketan, dan daya kunyah. Berbeda dengan metode mengukur kekearasan yang dilakukan hanya satu kali pemberian daya tekan, dalam analisis profil tekstur dilakukan dua kali pemberian daya tekan. Dengan demikian, hasil dari analisis profil tekstur adalah dua buah kurva hasil tekanan pertama dan kedua. Dari kurva tersebut dapat ditentukan nilai kerapuhan, kekerasan, elastisitas, kelengketan, dan daya kunyah.
PENGUKURAN BAHAN DAN PRODUK PANGAN BERSIFAT VISKOELASTIK Beberapa prinsip dan metode analisis reologi bahan pangan yang bersifat viscoelastis, yaitu analisa reologi sifat gelatinisasi pati yamg sangat penting dalam menentukan aplikasi pati dalam proses pengolahan pangan dan sifat fisik adonan yang penting dalam aplikasinya. Sifat gelatinisasi dapat diukur dengan menggunakan Brabender Viscograph, sedangkan sifat fisik adonan dapat diukur dengan Farinograph dan Ekstensograph.
1. Pengukuran Sifat Gelatinisasi Pati Granula pati bila disuspensikan dalam air dan dipanaskan akan mengalami proses gelatinisasi, yaitu dapat mengental selama proses pemanasan dan membentuk gel setelah didinginkan. Adanya sifat gelatinisasi pati ini menyebabkan pati banyak digunakan sebagai bahan pengental atau pembentuk gel dalam proses pengolahan pangan. Ditinjau dari sifat reologinya, pati yang telah tergelatinisasi memiliki sifat mengalir sehingga yang diukur adalah nilai kekentalannya. Tetapi setelah proses gelatinisasi selesai, maka sifatnya dapat berubah menjadi bersifat elastis dan yang dapat diukur adalah nilai kekuatan gelnya. Dalam beberapa kondisi, pati yang tergelatinisasi juga dapat bersifat viscoelastik. Salah satu metode untuk mengukur sifat gelatinisasi pati adalah dengan menggunakan instrumen Brabender Viscograph dan juga Rapid Visco Analyzer (RVA). RVA memiliki prinsip pengukuran yang sama dengan Brabender Viscograph, hanya waktu pengukurannya lebih singkat.
Prinsip Kerja Brabender Viscograph Bagian-bagian alat viscograph yaitu: 1. Wadah mangkuk 2. Pengaduk berputar 3. Pegas Pengukur 4. Recorder 5. Sumber radiasi panas 6. Pengatur panas 7. Penghitung waktu Tahapan Pengoperasian alat Brabender Viscograph : 1. Tahap pemanasan yaitu suhu viscograph akan meningkat dari 30C hingga 95C. Pada tahap ini, suspensi pati akan mengalami proses gelatinisasi dan akan dihasilkan pasta pati. 2. Tahap holding pada suhu pemasakan 95C selama 20-30 menit untuk mengetahui kestabilan pasta pati pada suhu pemasakan tersebut. 3. Tahap pendinginan (cooling), yaitu suhu sample dalam viscograph akan diturunkan secara bertahap dari 95C ke 50C. Pada tahap ini, pasta pati akan berangsur-angsur berubah menjadi gel yang menyebabkan viscositas meningkat.
4. Tahap holding pada suhu pendinginan, yaitu suhu viscograph dipertahankan 50C selama 20-30 menit untuk mengetahui kestabilan pasta pati oleh proses pengadukan.
Selama proses pemasakan, wadah pengaduk berputar dengan kecepatan konstan kurang lebih 75 rpm. Perubahan viscositas pada keempat tahap poses pemasakan ini akan tercatat pada rekorder.
Prosedur Analisis 1. Persiapan Sampel a. Dibuat 5% suspensi pati atau tepung dalam 400 ml air. b. Diaduk dengan magnetic stirrer hingga homogen c. Dimasukkan ke dalam wadah mangkuk dan pengaduk berputar. 2. Proses Pengukuran a. Dipasang wadah mangkuk pada alat Brabender Viscograph. b. Dipastikan recorder terpasang dengan benar c. Diperiksa pinsil pencatat terletak pada garis dasar (0 BU) d. Diset tombol pengontrol pada posisi heating. e. Dibiarkan suhu berangsur naik dengan kecepatan 1.5C/menit. f.
Diberi tanda pada kertas pencatat dengan spidol sebagai awal proses pemasakan.
g. Dibaca dan dicatat nilai viscositas maksimumnya. Viscogram adalah plot hubungan antara suhu/waktu dan nilai viscositas yang tercatat selama pengukuran. Dari viscogram tersebut dapat diperoleh data-data sebagai berikut: a. Waktu gelatinisasi (menit) Waktu pada saat viscograph mulai mencatat awal pembacaan nilai viscositas. b. Suhu Gelatinisasi (C) Suhu pada saat viscograph mulai mencatat awal pembacaan nilai viscositas. c. Waktu granula pecah (menit) Waktu pada saat viscograph membaca nilai maksimum viscositas pada tahap proses pemanasan. d. Viskositas maksimum (BU) Titik puncak dari pasta pati maksimum yang terbaca oleh viscograph selama tahap pemanasan.
e. Suhu granula pecah Suhu pada saat viscograph pada tahap proses pemanasan mencatat nilai viscositas maksimum. f.
Viscositas pada suhu 95C (BU) Nilai viscositas dari pasta pada tahap pemanasan setelah mencapai 95C.
g. Viscositas pada suhu 95C setelah holding (BU) Viskositas dari pasta setelah suhu dari viscograph dipertahankan pada 95C selama waktu (20-30menit). h. Viscositas breakdown (BU) Nilai selisih Viskositas maksimum (BU) dengan Viscositas pada suhu 95C (BU). i.
Viscositas pada suhu 50C (BU) Nilai viskositas pasta setelah tahap pendinginan suhu 50C.
j.
Viscositas pada suhu 50C setelah holding (BU) Viskositas dari pasta setelah akhir holding suhu 50C selama waktu (20-30menit).
k. Viscositas setback (BU) Nilai selisih Viskositas pada suhu 50C (BU) dengan Viscositas maksimum (BU). l.
Kestabilan viscositas pasta terhadap proses pengadukan (BU) Nilai selisih Viskositas pada suhu 50C setelah holding(BU) dengan Viscositas pada suhu 95C setelah holding (BU).
UJI SIFAT FISIK ADONAN Didalam proses pembuatan roti, pembuatan adonan yang baik sangat menentukan mutu dari produk akhir. Mutu Adonan sendiri sangat ditentukan oleh kualitas dari tepung yang digunakan. Oleh karena itu, pengujian kualitas adonan sering dilakukan untuk mengetahui mutu dari tepung. Salah satu
yang sering digunakan adalah Brabender Farinograph dan Brabender Ekstensograph. Brabender Farinograph digunakan untuk mengukur kemampuan tepung untuk membentuk adonan, sedangkan Brabender Ekstensograph digunakan untuk ekstenstabilitas dan resistensi adonan.
Brabender Farinograph 1. Prinsip Analisis Metode pengukuran reologi adonan dengan Farinograph merupakan pengukuran yang paling umum digunakan untuk mengetahui kekuatan tepung. Perilaku yang diukur dari Farinograph ini penting dalam prose pembuatan adonan roti atau biskuit. Pengukuran kekuatan tepung didasarkan pada pengukuran plastisitas dan mobilitas adonan selama proses pengadukan. Farinograph pada prinsipnya menunjukkan 2 sifat fisik penting dari adonan, yaitu daya absorpsi atau jumlah air yang dibutuhkan tepung untuk membuat adonan dengan konsentrasi tertentu dan profil pengadukkan, dimana dapat diketahui penyimpangan konsistensi adonan akibat mixing. Pengukuran reologi adonan dengan farinograph pada umumnya menggunakan AACC-approved method, no 54/21, American Associaton of Cereal Chemists (AACC) 1969. Perilaku tepung yang diuji pada farinograph merupakan refleksi perilaku tepung selama dibuat adonan dan fermentasi dalam pembuatan roti. 2. Prosedur Analisis a. Ditimbang bahan adonan dengan berat tertentu. b. Dimasukkan ke dalam wadah pencampuran. c. Dinyalakan alat Farinograph hingga proses pengadukan terjadi. d. Ditambahkan air tetes demi tetes melalui buret. e. Dicatat kurva atau diagram Farinograph pada recorder.
Farinograph merupakan kurva yang dihasilkan oleh perilaku tepung dalam membentuk adonan, sifat atau respon adonan terhadap gaya-gaya mekanis yang diberikan selama pengadukan dan pengulian. Dari farinograph tersebut, baik dari alat dan proses perhitungan dapat diperoleh data-data sebagai berikut: a. Daya Serap Air (DSA) DSA adalah kemampuan penyerapan air maksimum dari tepung untuk menghasilkan adonan dengan konsistensi tertentu.
b. Peak time Peak time adalah waktu yang dibutuhkan oleh kurva untuk mencapai konsistensi maksimum. c. Departure Time Departure time adalah waktu sejak Penambahan air sampai pada saat kurva meninggalkan garis 500 BU. d. Stabilitas adonan Stabilitas adonan adalah Perbedaan waktu pada saat garis farinogram menyentuh garis 500 BU. e. Indeks toleransi adonan Indeks toleransi adonan menunjukkan besar kecilnya toleransi adonan terhadap gaya-gaya mekanik selama pengadonan.
Barbander Ekstensograph 1. Prinsip Analisis Pengukuran reologi adonan dapat memprediksi mutu produk akhir yang dihasilkan. Pada umumnya, produk yang disukai adalah adonan yang mempunyai resistensi yang baik terhadap rentangan tetapi cukup mulur. Adonan yang terlalu resisten terhadap rentangan akan keras, liat dan sulit untuk diuleni. Sebaiknya, adonan yang terlalu mulur akan lemah, kendur dan mungkin tidak dapat diuleni sama sekali. Pengukuran dengan eksograph digunakan untuk menjelaskan kemungkinan-kemungkinan volume produk yang terbentuk, dimana alat ini mengukur ekstensibilitas (daya mulur) dan resistensi adonan. Alat ini mengukur kekuatan/tenaga yang diperlukan untuk merentangkan selembar adonan dan waktu yang dibutuhkan untuk merentang adonan hingga titik putusnya. Eksonograph dapat juga dimanfaatkan untuk mengamati beberapa perubahn yang terjadi selama fermentasi, yang menunjukkan kemampuan menahan peregangan adonan. Metode yang dapat digunakan untuk uji ekstesograph adalah AACC-Approved method, no:54/10, AACC (1969), menggunakan Brabender Eksograph, Parameter mutu adonan yang terlihat pada ekstensograph adalah ekstensibilitas adonan, resistensi adonan atau kemampuan menahan peregangan adonan, luas area, dan rasio resistensi terhadap ekstensibilitas. 2. Prosedur analisis
Peralatan yang digunakan adalah a. Brabender Ekstensograph b. Inkubator c. Farinograph d. Alat-alat untuk membuat adonan Cara kerja a. Direntangkan/ diukur bentuk silinder adonan diameter sekitar 1 inchi dan panjang 5 inchi. b. Dicampur adonan dalam farinograph dengan larutan garam 3%. c. Dibulatkan adonan d. Dibentuk dan ditempatkan dalam cradle e. Di biarkan sampai waktu yang diinginkan dan suhu konstan 30C. f.
Diuji dengan eksensograph.
Ekstensograph merupakan kurva yang dihasilkan selama proses peregangan. Dari Ekstensograph tersebut, baik terbaca langsung pada alat atau dengan proses penghitungan, dapat diperoleh data-data sebagai berikut: a. Kemampuan Rentang Kemampuan rentang ditunjukkan oleh maksimum kurva (BU) b. Ekstensibilitas Ekstensibilitas ditunjukkan dengan panjang kurva (cm), dimulai dari awal rentang smapai terpotong. c. Luasan dibawah kurva Luasan diatas garis dasar yang dilingkupi oleh busur kurva. d. Nilai rasio Berdasarkan perhitungan daya tahan rentangan dibandingkan dengan ekstensibilitas. Nilai rasio ini untuk menghindarkan kerancuan yang mungkin terjadi.
