Proses glycerolysis-interesterification adalah salah satu metode modifikasi minyak nabati yang bertujuan untuk menghasilkan lipid terstruktur dengan kandungan mono dan diasilgliserol (MDAG) yang tinggi. MDAG memiliki potensi aplikasi yang luas, terutama dalam industri makanan, karena karakteristiknya yang unik. Sebagai contoh, MDAG dapat berperan sebagai pengemulsi alami dalam berbagai produk pangan dan juga dapat berfungsi sebagai pengganti lemak hewani. Dalam produk cokelat, MDAG dapat menjadi alternatif pengganti mentega kakao, karena sifatnya yang serupa dalam hal titik leleh dan tekstur, sehingga memberikan sensasi yang mirip dengan mentega kakao tanpa meninggalkan rasa lilin yang tidak diinginkan.

Teknik glycerolysis-interesterification biasanya dilakukan pada suhu tinggi, antara 200 hingga 240°C, namun suhu yang terlalu tinggi dapat menyebabkan pembentukan produk samping yang tidak diinginkan dan mengurangi stabilitas serta kualitas produk akhir. Untuk mengatasi hal ini, teknik penggunaan pengadukan cepat dalam reaktor berkecepatan gesek tinggi dikembangkan, yang memungkinkan reaksi berlangsung pada suhu lebih rendah namun dengan efisiensi konversi yang tetap tinggi. Pendekatan ini memungkinkan produksi lipid terstruktur dengan konsentrasi MDAG yang optimal, tanpa risiko penurunan kualitas akibat suhu tinggi.

Dalam penelitian ini, campuran minyak sawit (palm olein) dan minyak kelapa dipilih sebagai bahan baku karena keduanya memiliki profil asam lemak yang cocok untuk menghasilkan MDAG yang stabil dan serbaguna. Dengan menggunakan reaktor tangki berpengaduk gesekan tinggi yang berjalan secara kontinu atau high-shear continuous stirred tank reactors (HS-CSTR), penelitian ini bertujuan untuk mengevaluasi pengaruh laju aliran dan kecepatan pengadukan terhadap efisiensi proses glycerolysis-interesterification dalam menghasilkan MDAG. Penelitian ini juga berfokus pada karakterisasi fisik produk yang dihasilkan, seperti titik leleh, kekerasan, dan stabilitas emulsi, yang penting untuk aplikasi industri. Dengan demikian, penelitian ini diharapkan dapat memberikan solusi yang lebih efisien dan ramah energi dalam menghasilkan lipid terstruktur yang dapat diterapkan sebagai substitusi mentega kakao dan komponen fungsional lainnya dalam produk pangan.

Berdasarkan penelitian yang dilakukan, proses glycerolysis-interesterification pada campuran palm olein dan minyak kelapa bertujuan untuk menghasilkan lipid terstruktur dengan MDAG yang tinggi, yang memiliki potensi aplikasi luas dalam industri makanan, terutama sebagai pengganti mentega kakao. Teknik ini melibatkan reaksi antara dua jenis minyak dan gliserol dengan bantuan katalis alkali pada kondisi suhu tinggi dan agitasi cepat. Dalam penelitian ini, penggunaan dua HS-CSTR diselidiki sebagai cara untuk meningkatkan produktivitas dan stabilitas proses dibandingkan metode batch tradisional, yang sering kali memerlukan volume besar dan berpotensi menghasilkan variasi kualitas produk antar batch. Penelitian ini juga membahas dampak parameter operasional seperti laju aliran dan kecepatan pengadukan pada efisiensi reaksi, karakteristik fisik, serta stabilitas produk MDAG yang dihasilkan.

Proses glycerolysis-interesterification secara langsung dipengaruhi oleh laju aliran bahan di dalam reaktor. Pada laju aliran yang rendah, misalnya 11 mL/menit, konsentrasi monoasilgliserol (MAG) dan diasilgliserol (DAG) yang dihasilkan cenderung konstan selama waktu reaksi. Hal ini disebabkan waktu tinggal bahan dalam reaktor yang lebih lama, yang memungkinkan kontak yang lebih intens antara molekul minyak dan gliserol, sehingga reaksi mencapai keadaan kesetimbangan lebih awal. Sebaliknya, pada laju aliran yang lebih tinggi, seperti 14 hingga 23 mL/menit, terlihat peningkatan signifikan dalam konsentrasi MAG dan DAG. Pada laju optimal 20 mL/menit, penelitian ini berhasil mencapai produktivitas tertinggi sebesar 2,1% per menit dengan konversi trigliserida (TAG) menjadi MDAG sebesar 64,6%. Laju aliran ini memberikan waktu tinggal yang cukup ideal bagi bahan-bahan untuk bereaksi secara optimal, menghasilkan produk dengan konsentrasi MAG dan DAG yang tinggi. Namun, pada laju aliran yang lebih tinggi dari 23 mL/menit, terlihat penurunan produktivitas dan konversi MDAG, yang diakibatkan oleh waktu tinggal yang terlalu singkat untuk memungkinkan reaksi berlangsung hingga mencapai tingkat kesetimbangan.

Selain laju aliran, kecepatan pengadukan juga berperan penting dalam efektivitas proses glycerolysis-interesterification. Penelitian ini mengeksplorasi efek variasi kecepatan pengadukan pada reaktor kedua, dari 1000 hingga 3000 rpm. Hasilnya menunjukkan bahwa pada kecepatan 2000 rpm, konsentrasi MAG dan DAG mencapai tingkat tertinggi. Pada kecepatan ini, hambatan perpindahan massa antara minyak dan gliserol dapat diminimalkan, yang memungkinkan kontak lebih baik antara dua fase yang tidak bercampur ini, sehingga meningkatkan konversi TAG menjadi MDAG. Kecepatan pengadukan yang tinggi, terutama pada suhu 120°C, juga membantu menurunkan viskositas bahan dalam reaktor, sehingga membentuk emulsi yang lebih stabil dan mengoptimalkan proses glycerolysis-interesterification yang berjalan terus-menerus. Namun, kecepatan pengadukan yang melebihi 2000 rpm justru menurunkan konsentrasi MDAG. Hal ini mungkin disebabkan oleh peningkatan ukuran gelembung dalam emulsi dan fragmentasi fasa yang tidak optimal, yang membatasi efisiensi kontak antara reaktan. Dari sini, terlihat bahwa ada batas optimal kecepatan pengadukan di mana peningkatan lebih lanjut tidak lagi mendukung efisiensi reaksi.

Karakteristik fisik produk yang dihasilkan dari proses ini menunjukkan hasil yang mengesankan, terutama dalam hal titik leleh dan slip melting point (SMP). Produk MDAG memiliki titik leleh yang lebih tinggi dari campuran awal minyak sawit dan minyak kelapa, yaitu sekitar 30°C, yang diukur menggunakan metode tabung kapiler. Nilai SMP juga meningkat, yang menunjukkan bahwa produk memiliki struktur lebih stabil dengan ikatan hidrogen yang kuat antar molekul MAG dan DAG, sehingga memerlukan energi lebih besar untuk mencairkannya. Kenaikan titik leleh ini menunjukkan potensi produk MDAG untuk digunakan sebagai bahan fungsional dalam industri makanan, misalnya sebagai shortening atau pengganti mentega kakao, yang memerlukan lemak dengan sifat plastisitas yang baik. Dengan titik leleh ini, produk dapat mencair secara optimal di dalam mulut tanpa meninggalkan sensasi lilin yang tidak diinginkan.

Pengujian kekerasan produk menunjukkan bahwa produk MDAG memiliki kekerasan sebesar 14,6 N, yang mendekati kekerasan mentega kakao. Nilai ini menunjukkan bahwa produk memiliki struktur yang cukup padat dan stabil, sehingga dapat diaplikasikan dalam produk cokelat sebagai pengganti mentega kakao tanpa kehilangan tekstur dan sensasi lumer yang khas. Kandungan MAG dan DAG yang tinggi, serta titik leleh yang meningkat, mendukung struktur produk yang lebih keras, namun masih cukup plastis untuk berbagai aplikasi kuliner. Dengan sifat kekerasan yang mendekati mentega kakao, produk ini memiliki potensi untuk digunakan dalam formulasi cokelat, mencegah terjadinya efek waxy yang biasanya kurang diinginkan pada produk makanan.

Selain itu, penelitian ini juga menemukan bahwa produk MDAG menunjukkan kapasitas emulsi yang tinggi. Setelah proses glycerolysis-interesterification, kapasitas emulsi produk meningkat hingga 65,15%, dengan stabilitas emulsi sebesar 59,15%. Hal ini menunjukkan bahwa produk MDAG memiliki kandungan fraksi polar yang tinggi, yang terdiri dari MAG dan DAG, yang memungkinkan produk bertindak sebagai pengemulsi alami. Kemampuan emulsi yang tinggi sangat penting untuk berbagai aplikasi industri, terutama pada produk makanan yang memerlukan stabilitas dan tekstur yang konsisten. Produk dengan stabilitas emulsi ini memiliki potensi besar sebagai bahan tambahan yang dapat meningkatkan ketahanan produk terhadap perubahan fisik selama penyimpanan.

Profil leleh produk MDAG diukur menggunakan Differential Scanning Calorimeter (DSC) dan menunjukkan suhu mulai leleh sekitar 16,7°C dan suhu akhir leleh sekitar 31,42°C. Profil leleh ini konsisten dengan hasil pengukuran titik leleh menggunakan metode tabung kapiler dan menunjukkan bahwa produk memiliki karakteristik termal yang sesuai untuk digunakan dalam industri makanan. Kisaran suhu leleh ini memungkinkan produk MDAG mencair pada suhu tubuh, sehingga cocok untuk aplikasi seperti pengganti mentega kakao pada produk cokelat, yang membutuhkan sensasi lumer di dalam mulut tanpa meninggalkan rasa lilin yang tidak diinginkan.

Analisis kandungan lemak padat (SFC) produk menunjukkan penurunan secara bertahap pada rentang suhu dari –2°C hingga 28,6°C, yang mendukung profil termal yang diinginkan dalam industri makanan. Pada suhu 25°C, kandungan lemak padat mencapai 11,9%, menunjukkan bahwa produk dapat mencair dengan baik pada suhu ruangan, menjadikannya sebagai alternatif pengganti mentega kakao yang ideal. Namun, kandungan lemak padat produk MDAG ini lebih rendah dibandingkan dengan mentega kakao yang memiliki kandungan lemak padat sebesar 73% pada suhu 20°C. Meski demikian, produk ini masih memenuhi beberapa karakteristik penting yang diperlukan sebagai bahan substitusi mentega kakao, seperti kemampuan mencair yang cepat pada suhu tubuh, meskipun perlu formulasi lebih lanjut agar sesuai dengan standar mentega kakao.

Analisis polimorfisme kristal menggunakan difraksi sinar-X menunjukkan bahwa produk MDAG memiliki dua bentuk kristal utama, yaitu β’ dan β. Bentuk kristal β’ sangat ideal untuk produk seperti margarin dan shortening, karena memberikan tekstur lembut dan tidak mudah meleleh pada suhu ruang. Produk dengan kristal β ini juga menunjukkan ketahanan terhadap bloom, yang penting dalam penyimpanan produk cokelat, mencegah terbentuknya lapisan minyak atau lemak selama penyimpanan. Struktur kristal yang stabil ini memastikan bahwa produk MDAG memiliki performa termal yang baik dan daya tahan yang tinggi terhadap degradasi, menjadikannya sebagai bahan yang andal untuk aplikasi jangka panjang.

Berdasarkan penelitian tersebut, penggunaan dua HS-CSTR pada proses glycerolysis-interesterification memberikan dampak positif pada produktivitas dan kualitas produk. Dengan mengoptimalkan parameter seperti laju aliran dan kecepatan pengadukan, produk MDAG yang dihasilkan menunjukkan karakteristik fisik, termal, dan stabilitas emulsi yang memenuhi syarat untuk aplikasi industri makanan. Penelitian ini menunjukkan bahwa teknologi HS-CSTR menawarkan pendekatan yang lebih efisien, hemat energi, dan berpotensi lebih konsisten untuk menghasilkan lipid terstruktur berkualitas tinggi dibandingkan dengan metode batch tradisional. Dengan adanya teknologi ini, peluang aplikasi bahan pengganti lemak dalam produk pangan semakin terbuka luas, baik untuk substitusi mentega kakao, bahan emulsifier alami, maupun bahan pangan fungsional yang lebih sehat dan ramah lingkungan.

Sumber: Glycerolysis-Interesterification of Palm Olein and Coconut Oil Blend using Two High-Shear Continuous Stirred Tank Reactors

Editor:     Rezekinta Syahputra Sembiring