Reologi Bahan Pertanian

Reologi adalah kajian tentang perubahan bentuk dan aliran bahan yang

disebabkan adanya gaya-gaya. Pokok bahasan utamanya berkaitan dengan

hubungan-hubungan antara tekanan dan perubahan bentuk (deformation),

fenomena aliran, dan viskositas (viscosity). Dalam reologi, bahan-bahan dibagi

dalam beberapa grup berdasarkan beberapa sifat dasarnya. Banyak penelitian

menunjukkan bahwa perilaku reologi bahan dapat dicirikan berdasarkan tiga sifat

dasarnya, yakni elastisitas, plastisitas dan viskositas. Tiga bahan yang mampu

menunjukkan sifat-sifat tersebut biasa disebut bahan Hook (Hookean body), bahan

St. Venant (St. Venant body) dan bahan Newtonian (Newtonian liquid). Ketiga

parameter reologi tersebut banyak dipakai sebagai dasar untuk memahami reologi

benda padat atau semi padat beserta teknik pengukurannya.

Bahan pertanian merupakan benda hidup, bahan biologis, dimana komposisi,

kandungan lengas dan teksturnya berubah terus menerus selama pertumbuhan,

masak bahkan dalam penyimpanan. Bahan pertanian dapat terus menerus terpapar

gaya selama pemrosesan, dari pemanenan, pengemasan, pemrosesan,

transportasi, dan penyimpanan. Sehingga pengetahuan tentang

sifat reologi penting untuk mencegah kerusakan dan mengefisiensikan proses

penanganan bahan pertanian. Salah satu bahan hasil pertanian adalah produk

pangan. Produk pangan jadi atau produk yang masih dalam proses pengolahan

memiliki bentuk dan tekstur yang bermacam-macam. Ada produk pangan yang

berbentuk cair, padat, semi padat, dan juga yang memiliki sifat elastik dan kental.

Produk pangan yang berbeda-beda tekstur tersebut memiliki respon yang berbeda

apabila dikenakan gaya. Suatu jenis produk pangan dapat berubah sifat reologinya

setelah diolah kembali. Dengan perubahan sifat tersebut maka pengukuran mutu

tekstur pun akan berbeda. Parameter penting mutu pada produk pangan

diantaranya kekenyalan, kelengketan, dan elastisitas.

Morrison (2001) mendefinisikan reologi sebagai ilmu yang mempelajari

perubahan bentuk dan aliran bahan yang terjadi dalam cara yang menarik dan tidak

biasa. Ia memberi contoh melalui perbandingan antara mayonaise dan madu. Jika

kita membuka toples berisi mayonaise yang telah digunakan sebelumnya, kita

dapat melihat bahwa bentuk permukaan mayonaise tidak akan datar, melainkan

mengikuti bentuk pisau atau sendok yang digunakan untuk mengambilnya dari

toples. Berbeda halnya dengan madu dalam toples yang permukaannya akan selalu

datar walaupun telah digunakan. Hal ini menunjukkan bahwa ada perbedaan sifat

antara mayonaise dan madu yang disebut kekentalan atau viskositas. Viskositas

adalah salah satu kajian dalam reologi yang dibutuhkan dalam penelitian terhadap

bahan dan produk pertanian.

Perilaku elastik suatu bahan dapat dihitung dari seberapa besar perubahan

panjang yang terjadi setelah gaya di berikan. Perilaku elastik terjadi apabila

tekanan (stress, τ) pada suatu benda berbanding lurus dengan strain (γ). Tekanan

adalah gaya yang diberikan (F) per satuan luas (A), sedangkan strain adalah akibat

yang ditimbulkan dari stress dan dinyatakan sebagai perubahan panjang (ΔL) per

satuan panjang awal (L). Ekspresi hubungan keduanya dikenal dengan elastisitas

modulus atau modulus Young (E).

E = stress(τ)strain(γ )

= F /A∆ L/L

Persamaan tersebut hanya dapat diterapkan jika benda berada di bawah

tekanan. Apabila gaya yang diberikan adalah dalam bentuk gesekan atau

hidrostatik maka koefisien yang digunakan adalah modulus shear (G) dan modulus

curah atau bulk (K).

G = shearing stressshearing strain

= F /Aγ /L

K = hidrostatik pressurevolume strain

= F∆V /V

Benda yang bersifat plastis akan mengalami perubahan bentuk yang kontinu

apabila dikenakan gaya. Walaupun dapat kembali ke bentuk semula tetapi bentuk

benda tersebut idak dapat kembali ke bentuk yang sesempurna sebagaimana

benda elastis. Perilaku plastik ideal dapat dijelaskan dengan membayangkan suatu

benda diletakkan di atas permukaan yang rata. Apabila gaya mengenainya, maka

benda tersebut tidak akan bergerak hingga suatu tingkat stress tertentu tercapai

atau sering disebut dengan yield stress. Setelah yield stress ini tercapai, maka

aliran atau gerakan benda tersebut akan berlangsung seterusnya.

Perilaku sifat mengalir (fluiditas) yang ideal terjadi dalam benda yang mengalir,

dimana perubahan bentuk (daya alir) berbanding lurus dengan gaya yang

diberikan. Sifat mengalir ini biasanya tidak dimiliki oleh benda yang berbentuk

padat.

Produk pangan dan produk antaranya dalam pengolahan mempunyai sifat

sebagai kombinasi dari bahan elastis dan kental. Bahan seperti ini disebut bahan

viskoelastis. Benda yang mempunyai sifat viskoelastis dapat mengalami perubahan

bentuk (deformation) dan bersifat mengalir bila dikenakan gaya. Uji reologi adonan

dapat diukur dengan viscograph (terutama untuk mengetahui karakteristik

tepungnya).

Istilah reologi yang umum seperti modulus Young, kekuatan tensil, dan

sebagainya dapat diaplikasikan. Beberapa ilmuwan seperti Mohsenin, Sitkei, dan

Tsytovich menggunakan istilah bioyield point untuk menggambarkan sifat reologi

yang tidak ditemui pada bahan lain. Bioyield point adalah titik pada kurva

tegangan-deformasi di mana tegangan berkurang atau konstan dengan

peningkatan deformasi. Titik ini mencerminkan sensitivitas dari bahan biologis

terhadap kerusakan. Definisinya hampir sama dengan yield point, hanya berbeda

bentuk ketika diaplikasikan ke dalam kurva.

Berikut adalah tabel sifat reologi beberapa bahan pertanian

Bahan

Beban

pada puncak

Tegangan

pada puncak

Regangan pada puncak

Beban

ketika

patah

Tegangan

ketika patah

Regangan

ketika patah

Beban

pada titik yield

Tegangan

pada titik yield

Regangan pada

titik yield

Modulus

Young

 (N) (N/mm2) (%) (N) (N/mm2) (%) (N) (N/mm2) (%)

(N/mm2)

Beras 25032 16.46 18.792503

216.46 18.79 5482 3.61 6.24 85.79

Jagung 15085 9.92 28.951508

59.92 28.95 3460 2.28 12.51 31.06

Sorgum

15034 9.89 39.821503

49.89 39.82 5147 3.39 28.69 26.83

Cowpea

15015 9.87 29.491501

29.87 29.5 3197 2.1 10.97 24.62

Garri 15031 9.89 40.271503

19.89 40.27

5015.1

3.3 27.75 22.37

Ada beberapa parameter reologi dalam pengujian sifat bahan pangan, yaitu:

1. Kekerasan

Kekerasan adalah sifat produk pangan yang menunjukan daya tahan untuk

pecah akibat gaya tekan yang diberikan. Sifat derajat mudah patah dari suatu

benda dapat dinyatakan sebagai nilai kekerasan (hardness) yang dapat diukur

dengan alat instron. Dalam cara mengukur kekerasan, gaya tekan akan

memecahkan produk padat dan pecahnya langsung dari bentuk aslinya tanpa

didahului perubahan bentuk. Caranya adalah benda tersebut ditekan hingga

pecah dan besarnya gaya tekan untuk memecah produk padat ini disebut nilai

kekerasan.

2. Kekenyalan

Sifat kenyal adalah sifat reologi yang menggambarkan daya tahan produk

untuk lepas atau pecah oleh adanya gaya tekan. Bedanya kekerasan untuk

menyatakan sifat benda atau produk pangan padat yang tidak bersifat

deformasi, sedangkan sifat kenyal adalah sifat reologi pada produk pangan

elastis yang bersifat deformasi. Sebagaimana dalam pengukuran kekerasan,

gaya yang diberikan untuk mengukur kekenyalan adalah gaya tekan. Pada

pengukuran kekenyalan, gaya yang diberikan mula-mula menyebabkan

perubahan bentuk produk, baru kemudian memecahkan produk setelah gaya

yang diberikan melewati daya tahannya. Besarnya gaya tarik pada pengukuran

kekenyalan disebut nilai kekenyalan.

3. Elastisitas

Elastisitas adalah sifat reologi yang menggambarkan daya tahan untuk putus

akibat gaya tarik. Pada pengukuran elastisitas produk, gaya yang dipakai ialah

gaya tarik, yaitu gaya yang bekerja pada arah putusnya produk. Besarnya gaya

tarik yang memutuskan benda itu disebut nilai elastisitas.

4. Kelengketan

Sifat lengket adalah sifat reologi yang menggambarkan sifat perubahan

benuk benda yang dipengaruhi oleh gaya kohesi dan adhesi. Pada dasarnya

produk pangan yang lengket mempunyai kedua gaya kohesi dan adhesi yang

sama-sama tinggi. Gaya kohesi yang tinggi menyebabkan produk pangan

menjadi kompak atau tidak mudah pisah satu sama lain. Sifat demikian

diinginkan pada banyak produk pangan agar produk itu tetap kompak dan tidak

mudah hancur. Namun pada jenis pangan tertentu, produk yang terlalu kompak

tidak dikehendaki. Sifat yang menyatakan mudah pisah pada produk pangan

tertentu disebut masir.

Gaya adhesi yang terlalu tinggi menyebabkan produk pangan menjadi

lengket pada bahan pembungkus atau wadahnya. Banyak produk pangan yang

tidak menghendaki sifat lengket tersebut. Untuk menghindari sifat lngket ini

ditambahkan zat anti lengket pada bagian luar produk.

5. Kerapuhan

Kerapuhan menunjukan seberapa kuat suatu produk menahan gaya tekan.

Kerapuhan biasanya berkorelasi erat dengan nilai kekerasan, dimana pada

umumnya produk yang rapuh memiliki nilai kekerasan yang rendah. Kerapuhan

juga sering dihubungkan dengan sifat sensori kerenyahan.