Dalam proses produksi shortening ini, alur proses pembuatannya hampir sama dengan alur proses pembuatan margarine. Semua bahan baku dimasukkan dan dicampur sampai merata didalam tangki mixing yang di setting dengan suhu tertentu, kemudian adonan ini didinginkan (cooling) serta dihomogenisasi (working) supaya diperoleh ukuran partikel yang seragam.
Setelah semua proses produksi shortening diselesaikan, hasil akhirnya adalah produk shortening yang siap untuk dipacking serta dikemas. Pada waktu pengemasan, tekstur mentega putih ini masih berbentuk setengah padat / berbentuk pasta. Setelah proses packing dan pengemasan selesai, mentega putih (shortening) yang dihasilkan harus disimpan terlebih dahulu untuk beberapa hari atau sering disebut dengan tempering. Tujuan dari proses tempering ini agar tekstur mentega putih atau shortening menjadi padat dan stabil.
Seperti yang dijelaskan dalam artikel sebelumnya : Penjelasan Tentang Apa Itu Shortening ?, bahan baku utama dalam proses produksi shortening atau mentega putih ini adalah 100 persen minyak dan atau lemak, yang terdiri dari satu atau beberapa jenis lemak dan atau minyak. Selain minyak dan atau lemak, didalam produksi shortening atau mentega putih ini dapat juga tambahi dengan bahan yang lain seperti emulsifier (bahan yang membantu pada saat proses pengocokan atau creaming), bahan pewarna dan aroma (seperti pada produk BOS). Anda bisa juga membaca artikel sebelumnya tentang : Perbedaan Antara Lemak dan Minyak.
Khusus untuk Pastry Shortening (mentega putih yang digunakan untuk pastry) memiliki proses produksi shortening yang agak sedikit berbeda dari produksi shortening atau mentega putih yang lainnya dikarenakan pastry shortening mempunyai tekstur yang dibuat khusus untuk diaplikasikan dalam pembuatan lapisan-lapisan (layering) pada produk puff pastry.
Pembuatan dan Proses Produksi Shortening (Mentega Putih)
Hidrogenasi
Hidrogenasi merupakan proses adisi hidrogen yang dilakukan terhadap ikatan rangkap dua pada rantai asam lemak, di mana akan terjadi penambahan atom hidrogen pada atom karbon yang mempunyai ikatan rangkap 2. Proses ini adalah proses modifikasi yang dilakukan terhadap sifat kimia dan sifat fisik yang dipunyai oleh minyak dan atau lemak. Maka modifikasi yang akan terjadi merupakan peristiwa konversi dari asam lemak tidak jenuh yang selanjutnya menjadi asam lemak jenuh, yang merupakan akibat dari terjadinya penghapusan ikatan rangkap yang terkandung di dalam minyak dan atau lemak alami. Proses hidrogenasi bertujuan untuk :
- Mengkonversi dari minyak cair menjadi lemak semi-padat ataupun lemak dengan tingkat plastisitas tertentu hingga dapat dipergunakan dalam beberapa aplikasi.
- Menambahkan tingkat stabilitas minyak dan atau lemak terhadap stabilitas oksidasi.
Proses hidrogenasi bisa terjadi dengan cara mengkontakkan minyak dan atau lemak alami (minyak dan atau lemak dijadikan sebagai umpan untuk proses hidrogenasi) yang bersuhu tinggi dengan unsur gas hidrogen yang mempunyai tekanan tinggi. Didalam melakukan proses hidrogenasi terdapat tiga komponen utama yang wajib ada, yakni panas, katalis logam, serta gas hidrogen yang bertekanan.
Ketiga komponen tersebut wajib diletakkan pada tempat serta waktu yang bersamaan. Pada saat memulai proses hidrogenasi, dengan dibantu energi panas atom logam reaktif (katalis logam) akan menciptakan ikatan dengan gas hidrogen yang bertekanan. Lalu katalis logam yang sudah berikatan dengan hidrogen akan bersama dengan asam lemak tidak jenuh untuk membentuk suatu senyawa yang lebih kompleks.
Pada waktu terbentuk senyawa kompleks tersebut, atom hidrogen yang ada didalam senyawa kompleks itu akan membentuk ikatan dengan atom karbon dari asam lemak. Dengan begitu, asam lemak tidak jenuh bisa berubah menjadi asam lemak jenuh. Pada akhirnya setelah semua atom hidrogen yang ada pada senyawa kompleks tersebut telah berikatan serta masuk ke dalam molekul asam lemak, senyawa kompleks yang telah terbentuk tersebut akan dikonversi kembali menjadi katalis logam serta asam lemak jenuh.
Proses hidrogenasi terus dilakukan sampai tercapai titik akhir dari proses hidrogenasi. Titik akhir hidrogenasi akan terjadi pada saat (hampir) semua asam lemak tidak jenuh telah dikonversi menjadi asam lemak jenuh. Apabila titik akhir hidrogenasi sudah tercapai, maka minyak yang terhidrogenasi akan didinginkan dan katalis logam akan dipisahkan dengan menggunakan filtrasi.
Proses hidrogenasi harus dilaksanakan pada temperatur yang tinggi, sekitar 140°C – 225°C, serta menggunakan gas hidrogen dengan tekanan sekitar 60 psig. Perlu kita diketahui bahwasannya proses hidrogenasi adalah reaksi kimia eksoterm, dimana dalam reaksinya akan menghasilkan panas reaksi. Selama proses hidrogenasi dijalankan, biasanya juga disertai dengan pengadukan pada larutan minyak panas, katalis logam, dan gas hidrogen bertekanan tersebut. Fungsi dari pengadukan tersebut adalah agar hidrogen bisa larut serta bisa berikatan dengan katalis dan bereaksi dengan asam lemak tidak jenuh didalam minyak umpan, minyak dan katalis tercampur serta melepaskan panas reaksi yang diciptakankan dari proses pemutusan ikatan rangkap pada asam lemak tidak jenuh.
Dalam menjalankan proses hidrogenasi ada beberapa persyaratan yang harus dipenuhi supaya proses hidrogenasi tersebut dapat terjadi dengan baik. Persyaratan-persyaratan tersebut meliputi kondisi umpan (minyak dan atau lemak alami), kondisi hidrogen dan katalis. Minyak alami yang akan dijadikan sebagai umpan harus merupakan minyak yang sudah terafinasi, terpucatkan (bleached), mempunyai angka sabun yang rendah, dan mempunyai kadar air yang rendah (kering). Gas hidrogen bertekanan yang akan digunakan merupakan gas hidrogen yang tidak mengandung sulfur (S), karbon dioksida (CO2), dan ammonia (NH3). Sedangkan katalis logam yang akan dipakai merupakan atom logam reaktif yang mempunyai aktivitas yang lama dan selektivitas tinggi, serta dengan mudah difiltrasi. Katalis logam yang banyak dipakai adalah seng (Zn) atau tembaga (Cu).
Pada tahap akhir dari proses hidrogenasi maka akan didapatkan produk berupa minyak yang telah terhidrogenasi dan zat yang terdiri dari stiffened fat molecules. Sedangkan untuk plastisitas, sifat ini akan muncul sebagai akibat dari molekul jenuh didalam minyak yang sudah terhidrogenasi bisa menyebabkan minyak menjadi lebih stabil. Hal ini memiliki pengertian bahwa minyak menjadi tidak mudah serta tidak cepat memisah dan rusak seperti yang lazim terjadi pada minyak tidak jenuh.
Untuk hasil akhir produk yang akan didapat bisa berbentuk minyak yang terhidrogenasi secara sempurna atau hanya sebagian saja minyak yang terhidrogenasi. Namun pada umumnya pada proses produksi shortening, produk akhir yang diinginkan oleh pembuat adalah minyak yang telah terhidrogenasi dengan sempurna. Minyak yang sudah melalui proses hidrogenasi akan mempunyai fase padatan atau semi-solid saat berada dalam suhu kamar serta memiliki umur untuk disimpan yang relatif lebih panjang.
Proses hidrogenasi batch
Untuk peralatan yang dibutuhkan pada proses hidrogenasi batch biasanya dipasang menggunakan instrumentasi yang sangat lengkap dan ditanam sistem kontrol yang baik. Pada umumnya, peralatan untuk hidrogenasi terbuat menggunakan bahan stainless steel yang higienis dan tahan terhadap tekanan. Selain vessel yang mempunyai fungsi sebagai reaktor dalam proses hidrogenasi, bagian utama lain yang wajib tersedia yaitu sistem pemanas dengan pendingin reaktor, kompresor hidrogen, filter dan pompa cairan. Volume minyak yang bisa diproses dalam sekali batch-nya bervariasi, tergantung pada design alat yang digunakan.
Proses hidrogenasi menggunakan peralatan hidrogenasi batch diawali dengan memasukkan campuran minyak alami dan katalis logam (selanjutnya disebut campuran umpan) ke dalam reaktor proses hidrogenasi. Lalu kemudian reaktor beserta campuran umpan dipanaskan sampai mencapai suhu reaksi atau suhu tertentu dengan menggunakan uap panas yang disalurkan melalui kumparan kontrol temperatur. Saat suhu reaksi sudah tercapai, maka hidrogen yang bertekanan dimasukkan ke dalam reaktor.
Dengan demikian, terjadilah proses hidrogenasi di dalam reaktor tersebut. Selama berlangsung reaksi hidrogenasi, suhu dan tekanan di dalam reaktor harus selalu dijaga supaya tetap dan stabil dengan menggunakan sistem kontrol yang sudah disediakan. Seperti contohnya, suhu dikontrol dengan mengalirkan air pendingin melalui pipa kumparan kontrol suhu yang tersedia pada reaktor. Jika tidak dijaga, suhu reaktor akan naik terus yang diakibatkan oleh reaksi hidrogenasi yang menghasilkan panas saat reaksi berlangsung.
Sementara reaksi sedang berlangsung, reaktor diaduk dengan menggunakan agitator turbin, yang digerakkan oleh motor pneumatik. Efektivitas agitasi dapat ditingkatkan dengan menggunakan beberapa baffle yang ditempatkan dibeberapa bagian reaktor. Selain dilengkapi dengan agitator dan baffle, alat untuk proses hidrogenasi juga dilengkapi menggunakan filter. Filter ini mempunyai fungsi sebagai alat pemisah antara katalis logam yang sudah tercampur dengan hasil akhir produk (minyak yang sudah terhidrogenasi). Filteraid sering digunakan untuk meningkatkan operasi ini.
Dalam proses hidrogenasi digunakan gas hidrogen yang bertekanan. Gas hidrogen sendiri merupakan flammable gas oleh karena itu dibutuhkan penanganan keselamatan / safety yang tinggi didalam menjalankan proses reaksi tersebut supaya proses dapat berjalan dengan lebih aman dan terhindar dari hal-hal yang tidak diinginkan. Sebuah peralatan proses hidrogenasi batch harus dipastikan bahwa seluruh komponennya berjalan dengan baik, terutama dibagian komponen-komponen listriknya supaya terhindar dari konsleting listrik. Selain itu juga, biasanya peralatan untuk memproses tersebut dibuat menggunakan bahan yang tahan terhadap api dan diletakkan didalam zona keamanan area satu.
Keuntungan dalam menjalankan proses hidrogenasi batch yaitu pengoperasian proses reaksi menjadi lebih praktis dan terkontrol serta fleksibilitas didalam menjalankan proses reaksi yang baik.
Sedangkan untuk kelemahan proses hidrogenasi batch adalah bahwa proses ini memiliki kapasitas produksi shortening yang rendah.
Proses hidrogenasi continuous
Secara umum peralatan yang digunakan untuk menjalankan proses hidrogenasi secara continuous hampir sama dengan peralatan yang digunakan untuk menjalankan proses hidrogenasi secara batch. Perbedaannya adalah apabila untuk yang proses hidrogenasi continuous peralatan prosesnya harus diintegrasikan dengan beberapa peralatan yang lain. Fungsi pengintegrasian alat-alat tersebut yakni :- Memastikan campuran umpan yang masuk ke dalam reaktor sudah sesuai dengan spesifikasi yang seharusnya sehingga maintenance terhadap proses reaksi dapat dilakukan dengan hanya beberapa kali dalam jangka waktu yang cukup lama.
- Dapat memastikan produk yang dihasilkan langsung dapat diproses lebih lanjut dalam proses pengolahan selanjutnya.
- Mengoptimalkan pemakaian sumber daya yang digunakan dalam proses.
Proses hidrogenasi secara continuous memiliki keuntungan yaitu :
- Memiliki kapasitas produksi shortening yang lebih tinggi dibandingkan dengan proses secara batch.
- Efisien dalam penggunaan energi.
- Penggunaan sumber daya yang lain bisa ditingkatkan dengan recycle.
- Biaya produksi shortening yang dibutuhkan lebih murah.
Sedangkan proses hidrogenasi secara continuous mempunyai kelemahan yaitu :
- Fleksibilitas dalam pengoperasian rendah.
- Pengoperasian proses reaksi lebih kompleks.
- Membutuhkan sistem kontrol yang mumpuni dan mahal.
Melt Oil / Fat
Setelah proses hidrogenasi dilewati, minyak dan atau lemak baik nabati maupun hewani akan dikonversi menjadi minyak menggunakan fase semi padat dengan suhu kamar atau dikonversi ke minyak dengan tingkat plastisitas tertentu. Hasil produksi shortening pasca proses hidrogenasi ini mempunyai umur penyimpanan yang lebih baik dan bersifat lebih stabil sebab mempunyai ketahanan yang lebih terhadap oksidasi. Hal ini bisa terjadi karena perubahan asam lemak tidak jenuh didalam minyak menjadi asam lemak jenuh melalui penghilangan ikatan rangkap didalam asam lemak tidak jenuh.
Didalam proses produksi shortening, minyak dan atau lemak yang sudah berada pada fase semi padat akan diproses lebih jauh menjadi melt oil atau fat (lelehan minyak dan atau lemak). Pengambilan sumber minyak dan atau lemak untuk bahan dasar produksi shortening bermacam-macam, biasanya banyak digunakan minyak yang berasal dari tanaman, seperti minyak biji kapas, minyak sawit (olein dan stearin), minyak kacang kedelai dan beberapa jenis lemak dari hewan. Produksi shortening ini biasanya dibuat dari satu jenis minyak dan atau lemak saja atau dapat juga diproduksi shortening dari berbagai variasi campuran jenis minyak dan atau lemak. Hal tersebut diatas sangat tergantung pada jenis shortening dan fungsi yang ingin dihasilkan dan aplikasi produksi shortening terhadap suatu produk pangan tertentu.
Trigliserida sebagai penyusun utama minyak dan atau lemak biasanya tersusun atas tiga bentuk kristal utama, yaitu bentuk alfa, beta, dan beta prime. Untuk bentuk kristal beta adalah bentuk kristal yang paling stabil diantara ketiga bentuk tersebut serta berukuran cukup besar dan kasar. Sebaliknya untuk kristal beta prime mempunyai ukuran lebih kecil dan halus dibandingkan dengan kristal beta.
Dalam proses produksi shortening ini, bentuk kristal beta prime adalah bentuk kristal yang paling diinginkan untuk aplikasi produksi shortening. Bentuk kristal beta prime ini akan menciptakan hasil akhir produksi shortening yang lebih halus, aerasi yang baik, dan juga memiliki sifat pembentuk krim yang baik. Sangat kontras dengan beta prime, bentuk kristal beta yang mempunyai berukuran lebih besar dan kasar akan memberikan hasil akhir produksi shortening dengan granula berukuran besar serta aerasi yang relatif kurang bagus.
Oleh sebab hal inilah seringkali berbagai jenis variasi minyak dan atau lemak dicampurkan untuk menghasilkan bentuk kristal beta prime. Bentuk kristal beta prime sering kali ditemukan pada jenis minyak sawit atau jenis minyak yang banyak mengandung asam lemak palmitat, contohnya minyak biji kapas. Jenis minyak yang lain, seperti lemak kakao serta minyak kacang kedelai, cenderung lebih memiliki bentuk kristal beta.
Dalam upaya untuk mendapatkan campuran antara minyak dan atau lemak yang menghasilkan hasil produksi shortening dengan kualitas baik mengwajibkan dilakukannya proses pelelehan minyak dan atau lemak. Hal seperti diatas disebabkan karena tidak semua jenis minyak dan atau lemak berada dalam fase cair saat berada dikondisi suhu ruangan. Proses melelehnya minyak dan atau lemak diperlukan juga untuk memudahkan proses berikutnya, yaitu proses pencampuran (blend) dimana fase cair sangat diperlukan untuk memperoleh campuran yang lebih homogen. Apabila minyak sawit yang digunakan sebagai bahan utama dalam produksi shortening, proses pelelehan tersebut berfungsi untuk melelehkan fase padat (stearin) dari minyak sawit tersebut. Untuk lebih memastikan minyak dan atau lemak yang dicampurkan dalam pembuatan produk shortening sudah meleleh, proses pelelehan ini dilakukan pada suhu 70°C.
Blending
Proses pelelehan dari suatu jenis minyak dan atau lemak maupun berbagai jenis campuran minyak dan atau lemak akan selalu diikuti proses selanjutnya, yaitu blending atau pencampuran. Yang dimaksud dengan blending adalah pencampuran dari satu jenis atau lebih minyak dan atau lemak serta pencampuran beberapa aditif yang lainnya, seperti plastisizer, emulsifier, dan antioksidan. Setiap jenis bahan yang ditambahkan merupakan bahan yang bisa larut di dalam minyak dan atau lemak. Biasanya bahan ini ditambahkan dalam jumlah yang sedikit atau kecil. Penambahan jenis bahan aditif di atas tergantung pada kebutuhan atau untuk tujuan apa diaplikasikan pada proses produksi shortening dan hal ini bukan merupakan sesuatu yang wajib dilakukan karena biasanya produksi shortening secara keseluruhan hanya terbentuk dari minyak dan atau lemak.
Salah satu jenis aditif yang cukup sering dipakai adalah emulsifier. Emulsifier yang merupakan bahan aditif dapat ditambahkan berkisar antara 1% – 2% dari jumlah total produksi shortening yang akan diproduksi. Biasanya untuk penambahan emulsifier ini akan digunakan pada saat produksi shortening yang lebih fluid atau bisa dikatakan memiliki kadar padatan yang rendah, yakni lebih kurang 25% – 30%. Untuk memproduksi shortening jenis ini, jumlah dari emulsifier yang akan ditambahkan bisa mencapai 10% dari total jumlah produksi shortening yang akan dibuat.
Sedangkan untuk proses pencampurannya dilakukan secara batch didalam tangki pencampuran, namun dengan menggunakan proses pengadukan yang kontinu. Proses pencampuran ini biasanya dilakukan dengan rentang suhu antara 50°C – 55°C. Pencampuran dilakukan sampai seluruh bahan beserta minyak dan atau lemak tercampur secara homogen.
Untuk proses yang lebih efisiens, biasanya proses pelelehan minyak dan atau lemak serta proses pencampuran dilakukan dalam satu alat yang sama, seperti yang terlihat dalam diagram alir proses produksi shortening yang ada pada gambar di bawah ini.
Untuk nomor 1 pada diagram alir proses diatas adalah peralatan oil blend tank, dimana campuran minyak dan atau lemak akan ditambahkan dan selanjutnya dicampur sekaligus dilelehkan pada suhu kondisi yang sesuai. Setelah minyak dan atau lemak dan beberapa bahan aditif yang perlu ditambahkan sudah tercampur secara homogen, maka minyak dan atau lemak kemudian dialirkan menuju proses selanjutnya, yaitu proses pre-kristalisasi dan proses kristalisasi.
Berikut ini adalah beberapa formula yang digunakan dalam pencampuran minyak dan atau lemak untuk memproduksi shortening dengan plastisitas yang bagus. Sedangkan pada tabel yang disajikan di bawah menunjukkan beberapa formulasi proses produksi shortening yang bebas lemak trans dan hasil baking test terhadap roti yang menggunakan masing-masing formula shortening.
Prekristalisasi dan Kristalisasi
Kristalisasi minyak dan atau lemak pada dasarnya merupakan proses pendinginan suatu minyak dan atau lemak hingga mencapai suhu tertentu dimana akan terbentuk kristal. Kecepatan dalam pengaduk pada waktu kristal mulai terbentuk perlu diatur sehingga jangan terlalu lambat maupun terlalu cepat. Apabila pengadukan terlalu pelan akan membuat proses pendinginan tidak merata sehingga area atau daerah sekitar dinding pendinginan dari alat kristalisasi tersebut akan terjadi atau menghasilkan pembentukan kristal yang berlebihan.
Sedangkan daerah di sekitar pusat tabung kristalisasi, kristal akan kurang bisa berkembang dengan baik. Untuk daya kecepatan putaran pengadukan yakni sebesar 30 rpm dan 15 rpm. Biasanya untuk daya per unit volume dengan kecepatan putar 30 rpm digunakan dalam produksi shortening dalam skala besar, sedangkan untuk kecepatan putar 15 rpm digunakan untuk skala kecil atau laboratorium (Jatmika dan Guritno, 1996).
Ukuran kristal
Apabila suhu dinaikkan, minyak dan atau lemak akan menghambat gerakan molekul dan menghalangi terbentuknya kristal, akan tapi apabila suhu diturunkan maka akan terbentuklah kristal. Minyak dan atau lemak akan mulai mengkristal diawali dari fase cair saat berbentuk α lalu diikuti perubahan bentuk ke ß’ yang kemudian masuk ke bentuk intermediat atau modifikasi ß yang akan membentuk polimorf tinggi. ß’ kristal yang berukuran kecil seragam akan memproduksi shortening yang memiliki tesktur halus, plastisitas, resisten terhadap panas serta sifat creaming yang bagus. Kristal ß akan memproduksi shortening yang memiliki tesktur kasar serta sifat baking yang buruk, akan tetapi sangat baik untuk minyak goreng dan pie crust.
Tipe kristal ditentukan oleh proses plastisisasi dan tempering. Kristal yang telah terbentuk akan bersifat irreversibel dan juga stabil. Penurunan tingkat polimorf dapat diperoleh dengan melelehkan produk atau dengan mengulang kembali prosesnya. Tipe kristal akan sangat mempengaruhi tekstur serta sifat fungsional dari produk, seperti : konstanta dielektrik, melting point, kelarutan dan panas spesifik. Lattice atau kisi-kisi dari kristal tersebut akan terbentuk pada saat molekul-molekul padatan saling berdekatan untuk membentuk kristal yang stabil, oleh karena itu molekul-molekul ini harus berada di jarak yang sangat berdekatan satu sama lain.
Supercooling
Jenis karakteristik supercooling dari sebuah trigliserida merupakan faktor yang sangat kritis pada plastisisasi suatu minyak dan atau lemak. Lemak masih bisa mempertahankan bentuk cairnya apabila didinginkan dibawah titik lelehnya (solidifikasi sera plastisisasi harus dikontrol). Derajat dari supercooling dan temperatur supercooling sebuah produk akan menentukan suhu penanganan sebuah produk. Supercooling akan sangat mempengaruhi konsistensi dan titik leleh dari suatu produk yang disolidifikasi. Solidifikasi lemak yang melewati proses supercooling akan menciptakan produk yang plastis (daya olesnya rendah) dan keras. Fenomena ini bisa dicegah dengan melakukan pengadukan.
Karakteristik dari lemak yaitu mempunyai sifat plastis (mudah diempukkan, dibentuk atau dicetak) serta memiliki bentuk padat, biasanya bisa dilunakkan dengan menggunakan cara pencampuran dengan udara. Lemak yang mempunyai sifat plastis mengandung kristal gliserida yang rapat atau padat serta mengandung sebagian trigliserida cair. Jika lemak didinginkan maka panasnya akan hilang sehingga dapat memperlambat gerakan molekul-molekul dari asam lemak yang dikandung didalam trigliserida yang ada didalam lemak, maka molekul-molekul asam lemak tersebut akan saling tarik menarik dikarenakan jarak antar molekul lebih kecil dan saling ikat-mengikat antara trigliserida yang satu dengan trigliserida yang lainnya dan selanjutnya akan membentuk kristal.
Berbicara mengenai gaya tarik menarik molekul dengan molekul yang lainnya sering disebut dengan gaya Van Der Walls yang mengakibatkan asam lemak yakni asam lemak yang dikandung dalam molekul lemak tersebut akan tersusun berjajar dan saling tumpuk-menumpuk dan akan saling berikatan membentuk kristal.
Kristal lemak sebenarnya memiliki bentuk polimer α (bentuk yang relatif tidak stabil), ß (kristal yang lebih stabil), ß’ (intermediet / relatif stabil). Bentuk dari polimer khas yang dipunyai oleh asam lemak bergantung dari kondisi saat terbentuknya kristal, perlakuan terhadap lemak sesudah kristalisasi serta komponen-komponen pembentuk asam lemak tersebut. Ketika trigliserida yang tersusun dari satu jenis asam lemak dileburkan atau dilelehkan lalu didinginkan secara mendadak atau cepat, lemak akan memadat saat titik leleh mencapai suhu terendah.
Kristal yang terbentuk tersebut disebut kristal α. Apabila trigliserida dipanaskan kembali lalu meleleh, dan suhu kita dijaga diatas titik lelehnya, maka lemak akan kembali memadat serta membentuk kristal ß’. Dengan menerapkan cara yang sama kristal ß yang stabil dapat kita peroleh.
Kristal ß mempunyai titik leleh yang paling tinggi. Untuk memproduksi shortening maka lemak harus dikristalkan dalam bentuk ß’. Lemak yang memiliki kecenderungan berubah menjadi bentuk ß, namun demikian apabila bisa memproduksi shortening atau margarine akan berbentuk kasar dan berbutir-butir. Untuk perbedaan antara shortening dan margarine, anda bisa baca dalam artikel dengan judul : Perbedaan Shortening dan Margarine Dalam Pembuatan Kue Basah Dan Kue Kering.
Perbandingan bahan-bahan padat yang terkandung di dalam lemak berperan sangat penting didalam menentukan sifat fisik dari suatu produk. Pemadatan lemak lebih bergantung pada kandungan kristal yang dimiliki, ukuran serta bentuk dari kristal, serta polimorfisme. Polimorfisme adalah adanya bentuk kristal yang lebih dari satu, hal ini terjadi dikarenakan pola susun molekul yang berlainan yang ada didalam kristal lemak. Gejala polimorfisme bisa dikenali dengan terbentuknya kristal yang mempunyai titik leleh rendah sehingga menyebabkan terjadinya perubahan bentuk yang mempunyai titik leleh lebih tinggi, seperti beberapa macam lemak berbentuk kristal ß’ yang lebih stabil namun didalamnya, lemak lain yang berasal dari kristal ß’ akan berubah bentuk menjadi intermediet dan akhirnya akan berubah lagi menjadi bentuk ß yang besar-besar.
Polimorfisme dan struktur kristal
Lemak akan mengeras dalam wujud lebih dari satu macam atau jenis kristal. Untuk trigliserida menunjukkan ada tiga jenis kristal utama yakni α, ß dan ß’, dengan ditandai dengan naiknya tingkat derajat stabilitas serta titik leleh. Konfirmasi dari molekul dan packing didalam kristal dari masing-masing polimorf telah dilaporkan. Dengan bentuk α, sumbu dari rantai asam lemak milik trigliserida berorientasi secara random dan bentuk α yang memperlihatkan kebebasan gerak dari molekul dengan struktur heksagonal subcell.
Bentuk ß dan bentuk ß’ merupakan sebuah rantai konformasi yang diperpanjang dengan triklinik serta ortorombik struktur subcell masing-masing. Pada suatu sumbu dari rantai asam lemak yang berbentuk ß’ malahan bisa berorientasi sebaliknya, sedangkan saat mempunyai bentuk ß semua sumbu dari rantai asam lemak bisa berorientasi sejalur atau dalam satu jalan. Kristal dari bentuk α merupakan kristal yang masih rapuh dengan ukuran sekitar 5 µm dan kiristal α tersebut butuh suhu yang cukup rendah untuk eksis. Kristal ß’ adalah jarum kecil dengan ukuran panjang jarang lebih dari 1 µm.
Kristal ß besar dan kasar, ukuran dari kristal ß’ ini diantara 25 – 50 µm serta bisa tumbuh sampai lebih dari 100 µm selama periode penyimpanan produk diperpanjang. Bentuk kristal ß bertanggung jawab atas suatu kegagalan dari kualitas produk di margarin yang menjadi “berpasir” dan “kasar”. Didalam kasus yang cukup berat ini bisa mengakibatkan terpisahnnya minyak yang biasanya digambarkan menggunakan istilah oiling out. Suhu saat penyimpanan yang terlalu tinggi, formulasi campuran minyak yang tidak standar maupun kondisi saat pemrosesan sangat mendukung kegagalan produk ini.
Didalam pemadatan atau sering disebut juga solidifikasi pada saat memproduksi shortening, banyak pabrik modern yang menggunakan votator. Dalam proses ini, lemak yang meleleh akan disuplai melalui tangki penyimpanan ke pompa positive-displacement serta tekanan dipaksa menuju di bawah 300 psi melalui bagian pertama dari sistem pendingin kontinyu. Gas inert, udara, atau nitrogen serta gas yang lainnya dimasukkan ke dalam produk lalu dicampurkan ke sisi pompa untuk mengisap.
Lemak cair tersebut dipaksa melalui precooler yang mana suhunya sudah berkurang menjadi sedikit diatas titik solidifikasi, misalnya pada 110°F – 115°F, lalu kemudian dipaksa lagi melalui satu atau lebih silinder dingin yang dikenal sebagai votator A-Unit. Dalam votator A-Unit suhu mulai berkurang menjadi sekitar 65°F – 75°F. Pendinginan berlangsung secara cepat sehingga lemak meninggalkan A-Unit yang supercooled. Kristalisasi akan terjadi di fluid mass pada waktu tahapan nukleasi oleh kristal yang sudah mulai terkikis di dinding votator silinder. Massa ternukleasi ini lalu dimasukkan ke pemanas silinder yang besar untuk selanjutnya dikristalisasi lebih lanjut. Biasanya silinder ini disebut B-Unit dan ditempatkan sejajar dengan A-Unit yang menyediakan agitator yang akan membuat konten pada suhu agitasi.
Walaupun begitu, di beberapa pembentukan kisi kristal dalam produk yang sudah jadi dianggap perlu supaya produk tersebut memiliki wujud dan bentuk sesuai dengan keinginan. Secara teoritis, pembentukan dari kisi tersebut bisa benar-benar dicegah dengan cara mengikuti alur prosedur yang sudah ada selama waktu tunda di B-Unit. Dengan demikian proses tersebut dapat menghasilkan formasi kristal tunggal yang saling terikat oleh minyak cair. Produk ini selanjutnya akan mencapai tingkat kekenyalan yang maksimal dan akan menjadi lebih pekat atau kental.
Proses yang dilakukan dalam B-Unit seyogyanya dikontrol dengan hati-hati untuk menyiapkan sebuah produk yang memiliki ketahanan terhadap proses tempering yang panjang, sehingga akan tercapai bentuk yang diinginkan. Produksi shortening yang dihasilkan B-Unit tersebut diambil oleh pompa roda gigi nomor dua yang akan memberikan gaya tekanan hingga 300-400 pounds melalui katup untuk mendapatkan produk yang homogen dan sebuah Packet Filler. Shortening yang sudah terpaket tersebut setelah itu didimasukkan dalam proses tempering.
Dengan alur proses demikian, waktu dan ruangan dapat lebih dihemat serta produk dapat segera dikirimkan kepada konsumen (biasanya sekitar satu hari setelah dipaketkan). Tujuan lain dari penemuan ini yaitu untuk menyediakan sebuah metode yang sudah dikembangkan untuk mengontrol kristalisasi dalam suatu proses manufaktur untuk memproduksi shortening. Dengan demikian sebuah produk yang memiliki tingkat kekentalan akhir yang diharapkan mungkin akan lebih mudah diperoleh. Sedangkan untuk tujuan kedepan dari penemuan ini yaitu menyediakan suatu proses manufaktur untuk memproduksi shortening yang ada dalam temperatur ruangan serta memiliki sedikit perubahan suhu setelah dipaketkan.
Berdasarkan dari proses ditemuankannya, setelah pengenalan dengan udara atau gas inert, serta precooling dengan suhu di atas titik pengkristalan dan juga sebelumnya untuk pengenalan Voltator A-Unit, yang menjadi satu dengan recycle stream yang dapat bekerja dengan cara mekanis, serta berbentuk produk yang telah terkristalisasi, B-Unit dapat kita katakan bahwa temperatur dari feed stream tersebut bisa dikurangi sampai dengan dibawah seeding point serta stream tersebut mempunyai inti berwujud kristal keras yang sangat banyak. Stream campuran adalah pencampuran Voltator A-Unit dengan minyak yang sudah masuk di supercooled sedikit sejak proses kristalisasi selesai secara terpisah sebelum memasuki unit ini.
Slurry meninggalkan A-Unit pada suhu sekitar 70°F seperti pada proses konvensional. Walau bagaimana pun juga, ada menyisakan sedikit panas tersembunyi didalam slurry sejak dimulai proses kristalisasi, pada titik ini proses tersebut hampir selesai. Slurry dapat mencapai B-Unit, dengan demikian proses dari kristalisasi sudah selesai secara menyeluruh, tetapi temperatur produk dapat meningkat selama pelepasan suhu panas laten di dalam unit ini, jumlahnya relatif kecil yakni lebih kurang 5°F.
Beberapa bagian stream dari B-Unit dipaksakan masuk melewati katup, Packet Filler, dan beberapa bagian-bagian yang lain dari stream B-Unit lalu akan langsung dialihkan kembali menuju recycle stream untuk proses pencampuran dengan feed stream sebelumnya yang kemudian dikirim menuju Votator A-Unit. Produk yang sudah dipaketkan tersebut akan mencapai kekentalan akhir dalam waktu yang sangat singkat karena stabil serta kristal yang kuat secara mekanik sudah dimasukkan sebelumnya.
Secara ringkas, shortening akan diproduksi dalam votator atau kombinator. Campuran minyak pertama-tama dilelehkan lalu diumpankan ke dalam scraped-surface heat exchanger (A-Unit) di mana minyak sangat dingin (supercooled) yaitu dengan suhu 17°C – 28°C dan sebagian mengkristal. Selama campuran mengkristal, viskositasnya pun meningkat. Bubur atau Mush tersebut akan melewati agitator (B-Unit) di mana proses kristalisasi selesai. Kristalisasi akan dilanjutkan dengan B-Unit di mana suhu bergantung pada temperatur saat rekristalisasi. Plastik setengah cair akan terbentuk dan diekstrusi ke dalam unit packaging.
Kristalisasi pada bentuk ß prime (ß’)
ß’ merupakan bentuk kristal yang diharapkan ada didalam suatu proses produksi shortening karena bisa meningkatkan plastisitas. Hal ini juga akan meng-imobilisasi sebagian besar minyak cair, yang jika terbebas akan membuat produk menjadi melempem. Palm stearin dan palm oil memiliki sifat stabilitas yang sangat tinggi saat berbentuk ß’ dibandingkan minyak tumbuhan yang lainnya.
Diagram alir untuk proses kristalisasi pada saat proses produksi shortening misalnya adalah sebagai berikut :
Tempering
Proses tempering diperlukan untuk memperoleh tekstur dari hasil akhir dalam suatu proses produksi shortening yang cukup baik yaitu tekstur yang tidak mudah meleleh saat perubahan suhu. Terutama saat temperatur ketika produk mulai keluar dari gudang penyimpanan sampai dengan pendistribusian hingga ke tangan konsumen. Metode yang ada saat ini adalah dengan melakukan tempering di suhu 75°F – 85°F selama 24 jam atau lebih. Hal ini ditujukan agar mendapatkan tekstur shortening yang baik (tidak mudah meleleh pada temperature pemakaian). Optimasi temperatur tempering serta waktu yang dibutuhkan untuk tempering merupakan proses yang perlu dicermati didalam produksi shortening.
Perlakuan yang hingga saat ini masih dilakukan oleh suatu industri adalah untuk menciptakan campuran trigliserida cair bisa membeku dengan cepat di bawah titik beku suatu lemak. Proses ini dijalankan didalam Votator unit. Didalam votator unit, lemak cair akan dipompa melewati suatu tubes atau tabung dingin yang dilengkapi dengan internal rotating blades untuk menghomogenasikan minyak dan lapisan lemak padat yang terbentuk. Selanjutnya lemak dingin (supercooled fat) akan dialirkan untuk dikristalisasi dengan menggunakan reaktor beragitator.
Dalam votator unit akan terjadi kristalisasi sebagian lalu akan diteruskan menjadi kristalisasi lanjutan di B-Unit. Kristalisasi lanjutan di B-Unit dilaksanakan hingga tercapai titik kristalisasi maksimum yang bisa dicapai suatu bahan. Setelah titik kristalisasi maksimum tercapai, akan terjadi suatu perubahan fisik pada bahan tersebut yaitu dengan terbentuknya ikatan kohesif diantara kristal-kristal dalam bahan tersebut atau yang lebih dikenal dengan proses transformasi polimorfisme.
Tempering menjadi suatu tahap yang sangat penting. Tanpa proses tempering, suatu produksi shortening yang akan dibuat tidak akan bisa mencapai nilai standard viskositas, creaming volume, serta ketahanan terhadap suhu ambient. Sampai saat ini belum diketahui secara pasti faktor apa saja yang bisa mempengaruhi suatu proses tempering dalam tahapan produksi shortening. Akan tetapi, beberapa ahli mengasumsikan bahwa memproduksi shortening harus melalui tahapan proses tempering dalam hitungan waktu yang cukup lama untuk mendapatkan kualitas produk yang baik. Oleh karena itu, sebelum hasil akhir suatu produksi shortening dikemas harus melalui proses ditempering didalam ruangan khusus selama lebih kurang 48 jam agar dapat dijaga kualitas produknya.
Perlu diketahui juga bahwa beberapa ahli menemukan bahwa dengan melakukan optimasi pada saat proses tempering dengan menjalankan proses pendinginan pada trigliserida cair agar supaya proses kristalisasi dapat berjalan dengan cepat, kemudian trigliserida cair harus dipanaskan secara bersama-sama dengan melakukan pemanasan secara mendadak dan cepat. Dengan melakukan proses ini, polimorfisme trigliserida akan berjalan dengan lebih baik dikarenakan setiap bentuk akhir dari kristal yang telah terbentuk hanya perlu melakukan pemanasan trigliserida saja dengan waktu yang tidak terlalu lama.
Untuk beberapa macam trigliserida, proses tahap tempering bisa dihilangkan. Proses tempering ini dapat diganti dengan pemanasan di bawah titik kristalisasi molekul trigliserida. Pemanasan ini dilakukan didalam reaktor yang tidak memiliki pengaduk supaya tidak menganggu jalannya proses pembentukan kristal itu sendiri.
Dalam paragraf ini akan dibahas lebih lanjut tentang pembentukan lapisan tipis trigliserida untuk menjaga kristal dalam kondisi kesetimbangan temperatur dan menaikkan suhu kristalisasi dengan dielectric heating untuk menjaga keseragaman kristal yang terbentuk. Untuk perbaikan jenis kristal yang telah dibentuk, pertama triglisrida akan dibuat cair terlebih dahulu. Kemudian dinginkan tepat pada suhu kristalisasi mulai. Kemudian panaskan lagi trigliserida agar tercipta kondisi yang seragam.Pada industri, pendinginan ini dilakukan dalam unit Votator hingga suhu 60°F – 65°F, sementara pemanasan dilakukan dalam B-Unit hingga suhu 75°F – 85°F
Shipment
Permintaan akan produk shortening semakin hari semakin bertambah. Oleh sebab itu dibutuhkan proses pengemasan yang bisa memastikan kualitas hasil produksi shortening tetap terjaga bahkan sampai ke tangan konsumen walaupun konsumen tersebut berada di luar negeri. Untuk waktu pengiriman produk juga harusmendapat perhatian, terutama tanggal kadaluarsa dari produk shortening, sehingga ketika produk berada di tangan konsumen bisa dipastikan bahwa produk tersebut masih dalam batas aman untuk dikonsumsi.
Untuk saat ini hasil akhir produksi shortening lebih sering dikirim menggunakan packaging yang disesuaikan dengan kebutuhan, ukuran karton yang berkapasitas 10 kg, 15 kg, 20 kg, maupun kemasan dalam kaleng yang dapat menjaga lebih lama kualitas produk. Ada beberapa perusahaan yang salah satu bagiannya bergerak dalam bidang jasa khusus untuk packing atau pengepakan yang bisa disesuai dengan standar kebutuhan konsumen. Hal ini sudah dilakukan oleh Marina Palm Oil Shortening, Saratoga Farms Shortening serta ICC Group Indonesia.
Demikian pembahasan mengenai proses produksi shortening mulai dari bahan baku yang digunakan yaitu minyak dan atau lemak, proses hidrogenasi hingga tahapan shipment. Untuk lebih memahami tentang shortening, anda bisa membaca juga artikel tentang shortening lang lainnya pada link diatas paragraf ini.
