The Effects of Different Gums and Their Interactions on the Rheological Properties of a Dairy Dessert : A Mixture

Design Approach

Rendra H.S (H0909060)Adi Wisnu (H0910002)Anissa Nur Hasanah (H0910012)Denanda Andini (H0910026)Ratih Nawangwulan (H0910059)Veronica Kurnia S (H0910073)

PENDAHULUAN

• Dairy dessert (puding susu) terutama dikonsumsi oleh anak-anak dan orang tua di seluruh dunia. Umumnya dijual dalam bentuk bubuk atau dipak dan terdiri dari vanili, susu, gula dan bahan pengental (gum dan pati).

• Karakteristik rheological dairy dessert terutama tergantung pada kandungan lemak susu, jenis dan konsentrasi pati, jenis dan konsentrasi hidrokoloid dan interaksinya.

• Penggunaan dua atau lebih gum dalam formulasi produk sangat luas di industri makanan karena pada dasarnya memberi efek sinergis dari penggunaan gabungan.

TUJUAN

• Menyelidiki efek dari gum karagenan, alginate, guar dan xanthan dan interaksinya pada sifat rheological yang tetap dan dinamis dari dairy dessert dengan menggunakan mixture design.

• Dengan menentukan kombinasi gum yang optimal, maka kemungkinan untuk mengurangi biaya tanpa mengkompromikan kualitas produk akhir.

BAHAN DAN METODE

• BAHAN - Sukrosa dan susu bubuk skim - pati jagung- Vanili- guar gum- xanthan gum- Kappa Karagenan- natrium alginat

• Persiapan Sampel Dairy Dessert Resep dasar : sukrosa (10 g), susu bubuk skim(9 g),

pati jagung (4,2 g), vanili (1,9 g) dan gum (0,2 g) disiapkan.

30 campuran bubuk berbeda yang mengandung kombinasi gum yang berbeda dirumuskan seperti yang ditunjukkan pada Tabel 1

Tabel 1 Komposisi Gum Sampel Pudding dengan Mixture Design

Dessert dibuat dengan menambahkan campuran padat (25,3 g) ke dalam gelas berisi air suling (100 mL) dan dengan pengaduk stirrer.

Campuran tersebut dipanaskan pada 85°C selama 20 menit dan mengaduk campuran selama 10 menit pada suhu yang sama.

Dessert ini kemudian ditempatkan dalam wadah kaca tertutup, didinginkan sampai suhu kamar dan kemudian disimpan dalam lemari es selama 1 jam sebelum analisis.

Padatan terlarut dan pH

• Padatan terlarut ditentukan pada suhu kamar dengan Refractometer digital (Reichert AR 700, Amerika Serikat), dan hasilnya dalam derajat Brix pada 20 ° C.

• Nilai-nilai pH ditentukan dengan menggunakan pH meter pada suhu kamar

Pengukuran Reologi Dari Sampel Dairy Dessert

• Sifat reologi sampel puding ditentukan menggunakan strain / Rheometer stres terkendali (Thermo-Haake, Rheostress 1, Jerman) dilengkapi dengan unit kontrol suhu (Haake, Karlsruhe K15, Jerman) dan sebuah konfigurasi coneplate dengan radius kerucut 35 mm dan celah 1.00 mm antara kerucut dan plat.

• pengukuran yang dilaksanakan di kisaran laju geser dari 1-100 s-1 pada 10 ° C.• Sebanyak 20 titik data tercatat sebesar 10-s interval selama shearing tersebut. • Setiap pengukuran diulang lima kali.• Nilai-nilai tegangan shear terhadap nilai laju shear tercatat untuk sampel.

Aliran data yang diperoleh adalah yang terbaik yang dipasang ke model Ostwald-deWaele.

• Koefisien konsistensi dan nilai indeks perilaku aliran dihitung sesuai dengan model berikut menggunakan RheoWin Data Manager.

Dimana η adalah viskositas nyata (Pascal kedua), K adalah indeks konsistensi (Pascal (kedua)n), adalah laju shear (per detik) dan n adalah indeks perilaku aliran (berdimensi).

Data Amplitudo Kecil Oscillatory Shear

• Dalam rangka untuk menentukan wilayah viskoelastik linier, stresssweeps dijalankan pada 1 Hz selama rentang 0.1-10 Pa.

• Sweeps frekuensi dilakukan selama rentang 0,1-10 Hz pada 0,2 Pa (di wilayah viskoelastik linier).

• Kedua tes dilakukan pada 10 ° C. • Nilai-nilai modulus penyimpanan (G'), modulus loss (G"),

modulus kompleks (G*), viskositas kompleks(η*) dan δ tan, sebagai fungsi dari frekuensi, dihitungmenggunakan RheoWin Software Data Manager.

Desain Eksperimental dan Analisis Statistik

• SAS 9.1.3 digunakan untuk melakukan one-way-analysis of variances dengan uji Duncan untuk parameter sampel untuk mendeteksi perbedaan signifikan secara statistik (P <0,05) antara sampel dairy dessert.

• Rata-rata dan standar deviasidihitung dengan software SPSS statistik (Versi 16.0SPSS Inc, Chicago, IL, USA).

• Analisis komponen utama(PCA) juga dilakukan oleh SPSS.

• Dalam penelitian ini, the simplex lattice mixture design yang digunakan untuk mengamati pengaruh alginat, xanthan gum, carrageenan dan guar gum pada rheologi dan fisikokimia.

• Dalam desain eksperimen campuran, jumlah total gum tetap konstan dan properti yang diukur dari sampel berubah ketika proporsi gum berubah.

• Tingkat proporsional pada gum yang ditetapkan sebesar 0-1 (0-100% konsentrasi).

• Kombinasi gum diberikan dalam Tabel 1. Nilai 30 dari delapan campuran tunggal-bahan, 13 dari campuran dua bahan,4 campuran tiga bahan dan 5 campuran empat bahan.

• Jumlah proporsi bahan-bahan yang sama dengan 1, yang mewakili total campuran (Persamaan 2).

• Dimana q merupakan jumlah bahan dan Xi merupakan proporsi dengan bahan dalam campuran.

• Semua model prediksi yang dihasilkan dimulai dengan model kubik penuh. Urutan tertinggi interaksi berhubungan dengan nilai P tertinggi yang dikeluarkan dari model kubik bertahap hingga mencapai model yang signifikan (P <0,05).

• Akhirnya, metode yang memiliki nilai P kurang dari 0,10 ditambahkan ke model untuk mencapai prediksi yang lebih akurat dengan nilai R2 yang lebih besar.

HASIL DAN PEMBAHASAN

• pH dan Nilai padatan terlarut dari SampelTabel 2. Parameter pH, Brix dan rheology pada sampel Dairy Dessert

• Tabel 2 menunjukkan pH dan nilai padatan terlarut (º Brix) dari sampel.

• pH dan nilai-nilai Brix º dari sampel bervariasi , masing-masing antara 6,63-6,80 dan 17,36-22,01.

• Variasi dalam nilai-nilai Brix º dari sampel sangat diharapkan karena perbedaan dalam kapasitas penyerapan air pada gum. Ini mungkin juga disebabkan struktur molekul pada gum, interaksi mereka dengan satu sama lain atau bahan lainnya (Dogan et al, 2007).

Tabel 3 Model Prediksi untuk data eksperimen dari sampel dessert susu

• Tabel 3 menunjukkan perkiraan model dan nilai-nilai koefisien determinasi (R2) untuk parameter yang diperoleh dalam penelitian ini.

• Hampir semua gum memiliki efek yang sama, dan alginat-xanthan gum kuadrat dan kubik memiliki efek sinergis pada pH.

• Karagenan-alginat-xanthan gum dan alginat-guar gum xanthan-gum berbentuk kubik memiliki efek antagonis pada pH.

• Seperti pH, dampak dari setiap gum pada nilai-nilai Brix ° sangat erat kaitannya satu sama lain, dan alginat memiliki efek positif tertinggi pada individu besaran dari Brix º.

• The karagenan-alginat kuadrat istilah model dan alginat-guar gum xanthan gum-quartic jangka model yang memiliki efek sinergis pada º nilai Brix.

• Pada Table 3 ditunjukkan prediksi persamaan regresi bagi modeling parameter rheologikal.

• Karagenan memiliki efek terbesar pada η50 dan k, yang mana disebabkan dari kuatnya interaksi elektrostatik antara bagian positif kasein dengan bagian negatif sulfat pada karagenan.

• Ini mengapa karagenan umumnya digunakan sebagai agen penjendal pada desserts berbahan susu atau produk-produk susu.

• Korelasi positif antara nilai k dan η50 juga didapat sebagaimana telah diprediksi pada tabel 4.

Tabel 4. Koefisien korelasi Pearson antara parameter dari sampel dessert susu

• Grafik 3D dan trace plot dari optimasi kombinasi gum bagi setiap parameter rheologikal ditunjukkan pada fig 3.

• Sebagai tambahan, kombinasi gum (85,5% karagenan dan 14,5% xanthan gum), yang mana memaksimalkan nilai K (25,62 Pa sn), ditentukan dengan melakukan desain campuran.

Gambar 3.Grafik permukaan 3D dan jejak plot kombinasi gum dioptimalkan untuk parameter rheologi stabil (A karagenan, alginat B, C guar gum

Sifat Viskoelastik Sampel• Uji frequency sweep dilakukan pada 0,2 Pa, yang merupakan

daerah viskoelastik linear yang ditentukan oleh uji stress sweep. Spectra mekanikal dari sampel dessert berbahan susu termasuk hanya satu gum (S7, S12, S14, S17), didapatkan dari uji frequency sweep, yang dilukiskan pada fig 4.

Analisis Komponen Utama

• Parameter-parameter dari sampel telah disubyeksikan untuk PCA agar jumlahnya meningkat.

• Tabel 4 menunjukkan hubungan antara parameter yang dianalisis dari sampel-sampel.

• Baik parameter rheological dinamis maupun tetap, kecuali pada nilai n pada sampel, berhubungan satu sama lain.

• Tabel 7 menunjukkan PCs yang paling signifikan yang dihasilkan oleh sifat sampel-sampel dan nilai muatannya.

KESIMPULAN• Parameter rheological dinamis dan tetap dari sampel dairy dessert dipengaruhi secara

signifikan oleh gum dan kombinasi gum yang digunakan pada formulasi.• Karena itu, penentuan kombinasi gum yang optimal pada formulasi dairy dessert penting

untuk biaya dan kualitasnya. • Sifat rheological dari dairy dessert dan monuman merupakan salah satu faktor yang paling

krusial yang mempengaruhi penerimaan konsumen terhadap produk tersebut.• Dengan menggunakan simple lattice mixture design, efek dari empat gum berbeda

(karagenan, guar, alginate, dan xanthan gum) dapat diobservasi dan kombinasinya pada sifat rheological dinamis dan tetap pada sampel dairy dessert.

• Sebagai tambahan, dapat disimpulkan bahwa PCA dapat diutilisasikan untuk mengobservasi hubungan antara sampel-sampel.

• Pada studi ini, juga ditunjukkan bahwa simplex lattice mixture design dan PCA dapat diaplikasikan pada optimisasi dari bahan-bahan untuk memodifikasi sifat rheological dari struktur tipe gel berbahan dasar susu untuk mengurangi dan mendapat biaya yang sesuai atau rangsum kualitas dari biaya formulasi.

Rancangan Penelitian Baru

Tujuan:Menyelidiki efek dari gum karagenan, alginate, gum arab dan agar-agar pada sifat kimia dan rheological yang tetap dan dinamis dalam berbagai suhu dari dairy dessert dengan menggunakan mixture design.

• BAHAN - Sukrosa dan susu bubuk full cream - pati jagung- Vanili- Kappa Karagenan- natrium alginat- gum arab- agar-agar

• Resep dasar : sukrosa (10 g), susu bubuk full cream(9 g), pati jagung (4,2 g), vanili (1,9 g) dan gum (0,2 g) disiapkan.

• Penambahan gum seperti pada Tabel berikut.

Tabel formulasi perbandingan gumKode sampel Karagenan (%) Alginat (%) Gum arab (%) Agar-agar (%)

S1 25 25 25 25

S2 75 12,5 12,5 0

S3 12,5 75 0 12,5

S4 12,5 0 12,5 75

S5 0 12,5 75 12,5

S6 100 0 0 0

S7 0 100 0 0

S8 0 0 100 0

S9 0 0 0 100

Dessert dibuat dengan menambahkan campuran padat (25,3 g) ke dalam gelas berisi air suling (100 mL) dan dengan pengaduk stirrer.

Campuran tersebut dipanaskan pada 80 °C, 85°C ,90°C dan 95°C selama 20 menit dan mengaduk campuran selama 10 menit

Dessert ini kemudian ditempatkan dalam wadah kaca tertutup, didinginkan sampai suhu kamar dan kemudian disimpan dalam lemari es selama 1 jam sebelum analisis.

Parameter• Padatan terlarut ditentukan pada suhu kamar

dengan Refractometer digital (Reichert AR 700, Amerika Serikat), dan hasilnya dalam derajat Brix pada 20 ° C.

• Nilai-nilai pH ditentukan dengan menggunakan pH meter pada suhu kamar

• Kadar laktosa (menggunakan laktodensitometer)

• Kadar lemak (metode Gerber)

Faktor yang berpengaruh

• Jenis gum (gum karagenan, alginate, gum arab dan agar-agar)

• Suhu (80 °C, 85°C ,90°C dan 95°C)

Reologi

• Sifat reologi sampel puding ditentukan menggunakan strain / Rheometer stres terkendali (Thermo-Haake, Rheostress 1, Jerman) dilengkapi dengan unit kontrol suhu (Haake, Karlsruhe K15, Jerman) dan sebuah konfigurasi coneplate dengan radius kerucut 35 mm dan celah 1.00 mm antara kerucut dan plat.