PRAKTIKUM ANALISIS SIFAT REOLOGI BAHAN PANGAN FAKULT FAKULTAS AS TEKNOLOGI TEKNOLO GI INDUSTRI PERTANIAN PERTANIAN UNIVERSITAS PADJADJARAN Evi Yuliantie (!"#"#!""#
%$Departemen Teknologi Teknologi Industri Pangan Universitas Padjadjaran, Jatinangor Jalan Raya Bandung-Sumedang Km !", Jatinangor, Sumedang #$%$$ Tel&' &$!!' (()**##, (()+($ Fa' &$!!' (()+(*$ E)ail eviyuliantiedsgmail.om
ABSTRACT Rheological properties of food is very important to determine the proper way of food processing. Rheological characteristics for a given material is a characteristic style. One of the eects of rheology is processing process. The temperature used for each dierent material suitable circuitry nature, therefore it is necessary to know the rheological properties of foodstus. The The meth method od us used ed is us usin ing g the the RV (Rot (Rotat atio iona nall Visc Viscom omet eter err r and and glass glass capillarity capillarity viscometer. viscometer. The sample sample used is water, water, fresh milk, pasteuri!ed pasteuri!ed milk, and yogurt. Results of the analysis showed that water, pasteuri!ed milk and fresh milk are non "ewtonian and yoghurt is non#newtonian. Key words : Rheology, viscosity, Newtonian, non-Newtonian, rotational viscometer, glass Capillary viscometer
PENDAHULUAN Sifat reologi suatu bahan pangan sangat penting untuk menent entukan cara pengolah lahan pang pangan an yang yang tepa tepat. t. Kara Karakt kteri erist stik ik reol reolog ogii merup merupak akan an kara karakt kter eris isti tik k bahan selama diberi gaya. Sehingga bila bila gaya gaya diberi diberikan kan misaln misalnya ya gaya gaya tuan tuang g kepada epada su suat atu u baha bahan n akan akan meng mengak akiba ibatk tkan an peru peruba baha han n pada pada kara karakt kter eris isti tikn knya ya apak apakah ah muda mudah h untu untuk k ditu dituan ang g atau atau tidak. tidak. Seti Setiap ap bahan memiliki karakteristik masing-masing mulai dari viskositas (keengganan untuk bergerak). Sifat ifat alir alir suatu uatu baha bahan n dapa dapatt dik diketah etahu ui deng dengan an cara cara meto metode de empiris empiris.. Salah Salah satu satu penent penentuan uannya nya yaitu itu berd erdasa asarkan visk iskositas. Visk Viskos osita itas s merup merupak akan an hamba hambata tan n terhad terhadap ap aliran aliran suatu suatu cairan cairan yang yang diden didenisi isikan kan sebagai sebagai rasio rasio antara antara tegangan geser (sh shea earr stre stress ss)) terh terhad adap ap laju laju gese geserr (sh shear ear rate rate)) (uni!aga" #.$ dkk." % & & ') . Viskositas merupakan suatu
pern pernya yata taan an taha tahana nan n dari dari su suat atu u cair cairan an untu untuk k meng mengal alir" ir" sema semakin kin tinggi tinggi visko viskosit sitas as semakin semakin besar besar tahanannya untuk mengalir. Sehingga viskositas dapat menentukan sifat reologinya seperti jenis netonian atau nonnetonian. Viskositas tas dapat diketa etahui dengan alat yang disebut Rotational Rotational Viscometer Viscometer.. Rotational Rotational Viscometer " mendapatkan nilai viskositas viskositas dengan dengan mengukur mengukur gaya puntir sebuah rotor silinder (spindle) yang dicelupkan ke dalam sample. iskositas juga sering dinyatakan dalam sentipoise (c). * c + *,*&& . (ohat" %&&). /nal /n alis isis is reolo eologi gi pada pada baha bahan n pangan bertujuan untuk menget mengetahu ahuii strukt struktur ur suatu suatu bahan bahan misalnya misalnya hubungan hubungan antara ukuran mole molek kul dan dan bent bentuk uk nya nya dala dalam m suatu larutan terhadap kekentalan. Selai elain n itu" tu" tes reolo eologi gi serin ering g diterapkan untuk mengontrol bahan dasar dan mengontrol proses suatu
pengolahan. Kemudian diperlukan didalam mendesain alat tertentu seperti pompa" pipa-pipa aliran. dan lainnya juga yang terakhir penerimaan konsumen terhadap suatu produk dipengaruhi oleh sifat reologinya. Selain itu digunakan juga $lass %apillary Viscometer untuk mendapatkan nilai viskositas dengan cara membiarkan sample mengalir di dalam sebuah pipa kapiler dan mengukur beda tekanan di kedua ujung kapiler tersebut. raktikum kali ini bertujuan untuk mengetahui sifat aliran dari sampel air" susu segar" susu pasteurisasi dan yoghurt. 0na membandingkannya antara penggunakan Rotational Viscometer dan Tube %apillary Viscometer.
METODOLOGI Ba*an +an alat Sampel yang digunakan yaitu air keran, susu segar, susu pasteurisasi, dan yog/urt Semau sampel dilakukan ! pegujian 0lat yang digunakan yaitu Rotational Viscometer , Glass Capillary Viscometer , gelas ukur, beaker glass, 1ul1 pipet Penentuan ,i-at .e/l/0i Rotational Viscometer
)en00una1an
Penentuan ke.epatan putar spindle &rpm' yang .o.ok untuk digunakan pada sampel Ke.epatan putar diset dari rpm redna/ ke tinggi dan rpm tinggi ke renda/ Pemili/an rpm disesuaikan dengan akurasi yang ada Jika akurasi 2"+3 maka rpm terse1ut dapat digunakan Selanjutnya alat dinyalakan dan di.atat rpm, viskositas dan akurasinya &.ps 3' tiap 4 detik Peng/itungan nilai n & flow behavior newtonian / non-newtonian', K &consistancy index', dan 5 app &apparent viscosity' 6ilai n, K, dan 5app dapat di.ari dengan pertama di1uat /u1ungan gra7ik /u1ungan antara log Tor8ue ter/adao log 6 Selanjutnya didapat slope dan intersep Slope merupakan nilai n dan log intersep merupakan nilai K
sedangkan 5app yaitu dengan meng/itung nilai s/ear stress 9ide gap &R1:R. ; $"' < = #>6:n ? &R1:R.' ! 6arro@ gap &R1:R. 2 $))' < = #>6:%$&R1:R.' ! selanjutnya untuk men.ari s/ear stress didapat dari persamaan y= nlog < A log K y merupakan nilai s/ear stress atau log Penentuan vi,1/,ita, )en00una1an lass Capillary Viscometer Pertama, glass capillary viscometer diisi air se1agai penentu nilai Kv dengan meli/at nilai viskositas dan densitas pada ta1el characterisrtic of food Selanjutnya setela/ didapat nilai Kv, alat digunakan untuk sampel susu segar dan susu pasteurisasi Ketika sampel dimasukkan ke salam alat untuk masuk ke 1agian 1ul1 pertama, kemudian Tarik menggunakan 1ul1 pipet agar masuk ke 1ul1 ketiga dan @aktu di.atat pada saat 7luida jatu/ pada ketinggian antara ! 1ul1 Selanjutnya di.ari nilai viskositas dan densitasnya se1agai 1erikut
µ ρ
=
g.h.R 2 8L2
Ct
6ilai 5 merupakan viskositas, densitas, g adala/ nilai gravitasi, / adala/ ketinggian dimana 7luida jatu/, E merupakan ketinggian 1ul1pertama sampai 1atas pertama dan t merupakan@aktu yang di1utu/kan 7luida untuk turun kem1ali
HASIL DAN PEMBAHASAN Rotational viscometer 0lat pertama yang digunakan adala/ rotational viscometer yang digunakan untuk mengeta/ui viskositas dan time dependent / independent behavior Fasil praktikum menunjukkan /u1ungan antara viskositas apparent ter/adap s/ear rate yang artinya pengaru/ pem1erian gaya atau s/ear rate ter/adap nilai viskositas suatu 1a/an Selanjutnya mengeta/ui time dependent atau independent behaviour dari gra7ik /u1ungan s/ear stress ter/adap s/ear rate Hu2un0an 3a&& (vi,1/,ita, te.*a+a& 4 (,*ea. .ate%
a&&a.ent%
Viskositas suatu 1uida adalah sifat yang menunjukan besar dan kecilnya tahan dalam 1uida terhadap gesekan 1uida yang mempunyai viskositas rendah" misalnya air mempunyai tahanan dalam terhadap gesekan yang lebih kecil dibandingkan dengan 1uida yang mempunyai viskositas yang lebih besar. S/ear rate adala/ gaya yang di1erikan ter/adpa suatu luasan tertentu yang nantinya akan 1erpengau/ ter/adap 1a/an yang dikenakan gayanya sala/ satunya viskositas nilai viskositas 1er1eda-1eda untuk setiap 1a/an terantung proses pengola/an apaka/ menggunakan su/u atau tidak
2app terhadap 3 S4S4 /S$5467S/S7
89#:46$
/76
2app S4S4 S5#/6
3
Gam1ar " Gra7ik /u1ungan viskositas dengan s/ear rate
Gra7ik di atas menunjukkan 1a/@a sampel air memiliki nilai viskositas yang konstan ter/adap s/ear rate dan artinya
sampel air termasuk ;etonian karena berapapun nilai shear rate yang diberikan" nilai viskositas apparentnya tetap sama. Susu segar merupakan jenis 1uida yang akan berubah viskositas nya jika diberikan suhu tinggi.
berubah jika terjadi peru1a/an su/u dan tekanan Henurut Suyitno &")**' .airan ne@tonian 1iasanya merupakan .airan murni se.ara kimia@i dan /omogen se.ara 7isika@i onto/nya adala/ larutan gula, air, minyak, sirup, gelatin, dan susu
Sampel selanjutnya yaitu susu pasteurisasi. #rak menunjukkan baha suus pasteurisasi merupakan 1uida ;etonian karena nilai viskositas apparent yang konstan atau linear terhadap sumbu =. berapapun nilai shear rate nya" viskositas yang didapat tetap sama. Susu pasteurisasi merupakan suus segar yang telah dilakukan pemanasan pada suhu >%->'&?. hasil praktikum menunjukkan perlakuan suhu sekitar >%->'&? pada susu tidak merubah karakteristik viskositas. 8oghurt merupakan produk olahan susu yang difermentasi agar menghasilkan asam.
luida non-6e@tonian adala/ .airan dengan si7at yang 1er1eda Paling umum yang dapat diamati adala/ viskositas iskositas &ukuran kemampuan .airan untuk mena/an de7ormasi 1erta/ap ole/ geser atau tarik tekanan' dari .airan non-6e@tonian tergantung pada laju geser atau sejara/ laju geser Jadi, komposisi dan proses dapat menentukan si7at 7luida
Hubungan antara shear stress (σ) dan shear rate (γ) dalam menentukan Time Dependent Behaviour Ta1el " menunjukkan nilai s/ear rate dan s/ear stress, jika keduanya diplotkan pada gra7ik maka akan menunjukkan time dependent 1e/aviour Jika 7ulida terse1ut termasuk 7luida 6e@tonian maka garis /u1ungan antara s/ear rate dan s/ear stress dari rpm renda/ mupun tinggi 1erimpit se/ingga dise1ut time independent 1e/aviour atau karakteristiknya tidak 1ergantung @aktu Berdasarkan ketergantungantungannya ter/adap @aktu produk non ne@tonian di1edakan atas Time ndependent yaitu pada su/u konstan /anya tergantung pada s/ear rate, sedangkan Time !ependent tergantung pada lamanya gaya yang di1erikan Time independent di1edakan atas S/ear t/inning &pseudoplastis' dan s/ear t/i.kening &dilatan' Berikut /asil pengamatan pada keempat sampel
Shear stress terhadap Shear Rate &
σ
S4S 4 S 5#/6 (;/7K)
& & *&
*%
*@ *A ($464;) %& %% S4S4*> S5#/6
%@
%>
γ
Gam1ar ! Gra7ik /u1ungan s/ear stress ter/adap s/ear rate pada sampel susu segar
Berdasarkan gra7ik di atas, susu segar tdak memiiki time dependent behaviour karena 1ukan termasuk 7luida non 6e@tonian juga gra7ik yang di/asilkan linear artinya tidak ter1entuk s/ear t/inning maupun s/ear t/i.kening Susu pasteurisasi Sampel susu pateurisasi 1erdasarkan /u1ungan viskositas apparent dan s/ear rate termasuk ke dalam 7luida 6e@tonian Berikut /asil plot s/ear stress ter/adap s/ear rate untuk menentukan apaka/ ter1entuk time dependent 1e/aviour atau tidak
Shear stress terhadap Shear Rate &
S4S4 /$5467S/S7 (;/7K)
& & & S4S4 /S$5467S/S7($464;)
& &
0ir Sampel air 1erdasarkan /u1ungan viskositas apparent dan s/ear rate termasuk ke dalam 7luida 6e@tonian Berikut /asil plot /u1ungan s/ear stress ter/adap s/ear rate Fasil menunjukkan 1a/@a sampel air termasuk time independent behaviour karena 1er/ipit antara ascending dan descending tidak ada pengaru/ su/u 0ir 1ukan merupakan 7luida non 6e@tonian se/ingga tidak memiliki time dependent behaviour Susu segar Sampel susu segar 1erdasarkan /u1ungan viskositas apparent dan s/ear rate termasuk ke dalam 7luida 6e@tonian Berikut /asil plot s/ear stress ter/adap s/ear rate
*%
*@
*>
*A
%&
%%
%@
%>
%A
Gam1ar 4 Gra7ik /u1ungan s/ear stress ter/adap s/ear rate pada sampel susu pasteurisasi
tergantung aktu ($ime 0ependent Viskositas). 9leh karena itu" koesien konstan viskositas tidak dapat didenisikan. Log/urt Sampel yig/urt 1erdasarkan /u1ungan viskositas apparent dan s/ear rate termasuk ke dalam 7luida non-6e@tonian
Shear stress terhadap Shear Rate &
Ta1el " Fasil pengukuran $lass %apillary
&
Viscometer
&
5
di1utu/kan 1agi .airan terse1ut untuk le@at antara dua tanda ketika mengalir karena gravitasi melalui suatu ta1ung kapiler vertikal, yang se1agai vis.ometer Ms@ald 9aktu yang di1utu/kan ole/ Nat .air yang diselidiki untuk mengalir diantara dua tanda terse1ut di1andingkan dengan @aktu yang di1utu/kan ole/ Nat .air yang tela/ diketa/ui viskositasnya &1iasanya air' Sampel yang digunakan adala/ air, susu segar dan susu pasteurisasi
&
89#:46$ (;/7K)
89#:46$ ($464;)
& %
%.'
B
B.'
@
@.'
'
'.'
>
>.'
C
4
Gam1ar # Gra7ik /u1ungan s/ear stress ter/adap s/ear rate pada sampel yog/urt
4ntuk cairan-cairan yang tergolong dalam kategori ;on ;etonian hasil pembacaan viskositas dipengaruhi oleh Shear 6ate" dalam hal ini dinyatakan oleh bentuk geometri spindle serta kecepatan putarnya.
Sa)&el 0ir Keran Susu Segar Susu Pasterisasi
3 $*+! C "$-% "4#! C "$-%
"+%+ C "$-%
6
K
))%#*
!!*% C "$-*
$abel di atas menunjukkan baha $lass %apillary Viscometer dapat menghasilkan nilai viskositas suatu 1uida. /ir keran memiliki viskositas $*+! C "$ -4 Pas , susu segar "4#! C "$ -4 Pas dan susu pasteurisasi "+%+ C "$-4 Pas Sampel yang paling tinggi viskositasnya yaitu susu pasteurisasi karena tela/ di1eri perlakuan panas se/ingga meru1a/ karakteristiknya
enurut
Glass Capillary Viscometer
Tabel 2. Perbandingan viskositas G! dan R!
iskometer .airan 6e@ton dapat ditentukan dengan mengukur @aktu yang
Sampel
" G! (Pa.s)
" R! (Pa.s)
/ir Keran Susu Segar Susu asterisa si
$*+! C "$-%
*.>%>>'5-&>
"4#! C "$-%
B.BB*C5-&>
"+%+ C "$-%
B.BA>C>5-&>
$abel % menunjukkan baha nilai viskositas kedua metode jauh berbeda namun terdapat kesamaan yaitu viskositas air paling rendah dari pada susu segar dan pasteurisasi. :al ini dapat disebabkan karena pada alat Rotational viscometer terjadi kesalahan mekanis karena alat yang digunakan tidak *&&F dalam keadaan baik dan untuk alat Rotational viscometer menggunakan percobaan secara empiris sehingga tidak dapat diseragamkan rpm yang digunakan karena sesuai dengan karakteristik sampel yang berbeda-beda. Sedangkan glass capillary viscometer perlakukan untuk semua sampel sama hanya aktu yang membedakan.
S#$% &iketahui spring 'onstant .* d+nes.'m, ke'epatan - rpm. /andingkan dengan susu pasteurisasi0 Sa)&el
RPM
Susu Pasteurisas i
+$ %$ "$$ +$
γ
σ
*%.& C' *'.@A %'.A* ' *%.& C'
@.B>C%' 5-&' '.%@BA' 5-&' A.C'@'5 -&' @.B>C%' 5-&'
" (Pa.s) B.BAB'5 -&> B.BA''B 5-&> B.B*%' 5-&> B.BAB'5 -&>
1S34P5%$6
stress karena tidak memiliki time dependent behaviour" sedangkan yoghurt merupakan 1uida non ;etonian berdasrakan nilai n" hubungan viskositas dan shear rate" juga hubungan shear rate dan shear stress yang memilki time dependent behaviour pseudoplastic rheopectic.
&$7T$R P5ST$1$
%&&.
uni!aga" #.$ and #.V.< ?anovas. %&&'. Rheology for The &ood 'ndustry . ournal of &ood )ngineering >CG *@C-*'>. Suyitno. *AA. engujian Sifat Hisik
