Kimia Es Krim

Kimia Es Krim

Banyak dari kita yang suka sekali dengan es krim. Ada banyak varian rasa es krim dengan berbagai macam merk dan bentuk. Namun, apakah kita sudah benar-benar tahu apa es krim itu sebenarnya? zat kimia apa saja yang menyusunnya dan bagaimanakah cara kerjanya sehingga diperoleh tekstur es krim yang lembut dan nikmat.

Es krim adalah kombinasi dari udara, Kristal es, butiran lemak, dan sirup cair. Semuanya dikombinasikan untuk membentuk suatu koloid, sebuah larutan dengan partikel tidak larut sangat kecil yang tersuspensi di dalamnya. Gambar berikut menjelaskan komponen-komponen dari koloid es krim, dan beberapa molekul dan membentuk aroma es krim.

Selama pembekuan, sebagian besar air membeku menjadi es. Kristal es kecil dibutuhkan agar es krim halus. Pengadukan dan aerasi dilakukan pada waktu bersamaan karena pembekuan untuk membentuk gelembung udara kecil, distabilkan oleh lemak yang tak teremulsi. Udara menaikkan 30-50% volume akhir es krim. Gula membuat es krim berasa manis, dan menurunkan titik beku air, mengurangi kebutuhan es. Es krim yang lembut mengandung sedikit es.

Lemak penting untuk membuat es krim berbentuk krim. Protein dari susu membentuk membran di sekeliling droplet (butiran kecil) lemak, sehingga lemak lebih sulit untuk saling kontak. Pengemulsi dapat menggantikan fungsi beberapa protein susu pada permukaan droplet lemak. Selama es krim dibuat, beberapa lemak dalam bentuk droplet mengeras, dan lemak “jarum” yang terbentuk membantu droplet untuk menggerombol. Gerombolan ini, selama dengan protein susu, ikut membantu menstabilkan gelembung udara dalam eskrim.

Pewangi alami es krim mengandung sejumlah komponen aroma. Aroma juga dapat diperoleh secara buatan. Aroma vanila buatan diperoleh dari vanilin sederhana; aroma buatan lainnya lebih rumit. Komponen lain dapat digunakan sebagai menguat aroma – contoh tidak umum adalah skatole, juga ditemukan dalam tahi, namun memiliki aroma bunga pada konsentrasi rendah. Pewarna buatan dapat ditambahkan; anthocyanin dari tanaman adalah diantaranya.

Penstabil ditambahkan dalam jumlah kecil (~0,2%). Seringnya diekstrak dari tumbuhan, contoh yang banyak digunakan natrium alginate, garam natrium dari asam alginate, diekstrak dari rumput laut coklat. Natrium alginate adalah garam natrium dari asam alginate. Penstabil lain yang dapat diperoleh dari rumput laut adalah karaginan. Penstabil mengurangi laju pelelehan, menambah kelembutan, dan meningkatkan kekentalan es krim. Penggunaan beberapa penstabil dapat memberikan efek sinergis

Ref:

www.compoundchem.com

 Baca juga: Apa itu Pedas? Dibahas Dengan Pendekatan Ilmu Kimia

Nanopaper Transparan pada Aplikasi Solar Cell

Cellulose merupakan polimer alam yang banyak terdapat di bumi. Dalam kayu, rantai-rantai selulose bergabung membentuk serat primer. Beberapa serat primer selanjutnya bergabung membentuk serat mikro. Serat ini ternyata memiliki sifat yang unik. Beberapa penelitian dilakukan untuk mengoptimalkan sifat-sifat serat cellulose dalam ukuran nano yang dikenal dengan nanofibrillar cellulose atau NFC. Dikenal juga dengan cellulose nanofibril (CNF).

Salah satu keunggulan cellulose adalah sustainable sehingga dapat menjamin keberlanjutannya. Selain itu, dibandingkan dengan plastik yang berbasis petroleum, penggunaan cellulose akan lebih ramah lingkungan. Penelitian yang dilakukan oleh Prof. Liangbing Hu dari University of Maryland USA mendorong aplikasi NFC ini sebagai kertas transparan, kertas baterai ataupun komponen membrane pemisah minyak dan air.

Pada kertas yang disinari dengan cahaya. NFC memberikan sifat transparan pada kertas sedangkan MFC memberikan efek haze pada kertas. Semakin kecil ukuran serat (semakin nano) maka semakin transparan dan efek haze semakin berkurang, demikian juga sebaliknya. Sifat transparan kertas dapat diukur dari seberapa banyak kertas tersebut meneruskan cahaya atau dikenal dengan transmittance. Semakin transparan maka % transmittance akan semakin tinggi. Sedangkan efek haze adalah efek pembiasan cahaya karena adanya interferensi cahaya oleh struktur pori, diameter serat, perbedaan indeks bias dari serat [1] dan packing density [2]. Efek haze dapat dilihat pada Gambar 1 dan bentuk dari kertas transparan dapat dilihat pada Gambar 2 [1]. Karekter ini dapat dimanfaatkan pada pelapis solar cell yang membutuhkan transmittance tinggi sekaligus mampu menimbulkan efek haze.  Efek haze ini akan memberikan efisiensi cahaya yang lebih tinggi karena cahaya akan menyebar mengenai setiap permukaan solar cell [2]. Karena pada aplikasi solar cell diperlukan 5 transmittance dan efek haze yang keduanya tinggi maka perlu adanya optimasi atau rekayasa teknik agar kedua sifat itu dapat dimiliki.

Gambar 1 (a) transmittance cahaya dan (b) transmittance haze dari kertas transparan pada kandungan NFC dalam kertas yang berbeda-beda (100%, 80%, 50% 20% dan 0%); efek cahaya yang mengalami scattering dari substrate: (c) PET; (d) kertas transparan yang dibuat dari NFC murni; (e) kertas transparan yang mengandung 50% NFC; (f) kertas transparan tanpa NFC. Perlu dicatat bahwa diameter laser adalah 0,4 mm dan jarak antara kertas dan target sebesar 30 cm. Diameter maksimum dari lingkaran konsentris pada target adalah 14,5 cm [1]
Gambar 2 Foto dari kertas transparan yang dibuat dari MFC yang ditreatmen menggunakan TEMPO dan/atau NFC, dengan kandungan NFC sebesar (a) 100%, (b) 80%, (c) 50%, (d) 20%, dan (e) 0%, dan (f) kertas biasa [1]

Pada kertas yang dibuat dengan campuran NFC dan MFC yang ditreatment dengan TEMPO menunjukkan bahwa semakin tinggi kandungan NFC maka kertas akan semakin transparan namun efek haze yang ditimbulkan akan semakin rendah.  Fabrikasi NFC dan MFC (mikrofibrillar cellulose) yang telah ditreatment menggunakan TEMPO menunjukkan bahwa kertas transparan dengan kadar 100% MFC menunjukkan % transmittance (pada panjang gelombang lebih besar dari 400 nm) yang hampir sama dengan NFC (> 90%) namun % haze yang jauh berbeda (20% untuk NFC murni, 30% untuk kandungan NFC 80% dan 60% untuk tanpa NFC)[1]. Penelitian ini menunjukkan bahwa treatment TEMPO pada MFC akan meningkatkan efek transparan pada MFC namun masih memiliki sifat efek haze. Akan tetapi efek haze ini jauh lebih kecil dibandingkan dengan MFC tanpa treatmen TEMPO yaitu sekitar 80% [1].

Pada kertas hybride yang dibentuk dari MFC dan NFC dengan konsep bilayer menunjukkan besarnya transmittance yang hampir sama dengan PET. Akan tetapi, PET tidak memberikan efek haze sehingga kurang cocok untuk pelapis solar cell [3]. Konsep bilayer yaitu dengan membuat kertas berlapis, lapis pertama MFC dan lapis kedua NFC. Pada 60% NFC diperoleh % transmittance sekitar 80% (sama dengan PET) dan efek haze sekitar 70%. Rekayasa hybrid memberikan peningkatan optimasi peningkatan performa untuk aplikasi pelapis solar cell dengan % transmittance dan efek haze yang cukup tinggi.

Referensi:

[1] Fang, Z., Zhu, H., Bao, W., Preston, C., Liu, Z., Dai, J., Li, Y., Hu, L., Energy Environ. Sci., 2014, 7, 3313-3319 doi:10.1039/c4ee02236j

[2] Zhu, H., Parvinian, S., Preston, C., Vaaland, O., Ruan, Z., Hu, L., Nanoscale, 2013, 5, 3787-3792 doi:10.1039/c3nr00520h

[3] Fang, Z., Zhu, H., Preston, C., Han, X., Li, Y., Lee, S., Chai, X., Chen, G., Hu, L., J. Mater. Chem. C, 2013, 1, 6191-6197 doi:10.1039/c3tc31331j

Warna dan Energi dari Cahaya

Warna dan Energi dari Cahaya

Cahaya merupakan suatu gelombang elektromagnetik. Kita mampu melihat karena adanya cahaya. Mata kita akan menangkap cahaya yang masuk melalui retina dan memprosesnya di otak kita. Cahaya yang tertangkap oleh retina mata memiliki beberapa warna. Cahaya yang mampu dianalisa oleh otak ini selanjutnya disebut dengan cahaya tampak. Ada banyak jenis cahaya lain yang tidak tampak atau terlihat oleh mata kita. contoh cahaya ini adalah sinar ultraviolet, gelombang radio, microwave atau sinar X. perbedaan jenis cahaya ini berdasarkan pada panjang gelombang atau frekuensi dari cahaya. Panjang gelombang adalah panjang dari suatu gelombang untuk menyelesaikan satu lintasan bukit dan lembah seperti ditunjukkan pada Gambar 1.

satu panjang gelombang
Gambar 1. Satu panjang gelombang [1]

Sedangkan frekuensi adalah waktu yang diperlukan untuk mencapai satu panjang gelombang. Seperti kita ketahui, semua gelombang elektromagnetik berjalan dengan kecepatan yang sama yaitu mendekati 300000 km/detik, maka hubungan antara kecepatan, panjang gelombang dan frekuensi adalah

Gambar 2 menunjukkan jenis-jenis gelombang elektromagnetik berdasarkan urutan panjang gelombangnya dari yang paling pendek hingga yang paling panjang.

gelombang elektromagnetik
Gambar 2. Macam-macam gelombang elektromagnetik dari panjang gelombang paling pendek sampai panjang gelombang paling panjang

Dapat dilihat bahwa cahaya tampak hanyalah sebagian kecil dari gelombang elektromagnetik. Panjang gelombang terpendek adalah sinar X dan panjang gelombang terpanjang adalah gelombang radio.

Gelombang elektromagnetik telah banyak diaplikasikan dalam kehidupan sehari-hari mulai dari foto sinar X untuk mengetahui struktur tulang, memindahkan data menggunakan wi-fi, radio, televise alat-alat komunikasi hingga microwave yang ada di dapur kita.

Gelombang elektromagnetik memiliki energi yang berbeda-beda bergantung pada besar kecilnya frekuensi dari suatu gelombang. Semakin besar frekuensi akan semakin besar pula energi yang dimiliki. Demikian pula sebaliknya. Hubungan antara frekuensi dan energi dinyatakan oleh persamaan berikut

Dengan h adalah konstanta planck sebesar j/s dan f adalah frekuensi (1/s).
Suatu molekul dapat menyerap suatu gelombang cahaya tertentu yang digunakan untuk energi eksitasi elektronnya, gerakan vibrasi molekulnya dan gerakan berputar dari molekulnya. Molekul klorofil memiliki dua macam eksitasi elektron seperti yang ditunjukkan pada pembahasan sebelumnya. Pada Gambar 3 dapat dilihat bahwa eksitasi pertama klorofil adalah cahaya merah dan eksitasi kedua adalah cahaya biru. Eksitasi pertama membutuhkan energi yang lebih kecil karena elektron berpindah dengan perbedaan yang lebih kecil dibandingkan dengan eksitasi kedua. Semakin besar jarak eksitasi elektron akan semakin tinggi pula energi yang diserap.

eksitasi klorofil
Gambar 3. Eksitasi molekul klorofil
Referensi:

[1] slide presentasi kuliah online www.edx.org dengan university of Tokyo dengan topic “quantum mechanic of moleculs” pekan 1

[2] video kuliah online www.edx.org dengan university of Tokyo dengan topic “quantum mechanic of moleculs” pekan 1

Apa yang Menyebabkan Benda Berwarna?

Apa yang Menyebabkan Benda Berwarna?

Warna adalah daya tarik tersendiri. Pelangi, dedaunan saat musim gugur, dan bunga-bunga adalah salah satu contohnya. Bagaimanakah satu benda (daun misalkan) memiliki warna hijau sedangkan benda yang lain memiliki warna orange (wortel misalkan)? Jika dilihat dari struktur kimianya, daun berwarna hijau karena memiliki klorofil dan wortel berwarna orange karena memiliki beta karoten. Jika dilihat dari struktur molekulnya, beta karoten dan klorofil memiliki struktur molekul seperti pada Gambar 1.

struktur molekul beta karoten dan klorofil
Gambar 1. Struktur molekul beta karoten (a) dan klorofil (b)

Absorbansi beta karoten pada cahaya elektromagnetik ditunjukkan pada Gambar 2. Berdasarkan Gambar 2, maka didapatkan kalau beta karoten menyerap cahaya dengan panjang gelombang milik cahaya biru hingga hijau (450 nm). Karena panjang gelombang biru dan hijau yang diserap dan cahaya kuning hingga merah dipantulkan, maka beta karoten akan berwarna orange. Cahaya dengan warna kuning hingga merah inilah yang nantinya akan sampai kepada retina mata kita sehingga meyebabkan wortel berwarna orange.

absorbance beta karoten
Gambar 2. Diagram absorbansi beta karoten

Berbeda pada klorofil yang ditunjukkan pada gambar 3. Klorofil menyerap dua panjang gelombang yaitu biru, kuning dan merah serta meneruskan cahaya dengan panjang gelombang berwarna hijau. Panjang gelombang hijau inilah yang sampai ke retina mata sehingga menyebabkan daun yang mengandung klorofil berwarna hijau.

absorbance klorofil
Gambar 3. Diagram absorbansi klorofil

Bagaimana suatu molekul dapat menyerap gelombang cahaya merah, kuning atau hijau sangat berkaitan dengan struktur molekul dan ikatannya. Pembahasan mengenai pengaruh struktur molekul terhadap panjang gelombang yang diserap ini akan dibahas pada kesempatan berikutnya.

Ingin mengetahui lebih dalam bagaimana mata kita melihat warna? Berikut videonya

Lantas apakah mata kita hanya mampu melihat MeJiKuHiBiNiU? Berapa banyak jenis warna yang dapat mata kita bedakan? Jawabannya ada di video berikut

Referensi:

[1] slide presentasi kuliah online www.edx.org dengan university of Tokyo dengan topic “quantum mechanic of molecules” pekan 1

[2] video kuliah online www.edx.org dengan university of Tokyo dengan topic “quantum mechanic of molecules” pekan 1

Baca juga Mengapa Langit Berwarna Biru? Bukannya di Luar Angkasa itu Gelap?