“Allahumma tawwi umurana fi ta’atika wa ta’ati rasulika waj’alna min ibadikas salihina”

Posts tagged “milk

MILK HOMOGENIZER

MILK HOMOGENIZER

Susu homogen adalah susu yang telah mengalami homogenisasi. Proses homogenisasi bertujuan untuk menyeragamkan besarnya globula-globula lemak susu. Di dalam susu yang belum dihogenisasi, globula-globula lemak ini besarnya tidak seragam yaitu 2 – 20 mikrometer. Alat untuk menyeragamkan globula-globula lemak tersebut disebut homogenizer.

Prinsip kerja homogenizer adalah susu ditekan melalui lubang kecil, kemudian setelah keluar akan menghantam suatu bidang atau dinding yang keras, maka globula-globula lemak yang berukuran besar akan pecah menjadi beberapa globula lemak yang kecil-kecil. Tekanan yang digunakan dalam proses homogenisasi ini adalah antara 2.000 – 4000 psi.

Ada beberapa macam tipe homogenizer yaitu :

1.      Single stage homogenizer, apabila penekanan susu dikerjakan hanya satu kali selama proses dalam satu alat. Biasa digunakan untuk homogenisasi:

– Produk dengan kandungan lemak rendah

– Produk yang memerlukan homogenisasi berat (heavy)

– Produk yang memerlukan viscositas tinggi

2.      Two stage homogenizer, apabila penekanan susu dikerjakan dua kali selama proses dalam satu alat. Biasa digunakan untuk:

– Produk dengan kandungan lemak tinggi

– Produk dengan kandungan bahan kering (konsentrasi susu) tinggi

– Produk dengan viscositas rendah.

3.      Multi stage homogenizer, apabila penekanan susu dikerjakan lebih dari dua kali selama proses dalam satu alat.

Ketidak seragaman ukuran globula lemak susu tidak dikehendaki di dalam pembuatan produk-produk olahan susu tertentu, karena hasilnya tidak akan terasa halus. Tetapi kerugian susu homogen adalah mudah mengalami creaming yaitu memisahnya kepala susu (krim) dibagian atas terpisah dari serum yang terletak dibagian bawah.

Homogenisasi merupakan sebuah proses atau beberapa proses yang digunakan untuk membuat campuran menjadi seragam. Homogenisasi bisa disebut juga dengan pencampuran beberapa zat yang terkait untuk membentuk suspensi atau emulsi. Homogenisasi dilakukan jika zat atau campuran bahan memiliki kandungan yang berukuran cukup besar sehingga tidak memungkinkan kondisi campuran seragam. Contoh zat yang paling sering dihomogenisasi adalah susu murni (raw milk), di mana kandungan yang berukuran cukup besar yang dimaksud adalah molekul lemak yang dapat terpisah dengan sendirinya (tersuspensi) dari susu ketika dibiarkan terlalu lama (membentuk krim). Sebagian besar para konsumen susu merupakan susu yang dihomogenisasi.

Homogenisasi adalah istilah yang digunakan oleh para ilmuwan makanan dan insinyur untuk menggambarkan berbagai proses termasuk ultrasonik, rotary, membran, pabrik koloid, dan valve homogenisasi, dan lainnya. Ambiguitas dalam penggunaan kata homogenisasi, bahwa setiap proses yang mengurangi heterogenitas dapat disebut homogenisasi. Salah satu alat dari homogenisasi ini adalah valve homogenizer. Salah satu jenis dari valve homogenizer, ada yang biasanya disebut sebagai valve homogenizer tekanan tinggi atau nama lainnya adalah dynamic homogenizer tekanan tinggi. Proses ini diterapkan untuk liquid dengan perangkat yang terdiri dari pompa pemindahan positif dan satu atau lebih stage yang dibuat oleh valve atau nozzle. Pompa pemindahan positif yaitu pompa yang bekerja menghisap zat cair, kemudian menekan  zat cair tersebut, selanjutnya zat cair dikeluarkan melalui valve atau lubang keluar. Pada pompa ini fluida yang dihisap sama dengan fluida yang dikeluarkan.

Gambar 1. Cara Kerja suatu sistem homogenisasi menggunakan valve

(Sumber: Anonim, 2011)

Kita bisa mendefinisikan valve homogenizer tekanan tinggi ini sebagai suatu alat yang memiliki proses homogenisasi dimana pompa mampu memberikan setidaknya 100 MPa tekanan hidrostatik untuk liquid sebelum pembatas aliran difungsikan, terlepas dari laju aliran. Teknologi homogenisasi terus berkembang dan mampu juga beroperasi pada tekanan yang rendah.

Jenis kedua dari valve homogenizer adalah valve homogenizer tekanan rendah. Jenis ini memiliki proses yaitu liquid bertekanan mengalir melalui suatu valve. Didalamnya ada peningkatan besar dalam kecepatan fluida disertai penurunan tekanan suatu fluida. Kecepatan fluida memulai turbulensi sangat intens dalam fluid jet lalu keluar dari valve dan menyebabkan turbulensi. Hal ini mengganggu fase terdispersi dan menghasilkan efek homogenisasi.

Valve homogenizer tekanan tinggi pada industri, pilot, atau skala laboratorium saat ini dilengkapi dengan pompa tipe plunger dan valve nozzle yang terbuat dari keramik tahan abrasif atau batu permata keras. Stabilitas tekanan dapat dicapai antara pompa dan valve atau penggunaan dua atau lebih piston reciprocating dan algoritma kontrol yang tumpang tindih. Dalam pengaturan valve misalnya Stansted Power Fluid, seat valve-nya berbentuk jarum atau bola dengan material zirkonium atau tungsten karbida, dengan tekanan homogenisasi yang dikendalikan oleh gaya yang bekerja selama seat valve menghalangi aliran fluida.

Beberapa homogenizers misalnya Avestin dan BEE Internasional, dilengkapi dengan satu atau dua nozzle sebagai gantinya valve. Teknologi untuk homogenizer tekanan tinggi nozzle awalnya dikembangkan untuk aplikasi pemotongan pada water jet. Dalam hal ini, pompa tekanan tinggi terhubung ke attenuator untuk mengurangi fluktuasi tekanan dan homogenisasi dicapai dengan nozzle head yang terbuat dari ruby, safir atau berlian. Lubang Nozzle biasanya <0,35 mm dengan material nozzle head tertentu tergantung pada tekanan maksimum, misalnya dengan berlian menjadi material yang paling kuat dan mahal. Dalam pengaturan nozzle, tekanan homogenisasi ditentukan oleh tekanan pompa. Dalam sistem mikrofluida, aliran-aliran dibagi dalam dua atau lebih saluran yang diarahkan pada bidang yang sama namun di sudut yang tepat dan didorong ke aliran tunggal. Tekanan driven pump (hingga 300 MPa) memberikan kecepatan tinggi di pertemuan dua arus yang menghasilkan tegangan geser yang tinggi, turbulensi, dan kavitasi lebih pada arus masuk aliran tunggal.

Gambar 2.  Valve homogenizers tekanan tinggi (Sumber: Anonim, 2011)

Keterangan :

A = mikrofluida

B = valve seat material keramik berbentuk jarum

C = valve seat material keramik berbentuk bola

D = proses pemecahan molekul besar

Valve homogenizers pertama kali diperkenalkan secara komersial pada awal abad ke-20 untuk pengolahan susu cair. Tujuan utamanya adalah untuk menghindari pemisahan lemak sehingga setiap konsumen akan menerima bagian yang adil nya dari lemak susu karena tidak akan ada pengurangan krim. Saat ini, hampir semua susu dihomogenisasi karena konsumen menolak melihat lapisan atas dari krim dalam susu mereka. Kekhawatiran atas dampak potensial dari susu dihomogenisasi pada kesehatan manusia telah dicabut oleh studi terbaru.

Gambar 3. Efek homogenisasi pada lemak dan kasein di susu

(Sumber: Anonim, 2011)

Dalam setup industri, lemak (atau krim) dipisahkan dari susu dengan sentrifugasi terus menerus, dihomogenisasi pada tekanan di bawah 20 MPa dan kemudian dituangkan kembali ke dalam susu skim dengan standar 1%, 2% atau mendekati 3,25% isi lemak.

Homogenisasi biasanya berlangsung dengan pengolahan mekanik, sehingga emulsi lemak memiliki tekanan masuk yang tinggi dan dipaksa dengan kecepatan tinggi melewati celah yang sangat sempit, di mana tetesan lemak dari emulsi lemak akan rusak sebagai akibat dari turbulensi yang terjadi pada kecepatan yang tinggi dan melalui gelembung kavitasi yang meledak dalam cairan. Proses ini berlangsung selama periode yang sangat singkat dan apa yang terjadi selama periode waktu tersebut adalah kecepatan emulsi lemak mengalami kenaikan sementara tekanan menurun.

Sebuah homogenizer pada dasarnya terdiri dari pompa piston besar yang memberikan tekanan tinggi, serta perangkat counter-pressure di mana homogenisasi tepat berlangsung. Perangkat counter-pressure, atau homogenizer valve, terdiri dari bagian yang bertekanan, resilient valve cone, posisi dudukan valve yang menggunakan cincin atau gasket dan casing pendukung valve yang dikelilingi oleh valve cone dan valve seat. Valve cone dan valve seat biasanya rotasi-simetris dan cenderung terjadi homegenisasi di antara dua bagian throttle radial tersebut (suatu celah). Tinggi, lebar dan panjang celah menentukan volume homogenisasi. Ukuran celah ini harus cukup kecil untuk mendapatkan proses homogenisasi yang efisien. Lebar celah berkurang pada tekanan yang lebih tinggi di liquid yang akan dihomogenkan, pada saat yang sama aliran yang lebih besar memerlukan celah yang lebih besar pula.

Susu yang berlabel UHT (Ultra High Temperatute) dibuat dari tekanan yang rendah pada saat yang sama dengan tujuan untuk meningkatkan kuantitas aliran. Ini berarti bahwa valve homogenizer harus dibuat lebih besar sehingga celahnya bisa mengecil. Namun untuk valve homogenizer yang lebih besar tentu memerlukan biaya yang lebih besar pula. Metode lainnya ialah dengan menghubungkan secara paralel celah-celah homogenizer dengan begitu ukuran celahnya akan berkurang.

Homogenizer yang digunakan di dalam industri tersebut terdapat didalam banyak model dan kapasitas. Perbedaan model tersebut terdapat dalam banyak model dan kapasitas. Perbedaan model tersebut umumnya terletak pada konstruksi lubang dan alat pengatur pengeluaranya.

Kebanyakan tekanan tinggi homogenizer digunakan untuk homogenisasi diadaptasi dari peralatan komersial yang dirancang untuk menghasilkan emulsi dan homogenat dalam industri makanan dan farmasi. Mereka menggabungkan tekanan tinggi dengan outlet valve. Dengan tekanan maksimum 10.000 psi pecah sekitar 40% dari sel pada single pass, 60% pada kedua dan 85% setelah empat kali lewat. Kapasitas homogenizer terus bervariasi dari 55 sampai 4.500 liter/jam pada 10-17% konsentrasi sel.

Gambar 4. Valve Homogenizer

(Sumber: Gerard, 2008)

Valve homogenizer paling efektif dalam memperkecil ukuran fase dispers kemudian meningkatkan luas permukaan fase minyak dan akhirnya meningkatkan viskositas emulsi sehingga mengurangi kemungkinan terjadinya ”creaming”. Valve homogenizer bekerja dengan cara menekan cairan dimana cairan tersebut dipaksa melalui suatu celah yang sangat sempit lalu dibenturkan ke suatu dinding atau ditumbukkan pada metal pins yang ada di dalam celah tersebut.

Valve homogenizer umumnya terdiri dari pompa yang menaikkan tekanan dispersi pada kisaran 500-5000 psi, dan suatu lubang yang dilalui cairan dan mengenai valve penghomogenan yang terdapat pada tempat valve dengan suatu spiral yang kuat. Ketika tekanan meningkat, spiral ditekan dan sebagian dispersi tersebut bebas di antara valve dan tempat (dudukan) valve. Pada titik ini, energi yang tersimpan dalam cairan sebagian tekanan dilepaskan secara spontan sehingga produk menghasilkan turbulensi yang kuat dan shear hidrolik. Cara kerja homogenizer ini cukup efektif sehingga bisa didapatkan diameter partikel rata-rata kurang dari 1 mikron tetapi homogenizer dapat menaikkan temperatur emulsi sehingga dibutuhkan pendinginan. Unitvalve homogenizersini mempunyai bagian pemompaan untukmenyuplai material yang akan dilarutkan melalui sebuah orifice terkecil. Tekanan akan tinggi  diturunkan mendekati tekanan fluida melalui sebuah orifice sehingga menghasilkan shear force tinggi dimana emulsi dan suspensi koloid akan dihasilkan secara continue.

DAFTAR PUSTAKA

Anonim. 2011. High Pressure Homogenization. (online). http://web.utk.edu/~fede/high%20pressure%20homogenization.html. (13 September 2015).

Dickenson, T.C. 1999. Valves, Piping, and Pipelines Handbook. Inggris : Elsevier Advanced Technology.

Gerard. 2008. Food Emulsifier and Their Applications. New York : Springer.

Iklan

Karakteristik Susu

Karakteristik Susu

1.1        Susu

Susu berarti cairan bergizi yang dihasilkan oleh kelenjar susu  dari  mamalia betina. Susu adalah sumber gizi utama bagi bayi sebelum mereka dapat mencerna makanan padat. Susu binatang (biasanya sapi) juga diolah menjadi berbagai produk seperti mentega, yoghurt, es krim, keju, susu kental manis, susu bubuk dan lain-lainnya untuk konsumsi manusia. Semua orang di dunia ini membutuhkan susu untuk menopang kehidupannya. Baik dari bayi sampai orang yang sudah lanjut usia.

Dewasa ini, susu memiliki banyak fungsi dan manfaat. Untuk umur produktif, susu membantu pertumbuhan mereka.Sedangkan untuk orang lanjut usia, susu membantu menopang tulang agar tidak keropos. Susu mengandung banyak vitamin dan protein. Oleh karena itu, setiap orang dianjurkan minum susu. Sekarang banyak susu yang dikemas dalam bentuk yang unik.Tujuan dari ini agar orang tertarik untuk membeli dan minum susu. Ada juga susu yang berbentuk fermentasi. 

2.1       Komposisi susu

Dipandang dari segi gizi, susu merupakan bahan makanan yang hampir semua sempurna dan merupakan makanan alamiah bagi hewan menyusui yang baru lahir, dimana susu merupakan satu-satunya sumber makanan pemberi kehidupan sesudah melahirkan. Secara biologis, susu merupakan sekresi fisiologis kelenjar ambing sebagai makanan dan proteksi imunologis (immunologis protection) bagi bayi mamalia.

2.1.1    Komposisi kimia Susu

Secara kimia susu adalah emulsi lemak dalam air yang mengandung gula, garam-garam mineral dan protein dalam bentuk suspense koloidal. Komponen utama susu adalah air, lemak, protein (kaseindan albumin), laktosa (gula susu) dan abu. Komponen susu selain air merupakan Total Solid (TS) dan Total Solidtanpa komponen lemak merupakan Solid non Fat (SNF). Beberapa istilah lain yang biasa digunakan sehubungan dengan komponen utama susu ini adalah plasma susu atau susu skim, yaitu bagian susu yang mengandung semua komponen kecuali lemak dan serum susu atau biasa disebut Whey, yaitu bagian susu yang mengandung semua komponen susu kecuali lemak dan kasein.

Pada umumnya kandungan air dalam susu berkisar antara 82 – 90 persen, lemak antara 2,5 – 8,0 persen, kasein antara 2,3 – 4,0 persen, gula antara 3,5 – 6,0 persen, albumin antara 0,4 – 1,0 persen dan abu antara 0,5 – 0,9 persen.

Tabel 2.1 Komposisi Susu Segar Sapi

KomponenPersentase
Air
Bahan padat (TS)
Lemak
Protein
Gula
Abu
87,25
12,75
3,80
3,50
4,80
0,65

Beberapa faktor yang mempengaruhi konsentrasi komponen-komponen dalam susu ialah mastitis, tahapan dalam periode laktasi, musim dan keadaan makanan. Variasi komposisi susu berdasarkan musim erat kaitannya dengan kombinasi pengaruh suhu dan pemberian makanan. Suhu yang tinggi dan kualitas makanan yang buruk akan menyebabkan kandungan solid non fatdalam susu menjadi rendah. Sebaliknya makanan yang berkualitas baik dan suhu rendah cenderung akan meningkatkan kandungan solid non fat dalam susu.

Susu yang dihasilkan pada awal periode laktasi mempunyai kandungan solid non fat yang tinggi, kemudian menurun pada periode laktasi 40 – 60 hari dan akan meningkat kembali secara gradual sampai bulan keenam periode laktasi, diikuti dengan kenaikan yang tajam pada akhir periode laktasi.

2.1.1.1 Air

Air yang tergantung dalam susu terutama berfungsi sebagai pelarut bagi komponen-komponen susu yang dapat larut atau membentuk suspense.

2.1.1.2 Lemak susu

Lemak susu yang juga disebut sebagai butter fat merupakan komponen yang sangat penting dalam susu, bahkan secara komersial lemak susu merupakan komponen yang sangat berharga. Flavor susu dan sebagian besar produk susu olahan terutama ditimbulkan oleh kandungan lemak dalam susu.

Lemak susu berbentuk butiran-butiran dengan diameter yang bervariasi antara 0,001 mm sampai 0,01 mm tergantung pada keturunan, tahap-tahap dalam periode laktasi dan keadaan masing-masing sapi. Butiran-butiran atau yang juga disebut globula, lemak mempunyai ukuran paling besar pada dua minggu pertama periode laktasi dan laju penurunan ukuran yang tercepat terjadi selama dua bulan berikutnya. Setelah itu laju penurunan ukuran berlangsung lambat tetapi terus terjadi secara kontinyu sampai akhir periode laktasi.

Globula lemak tersebar merata didalam susu sebagai emulsi lemak dalam air, dimana globul lemak berada dalam fase terdispersi. Setiap globul lemak dilapisi oleh lapisan tipis yang terdiri dari protein dan fosfolipida, terutama lesitin yang terdapat dalam jumlah kecil didalam susu. Adanya lapisan ini menyebabkan globul lemak tidak dapat bergabung satu sama yang lain, sehingga emulsi susu menjadi stabil. Pengadukan mekanis seperti pada proses churning dapat merusak lapisan protein fosfolipida tersebut, sehingga globula-globula lemak akan bergabung menjadi satu dan menghasilkan butter.

Asam-asam lemak terpenting yang terdapat dalam susu adalah asam butirat, kaproat, kaprilat, kaprat, laurat, miristat, palmitat, oleat, stearat dan linoleat. Adanya asam butirat dalam lemak susu menyebabkan susu mempunyai karakteristik yang berbeda karena tidak ada lemak-lemak hewan lainnya yang mengandung asam butirat. Sekitar 60 – 65 persen diantara asam-asam lemak tersebut merupakan asam lemak jenuh dan sisanya sekitar 35-40 persen merupakan asam lemak tidak jenuh.

Sebagian besar asam-asam lemak dalam lemak susu merupakan asam lemak dengan jumlah atom karbon genap, yaitu untuk asam-asam lemak jenuh mulai dari asam butirat dengan 4 atom C sampai asam kerotat dengan 26 atom C. Asam miristat, palmitat dan stearat berjumalah 72 – 78 persen dari total asam lemak jenuh dan 45 -50 persen dari total asam lemak yang terdapat dalam lemak susu. Asam-asam lemak dengan rantai bercabang, asam-asam lemak berantai lurus dengan jumlah atom C ganjil dan asam-asam lemak berantai lurus dengan jumlah atom C 20-26 terdapat dalam susu dengan konsentrasi yang sangat tinggi.

Asam-asam lemak tidak jenuh yang terdapat dalam susu mempunyai panjang rantai antara 10 – 24 atom C dan terdapat dalam konfigurasi geometris yang berbeda-beda. Asam oleat dengan satu ikatan rangkap merupakan komponen utama dalam lemak susu, yaitu mencapai sekitar 30 persen dari total asam lemak dalam susu. Sedangkan asam-asam lemak dengan dua atau lebih ikatan rangkap hanya terdapat 3 – 5 persen. Komposisi asam-asam lemak dalam lemak susu dapat dilihat pada tabel 2.2.

Tabel 2.2 Komposisi asam-asam lemak dalam lemak susu

Asam LemakTitik cair(0C)Rata-rata(%)
Volatil
Bersifat larut:
–          Butirat
–          Kaproat
–          Kaprilat
–          Kaprat
Bersifat tidak larut:
–          Laurat


8,41
0,11
5,43
1,04

8,0


2,93
1,90
0,79
1,57

5,85
Non-Volatil
Tidak larut
–          Mirisat
–          Palmitat
–          Steara
t–          Oleat
–          Linoleat


58,06
4,07
0,01
4,0
-17,8


18,78
15,17
14,91
31,90
4,50

Lemak-lemak yang terbentuk dari asam-asam lemak yang mudah menguap (volatila) bersifat tidak stabil dan mudah terurai, sehingga mempengaruhi flavor susu. Timbulnya bau tengik pada butter disebabkan karena terbentuknya asam lemak bebas terutama asam butirat. Cara-cara pengolahan dan penyimpanan yang baik dan diterapkan dalam industry pengolahan susu tidak menyebabkan perubahan-perubahan kimiawi yang nyata terhadap asam-asam lemak jenuh dalam susu. Sebaliknya asam-asam lemak tidak jenuh biasanya mengalami perubahan yang cukup nyata berupa kerusakan oksidatif terhada susu dan produk-produk hasil olahan susu.

Keturunan, jenis dan mutu makanan serta musim merupakan faktor-faktor utama yang mempengaruhi komposisi lemak susu. Faktor-faktor tersebut terutama berpengaruh terhadap kandungan asam butirat, palmitat, stearat dan asam oleat dalam lemak susu. Kenaikan konsentrasi asam-asam lemak dengan titik cair rendah seperti asam butirat dan asam oleat akan menghasilkan lemak susu dengan konsentrasi yang lunak, sedangkan kenaikan konsentrasi asam stearat akan menghasilkan lemak susu yang keras.

Lesitin merupakan fosfolipida utama yang terdapat dalam susu. Jenis-jenis fosfolipida lainnya seperti sefalin dan sfingomiselin hanya terdapat dalam konsentrasi yang sangat kecil. Lesitin terdapat pada bagian permukaan globul lemak dan bersama-sama dengan protein membentuk lapisan yang melindungi globul lemak sehingga tetap terdispersi dalam bentuk emulsi lemak/air. Konsentrasi lesitin berkisar antara 0,027 – 0,044 persen dalam susu, 0,013 – 0,035 persen dalam susu skim 0,14 – 1,16 persen dalam buttermilk yang dibuat dari sweet cream dan 0,10 – 0,17 persen dalam buttermilk yang dibuat dari soured cream.

2.1.1.3 Protein susu

Kasein merupakan jenis protein terpenting dalam susu dan terdapat dalam bentuk kalsium kaseinat. Kasein merupakan partikel-partikel halus berdiameter sekitar 80 µm dan membentuk suspense koloidal dalam susu. Kasein dapat diendapkan dengan asam, alkohol, renet, dan logam berat. Asam dapat memindahkan kasein dari kalsium kaseinat sehingga diperoleh endapan kasein yang terpisah dari kalsium. Pada suhu yang tinggi jumlah asam yang diperlukan untuk koagulasi kasein lebih sedikit dibandingkan jika koagulasi dilakukan pada suhu rendah. Susu segar mempunyai pH sekitar 6,6. Apabila pH tersebut diturunkan sampai pada pH 4,7, susu mulai membentuk Curd. pH 4,7 ini merupakan titik isoelektrik kasein. Berat molekul kasein berkisar antara 12.800 – 375.000.

Kasein adalah protein yang bermutu tinggi karena mengandung semua asam-asam amino esensial. Karena itu kasein baik dalam susu maupun dalam susu maupun dalam produk-produk olahan susu merupakan komponen yang penting. Kasein dalam susu terdiri dari tiga fraksi yang berbeda, yaitu α-kasein, β-kasein dan γ-kasein. Tiap fraksi mengambil bagian berturut-turut sekitar 75 persen, 22 persen dan 3 persen. Perbedaan komposisi dari ketiga fraksi disajikan dalam tabel 2.3.

Tabel 2.3 Komposisi dan sifat-sifat komponen kasein

Komposisiαβγ
Nitrogen (%)
Fosfor (%)
Sulfur (%)
Titik isoelektrik (pH)
Mobilitas (µ)
Rotasi spesifik (x   ) 025
15,58
0,99
0,75
4,7
-6,75
-90,5
15,53
0,55
0,86
4,9
-3,05
-125,2
15,40
0,11
1,03
5,8
-2,01
-131,9

Berbeda dengan kasein, albumin merupakan protein yang tidak mengandung fosfor. Pada umumnya albumin dianggap berbentuk larutan sejati dalam susu, tetapi albumin berbentuk larutan koloidal yang sangat halus. Albumin memiliki berat molekul yang lebih rendah daripada kasein, yaitu berkisar antara 1.000 – 25.000.

Pada suhu kamar, albumin tidak berkoagulasi oleh rennet atau asam, tetapi dengan pemanasan pada pH 4 – 5, albumin akan mengendap. Albumin atau lakta albumin merupakan bagian dari protein serum susu yang bersifat larut dalam larutan ammonium sulfat netral setengah jenuh atau dalam larutan magnesium sulfat jenuh. Fraksi protein serum susu (protein susu skim selain kasein), yang bersifat tidak larut dalam larutan tersebut diatas disebut fraksi globulin atau laktoglobulin. Albumin juga merupakan jenis protein yang bermutu tinggi.

Jenis protein ketiga yang terdapat pada susu ialah laktoglobulin. Konsentrasi globulin merupakan protein utama dengan konsentrasi yang lebih tinggi daripada kasein dan merupakan peranan penting dalam memberikan kekebalan bayi yang baru lahir terhadap infeksi.

Globulin memiliki unsur-unsur yang sama dengan kasein, yaitu: karbon, hydrogen, oksigen, nitrogen, sulfur dan fosfor. Globulin dapat dipisahkan dari albumin melalui pengendapan dengan garam magnesium sulfat berlebih. Disamping kasein, albumin dan globulin dalam susu juga terdapat beberapa jenis protein lainnya yang walaupun terdapat dalam konsentrasi yang sangat rendah tetapi mempunyai peranan yang cukup berarti dalam nilai gizi susu dan produk susu, yaitu laktosa.

Laktosa terdapat dalam dua macam bentuk, yaitu α-laktosa dan β-laktosa. α-laktosa dapat berupa hidrat maupun anhidrat. Apabila α-laktosa atau β-laktosa dilarutkan dalam air, masing-masing bentuk laktosa akan berubah menjadi bentuk lain sampai tercapai keseimbangan. Oleh bakteri asam laktat, laktosa akan difermentasikan menjadi asam laktat.

2.1.2    Sifat fisik susu

2.1.2.1 Rasa

Susu segar yang diproduksi dalam kondisi ideal tidak memiliki flavor yang kuat, tetapi mempunyai rasa sedikit manis yang menyenangkan. Hal ini terutama disebabkan oleh hubungan antara kandungan laktosa dan klorida dalam susu. Apabila hubungan ini terganggu, seperti pada akhir periode laktasi atau dalam kondisi mastitis, dimana kandungan klorida relatif lebih tinggi, maka flavor susu dapat dipengaruhi, antara lain susu mempunyai rasa garam.

Kandungan lemak dan protein dalam susu merupakan komponen yang membentuk flavor susu, tetapi bukan merupakan komponen utama yang menentukan rasa susu. Susu dengan kandungan lemak dan bahan padat bukan lemak (SNF) yang rendah mempunyai rasa tawar atau flat, sedangkan susu dengan lemak dan SNF yang tinggi mempunyai flavor yang lebih kuat.

Kelainan-kelainan rasa dan bau susu dapat terjadi setiap saat dan kelainan ini merupakan keadaan yang tidak normal. Beberapa penyebab rasa dan bau susu yang tidak normal adalah kondisi fisik sapi, jenis makanan yang diberikan, penyerapan bau oleh susu karena kontak dengan lingkungan yang mempunyai bau keras, penguraian komposisi susu karena pertumbuhan bakteri atau mikroba lainnya dalam susu, bau yang berasal dari benda-benda asing yang terdapat dalam susu dan perubahan-perubahan bau karena reaksi kimia.

2.1.2.2 Warna

Warna susu berkisar antara putih kebiruan sampai kuning keemasan, yaitu tergantung pada keturunan jenis makanan serta kandungan lemak dan bahan padat dalam susu. Warna putih susu berasal dari cahaya yang direfleksikan oleh globula-globula lemak, partikel koloidal kasein dan kalsium fosfat yang tesebar dalam susu. Warna kuning susu disebabkan oleh pigmen karoten yang larut dalam lemak susu. Susu yang lemaknya sudah dipisahkan atau susu dengan kandungan lemak yang rendah mempunyai kebiruan.

Pigmen lain yang terdapat dalam susu ialah riboflavin, tetapi warnanya tidak timbul sampai kandungan lemak dan kasein dalam susu dipisahkan seperti pada pembuatan keju. Pigmen ini larut dalam air dan menimbulkan warna kuning kehijauan pada whei. Beberapa mikroba dapat mempengaruhi warna susu, misalnya susu yang berwarna merah dan biru, masing-masing disebabkan oleh Serratia marcescens dan Pseudomonas cynnogenes. Timbulnya warna akibat mikroba merupakan keadaan yang tidak normal.

2.1.2.3 Titik beku

Susu mempunyai titik beku rata-rata pada suhu -0,550C sampai -0,610C. Titik beku susu dipengaruhi oleh komponen-komponen yang terlarut, terutama laktosa dan klorida. Kedua komponen ini mempunyai hubungan yang berlawanan, yaitu apabila salah satu komponen meningkat, komponen lainnya akan menurun. Kandungan lemak dan kasein dalam susu dalam susu tidak mempengaruhi titik beku susu.

Variasi kandungan laktosa dan mineral dalam susu sangat kecil, sehingga titik beku susu relatif konstan. Keadaan ini dapat digunakan untuk mengetahui ada tidaknya pemalsuan susu, yaitu pemalsuan dengan cara menambahkan air kedalam susu. Penambahan 1 persen air (v/v) kedalam susu akan meningkatkan titik beku susu sebesar 0,00550C. Susu dengan titik beku yang lebih rendah daripada -0,5250C, dapat dianggap bebas dari penambahan air.

Pembekuan menyebabkan perubahan-perubahan fisik dan flavor susu yang tidak dapat kembali ke keadaan semula. Pembekuan menyebabkan globula lemak kehilangan bentuk emulsinya. Globula lemak tersebut akan bergabung satu sama lain, menghasilkan bentuk dan ukuran lemak yang berbeda. Kasein juga akan dipengaruhi oleh proses pembekuan. Sebagian kasein dipecah dari bentuknya dalam susu sebagai kalsium kaseinat dan mengendap dalam bentuk serpihan.

2.1.2.4 Titik didih

Titik didih susu sedikit lebih tinggi daripada titik didih air murni, yaitu rata-rata 100,170C. Hal ini karena bahan-bahan yang terlarut dalam susu akan meningkatkan titik didih.

2.1.2.5 Berat jenis

Berat jenis rata-rata susu penuh yang normal adalah 1,032 pada suhu 160C. Susu lebih berat daripada air karena semua komponen padatan kecuali lemak, mempunyai berat jenis yang lebih tinggi daripada air. Pada Tabel 2.4 menunjukkan berat jenis dari berbagai komponen susu.

Tabel 2.4 Berat jenis komponen susu

Komponen SusuBerat Jenis
Sharp and Hard
Pada suhu 300C
Richmond
Pada suhu 150C
Lemak
Plasma bahan padat
Laktosa
Asam sitrat
Protein
Abu
0,91
31,59
21,630
1,680
1,350
3,500
0,93
1,61
61,666
(sebagai laktosa)
1,34
65,500

Susu normal mempunyai kisaran berat jenis antara 1,029 – 1,035. Susu dengan kandungan lemak yang rendah, sebaliknya susu dengan kandungan lemak yang tinggi mempunyai berat jenis yang tinggi pula. Hal ini terutama karena pada suhu yang normal, kenaikan kandungan lemak susu juga diikuti dengan kenailkan kandungan bahan padatan bukan lemak (SNF), sehingga gabungan berat jenis dan komponen-komponen susu lebih menentukan berat jenis daripada pengaruh tunggal lemak susu.

2.1.2.6 Panas jenis

Panas jenis dari suatu bahan merupakan rasio antara jumlah panas yang dipelukan untuk menaikkan suhu satu derajat dan jumlah panas yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu air dengan massa yang sama sebanyak satu derajat. Dengan mengetahui panas jenis suatu bahan, maka jumlah panas yang harus diberikan atau dipindahkan untuk menaikkan atau menurunkan suhu bahan tersebut sampai pada suhu tertentu dapat dihitung. Tabel 2.5 menunjukkan panas jenis susu dan produk susu.

Tabel 2.5 Panas jenis susu dan produk susu

ProdukPanas jenis
00C150C400C600C
Whole milk
Susu skim
Whey
Cream 15%
Cream 30%
Cream 45%
Butter
Butter fat
0,920
0,940
0,978
0,750
0,673
0,606


0,938
0,943
0,976
0,723
0,983
1,016


0,930
0,952
0,974
0,899
0,852
0,787
0,556
0,500
0,918
0,963
0,972
0,900
0,860
0,793
0,580
0,530

2.1.2.7 Tegangan permukaan

Tegangan permukaan susu penuh sebesar 55,3 dyne, susu skim sebesar 57,4 dyne dan 30 – 35% krim sebesar 49,6 dyne. Kenaikan kandungan lemak dan protein akan menurunkan tegangan permukaan susu, pasteurisasi dapat menaikkan tegangan permukaan susu sedangkan homogenisasi dapat menurunkan tegangan permukaan tersebut. Kenaikan suhu juga dapat menurunkan tegangan permukaan susu.

2.1.2.8 Viskositas

Susu dengan kandungan lemak rata-rata 4,32 persen mempunyai viskositas rata-rata 1,6314 centipoise, sedangkan susu skim mempunyai viskositas rata-rata 1,404 centipoise. Viskositas susu dipengaruhi oleh berturut-turut mulai dari yang paling besar pengaruhnya adalah kasein, lemak dan albumin. Suhu rendah akan menyebabkan kenaikan viskositas susu karena terjadi clumping dari globula-globula lemak. Pengadukan mekanis dapat memecah plumping globula lemak tesebut sehingga viskositas menurun.

Homogenisasi dapat meningkatkan susu penuh, tetapi sedikit menurunkan viskositas susu skim. Hal ini disebabkan karena homogenisasi menyebabkan globula lemak menjadi kecil, sehingga mempunyai luas permukaan yang lebih besar. Luas permukaan yang lebih besar menyebabkan lapisan film protein yang terserap pada permukaan globul lemak lebih banyak, sehingga viskositas meningkat.

Suhu pasteurisasi dapat menurunkan viskositas karena pecahnya clumpingglobula-globula lemak. Tetapi pada suhu tinggi dibawah tekanan, viskositas akan meningkat karena perubahan sifat fisik protein. Viskositas susu juga akan meningkat dengan meningkatnya kandungan lemak dalam susu.

2.1.2.9 Air terikat

Susu, krim dan produk-produk susu berbentuk cairan lainnya mengandung air terikat dalam jumlah yang cukup berarti. Kasein mengikat sekitar 50% dari kandungan total air terikat, albumin mengikat sekitar 30%, membran globula lemak 15% dan bahan padat lainnya mengikat sekitar 4% air terikat.  Pasteurisasi dapat menurunkan air terikat dalam susu, sedangkan pemeraman umumnya menaikka kandungan air terikat.

2.1.2.10 Buih

Pembentukan buih oleh susu dan produk-produk susu merupakan peristiwa yang biasa terjadi. Buih yang stabil merupakan sifat yang dikehendaki pada whipping cream. Tetapi pada proses pengisian susu kedalam kaleng atau botol dan proses pemisahan susu, terbentuknya buih tidak dikehendaki.

Protein merupakan penyebab utama terbentuknya buih. Protein teradsorbsi pada lapisan film tipis yang mengelilingi gelembung udara, sehingga udara yang terperangkap dalam gelembung tersebut menjadi stabil. Suhu rendah 20C – 40C menyebabkan pembentukan buih dengan volume yang paling besar, sedangkan suhu 160C – 320C menghasilkan volume buih yang terendah. Pengaruh suhu terhadap pembentukan buih dapat dilihat pada Tabel 2.6.

Pasteurisasi tidak mempunyai pengaruh yang berarti terhadap pembentukan buih. Tetapi homogenisasi dapat meningkatkan buih pada suhu 40 – 270C dan menurunkan volume buih pada suhu 600C. Kandungan lemak dalam susu menimbulkan efek menekan pembentukan buih, sedangkan bahan padatan bukan lemak (SNF) dapat meningkatkan pembentukan buih.

Tabel 2.6 Pengaruh suhu terhadap pembentukan buih pada susu

Lesitin mempunyai sifat memecah buih. Pengadukan krim dalam proses churning akan membebaskan sebagian besar lesitin yang kemudian akan terikut kedalam buttermilk, sehingga hanya sedikit buih yang terbentuk pada buttermilk.

Buih yang terbentuk pada susu, krim dan buttermilk terdiri dari 2 tipe, yaitu tipe protein dan buih tipe fosfolipid-protein. Buih tipe protein akan dominan pada suhu yang lebih tinggi. Apabila pembentukan buih pada susu skim dilakukan pada suhu 350C, maka penambahan lemak sampai tingkat 5 persen akan menurunkan volume dan stabilitas buih pada susu skim tersebut. Penambahan lemak lebih lanjut yaitu sampai tingkat 30% akan menaikkan volume dan stabilitas buih yang selanjutnya akan konstan jika lemak ditambahkan lagi sampai lebih dari 30%. Apabila pembentukan buih dilakukan pada suhu 60C volume buih tidak mengalami perubahan walaupun kandungan pada susu skim lemaknya dinaikkan.


KARAKTERISTIK WHEY PROTEIN SUSU

KARAKTERISTIK WHEY PROTEIN SUSU INDUSTRI PANGAN

Posted by Widiantoko, R.K

Susu sapi merupakan bahan pangan kaya zat gizi, terutama protein. Protein susu sapi terdiri dari dua jenis, yaitu protein whey dan kasein dengan komposisi 20 dan 80 persen. Pada pembuatan beberapa produk pangan, misalnya keju dan mentega, dipisahkan antara protein whey dan kasein. Kasein dan Protein whey dipisahkan melalui pengasaman pada pH 4,5-4,8. Walaupun merupakan hasil samping, protein whey masih memiliki komponen gizi dan senyawa yang dapat memberikan peran tertentu dalam pembuatan produk-produk pangan.

A. Komposisi protein whey
Protein whey berbentuk cairan yang berwarna kehijauan, sehingga komponen terbesar pada protein whey adalah air. Protein whey masih mengandung 19,3% persen /w dari seluruh fraksi protein whey susu sapi, yang didominasi β-laktoglobulin. Protein whey juga mengandung garam mineral, laktosa, protein, dan lemak dalam jumlah sedikit seperti tercantum pada Tabel 1.

Protein whey tersusun dari beberapa jenis protein yaitu β -lactoglobulin, β -lactalbumin, bovine serum albumin peptides, immunoglobulins, lactoferrin, dan lactoperoxidas (Tabel 2). Diantara protein-protein tersebut, β-laktoglobulin dan β-laktalbumin bersifat globular dan memiliki peran paling penting terhadap sifat fungsional protein whey sehingga menentukan karakter produk pangan yang dihasilkan.

Tabel  Nilai gizi protein whey

Komponen Jumlah
Laktosa 4,5 – 5
Protein 0,6 – 0,8
Lemak 0,4 – 0,5
Garam mineral 8 – 10

Tabel  Komposisi protein whey

Jenis protein Kadar (g/l)
β laktoglobulin 3,2
α-laktalbumin 1,2
Serum albumin 0,3
Immunoglobulin 0,7
Laktoferin, lisosim dan laktoperoksidase 0,8

Komponen penting yang terdapat di dalam whey :

-β-laktoglobulin
β-lactoglobulin terdapat sekitar 50% dari kandungan whey total. Protein ini memiliki banyak gugus yang mengikat mineral, vitamin larut lemak, dan bertindak sebagai protein transpor untuk senyawa lipofilik seperti tokoferol dan vitamin A. Modifikasi β-laktoglobulin menghasilkan produk yang memiliki aktivitas antivirus yang kuat

-α-lactalbumin
α-lactalbumin terkandung sekitar 25% dari kandungan protein whey total. Protein ini memiliki profil asam amino yang sangat baik, yang kaya akan lisin, leusin, treonin, triptofan dan sistin. Fungsi biologis utama dikenal dari α-lactalbumin adalah untuk memodulasi sintesis laktosa dalam kelenjar susu. Penambahan protein ini adalah sangat dianjurkan dalam susu formula bayi dan produk pangan lainnya. Beberapa peneliti menyimpulkan bahwa α-lactalbumin efektif sebagai agen anti-kanker.

-Imunoglobulin
merupakan kelompok protein kompleks yang berkontribusi secara signifikan terhadap kandungan protein serta mempunyai fungsi imunologi yang sangat penting. Senyawa ini dapat memberikan perlindungan dari beberapa penyakit pada bayi dan memiliki peran dalam upaya pengendalian penyakit pada orang dewasa. Whey protein konsentrat dapat digunakan sebagai suplemen susu bubuk karena mengandung antibodi yang cukup untuk membunuh E. coli.

-Bovine serum albumin

Bovine serum albumin (BSA) memiliki profil asam amino esensial yang komplek. BSA dapat mengikat asam lemak bebas, dan jenis lemak. BSA sangat penting dalam mempertahankan fungsi lemak. Hal ini menjadi sangat penting terutama jika dikaitkan dengan proses oksidasi lemak. Dalam beberapa penelitian dilaporkan bahwa BSA mengurangi resiko kemungkinan seseorang mengidap berbagai penyakit, seperti diabetes dan kehilangan daya tahan tubuh.

– Laktoferin
Laktoferin adalah protein yang dapat mengikat besi dan memiliki kemampuan sebagai agen antimikroba. Sistem kerja antimikrobanya adalah dengan cara mengikat zat besi dalam mikroorganisme. Keunggulan laktoferin lainnya yaitu membantu penyebaran besi dalam darah, antijamur, antivirus, dan antikanker, mengikat racun, meningkatkan efek imunomodulasi, mempercepat penyembuhan luka, dan anti-inflamasi.

-Laktoperoksidase
Laktoperoksidase telah dikenal sebagai agen antimikroba alami dalam susu, air liur dan air mata. Sistem laktoperoksidase telah terbukti baik sebagai bakterisida dan bakteriostatik terhadap berbagai jenis mikroorganisme, dan tidak memiliki efek negatif. Dalam studi klinis di bidang kedokteran gigi, laktoperoksidase terbukti mengurangi akumulasi plak, gingivitis, dan karies dini.

-Glycomacropeptide
Glycomacropeptide (GMP) merupakan bagian dari glikosilasi caseinomacropeptide (CMP), banyak terdapat dalam whey manis yang terbentuk setelah koagulasi protein oleh rennin. Sifat-sifat biologis dan fisiologis yang telah dikaitkan dengan peranan GMP meliputi: penurunan sekresi lambung, gigi penghambatan karies dan plak gigi, mendorong pertumbuhan Bifidobacteria, kontrol phenylketunoria, dan dapat menekan nafsu makan.

B. Sifat fungsional protein whey
Sifat fungsional bahan pangan merupakan kemampuannya untuk menghasilkan sifat khas pada produk yang dihasilkan. Protein memiliki sifat fungsional tertentu jika diaplikasikan pada produk pangan, demikian juga protein whey. Di atas sudah dibahas bahwa protein whey tersusun atas beberapa jenis protein, dan diantaranya ada dua jenis yang dominan berperan terhadap sifat fungsionalnya. ?-laktoglobulin terutama berperan terhadap sifat pembentukan gel, sedangkan ?-laktalbumin merupakan pengemulsi yang baik.

Sifat fungsional protein whey berkaitan dengan sfat fisik, kimia dan struktur seperti ukuran, bentuk, komposisi asam amino serta rasio hidrofobik/hidrofilik. Proses pengolahan (homogenisasi, pemanasan, pembekuan), kondisi lingkungan (pH, suhu, kekuatan ionic) serta interaksi dengan komponen lain juga mempengaruhi sifat fungsional protein. Gambar 1 menunjukkan faktor-faktor yang mempengaruhi sifat fungsional protein whey.

Protein whey merupakan ingredien penting pada berbagai produk pangan misalnya olahan susu, daging dan rerotian karena sifat fungsional dan nilai gizinya yang khas. Berbagai proses pengolahan dapat mempengaruhi karakteristik protein whey sehingga memodifikasi struktur dan fungsionalitasnya, seperti kemampuan membentuk gel, buih dan sifat emulsinya. Sifat fungsional protein whey yang penting adalah kelarutan, viskositas, water holding capacity , pembentukan gel, emulsifikasi dan pembentukan buih ( foaming) seperti terlihat pada Tabel 3.

Tabel  Sifat fungsional protein whey

Sifat fungsional Peranan Aplikasi produk pangan
Water binding (hydration)
  • Hasil interaksi protein-air
  • Kemampuan protein whey dalam mengikat air meningkat dengan adanya denaturasi
Produk berbahan dasar daging, minuman, rerotian
Solubility (kelarutan)
  • Hasil interaksi protein-air
  • Protein whey dapat larut pada semua pH, kecuali jika terjadi denaturasi pada pH 5 maka tidak bersifat larut
Minuman
Gelation dan viscosity
  • Interaksi protein-protein menghasilkan pembentukan matriks dan gel
  • Viskositas tidak terlalu tinggi, kecuali mengalami denaturasi
Salad dressings, sup krim, setting cheeses, produk rerotian, gravies, olahan daging
Sifat emulsi Dapat membentuk emulsi dengan baik kecuali jika terjadi denaturasi pada pH 4-5 Sosis, sup krim, cake, salad dressing
Foaming/whipping
  • Memiliki overrun tinggi dan stabilitas buih baik
  • Sifat membentuk buih paling baik jika protein whey tidak terdenaturasi, dan tidak bersaing dengan emulsifier lain
Whipped toppings, chiffon cakes, desserts
Warna dan aroma
  • Protein whey berperan dalam reaksi pencoklatan dengan cara bereaksi dengan laktosa dan gula reduksi lain pada saat pemanasan sehingga membentuk warna coklat yang diinginkan pada produk pangan
  • Protein whey tidak memiliki rasa sehingga tidak memberikan flavor tertentu saat diaplikasikan ke produk
Permen (confectionery), rerotian, olahan susu

– Water binding dan solubility
Sifat protein whey dalam mengikat air cukup penting, karena semakin banyak jumlah air yang dapat diikat maka rendemen pengolahan akan semakin tinggi. Hal tersebut berkaitan dengan penurunan biaya produksi. Kapasitas pengikatan air whey protein tergantung pada sifat internal protein (komposisi dan konformasi asam amino) dan faktor lingkungan (pH, kekuatan ionic, suhu).

Kelarutan merupakan fungsi suhu, pH, keberadaan ion lain dan cara pelarutan. Bahan pangan umumnya meningkat kelarutannya dengan meningkatnya suhu, akan tetapi tidak demikian halnya dengan protein whey. Semakin tinggi suhu mengakibatkan terjadinya denaturasi yang akan menurunkan kelarutan.

Protein merupakan bahan pangan yang hanya sedikit larut bila berada pada titik isoelektrik, akan tetapi tidak demikian dengan protein whey. Protein whey dapat larut pada rentang pH yang luas, sehingga tepat apabila diaplikasikan pada produk minuman.

-Gelasi
Pembentukan gel dapat terjadi karena adanya panas, tekanan dan kation divalent. Gel protein whey terbentuk melalui dua tahap, yaitu tahap denaturasi protein dan pembentukan kembali jaringan dari molekul-molekul yang telah mengalami denaturasi. Sifat gel yang terbentuk dipengaruh konsentrasi, kecepatan pemanasan, tingkat denaturasi, kekuatan ionic dan adanya ion spesifik. Ion-ion spesifik seperti kalsium, natrium dan magnesium mempengaruhi pembentukan gel pada protein whey. Pada pH lebih dari 8, garam-garam klorida, terutama kalsium meningkatkan kecepatan pembentukan gel.

Ada dua jenis gel dari protein whey, yaitu gel yang terbentuk dengan adanya panas dan gel yang terbentuk pada suhu ruang. Jenis gel yang kedua disiapkan dengan cara memanaskan protein whey sampai mengalami agregasi, diikuti dengan pendinginan secara cepat pada suhu ruang. Gel akan terbentuk dengan adanya penambahan NaCl atau CaCl2 Kebanyakan gel protein terbentuk dengan adanya panas.

Gel protein whey dapat mengikat air dan zat gizi lain dalam jaringan. Kemampuan protein membentuk gel tergantung kapasitas pengikatan air, keberadaan lipid, garam dan gula. Pembentukan gel merupakan sifat fungsional yang penting dalam produk-produk roti, olahan susu, daging, surimi, dessert dan sour cream . Pada beberapa produk pangan, protein whey memberikan peran terhadap beberapa sifat fungsional yang sulit untuk didefinisikan mana yang paling penting.

-Emulsifier
Emulsi merupakan sistem yang terdiri dari dua fase cairan yang tidak saling melarutkan, dimana salah satu cairan terdispersi dalam bentuk globula-globula di dalam cairan lainnya. Cairan yang terpecah menjadi globula-globula dinamakan fase terdispersi, sedangkan cairan yang mengelilingi globula-globula disebut medium dispersi atau fase kontinu. Agar diperoleh fase terdispersi dan medium dispersi maka diperlukan emulsifier dan energi. Pada proses pembuatan emulsi dibutuhkan jenis emulsifier yang cocok dengan tujuan untuk memperoleh tipe emulsi yang diinginkan secara cepat dan ekonomis.

Protein whey punya peran penting sebagai emulsifier pada system pangan. Peran protein whey sebagai emulsifier ditentukan oleh konsentrasi protein, pH, kekuatan ionic, konsentrasi kalsium dan laktosa, proses pengolahan dan kondisi penyimpanan. Satu catatan penting adalah pada titik isoelektrik, protein whey membentuk emulsi yang tidak stabil, akan tetapi apabila sudah susu sudah mengalami pasteurisasi, sifat pengemulsinya tidak terpengaruh.

Peran protein whey sebagai pengemulsi kurang dibandingkan dengan kasein, akan tetapi protein whey banyak digunakan sebagai pengemulsi bahan yang memiliki berat molekul rendah. Contoh produk yang menggunakan protein whey sebagai pengemulsi adalah formula makanan bayi, minuman pengganti makan, sup dan saus.

-Foaming/whipping (kemampuan membentuk buih)
Kemampuan membentuk buih merupakan sifat protein whey yang dipengaruhi tegangan antarmuka air udara. Pemanasan protein whey pada suhu 55 sampai 60oC mengakibatkan molekul-molekulnya menyebar secara cepat pada permukaan, yang diikuti penyusunan kembali lapisan untuk memerangkap udara. Hal tersebut mengakibatkan terbentuknya buih pada produk. Terjadinya denaturasi sebagian protein whey mengakibatkan penyusunan kembali molekulmolekulnya sehingga membentuk struktur yang kaku dan meningkatkan viskositas. Pendinginan sampai dibawah 4oC menurunkan buih yang terbentuk yang diakibatkan pengaruh laktoglobulin.

Sifat membentuk buih pada protein whey terutama dipengaruhi tingkat denaturasinya. Protein whey yang tidak terdenaturasi memiliki sifat membentuk buih paling baik. Faktor lain yang mempengaruhi adalah konsentrasi ion kalsium, suhu, pH dan kadar lemak. Sifat membentuk buih protein whey memberikan peran penting pada produk rerotian dan confectionery creams .

-Memperbaiki flavor dan warna kecokelatan
Produk whey dengan kadar laktosa tinggi dan protein rendah bisa menjadi pilihan untuk tujuan ini. Misalnya dry sweet whey, whey permeate/ deproteinized whey/ DPS (dairy product solid), atau WPC34. Kandungan laktosanya yang tinggi menyebabkan reaksi Maillard (pencoklatan) meningkat. Selain itu, kemanisan dan kelembutan produk akhir juga meningkat. Whey juga membantu meminimalkan kehilangan flavor selama proses pemanggangan biscotti, rusk, savarine, dan cracker. Hal ini dikarenakan whey membuat flavor lebih tahan terhadap proses pemanggangan. Produk whey yang bisa menjadi pilihan antara lain sweet whey atau DPS. Selain itu, dry acid whey biasa digunakan untuk memberi cita rasa asam dan memperbaiki tekstur pada produk bakeri.

-Pengganti telur
Sebagai pengganti telur, WPC34 dapat digunakan pada produk cookie, misalnya viennese, chocolate chops, snickerdoodle, dan soft lemon cookies. Sedangkan WPC80 cocok untuk produk roti, cakes, cookie (jenis kering dan basah), dan muffin. Pemakaian whey ini dapat mengurangi biaya bahan baku, menyesuaikan tingkat kelembutan cookie, dan memberi tekstur yang stabil pada cookie dan biscotti. Sebelum mengganti telur dengan whey, ada beberapa hal yang perlu diperhatikan. Pada kue, protein telur berperan penting pada kualitas struktur, tekstur, dan rasa produk. Komposisi adonan kue juga khas dengan jumlah gula yang tinggi, bahkan melebihi jumlah terigu. Di sisi lain, gula dapat menghambat pembentukan gluten pada adonan. Selain itu, juga menyebabkan suhu terbentuknya gluten dan gelatinisasi pati meningkat. Di sinilah protein telur berperan penting. Pembentukan struktur protein telur terjadi pada suhu yang lebih rendah, sehingga telur dapat menjaga agar pembentukan crumb tetap optimal selama pemanggangan. Oleh karena itu, sebaiknya tidak semua bagian telur digantikan dengan whey. Secara teknis, ada beberapa pertanyaan yang perlu dijawab sebelum menggunakan whey sebagai pengganti telur, yaitu:

  • Telur dalam bentuk produk apa yang diganti? Apakah bentuk bubuk atau telur segar?
  • Beberapa total kandungan protein dan air pada produk telur tersebut?
  • Apakah whey bisa memberi nilai tambah pada produk akhir?

Pertanyaan di atas perlu dijawab karena jumlah whey yang ditambahkan perlu dihitung berdasar jumlah kandungan protein dan air pada produk telur yang digunakan. Berat satu telur utuh besar sekitar 52-55 gram dan 75% nya adalah air. Sementara itu, kandungan protein telur segar sebesar 12%, sedangkan telur dalam bentuk bubuk sebesar 46%. Kandungan protein pada produk whey pun bervariasi, mulai dari 11% pada sweet whey sampai 90% atau lebih pada WPI. Kemudian, pada telur segar, air untuk mengganti cairan telur harus ditambahkan bersamaan dengan whey.

-Memperbaiki nilai gizi
Kandungan protein whey dinilai lengkap karena mengandung semua asam amino esensial yang diperlukan tubuh. Whey protein concentrate (WPC) juga kaya kalsium dan mineral lainnya. Kombinasi WPC80 atau whey protein isolate (WPI) dengan gula alkohol dan pemanis buatan mampu menurunkan penggunaan ingridien sumber karbohidrat pada produk bakeri sehingga dapat dihasilkan produk rendah karbohidrat. Selain WPC, dairy product solid (DPS) juga dapat menjadi pengganti karbohidrat. DPS juga kaya akan mineral, seperti kalsium, fosfor, potasium, dan sodium. Kandungan sodium tersebut dapat mengurangi penggunaan garam pada formulasi. Di sisi lain, kandungan mineral lainnya dapat menjadikan DPS sebagai sumber mineral tambahan. Selain itu, penggunaan WPC34 pada kue, cookie, dan muffin bisa berfungsi sebagai imitasi lemak. Fungsi imitasi lemak ini berasal dari kemampuan WPC mengikat air. Adonan produk bakeri dengan WPC memerlukan jumlah air yang lebih banyak daripada adonan tanpa WPC. Hal ini disebabkan saat proses pemanggangan, polimer protein whey akan terbuka (unfold) akibat terdenaturasi oleh panas. Terbukanya struktur protein ini menyebabkan akses ke daerah pengikatan air (water binding) pada protein meningkat sehingga daya ikat air akan bertambah. Akibatnya jumlah air yang dapat diikat juga meningkat. Jumlah air yang meningkat ini mengkompensasi jumlah lemak yang berkurang sehingga produk akhir dengan kandungan lemak lebih rendah (reduced-fat) akibat penambahan WPC tetap akan memiliki tekstur yang lembut mirip dengan adonan fullfat. Penambahan WPC ini bisa mengurangi penggunaan lemak hingga 50%. Produk whey juga bisa digunakan untuk tujuan fortifikasi protein yang umumnya digunakan pada produk olahraga dan kesehatan. Misalnya penggunaan WPC80 atau WPI pada tortilla, pizza crust, cookies, dan roti. Whey protein kaya akan asam amino rantai cabang atau branched-chain amino acids (26 mg leusin, isoleusin, dan valin per 100 gram WPC) yang dapat menyumbang 10-15% total energi yang dibutuhkan untuk olahraga berat (endurance exercise) (Chandan & Kilara 2011). Lebih lanjut, selama proses pencernaan WPC juga menghasilkan peptide bioaktif yang diketahui berperan menurunkan tekanan darah, memperbaiki imunitas, dan melawan virus dan jenis infeksi lainnya (Chandan & Kirala 2011).

-Penggunaan pada artisan bread
Penggunaan WPC34 pada artisan bread membuat penanganan (handling) adonan menjadi lebih mudah (relaxed machineability), menghasilkan crumb yang lebih lembut, warna coklat keemasan yang lebih menarik, dan cita rasa yang lebih kuat. Selain itu, juga dapat memperbaiki nilai gizi dan memperpanjang masa simpan produk. Selama proses fermentasi, laktosa pada produk whey tidak tercerna oleh khamir sehingga proses pencoklatan bisa lebih optimal dan aroma yang dihasilkan juga lebih baik. Jumlah WPC34 yang direkomendasikan berkisar 1-4% (basis tepung terigu). WPC80 atau WPC50 juga dapat digunakan dengan kisaran kurang dari 5%.

-Penggunaan pada produk whole grains
Tantangan pemakaian tepung gandum utuh untuk produk bakeri adalah rendahnya kandungan gluten. Padahal gluten merupakan pembentuk struktur adonan yang lentur dan elastis. Tanpa gluten, sifat tersebut tidak akan terbentuk. Penambahan produk whey bisa menggantikan rendahnya kandungan gluten karena whey mengandung protein yang juga memiliki sifat fungsional seperti gluten.
Selain itu, kandungan serat terlarut (soluble fiber) yang tinggi pada tepung whole grains dapat menyebabkan adonan menjadi lengket (gummy). Artinya, adonan tersebut bersifat machineability yang rendah atau sulit ditangani. Penambahan WPC pada adonan tepung whole grains dapat mengurangi kelengketan melalui daya ikat air whey yang baik.

C. Jenis-jenis protein whey
Protein whey memiliki nilai gizi dan fungsional yang baik, sehingga menarik untuk dikembangkan mulai akhir tahun 1980-an. Komposisi protein whey bervariasi, dan di pasaran dikembangkan beberapa jenis produk yang dapat diaplikasikan pada produk pangan.

Produk

Kandungan (%)

Air

Lemak

Protein

Laktosa

Abu

Dry sweet whey 4.5 1.1 12.9 73.5 8.0
Reduced lactoce whey 4.0 2.5 22.0 55.0 16.5
Demineralized whey 4.0 2.2 13.0 76.8 4.0
Dry acid whey 4.3 1.0 12.3 71.3 11.1
WPC34 3.5 4.0 34.5 51.0 7.0
WPC50 3.5 4.0 50.5 36.0 6.0
WPC80 3.5 6.0 80.5 5.0 5.0
WPI 3.5 0.5 93.0 1.0 2.0

Berdasarkan kadar proteinnya, beberapa produk dari protein whey adalah bubuk, isolate protein whey ( whey protein isolate /WPI), hidrolisat ( whey protein hidroysate / WPH), konsentrat (whey protein consentrate/WPC), ekstrak laktoglobulin dan laktalbumin dan diaplikasikan pada berbagai produk pangan. Produk-produk olahan protein whey tersebut memiliki sifat yang berbeda karena diperoleh dari teknik pengolahan yang berbeda. Diantara produkproduk tersebut, yang paling banyak digunakan adalah WPC, WPI dan WPH.

Whey powder diperoleh dengan memanfaatkan hasil pemisahan dalam proses pembuatan keju secara langsung. Whey dipisahkan dari lemak, dipasteurisasi, kemudian langsung dikeringkan sehingga diperoleh whey dalam bentuk bubuk. Seringkali, whey powder dikurangi, sehingga menghasilkan demineralized whey.

WPC merupakan produk dari protein whey yang sudah dikurangi air, mineral dan laktosanya. Proses pembuatan WPC dari protein whey menggunakan teknik separasi seperti diafiltasi, ultrafiltrasi, electrodialysis dan ionexchange. WPC memiliki kadar protein bervariasi, mulai 35 sampai 80 persen, dan masih mengandung karbohidrat dan lemak. WPC dapat digunakan dalam bentuk cair, bubuk dan konsentrat. WPC yang memiliki kadar protein 35 persen pada umumnya digunakan sebagai pengganti susu skim, baik sebagai penstabil maupun pengganti lemak. WPC tersebut memiliki peran untuk mengikat air, memberikan rasa mirip lemak dan memiliki sifat lembut seperti gelatin. Produkproduk yang menggunakan WPC misalnya yoghurt, produk bakery, makanan bayi dan permen.

WPC yang memiliki kadar protein 50, 65 atau 80 persen digunakan pada produk yang memerlukan kelarutan pada rentang pH yang las. Contoh produk tersebut adalah minuman berenergi, sup krim, produk bakery, olahan daging, produk pangan rendah lemak dan minuman yang difortifikasi protein.

WPC dalam bentuk bubuk memiliki kadar protein 80 sampai 85 persen. Bahan ini baik digunakan sebagai pengganti putih telur pada produk meringue, es krim dan topping karena bersifat ekonomis. Whey protein concentrate diproses menggunakan teknologi ultrafiltrasi untuk menyaring dan memekatkan whey hasil pemisahan dari kasein. Dalam proses tersebut, molekul-molekul berukuran besar seperti laktosa dan abu akan tereleminasi. Akibatnya, akan diperoleh konsentrasi protein yang lebih tinggi, yakni antara 25-89%, tapi umumnya adalah 80%. Ada beberapa jenis WPC yang digolongkan berdasarkan kandungan proteinnya. Misalnya WPC34 yang artinya kandungan protein berkisar 34%, WPC50 kandungan proteinnya sekitar 50%, dan WPC80 yang kandungan proteinnya berkisar 80%.

Diantara produk protein whey, WPI memiliki kadar protein paling tinggi yaitu 95 persen dan sifat fungsionalnya lebih baik dibandingkan WPC karena kadar lemak, laktosa dan garam lebih rendah, namun harganya lebih mahal dibandingkan yang lain.  Proses yang digunakan biasanya melibatkan teknologi mikro filtrasi dan ion exchange. Sehingga akan lebih banyak komponen non protein yang tereleminasi.

Referensi
De Wit. 1998. Nutritional and functional characteristics of whey proteins in food products. J. Dairy Sci. 81 (3): 597-608.

Kresic, G., Lelas, V., Rezek Jambrak, A., Herceg, Z., and Rimac, B.S. 2008. Influence of novel food processing techologies on the rheological and thermophysical properties of whey proteins. Journal of Food Engineering. 87: 64-73. 

Snezana, J., M. Bara?, and O. Ma?ej. 2005. Whey proteins. properties and possibility of application. Mljekarstvo 55 (3) 215-233

Geiser, Marjorie.-. The Wonders of Whey Protein. NSCA’s Performance Training Journal.

Johnson. 2000. US Whey Products in Snacks and Seasoning. US Dairy Export Council USA.

Keaton, Jimmy. 1999. Whey Protein and Lactose Products in Processed Meats. US Dairy  Export Council USA.

Chandan, R.C., and Kilara, A. 2011. Dairy ingredients for food processing. Iowa, US: Blackwell publishing.