7

II. TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Susu

2.1.1 Pengertian Susu

Susu merupakan suatu emulsi lemak dalam air (o/w). Susu adalah cairan

identik berwarna putih serta mengandung gizi yang dipergunakan oleh manusia

untuk memenuhi gizinya. Susu adalah suatu sekresi kelenjar dari ternak yang

sedang laktasi, yang diperoleh dari pemerahan secara sempurna (tidak termasuk

kolostrum), dengan tanpa penambahan atau pengurangan suatu komponen

(Suardana dan Swacita, 2009). Kadar air susu sangat tinggi yaitu rata-rata 87,5%

dan didalamnya teremulsi berbagai zat gizi penting seperti protein, lemak, laktosa,

vitamin dan mineral (Koswara, 2009).

2.1.2 Komposisi Susu

Padatan susu mengandung senyawa kimia, termasuk zat gizi makro atau

makronutrien seperti lemak, karbohidrat, dan protein, juga zat gizi mikro atau

mikronutrien seperti vitamin, mineral, dan senyawa lainnya (Legowo, 2002).

Menurut Saleh (2004), susu memiliki komposisi yang bermanfaat

diantaranya adalah :

Air

Susu mengandung air sebanyak 87,90%, yang berfungsi sebagai bahan

pelarut pada bahan kering. Air di dalam susu sebagian besar dihasilkan dari air

yang diminum ternak sapi.

8

Lemak

Susu merupakan suspensi alam antara air dan bahan terlarut didalamnya.

Salah satu diantaranya adalah lemak. Kadar lemak di dalam air susu adalah

3,45%. kadar lemak sangat berarti dalam penentuan nilai gizi air susu. Bahan

makanan hasil olahan dari bahan baku susu seperti mentega, keju, krim, susu

kental, dan susu bubuk mengandung banyak lemak. Besar kecilnya lemak

ditentukan oleh kadar air yang ada di dalamnya, makin banyak air maka makin

besar globular, keadaan ini yang memungkinkan akan terjadi pecahan, sehingga

susu tidak dapat dipisahkan krimnya dan tidak dapat digunakan pada bahan

pangan.

Lemak susu merupakan komponen yang memiliki kontribusi yang besar

terhadap tekstur, flavor, dan sifat-sifat fisikokimia produk susu. Lemak di dalam

susu berbentuk globula dengan ukuran antara 0,1 sampai 15 µm dengan diameter

rata-rata 4 µm dan diselimuti oleh membran atau milk fat globule membrane

(MFGM) (Marie-Caroline Michalski, 2004). MFGM berfungsi sebagai

pengemulsi dengan mereduksi tegangan interfarcial di dalam sistem matriks

protein. Oleh karena itu tidak akan terjadi pemisahan fase lemak dan air. Lemak

susu terdiri dari 60-75% lemak yang bersifat jenuh, 25-30% lemak yang bersifat

tidak jenuh dan sekitar 4% merupakan asam lemak tak jenuh ganda. Komponen

mikro lemak susu antara lain adalah fosfolipid, sterol, tokoferol (vitamin E),

karoten, serta vitamin A dan D.

9

Protein

Kadar protein di dalam susu rata-rata 3,20% yang terdiri dari : 2,70%

casein (bahan keju), dan 0,50% albumen. Berarti 26,50% dari bahan kering

susu adalah protein. Didalam susu juga terdapat globulin dalam jumlah sedikit.

Protein di dalam susu juga merupakan penentu kualitas susu sebagai bahan

konsumsi.

Laktosa

Laktosa adalah bentuk karbohidrat yang terdapat didalam air susu. Bentuk

ini tidak terdapat dalam bahan-bahan makanan yang lain. Kadar laktosa di

dalam air susu adalah 4,60% dan ditemukan dalam keadaan larut. Adanya

laktosa pada susu dapat menyebabkan mencret atau gangguan-gangguan

perut bagi orang yang tidak tahan terhadap laktosa. Hal ini disebabkan

kurangnya enzim laktase dalam mukosa usus.

Vitamin dan Enzim :

Kadar vitamin di dalam susu tergantung dari jenis makanan yang

diperoleh ternak sapi dan waktu laktasinya. Vitamin yang terdapat di dalam

lemak disebut A, D, E, K, sedangkan vitamin yang larut didalam susu,

tergolong vitamin B komplek, vitamin C, Vitamin A, provitamin A dan

vitamin D. Vitamin yang larut didalam susu yang terpenting ialah vitamin

B1, B2, asam nikotinat dan asam pantotenat. Vitamin yang tinggi terdapat

dalam susu adalah niasin dan riboflavin. Tingginya kandungan riboflavin, susu

tampak berwarna kehijau-hijauan. Sedangkan enzim berfungsi untuk

mengolah suatu bahan menjadi bahan lain dengan jalan autolyse. Enzim

10

yang terkenal adalah peroxydase, reductase, katalase dan phospatase. Enzim

tersebut tidak akan berfungsi lagi ketika ada pemanasan.

Mineral

Mineral yang banyak terdapat dalam susu adalah kalsium dan posfor

yang berfungsi untuk pertumbuhan tulang. Sehingga bagi bayi dan anak-anak

yang sedang tumbuh dan berkembang, susu merupakan sumber mineral yang

penting. Mineral lain seperti klorida, kalsium, magnesium dan natrium terlarut

dalam air. Sedangkan sebagian kalsium posfat dan protein tidak berada dalam

larutan murni, tetapi dalam bentuk dispersi koloid (kalsium Posfat kaseinat) yang

menyebabkan susu terkesan berwarna putih opaque. (Koswara, 2009)

2.2 Whey Protein

2.2.1 Komponen Whey Protein

Whey adalah hasil dari pembuatan keju secara tradisional ataupun modern

dalam jumlah banyak yaitu ± 83% dari volume susu yang digunakan. Pembuatan

semihard cheese dan soft cheese menghasilkan whey 5 liter untuk tiap satu kg

keju, sedangkan pembuatan hard cheese (keju tipe keras) seperti keju cheedar

yang mempergunakan 100 liter susu untuk setiap pembuatan 10 kg keju,

menghasilkan whey sebanyak 90 liter (Scott, 1986).

Whey banyak digunakan dalam produk pangan seperti susu bayi, susu

bubuk, permen, makanan bayi dan juga pada flavor. Komponen utama whey

berupa laktosa (4-7%) dan protein (0,6-1,0%). Pada tabel 1 berikut ini :

11

Tabel 1. Komposisi Whey

Komposisi Whey (%)

Air 93,5

Protein 1

Lemak 0,4

Laktosa 5

Abu 0,65

(Sumber : de Wit 2001)

Menurut (Marshal, 2004) komposisi whey terdiri atas α- Laktalbumin dan

β-laktoglobulin, laktosa dan mineral. Beberapa jenis whey yang ada dibedakan

berdasarkan pada jenis asam atau enzim yang digunakan dalam pembuatan keju.

Whey manis (Sweet whey) diperoleh dari metode koagulasi menggunakan enzim,

sedangkan whey asam diperoleh dari metode koagulasi yang menggunakan asam.

Berikut dibawah ini tabel komposisi kimia susu, Sweet whey, dan acid whey.

Tabel 2. Komposisi Susu, Sweet whey, dan Acid Whey

Komposisi Susu Sweet whey Acid Whey

Total Padatan (%) 12,5 6,5 6,5

Protein (%) 3,5 0,8 0,7

Laktosa (%) 4,8 4,8 4,4

Abu (%) 0,7 0,5 0,6

Lemak (%) 3,5 0,3 0,3

Asam Laktat (%) - 0,1 0,5

(Smith, 2008)

Whey protein mengandung komponen protein yang memiliki bentuk

globular, dengan komponen utamanya adalah β-Laktoglobulin dan α- Laktalbumin

dengan beberapa jenis protein lainnya berupa BSA (bovine serum albumin), Igs

(immunoglobulins), LF (Laktoferrin), dan enzim protease-pepton (Zhang, 2000).

Karakteristik dan fungsi bioaktif dari komponen whey protein dapat dilihat pada

Tabel 3 dan Tabel 4.

12

Tabel 3. Karakteristik Komponen Whey Protein

Komponen Jumlah dalam

Whey Protein (%)

Berat Molekul Titik Isoelektrik

β-Laktoglobulin 48 18.400 – 36.800 5,13

α- Laktalbumin 19 14.200 4,2 – 4,5

Protease-peptone 20 4.000 – 80.000 -

Serum albumin 5 69.000 4,7 – 4,9

Immunoglobulin 8 160.000 5,5 – 8,3

(Sumber : Whey Lactose Reference Manual, 1995)

Tabel 4. Fungsi Bioaktif Utama Beberapa Jenis Protein Whey Susu

Jenis protein Fungsi

β-Laktoglobulin Transfer (pro) vitamin A

α- Laktalbumin Sintesis Laktosa

BSA Transfer Asam Lemak

Immunoglobulin Reaksi antigen-antibodi

(Sumber : Zhang, 2000)

(a) (b) (c)

Gambar 1. Jenis Protein Whey Susu (a) α-laktalbumin, (b) β-laktoglobulin,

(c) Bovine Serum Albumin

β-Laktoglobulin terdapat dalam jumlah melimpah dalam whey. Kandungan

β-Laktoglobulin dalam protein total susu mencapai 10% dan dalam whey

mencapai 58%. β-Laktoglobulin terdiri dari 162 asam amino dengan berat

molekul sekitar 18.300 (Chandan et al., 2008 dalam Putri, 2012). β-Laktoglobulin

mendominasi sifat-sifat dari whey protein terutama saat reaksi yang terjadi selama

pemanasan. Kelarutannya bergantung pada kondisi lingkungannya, seperti pH dan

ionic strength. β-Laktoglobulin tidak mengendap saat susu diasamkan, sama

13

seperti whey protein lainnya, namun dapat terdenaturasi akibat pemanasan

(Walstra et al, 2006).

Kandungan α-laktalbumin dalam total protein susu adalah 2%, sedangkan

dalam whey 13%. Molekulnya memiliki 123 asam amino dan berat molekul

sekitar 14,146. Struktur molekulnya mengandung 4 ikatan disulfida (Chandan et

al., 2008 dalam Putri, 2012). Protein ini berukuran kecil, berada dalam struktur

terlipat, dan kurang lebih memiliki bentuk molekul sphere. α-laktalbumin tidak

berada secara berdekatan satu sama lain, kecuali saat muatan ionnya rendah

(Walstra et al, 2006).

α-laktalbumin memiliki bagian yang berfungsi untuk mengikat ion

kalsium. Ion kalsium mengikat secara kuat dan menstabilkan konformasi protein.

Penghilangan ion kalsium atau penurunan pH menjadi sekitar 4, menyebabkan

pembukaan parsial struktur menjadi molten globule state. Pada keadaan ini,

protein mudah mengalami denaturasi irreversibel pada suhu relatif rendah. α-

laktalbumin secara alamiah menunjukkan renaturasi penuh ketika tidak ada

protein lain saat dilakukan pemanasan (Walstra et al, 2006).

Bovine Serum Albumin (BSA) merupakan protein berbentuk spiral/helix

yang terdiri dari 56-83% struktur α-helix (Mattison et al., 1998 dalam

Guyomarc’h et al., 2014). BSA memiliki sistein yang membentuk 17 ikatan

disulfida dan sebuah gugus tiol (Dissanayake 2011). BSA dapat mengikat ligan

seperti asam lemak (Perez et al,. 1989 dalam Guyomarc’h et al., 2014).

Immunoglobulin merupakan antibodi yang menjaga daya tahan tubuh

dengan cara menghentikan bahaya yang muncul akibat mikroorganisme patogen.

14

Immunoglobulin terdapat pada whey protein dengan konsentrasi 0,6-0,9 mg/ml.

Terdapat berbagai jenis immunoglobulin pada whey protein yaitu IgG, IgG2, IgM

dan IgA dimana masing-masing memiliki peran tertentu dalam fungsi kekebalan

tubuh (Bell, 2000 dalam Sitindaon).

2.2.3 Native Whey Protein

Native whey protein merupakan bentuk murni dari whey protein yang

dihasilkan bukan dari proses renneting atau pengasaman susu di bawah pH 5,

melainkan dihasilkan melalui teknik filtrasi membran (Walstra et al., 2006) yang

selanjutnya dikeringkan menggunakan spray drier. Teknik filtrasi membran

digunakan untuk menghasilkan whey protein dalam keadaan native karena tidak

adanya proses pemberian panas terhadap whey protein yang dapat menyebabkan

terjadinya denaturasi protein (Bylund, 2003).

Produk native whey protein yang paling umum ditemui ialah WPC (Whey

protein Concentrate) dan WPI (Whey protein Isolate). WPC biasanya dihasilkan

melalui metode proses membran, seperti ultrafiltrasi, yang dapat juga

dikombinasikan dengan proses membran yang lain seperti mikrofiltrasi atau

nanofiltrasi. WPC mengandung sekitar 35% sampai 85% protein dan memiliki

kadar laktosa yang lebih tinggi dibandingkan dengan WPI. WPI mengandung

protein sebanyak 88 – 95% yang diperoleh melalui beberapa proses yaitu proses

mikrofiltrasi untuk menghilangkan lemak dan teknik pertukaran ion atau

elektrodialisis untuk proses demineralisasi. WPI juga dapat diperoleh

menggunakan kromatografi pertukaran ion (ion exchange) dan dikombinasikan

dengan proses ultrafiltrasi (Tsakali et al., 2010).

15

Whey protein dalam keadaan native akan memiliki kelarutan atau

solubilitas yang tinggi. Selain itu, native whey protein juga memliki kelebihan

fungsi seperti kemampuan pembentukan busa, pengemulsi, pembentuk gel, dan

pengikat air bila di aplikasikan pada suatu produk (Zhu and Damodaran, 1994).

Whey protein dalam keadaan native memiliki daya larut yang tinggi karena

besarnya permukaan hidrofilik pada kondisi native, sehingga tidak menyebabkan

penggumpalan atau pengendapan pada sistem pangan (Walstra et al, 2006).

2.2.4 Whey Protein Terdenaturasi

Whey protein yang terdenaturasi diperoleh melalui proses pemanasan.

Whey protein memiliki komponen β-Lactoglobulin yang sangat sensitif terhadap

panas. Pemanasan pada suhu 62 – 65oC akan membuat whey protein terdenaturasi

secara parsial dan akan terdenaturasi sempurna pada pemanasan 90oC (Fox et al,

1998). Berbeda halnya dengan proses pembuatan whey protein native, tahap awal

pembuatan whey protein terdenaturasi adalah pemisahan kasein dan whey pada

susu menggunakan enzin rennet, diikuti proses defatting, pemanasan pada suhu

tinggi, sentrifugasi, dan pengeringan menggunakan oven dalam keadaan vakum.

Gambar 2. Denaturasi Protein

16

Denaturasi dapat mengakibatkan perubahan sifat fungsional dan sifat fisik

dari whey protein (Walstra et al, 2006). Faktor yang dapat menyebabkan

denaturasi protein yaitu pH, temperatur, ionic strength, solubility. Whey protein

yang diberikan perlakuan panas tinggi akan mengalami pembukaan lipatan protein

(unfolding) dan dapat menyebabkan reaksi pertukaran tiol-disulfida (thiol-

disulphide exchange reaction) (Ryan, 2011). Hal ini dapat meningkatkan

kekeruhan dan viskositas, pemisahan fasa, pengendapan, dan pembentukan gel

(Burrington, 2006). Meskipun dalam keadaan terdenaturasi, protein dapat

diaplikasikan pada bahan pangan yang memerlukan fortifikasi protein tetapi tidak

memberikan dampak terhadap perubahan tekstur yang berlebihan (Tsakali et al,

2010).

2.3 Lemak

Lemak terdapat di dalam susu dalam bentuk jutaan bola kecil yang

bergaris tengah antara 1-20 mikron dengan rata-rata garis tengah 3 mikron

(Buckle et al, 2009). Biasanya terdapat sekitar 1000 x 10 6 butiran lemak dalam

setiap ml susu. Butiran inilah yang menyebabkan susu mudah menyerap flavor

asing. Persentase lemak susu bervariasi antara 2,4% – 5,5%. Lemak susu terdiri

atas trigliserida yang tersusun dari satu molekul gliserol dengan tiga molekul

asam lemak (fatty acid) melalui ikatan-ikatan ester (ester bonds). Asam lemak

susu berasal dari aktivitas mikrobiologi dalam rumen (lambung ruminansia) atau

dari sintesis dalam sel sekretori. Asam lemak disusun rantai hidrokarbon dan

golongan karboksil (carboxyl group). Salah satu contoh dari asam lemak susu

adalah asam butirat (butyric acid) berbentuk asam lemak rantai pendek (short

17

chain fatty acid) yang akan menyebabkan aroma tengik (rancid flavour) pada susu

ketika asam butirat ini dipisahkan dari gliserol dengan enzim lipase.

Menurut (Winarno, 2008) Lemak termasuk dalam kelompok senyawa

lipida, yang umumnya tidak larut air. Asam lemak dibedakan menjadi dua

golongan yaitu asam lemak jenuh dan asam lemak tidak jenuh. Asam

lemak tidak jenuh biasanya dalam bentuk cis. Asam - asam lemak

mempunyai jumlah atom C genap dari C2 sampai C30 dan dalam bentuk

bebas atau ester dengan gliserol. Asam lemak jenuh yang sering ditemukan

adalah palmitat berkisar 15% - 50% dari seluruh asam – asam lemak yang ada.

Asam lemak dengan atom C lebih dari dua belas tidak larut dalam air

dingin maupun air panas. Asam lemak dari C4 , C6 , C8 , dan C10 dapat

menguap dan asam lemak C12 dan C14 sedikit menguap. Asam oleat

merupakan asam lemak tidak jenuh yang banyak terdapat dalam trigliserida dan

memiliki satu ikatan rangkap. Bila asam lemak mengandung dua atau lebih ikatan

rangkap seperti pada asam linoleat dan asam linolenat, asam lemak tersebut

disebut asam lemak tidak jenuh (polyunsaturated) (Winarno, 2008).

Menurut Buckle et al (2009), kerusakan yang dapat terjadi pada

lemak susu merupakan sebab dari berbagai perkembangan flavor yang

menyimpang dalam produk-produk susu, seperti:

1. Ketengikan, yang disebabkan karena hidrolisa dan gliserida dan pelepasan

asam lemak seperti butirat dan kaproat, yang mempunyai bau yang keras,

khas dan tidak menyenangkan. Ketengikan terutama ditimbulkan oleh enzim

lipase yang terdapat secara alami di dalam susu.

18

2. Tallowiness yang disebabkan karena oksidasi asam lemak tak jenuh.

3. Flavor teroksidasi yang disebabkan karena oksidasi fosfolipid.

4. Amis/ bau seperti ikan yang disebabkan karena oksidasi dan reaksi hidrolisa

2.3.1 Komposisi lemak

Lemak susu berkontribusi terhadap 48% total kalori pada susu. Lemak

susu mengandung sekitar 66% lemak jenuh, 30% lemak tak jenuh rantai tunggal,

serta 4% lemak tak jenuh rantai banyak. (Chandan, 1997). Komponen mikro dari

lemak susu antara lain adalah fosfolipid, sterol, tokoferol, (vitamin E), karoten,

vitamin A serta vitamin D. Susu mengandung kira kira 0,3% fosfolipid terutama

lesitin, sphingomielin dan sepalin. Pada waktu susu dipisahkan menjadi Skim milk

dan krim, sekitar 70% fosfolipid terdapat pada krim. Fosfolipid dapat dengan

cepat teroksidasi di dalam udara yang dapat menyebabkan penyimpangan cita

rasa susu (Buckle et al, 2009).

2.3.2 Fungsi Lemak dalam Susu dan Produk Pangan

Menurut Eniza (2004), kadar lemak didalam air susu adalah 3,45%. kadar

lemak sangat berarti dalam penentuan nilai gizi air susu. Lemak susu merupakan

komponen yang memiliki kontribusi yang besar terhadap tekstur, flavour, dan

sifat-sifat fisikokimia produk susu. Bahan makanan hasil olahan dari bahan baku

susu seperti mentega, keju, krim, susu kental, dan susu bubuk mengandung

banyak lemak. Besar kecilnya lemak ditentukan oleh kadar air yang ada

didalamnya, makin banyak air maka makin besar globular, keadaan ini yang

19

memungkinakan terjadinya pecahan, sehingga susu tidak dapat dipisahkan

krimnya dan tidak dapat digunakan pada bahan pangan.

2.3.3 Keterkaitan antara Pemisahan Lemak dan Protein Susu

Lemak susu pada suhu ruang wujudnya padat, sedangkan minyak

berbentuk cair, sama halnya dengan minyak, lemak susu pun tidak dapat menyatu

dengan air. Meski susu tidak bisa menyatu (larut) dengan air, tetapi susu bisa

terlihat putih seragam dan tidak terpisah, hal tersebut berkaitan dengan komponen

lain di dalam susu yaitu protein. Sebagian protein memiliki sifat seperti perantara,

satu sisi dapat berikatan dengan air dan sisi lainnya dapat berikatan dengan lemak,

itu merupakan alasan lemak bisa terlihat menyatu dengan air di dalam susu.

Susu memiliki kadar lemak jauh lebih kecil dari air (4% berbanding 88%),

maka lemak yang tersebar merata dikelilingi air. Campuran air dalam lemak itu

bisa dikenal dengan istilah emulsi, jadi secara teknis susu adalah emulsi lemak

dalam air (oil in water emulsion). Sama hal nya dengan fenomena gelembung

udara atau buih di air sabun, globula lemak bisa bergantung dengan globula lain

dan menjadi besar. Proses penggabungan itu disebut koalesensi (coalescence) dan

terjadi secara alami pada lemak susu. Globula lemak yang lebih besar akan lebih

cepat terpisah dan mengambang sebab massa jenis susu lebih ringan dibanding

air. Peristiwa ini disebut creaming off, biasanya kita dapat melihatnya dalam

makanan bersantan.

Sebelumnya disebutkan bahwa protein bisa menjadi perantara antara

lemak dan air, selain itu protein juga dapat terpisah, berdasarkan kategorinya

protein yang sulit larut air disebut kasein, jumlahnya sekitar ± 80% dari protein

20

total dalam susu, sedangkan protein yang mudah larut air yaitu protein whey

jumlahnya sekitar 18% dari protein total dalam susu. Sebab tidak bisa larut, kasein

berbentuk bola bola dan tersebar merata dalam susu, mirip seperti lemak. Bila

butiran lemak disebut globula, maka butiran kasein disebut misel (micell).

Gambar 3. Struktur Penyusun Komponen Susu

Susu mengalami pemisahan ketika misel kasein saling menempel satu

sama lain. Bagian yang mengandung kasein berwarna putih disebut dadih (Curd),

bagian air yang kekuningan disebut whey, dan didalamnya terkandung protein

whey.

Lemak di dalam susu berbentuk globula dengan ukuran antara 0,1 sampai

15 µm dengan diameter rata-rata 4 µm dan diselimuti oleh membran atau milk fat

globule membrane (MFGM) (Marie-Caroline Michalski, 2004). MFGM berfungsi

sebagai pengemulsi dengan mereduksi tegangan interfarcial di dalam sistem

matriks protein.

2.3.4. Pemisahan Lemak dengan Menggunakan Cream Separator

Krim adalah bagian susu yang mengandung lemak tinggi, krim dapat

timbul ke bagian atas dari susu pada waktu didiamkan atau dipisahkan dengan alat

21

pemisah. Ada pula yang menyebutnya ‘kepala susu”. Susu Skim adalah bagian

susu yang banyak mengandung protein, sering disebut “serum susu”. Skim

mengandung komponen lengkap kecuali lemak dan vitamin-vitamin yang larut

dalam lemak. Pada susu Skim, kadar lemaknya dikurangi hingga hampir tidak ada

sama sekali (0,1%), namun residu dari lemak susunya boleh tersisa hingga

maksimum 0,5%. Krim dan susu Skim dapat dipisahkan dengan alat yang disebut

separator. Alat ini bekerja berdasarkan gaya sentrifuge. Pemisahan krim dan susu

Skim dapat terjadi karena kedua bahan tersebut mempunyai berat jenis yang

berbeda. Krim mempunyai berat jenis yang rendah karena banyak mengandung

lemak. Susu Skim mempunyai berat jenis yang tinggi karena banyak mengandung

protein, sehingga dalam sentrifugasi akan berada dibagian dalam.

Susu Skim cocok untuk orang yang menginginkan nilai kalori rendah

dalam bahan pangan yang akan dikonsumsi, karena susu Skim hanya mengandung

55% dari seluruh energi susu, dan susu Skim juga digunakan dalam pembuatan

keju dengan lemak rendah dan yoghurt. Susu Skim akan lebih baik tidak

digunakan untuk makanan bayi tanpa adanya pengawasan gizi karena tidak

adanya lemak dan vitamin-vitamin yang larut dalam lemak.

2.3.5 Penambahan Lemak pada Whey dengan berbagai konsentrasi

Whey merupakan salah satu komponen susu dengan kadar protein tinggi

yang dapat diaplikasikan kedalam bahan pangan, dimana pada proses pemisahan

(kasein dan whey) memungkinkan masih ada lemak yang tersisa, sehingga ketika

whey dan lemak bertemu ada atau tidak pengaruhnya ketika diaplikasikan

kedalam bahan pangan, untuk itu dilakukan penelitian untuk mengetahui pengaruh

22

atau fungsi lemak di dalam whey sehingga dibuat konsentrasi tanpa penambahan

lemak 0% sedangkan konsentrasi lemak yang akan ditambahkan 0,4%, 0,6% dan

0,8% berdasarkan kajian fundamental.

2.4 Sifat Fungsional Whey Protein

Sifat fisikokimia yang menyebabkan protein berguna dalam makanan

disebut sifat fungsional (Chandan et al, 2008). Whey protein digunakan sebagai

komposisi dalam bahan pangan yang berbahan dasar susu ataupun non-susu

karena sifat fungsionalnya. Sifat fungsional yang dimiliki oleh whey protein

native ditunjukkan pada tabel 5.

Tabel 5. Sifat Fungsional Whey Protein

Sifat Fungsional Mekanisme Sistem Pangan

Solubilitas (Kelarutan) Pelarutan dengan

molekul ion larutan

Minuman dan larutan

lainnya

Viskositas (Kekentalan) Mengentalkan melalui

ikatan kovalen H2O

Sup

Pembentuk Gel Ikatan matriks protein Daging, keju

Emulsifikasi Pembentukan dan

stabilisasi

Daging, sup, cake

Pembentukan Busa Stabilisasi dengan

melalui pemerangkapan

gas

Whipped toppings,

chiffon, angel cakes

Sumber : (Allen, 2010)

2.4.1 Solubilitas (Kelarutan)

Sifat kelarutan yang rendah akan mengindikasikan sifat fungsional yang

kurang baik (Vojdani, 2006 dikutip Pelegrine and Gasparetto, 2004). Kelarutan

protein berhubungan dengan bagian hidrofobik (protein-protein) dan bagian

hidrofilik (protein-pelarut) (Pelegrine and Gasparetto, 2004).

23

Kelarutan protein paling rendah pada saat mencapai titik isoelektriknya.

Interaksi antar protein meningkat karena gaya elektrostatik molekul minimum dan

lebih sedikit air yang berinteraksi dengan protein. Hal ini dikarenakan molekul

protein saling berdekatan, membentuk agregat, dan selanjutnya mengendap. Saat

pHnya berada di atas atau di bawah titik isoelektriknya, protein memiliki muatan

positif atau negatif, sehingga lebih banyak air yang dapat berinteraksi dengan

protein (Pelegrine and Gasparetto, 2004).

Perhitungan solubilitas whey protein dapat dilakukan dengan melarutkan

whey protein bubuk dengan aquades disertai dengan pengadukan. Proses

selanjutnya dilakukan sentrifugasi untuk memisahkan supernatan dan endapan.

Supernatan yang dihasilkan dikeringkan dengan menggunakan oven kemudian

ditimbang hasil akhirnya.

2.4.2 Viskositas (Kekentalan)

Viskositas atau kekentalan adalah suatu hambatan yang menahan aliran zat

cair secara molekuler yang disebabkan oleh gerakan acak dari molekul zat cair

tersebut (Susanto dan Yuwono, 2001). Viskositas merupakan parameter yang

penting untuk mengetahui cara pengolahan, perancangan, dan pengembangan

produk yang sesuai dengan kondisinya (Huang and Konsella, 1986 dalam

Dissanayake, 2011). Viskositas bahan pangan dapat diukur dengan menggunakan

viscometer.

Pengukuran viskositas whey protein bubuk dapat dilakukan dengan

melarutkan whey protein bubuk dengan konsentrasi tertentu, kemudian dilakukan

pemanasan pada suhu 900C selama 30 menit. Penelitian yang telah dilakukan

24

(Sağlam dkk. 2012) menunjukan bahwa whey protein powder yang dilarutkan

dengan konsentrasi protein 25% (w/w) pada pH 6,8 menunjukkan terjadinya

peningkatkan viskositas setelah dilakukan pemanasan.

2.4.3 Pembentuk Busa

Busa merupakan hasil dari sifat protein pada permukaan udara dan air. Hal

tersebut terjadi akibat adanya difusi cepat dari molekul ke permukaan diikuti oleh

pengaturan ulang molekular yang menyebabkan lapiasan ini mampu

memerangkap udara. Pemanasan merupakan syarat pada pembentukan busa whey

protein. Pemanasan whey protein pada suhu 55-600C menyebabkan peningkatan

kemampuan whey protein dalam membentuk busa, sedangkan penurunan suhu

larutan whey protein sampai dibawah suhu 40C dapat menurunkan sifat

pembentuk busa whey protein. Diperkirakan bahwa hal yang berkaitan dengan

suhu ini disebabkan oleh β-Lactoglobulin. Sifat pembentuk busa mempunyai

peran penting dalam proses pembuatan makanan panggang dan krim

konfeksionari (Chandan et al., 2008).

2.4.4 Pembentuk Gel

Pembentukan gel terjadi ketika ada sejumlah interaksi protein yang diikuti

dengan adanya pemanasan (Kinsella dan Whitthead, 1989). Gel mampu menahan

sejumlah besar air dan nutrien lain dalam jaringannya. Ion seperti kalsium,

sodium, dan magnesium dapat mempengaruhi pembentukan gel dari whey protein.

Kadar kalsium dan hidrofobisitas merupakan ukuran kekuatan gel (Kilara et al.,

2004).

25

2.4.5 Emulsifikasi

Emulsi terbentuk ketika energi digunakan untuk mendispersikan satu fase ke

fase lain yang secara normal tidak dapat bercampur. Jika fase terdisfersi

merupakan minyak dan fase kontinyunya adalah air maka menghasilkan emulsi

minyak dalam air begitupun sebaliknya jika fase terdispersinya air dan fase

kontinuenya minyak maka disebut emulsi air dalam minyak. Faktor yang

mempengaruhi kemampuan emulsifikasi whey protein adalah pH dan kekuatan

ion. Di sekitar pH isoelektriknya (pI), whey protein membentuk emulsi yang tak

stabil (Kilara et al., 2004).

2.5 Sifat Fungsional Lemak dalam Proses Produksi Whey Protein Bubuk

Terdenaturasi

Whey protein native diproduksi dengan menggunakan teknik pemisahan

membran termasuk mikrofiltrasi, ultrafiltrasi, dan terkadang nanofiltrasi. Whey

protein juga dapat dimodifikasi dengan dibuat menjadi whey protein terdenaturasi

dengan menambahkan konsentrasi lemak pada tahap awal proses produksi setelah

pengondisian pada pH 4,6 yaitu titik isoelektrik kemudian dilakukan pemanasan

sehingga terbentuk agregat yang kemudian dipisahkan melalui proses sentrifugasi.

Proses tersebut memengaruhi sifat fisikokimia whey protein terdenaturasi yang

diperoleh (Wardani, 2016) yang berakibat pada perubahan sifat fungsional dalam

bahan pangan. Menurut Bowland dan Foegeding (1995); Lorenzen dan Schader

(2006), mekanisme pembentukan gel berkaitan dengan mekanisme pembentukan

tekstur pada bahan pangan. Sehingga, evaluasi sifat fungsional dapat dilakukan

melalui pengamatan terhadap sistem gel yang dibuat dari whey protein bubuk

26

yang diperoleh dari hasil denaturasi dalam penelitian (Wardani, 2016). Protein

dari berbagai sumber yang berbeda dapat membentuk gel yang memiliki tekstur

beragam. Gel protein terbentuk melalui proses pemanasan disebut sebagai cold-set

gel (Althing et al., 2004).

Sifat-sifat gel bergantung pada keseimbangan interaksi pada protein satu

dengan protein lainnya dan interaksi antara protein dengan pelarutnya. Interaksi

antar protein membentuk jaringan, sementara interaksi protein dengan pelarutnya

memungkinkan fase cair tertahan dalam sistem, kelebihan interaksi antar protein

menyebabkan rusaknya jaringan dan pengeluaran fase cair (sineresis)

(McSweeney dan O’Mahony, 2016).

Mekanisme pembentukan gel whey protein melalui pemanasan terdapat

dua tahapan proses yang terdiri atas pembukaan struktur globular protein dan

agregasi rantai protein menjadi jaringan tiga dimensi. Namun saat ini,

pembentukan gel whey protein terdapat empat tahap proses yang terdiri dari

pembukaan struktur native, agregasi molekul protein yang telah terbuka

strukturnya, pembentukan untaian dari agregat, dan penghubungan untaian ke

jaringan tiga dimensi. Pembentukan heat induced gel whey protein sebagian besar

disebabkan oleh jembatan disulfida dan interaksi hidrofobik yang irreversible

(Lorenzen dan Scharader, 2006).

Pembentukan cold set gel melalui proses dua tahap. Tahap pertama

melibatkan perlakuan yang menyebabkan molekul protein terbuka dan

mengekspos asam amino reaktif (residu non polar dan sistein). Hal ini dapat

dicapai melalui pemanasan, penggunaan tekanan, dan penggunaan enzim.

27

Keadaan pH yang jauh dari titik isoelektrik protein dan konsentrasi protein yang

rendah, protein yang telah terbuka cenderung tetap terpisah karena tolak menolak

elektrostasis antara protein satu dengan protein lainnya (Bryant dan McClements,

2000).

Tahap kedua yaitu pembentukan gel pada suhu ruang terjadi karena

berkurangnya gaya tolak menolak elektrostatis baik itu oleh perubahan pH

mendekati titik isoelektrik maupun oleh penambahan mineral. Pengasaman pada

pembentukan gel asam dilakukan dengan menambahkan glukono-lactone (GDL).

GDL ini merupakan polyhydroxy acid (PHA) yang dapat ditemukan pada kondisi

alaminya yakni sebagai asam glukonik pada produk pangan seperti madu, royal

jelly, jus buah, dan produk fermentasi lainnya. Asam glukonik merupakan

molekul glukosa dimana gugus aldehid telah teroksidasi menjadi gugus asam.

GDL didalam air dapat terhidrolisis perlahan menjadi asam glukonik yang

menyebabkan penurunan pH dan menyebabkan terjadinya pembentukan gel pada

dispersi agregat mendekati titik isoelektriknya (Althing et al., 2004). Kurva

penurunan pH dengan menggunakan GDL dan perbandingannya antara

penurunan pH denagan starter kultur mikroorganisme dapat dilihat pada gambar

4.

28

Gambar 4. Perubahan pH selama Asidifikasi Susu Menggunakan GDL() dan

Perbandingan dengan Menggunakan Kultur Starter ()

(Lucey dan Singh, 1997)

Ketika pH diturunkan oleh hidrolisis GDL, muatan negatif protein

ternetralisasi secara progresif, mengurangi gaya tolak menolak elektrostatis

protein dan membantu interkasi antar protein. Sehingga hanya ada sedikit air

untuk berinteraksi dengan protein di dekat titik isoelektrik, menyebabkan

pengendapan protein (Cavallieri, et al 2007).

2.5.1 Sifat Makrostruktur

Tekstur dan whey drainage merupakan bagian dari sifat makrostruktur

yang dapat diamati melalui gel whey protein yang dimodifikasi dengan berbagai

konsentrasi lemak.

2.5.1.1 Tekstur

Bourne (2002) menyatakan bahwa tektur makanan merupakan kelompok

karakteristik fisik yang berasal dari elemen struktural makanan, dapat dirasakan

langsung dengan melalui sentuhan dan berhubungan dengan deformasi,

pH Konstan (titik

isoelektrik 4,6)

29

disintegrasi, dan aliran makanan karena diberikan gaya, dan diukur secara objektif

dengan fungsi massa, waktu, dan jarak.

Pengukuran tekstur gel dapat menggunakan puncture test. Puncture test

dapat mengukur gaya yang dibutuhkan untuk mendorong probe pada sampel

makanan. Tes ini dikarakterisasi dengan alat pengukur gaya, penetrasi probe ke

dalam makanan yang dapat menyebabkan makanan hancur atau mengalir, dan

kedalaman penentrasi yang biasanya dijaga konstan (Bourne, 2002).

Tekstur dan kekuatan gel protein dipengaruhi oleh faktor intrinsik berupa

komposisi dan konsentrasi protein, selain itu dipengaruhi juga oleh faktor

ekstrinsik seperti suhu pemanasan, pH, kekuatan ion, dan kehadiran komponen

lain seperti lipid, gula dan pati. Perlakuan pemanasan dapat menyebabkan

pembelahan struktur ikatan disulfida atau aktivasi grup sulfihidril melalui

pembukaan molekul protein. Hal ini menghasilkan pembentukan ikatan disulfida

intermolekul (jembatan disulfida) yang dibutuhkan untuk pembentukan struktur

gel dalam sitem protein (Boye et al, 1995).

2.5.1.2 Whey drainage

Whey drainage dikenal pula dengan wheying-off didefinisikan sebagai

pengeluaran air dari jaringan. Whey drainage mempengaruhi persepsi konsumen

mengenai hal yang berkaitan dengan mikrobiologis dalam produk. Whey drainage

dapat terjadi jika jaringan gel rusak, jaringan mengalami pengaturan ulang

struktural, ataupun apabila beberapa parameter fisikokimia mengubah interaksi

antar protein. Pada acid gel, whey drainage dapat terjadi selama pembentukan gel

ataupun sesaat setelah pembentukan gel terjadi (Lucey et al., 1998).

30

Lucey et al (1998) dalam studinya tentang whey drainage menyimpulkan

bahwa whey drainage meningkat seiring terjadi peningkatan suhu pemanasan dan

suhu pembentukan gel. Sejumlah besar whey drainage diamati pada gel yang

dibentuk pada suhu tinggi dari susu yang dipanaskan dengan suhu sangat tinggi,

namun hasilnya whey drainage terjadi lebih sedikit pada gel yang dibuat pada

suhu rendah dari susu yang dipanaskan pada suhu pemanasan normal.