FOODREVIEW INDONESIA | VOL. XV / NO. 5 / Mei 202050 FOODREVIEW INDONESIA | VOL. XV / NO. 5 / Mei 2020 51

Hidrokoloid ialah suatu molekul yang memiliki rantai panjang dan

berat molekul besar serta mengandung gugus hidroksil atau sifat hidrofilik. Kelarutan dari hidrokoloid umumnya dipengaruhi oleh afinitas gugus hidroksilnya terhadap molekul air, sehingga membentuk ikatan hidrogen.

Hidrokoloid umumnya berupa polisakarida dan protein yang memiliki ukuran dalam rentang 10-1000 nm ketika terdispersi di dalam air. Struktur dari senyawa hidrokoloid dapat berupa homo- atau heteropolimer berbentuk linier, linier-bercabang, dan bercabang. Hidrokoloid linier dapat berupa selulosa (homopolimer dari β-anhydrose glucose unit, AGU), amilosa (homopolimer dari α-AGU), pektin (homopolimer dari asam galaturonat) dan alginat (heteropolimer dari kombinasi asam β-manuronat dan asam α-guluronat).

Dalam struktur hidrokoloid, derajat polimerasi (degree of polymerization/DP) dan derajat substitusi (degree of substitution/DS) memegang peranan penting dalam memengaruhi fungsi hidrokoloid tersebut. DP dapat didefinisikan sebagai jumlah dari monomer pembentuk polimer hidrokoloid, sementara DS adalah persentase dari banyaknya gugus hidroksil dari polimer hidrokoloid yang terderivatisasi dengan grup alkil tertentu. Sebagai

contoh, amilosa yang merupakan polimer α-(1à4) AGU memiliki maksimum tiga buah gugus hidroksil (-OH) untuk setiap AGU yang dapat disubstitusi oleh alkil tertentu.

Secara umum, penggunaan hidrokoloid dalam pangan didasarkan atas kemampuannya untuk mengubah sifat reologi, yakni perubahan viskositas dan tekstur produk pangan. Tekstur merupakan salah satu atribut utama yang memengaruhi kualitas makanan. Pangan dengan tekstur yang “baik” sangat penting untuk memberikan kepuasan konsumen.

Hidrokoloid termasuk ke dalam bahan tambahan pangan dengan fungsi spesifik, yakni agen pembentuk gel, pengental (thickener), emulsifier atau agen penstabil. Hidrokoloid yang umum digunakan sebagai pengental adalah pati, xanthan, guar gum, locust bean gum, gum karaya, gum tragacanth, gum Arabic dan derivatif selulosa.

Selain itu, jenis hidrokoloid yang umum digunakan sebagai agen pembentuk gel adalah alginat, pektin, karagenan, gelatin, gellan dan agar. Sebagai contoh, minuman pasteurisasi berbasis jus buah mengandung carboxymethyl cellulose (CMC) dan xanthan gum sebagai pengental, yoghurt mengandung gelatin yang juga berfungsi sebagai pengental walaupun fungsi utamanya pembentuk gel, mayones dapat mengandung guar gum dan xanthan gum sebagai pengganti

Peran Penting

Gambar 1. Struktur hidrokoloid: (a) linier, (b) linier-bercabang, dan (c) bercabang.

Oleh Dr.-Ing. Azis Boing Sitanggang, S.TP., MScDosen Departemen Ilmu dan Teknologi Pangan;

Peneliti SEAFAST Center, IPB University

Produk konfeksioneri, dan pada umumnya

produk pangan yang ada di pasaran sebagian besar tidak lepas dari senyawa hidrokoloid. Penggunaan hidrokoloid dalam industri pangan tampaknya juga

semakin meningkat, terutama pada produk

konfeksioneri dan pangan olahan praktis yang

mudah penyiapannya (convenient foods).

INGRIDIEN

dalam Produk KonfeksioneriHidrokoloid

FOODREVIEW INDONESIA | VOL. XV / NO. 5 / Mei 202052 FOODREVIEW INDONESIA | VOL. XV / NO. 5 / Mei 2020 53

lemak (fat replacer) untuk meningkatkan viskositas dan contoh lainnya.

Hidrokoloid sebagai pengental

Pengentalan produk pangan dengan penambahan hidrokoloid dipengaruhi oleh konsentrasi dan berat molekul hidrokoloid. Proses pengentalan terjadi melalui mekanisme “non-specific physical entanglement”, yakni interaksi antara pelarut (air) dan polimer (hidrokoloid). Pada pengaplikasian hidrokoloid, terdapat parameter konsentrasi spesifik yakni critical polymer concentration/CPC(C*). CPC dapat didefinisikan sebagai konsentrasi yang menunjukkan terjadinya transisi dari dispersi encer hidrokoloid (C<C*), menuju regim konsentrasi tinggi (C>C*).

Pada C<C*, molekul-molekul polimer bebas bergerak secara acak di dalam larutan tanpa interpenetrasi. Sementara saat C>C*, molekul-molekul polimer saling terkait, interpenetrasi satu dengan yang lainnya sehingga tidak bebas bergerak.

Suatu hidrokoloid dapat berfungsi sebagai pengental pada saat jumlah yang ditambahkan harus lebih besar dari nilai C* (C>C*). Pada kondisi ini, hubungan antara viskositas dan laju geser (shear rate) dapat dibedakan menjadi tiga area: (i) pada laju geser rendah, maka viskositas cenderung konstan (low-shear Newtonian plateau), (ii) ketika laju geser dinaikkan maka viskositas larutan menurun yang menunjukkan sifat fluida pseudoplastis (shear thinning) dan (iii) pada laju geser yang sangat

tinggi, maka viskositas larutan cenderung tidak berubah (high-shear Newtonian plateau).

Pengental yang ditambahkan pada pangan dapat bersifat independen ataupun campuran. Pencampuran dua hidrokoloid atau lebih dapat bersifat sinergistik. Sebagai contoh, pencampuran 1% CMC (η =4 Pa.s) dan 1% guar gum(η =4 Pa.s) dengan volume yang sama dapat menghasilkan campuran dengan η =5-6 Pa.s. Selain itu, pemilihan dua atau lebih hidrokoloid yang akan dicampur harus tetap memerhatikan interaksi interpolimer hidrokoloid yang tercampur.

Campuran antara gelatin dan CMC pada pH tertentu mengakibatkan polimer-polimer dari kedua hidrokoloid ini saling mengikat satu dengan lainnya

sehingga menurunkan kelarutan. Contoh lainnya, pati kentang dan xanthan gum merupakan jenis polisakarida anionik, sehingga secara termodinamika tidak kompatibel untuk menghasilkan interaksi interpolimer sesuai untuk pengental.

Secara umum, penggunaan gum sebagai pengental berada pada kisaran 1-3%, sementara pati-patian dalam rentang 5-15%. Pati digunakan sebagai pengental karena cukup murah, terdapat dalam jumlah yang banyak dan umumnya tidak memengaruhi rasa produk pangan jika ditambahkan dengan konsentrasi ~5%. Pada berbagai produk pangan yang dilapis (coated products) seperti filet ikan, nugget, sticks, peningkatan viskositas bahan pelapis juga berpengaruh secara positif atas nilai pick-up-nya. Selain itu, peningkatan viskositas ini dapat meningkatkan gaya adhesif (penempelan batter pada produk daging) dan kohesif (interaksi antara molekul batter) yang berfungsi menjaga penampilan dan keutuhan produk akhir.

Dalam skala industri, penambahan hidrokoloid

tentunya meningkatkan intensitas pencampuran (mixing) baik berupa tingginya kecepatan mixer atau bertambah besarnya waktu pencampuran. Namun, hal ini dapat diatasi dengan pemilihan geometri pencampur (mixer) yang tepat berupa jenis agitator maupun diameter rasio (d/D).

Selain itu, pada saat pencampuran, sebagai langkah praktis, hidrokoloid atau gum sebaiknya dicampur terlebih dahulu dengan air lalu diikuti dengan ingridien lainnya. Jika hal ini tidak memungkinkan, maka gum dilarutkan hanya dengan larutan dengan kandungan solid maksimal 25%. Peningkatan suhu saat pencampuran dapat meningkatkan kelarutan gum. Beberapa hidrokoloid anionik seperti selulosa tidak terlarut dengan baik dalam air yang mengandung molekul ionik seperti garam ataupun asam sitrat.

Hidrokoloid sebagai pembentuk gel

Gel dapat diartikan sebagai bentuk zat atau materi antara padat dan cair yang masih menunjukkan kekakuan mekanis. Struktur gel terbentuk

dari molekul-molekul polimer yang saling terkait, sehingga membentuk struktur jaring (interconnected molecular network) yang dapat memerangkap air. Dari perspektif reologi, gel merupakan padatan viskoelastis (viscoelastic solid) yang memiliki modulus simpan (storage modulus, G’) lebih besar dari modulus hilang (loss modulus, G”).

Hidrokoloid dapat membentuk gel yang melibatkan asosiasi acak antara polimer terdispersi sehingga membentuk jaringan tiga dimensi di mana air terperangkap di dalamnya. Asosiasi acak antar polimer hidrokoloid ini disebut dengan zona pengkaitan (junction zones), dan biasanya terbentuk dari dua atau lebih rantai polimer hidrokoloid. Beberapa faktor yang memengaruhi pembentukan junction zones adalah suhu, keberadaan ion, berat molekul, dan bentuk struktur polimer hidrokoloid.

Proses gelasi hidrokoloid dapat dibedakan menjadi tiga jenis, yakni: (i) gelasi ionotropik, (ii) cold-set gelation (CSG) dan (iii) heat-set gelation (HSG). Gelasi ionotropik terjadi melalui ikatan silang (cross-linking) antara rantai Gambar 2. Mekanisme peningkatan viskositas melalui penambahan hidrokoloid.

C = konsentrasi hidrokoloid, C* = critical polymer concentration (CPC).

Gambar 3. Strategi penggunaan hidrokoloid untuk aplikasi spesifik.

Ingridien

Karakteristik produk

Proses(mulut, pencernaan)

Ingridien(reaksi enzimatis)

Mikrostruktur Dekonstruksi

Proses(Unit Operasi)

Konstruksi

Pengemasan, penyimpanan dan distribusi

FOODREVIEW INDONESIA | VOL. XV / NO. 5 / Mei 202054 FOODREVIEW INDONESIA | VOL. XV / NO. 5 / Mei 2020 55

Tabel 1. Kompatibilitas berbagai hidrokoloid.

LBG

Gua

r

Tara

Kon

jac

Ara

bic

Trag

Kar

aya

Aga

r

Car

r

Pec

tin

Na

Alg

PG

A

w

ΩG

elat

in

Xan

than

Gel

lan

CM

C

MC

MH

PC

HP

C

MC

C

LBG … SV SV A A SV SV SGI SGI A SV SV A SG A SV SV SV SV A

Guar SV … SV A A SV SV SGI A A SV SV A SV A SV SV SV SV A

Tara SV SV … A A SV SV SGI A A SV SV A SG A SV SV SV SV A

Konjac A A A … A SV U SGI A A A SV A SGI A SV SV SV SV A

Arabic A A A A … A A A A A A A C A SGI A A A A A

Trag SV SV SV SV A … SV A U A SV SV C SV A SV SV SV SV A

Karaya SV SV SV U A SV … SGD U A U SV C SV A SV SV SV SV A

Agar SGI SGI SGI SGI A A SGD … A A SGD SGD SO A A SGI SGI SGI SGI A

Carr SGI A A A A U U A … A A A C SV A A A A A A

Pectin A A A A A A A A A … SO A C SO SO A A A A A

Na Alg SV SV SV A A SV U SGD A SO … A C A A A A A A A

PGA SV SV SV SV A SV SV SGD A A A … A SO A SV SV SV SV A

Gelatin A A A A C C C SO C C C A .. C C C A A A A

Xanthan SG SV SG SGI A SV SV A SV SO A SO C … A SV SV SV SV SV

Gellan A A A A SGI A A A A SO A A C A … A A A A A

CMc SV SV SV SV A SV SV SGI A A A SV C SV A … SV SV SV SO

MC SV SV SV SV A SV SV SGI A A A SV A SV A SV … A A SO

MHPC SV SV SV SV A SV SV SGI A A A SV A SV A SV A … A SO

HPC SV SV SV SV A SV SV SGI A A A SV A SV A SV A A … SO

MCC A A A A A A A A A A A A A SV A SO SO SO SO …

Keterangan:

a) Singkatan hidrokoloid: LBG = locust beangum; Guar = guargum; Tara = tara gum; Konjac = konjac flour; Arabic = gum Arabic; Trag = tragacanth; Karaya = gum karaya; Agar = agar; Carr = Carrageenan; Pectin = pectin; Na Alg = sodium alginate; PGA = propylene glycol alginate; Gelatin = gelatin; Gellan = gellangum; CMC = cellulose gum; MC = Methylcellulose; MHPC = methylhydroxypropylcellulose; HPC = hydroxypropylcellulose; dan MCC = Microcrystalline cellulose

b) Singkatan kompatibilitas: A = additive effect; C = additive or synergistic under certain conditions; P = possible precipitation; SG = synergistic gelation; SGD = synergistic gel strength decrease; SGI = synergistic gel strength increase; SO = synergistic other; SV = Synergistic viscosity increase; dan U = unknown

polimer dengan ion. Contoh hidrokoloid yang membentuk gel dengan penambahan ion adalah alginat (1-2%), gellan (0.5-1.5%), karagenan (0.5-3%) dan pektin (low methoxy pectin (0.1-4%); high methoxy pectin (2-4%)).

Mekanisme CSG diawali dari pemanasan dispersi polimer hidrokoloid di dalam air. Sistem koloid yang terbentuk akan meningkatkan viskositas larutan dengan untaian polimer hidrokoloid yang tersebar (disordered coils). Setelah itu, proses pendinginan akan mengakibatkan rantai polimer membentuk heliks ganda yang disertai dengan adanya interaksi hidrogen dan gaya van der Walls. Hal ini akan menghasilkan junction zones. Agar (1-2%) dan gelatin (1-5%) merupakan contoh hidrokoloid yang membentuk gel melalui CSG.

Untuk HSG, panas diperlukan pada pembentukan gel, seperti pada curdlan, konjac glukomanan, metil selulosa, pati dan protein globular. Mekanisme yang terjadi adalah lewat pembukaan (unfolding) atau ekspansi dari pati atau protein yang diikuti oleh proses pembentukan jaringan atau junction zones.

Secara umum, tekstur gel yang lembut dan fleksibel dihasilkan dari xanthan, locust bean gum, gellan gum dengan kandungan asil tinggi, ƪ-karagenan maupun gelatin. Sementara tekstur gel yang keras dan mudah hancur (firm and brittle) dihasilkan dari agar, κ-karagenan dan kombinasi HMP dan LMP.

Tekstur gel yang keras dapat diakibatkan oleh kuatnya interaksi diantara rantai polimer hidrokoloid saat pembentukan gel, dan umumnya dapat mengakibatkan terjadinya sineresis. Aplikasi hidrokoloid sebagai agen pembentuk gel dapat dilihat pada produk-produk konfeksioneri. Penggunaan gel gelatin pada gummy bear, dan

marshmallow merupakan contoh hidrokoloid yang berfungsi mengontrol tekstur produk sehingga dapat “meleleh” di dalam mulut.

Berbagai permen berbasis gel gelatin dapat juga digunakan sebagai carrier untuk vitamin dan mineral. Sama halnya dengan fungsi hidrokoloid sebagai pengental, dalam pembentukan gel, hidrokoloid dapat dicampur. Kompatibilitas hidrokoloid baik sebagai pengental atau agen pembentuk gel dapat dilihat pada Tabel 1.

Strategi penggunaan hidrokoloid untuk aplikasi spesifik

Penggunaan hidrokoloid dalam pembentukan tekstur

sangatlah penting, khususnya jika diaplikasikan pada produk pangan dengan konsumen yang spesifik. Saat ini, pasien yang menderita disfagia (disorder pada mastikasi) semakin meningkat terutama dengan peningkatan pasien yang menderita kanker, struk ataupun penyakit neuromuskular lainnya. Pasien disfagia juga memilik risiko pneumonia dan masalah pernafasan lainnya. Oleh karenanya, proses pengunyahan hanya dapat dilakukan untuk produk pangan dengan viskositas cukup tinggi (thickened foods), yang mana hidrokoloid pengental sering digunakan.

Makanan dengan viskositas tinggi dapat menjaga dan memberikan waktu yang lebih lama agar proses mastikasi

berjalan dengan baik di mana “bolus” dapat mencapai lambung tanpa mengganggu pernafasan. Dalam hal ini, strategi penggunaan hidrokoloid sebagai pengental makanan harus memperhatikan formulasi ingridien, unit operasi yang digunakan sehingga membentuk mikrostruktur tertentu dengan penerimaan produk akhir yang diinginkan.

Pada tahapan formulasi, pemilihan carrier (dispersing medium) harus sesuai dengan jenis pengental yang akan dipilih. Perbedaan pada kombinasi kedua bahan ini dapat menghasilkan parameter viskositas, khususnya nilai indeks konsistensi (K, Pa.sn)

dan indeks sifat aliran (n,-) yang berbeda pula. Sebagai contoh jika minuman jus jeruk, jus apel dan jus anggur ditambahkan dengan campuran xanthan gum, guar gum dan dextrin dengan volume yang sama akan memberikan nilai K yang berbeda nyata. Hal ini menunjukkan bahwa terjadi interaksi antara komponen pada jus dengan hidrokoloid yang diberikan sehingga memengaruhi viskositas dari produk akhirnya.

Selama proses penyimpanan, perubahan reologi juga dapat terjadi. Oleh karena itu, studi mikrostruktur dari produk akhir dengan penambahan hidrokoloid menjadi sangat penting. Mikrosturktur ini juga akan

menentukan kesesuaian proses mastikasi yang terjadi (khususnya untuk penderita disfagia), lalu bagaimana komponen nutrisi dapat dengan mudah dipecah dan diserap pada saluran pencernaan manusia.

ReferensiSaha D dan Bhattacharya S. 2010. J

Food Sci Technol 47(6):587–597. DOI: 10.1007/s13197-010-0162-6.

Hoefler AC. 2004. Hydrocolloids. American Association of Cereal Chemists. Eagan Press: St. Paul, Minnesota, USA

Cho HM, Yoo B. 2015. J Acad Nutr Diet 115(1):106-11. Doi: 10.1016/j.jand.2014.08.028.