Emulsifikasi

Emulsifikasi tentunya berkaitan dengan emulsi, lalu sebenarnya apa yang dimaksud dengan emulsi? Saat SMA saya mendefinisikan emulsi sebagai salah satu sistem koloid di mana fase terdispersinya berupa cairan dan fase pendispersinya adalah cairan, jadi bisa dibilang yang dimaksud dengan emulsi adalah suatu cairan dalam cairan.

Sementara, definisi emulsi yang dijelaskan oleh dosen adalah suatu sistem dispersi di mana fase terdispersinya berupa zat cair dalam bentuk globul yang terdistribusi secara rata ke ke seluruh cairan pembawanya atau fase pendispersinya dan saling tidak bercampur. 

Oleh karena itulah, dalam hal ini, tujuan dari emulsifikasi adalah membentuk suatu emulsi yang stabil sehingga antara kedua cairan yang saling tidak bercampur tersebut dapat saling bercampur dengan adanya zat penstabil atau zat pengemulsi.

Zat pengemulsi ini biasa disebut sebagai emulgator. Mungkin dapat muncul pertanyaan begini, "Bagaimana bisa sebuah emulgator dapat menstabilkan suatu emulsi atau dengan kata lain dapat menyebabkan suatu zat cair yang tidak saling bercampur pada awalnya menjadi dapat bercampur dan dapat stabil pencampurannya?"

Untuk menjawab pertanyaan tersebut, dibuatlah suatu "Teori Emulsifikasi" yang dapat menjelaskan mengenai hal itu. Teori emulsifikasi ini dapat terbagi menjadi 2--berdasarkan buku panduan praktikum farmasi fisika yang saya miliki--yaitu "Teori Tegangan Permukaan" dan "Teori Oriented-Wedge".

Teori tegangan permukaan menjelaskan bahwa dalam hal ini, sebuah emulgator dapat membentuk emulsi dengan menurunkan tegangan permukaannya. Suatu emulsi dapat stabil secara termodinamika apabila energi bebasnya kecil atau sama dengan nol. Sementara kita tahu bahwa energi bebas merupakan perkalian antara tegangan permukaan dan luas permukaan. 

Sehingga apabila tegangan permukaannya yang diturunkan, maka dapat menurunkan pula energi bebasnya dan menghasilkan suatu emulsi yang stabil.

Selain itu, dengan adanya penurunan pada tegangan permukaan juga dapat mengurangi gaya tolak menolak antara kedua cairan yang saling tidak bercampur pada awalnya dan juga mengurangi gaya tarik menarik antara cairan yang sejenis sebagaimana kita tahu bahwa suatu emulsi pada awalnya merupakan campuran zat cair yang saling tidak bercampur karena kuatnya gaya kohesi (tarik menarik dengan cairan sejenis) dan juga lemahnya gaya adhesi (tarik menarik dengan zat cair yang berbeda yang dengan kata lain antara kedua zat cair, gaya tolak menolaknya besar) sehingga dengan demikian lebih mendorong kedua cairan untuk saling terpisah.

Kemudian Teori oriented wedge, berdasarkan definisi per katanya yang wedge artinya pengganjal atau penjepit maka berdasarkan pemahaman saya sendiri teori tersebut ingin menjelaskan peranan emulgator dalam pembentukan emulsi yang stabil dengan berperan sebagai suatu pengganjal atau penjepit. 

Dua cairan yang saling terpisah tersebut dengan adanya emulgator sebagai pengganjal atau penjepit akhirnya dapat saling menyatu. Kenapa emulgator tersebut bisa mengganjal atau menjepit kedua cairan yang saling berbeda sifatnya? Karena emulgator tersebut memilki kedua sifat tersebut. Sebagaimana kita tahu bahwa suatu emulsi yang terdiri dari dua cairan yang saling tidak bercampur, pada umumnya karena cairan yang satu bersifat hidrofilik sementara yang satunya lagi bersifat lipofilik. Oleh karena itulah dalam hal ini, emulgator tersebut dapat menjepit karena memiliki kedua sifat tersebut. Bagian dari emulgator yang bersifat hidrofilik akan memegang cairan yang bersifat hidrofilik sementara bagian lainnya dari emulgator yang bersifat lipofilik memengang cairan satunya lagi yang bersifat lipofilik.

Berdasarkan teori yang kedua ini, bisa diketahui bahwa suatu emulgator memiliki dua sifat yaitu hidrofilik dan lipofilik. Pada kenyataannya, distribusi kekuatan sifatnya tersebut tidak sama, hanya salah satu sifatnya saja yang akan lebih dominan. Ukuran dari keseimbangan antara sifat hidrofilik dan lipofilik ini ditetapkan dalam suatu ukuran yang disebut dengan HLB (Hidrofilik Lipofilik Balance). 

Dengan adanya HLB tersebut, oleh Griffin, diberikan suatu skala yang menetapkan bahwa nilai HLB yang kecil menunjukkan sifat emulgator yang lebih lipofilik sementara yang nilai HLBnya besar menunjukkan sifat hidrofiliknya yang lebih dominan.

Sebelumnya, perlu diketahui bahwa dalam emulsi ini, terdapat dua tipe, yaitu tipe A/M (Air dalam Minyak) dan tipe M/A (Minyak dalam Air). Yang menentukan suatu emulsi merupakan tipe A/M atau M/A adalah jumlah dari tiap-tiap zatnya. Untuk tipe A/M artinya jumlah air lebih sedikit dibandingkan minyak sehingga air berperan sebagai zat terdispersi (fase internalnya) dan minyak berperan sebagai zat pendispersi (fase eksternalnya), begitu juga sebaliknya, untuk tipe M/A, jumlah minyak sebagai zat terdispersi lebih sedikit dibandingkan dengan jumlah air sebagai zat pendispersinya. 

Selain jumlah zatnya, HLB suatu emulgator juga dapat mempengaruhi tipe emulsi. Apabila kita menginginkan untuk membuat emulsi tipe A/M maka kita harus menggunakan HLB yang sesuai yaitu yang memiliki sifat lipofilik yang lebih dominan yaitu yang antara 3-6. Sementara apabila kita menginginkan tipe emulsi M/A maka kita harus menggunakan HLB yang memiliki sifat hidrofilik yang lebih dominan yaitu yang antara 8-18. Jadi tergantung dari sifat zat cair pendispersinya yang jumlahnya lebih banyak, apabila yang jumlah pendispersinya lebih banyak adalah minyak (yang bersifat lipofilik) maka HLB yang digunakan haruslah yang sesuai dengan yang jumlahnya lebih banyak yaitu yang HLBnya kisaran lipofilik juga (3-6) begitu pula sebaliknya. Dengan kata lain, apabila tidak sesuai maka tipe emulsi yang diinginkan mungkin tidak dapat tercapai. Sekiranya pemahaman saya terkait yang satu ini begitu, apabila ternyata salah, saya mohon maaf. 

Dalam hal ini fungsi dari mengetahui harga HLB tiap emulgator adalah untuk mengetahui seberapa banyak emulgator yang dibutuhkan sebenarnya sampai pada harga HLB berapa hingga dapat membentuk emulsi yang optimal dan stabil. Tiap jenis minyak memiliki HLB butuhnya masing-masing, misalnya saja parrafin liquid, parrafin liquid memiliki HLB butuh 12, artinya untuk dapat membentuk suatu emulsi yang stabil dengan jenis minyak ini, perlu menggunakan emulgator dengan kisaran HLB demikian. Diketahuinya HLB butuh parrafin liquid adalah sebesar 12, ditentukan berdasarkan percobaan. HLB butuh ini juga tergantung dari tipe emulsi yang diinginkan, akan berbeda apabila kita ingin membuat emulsi dengan parrafin liquid tetapi tipe emulsinya M/A maka HLB butuhnya menjadi 5.

Berikut adalah macam-macam jenis minyak beserta harga HLB butuhnya:

Jadi sudah dapat diketahui bahwa dengan mengetahui HLB butuh tersebut, artinya emulgator yang ada, diharapkan memiliki HLB sesuai dengan HLB butuhnya. Namun kenyataannya, tidak ada emulgator yang benar-benar sesuai dengan HLB butuh tiap minyak, sehingga diperlukan adanya kombinasi antar tiap emulgator, meskipun demikian, justru dengan adanya kombinasi tersebut menyebabkan emulsi menjadi lebih stabil karena akan didapatkan lapisan film yang lebih rapat.

Berikut adalah beberapa macam jenis emulgator beserta harga HLBnya:

Mungkin muncul pertanyaan, "Baiklah kalau begitu, jika memang untuk bisa mendapatkan suatu emulsi yang stabil perlu menggunakan kombinasi emulgator yang akumulasi harganya sesuai dengan HLB butuh minyak, misalnya saja emulsi tersebut merupakan campuran antara air dengan minyak seperti parrafin liquid dan minyak jagung yang berdasarkan perhitungan dan pertimbangan besar bobotnya hingga akhirnya didapatkan HLB butuh minyaknya sebesar 10, apabila menggunakan kombinasi emulgator seperti span 80 yang HLBnya 4,3 dan tween 80 yang HLBnya 15, pastinya berapa kombinasi jumlah massa dari span 80 dan tween 80 yang dibutuhkan untuk membuat emulsi stabil yang demikian?"

Jawabannya bisa dilihat pada gambar di bawah ini, untuk mengetahui jumlah massa tiap jenis emulgatornya bisa kita gunakan rumus 1 dan rumus 2 (rumus silang).

Berdasarkan tampilan soal di atas, diketahui bahwa emulgator yang dibutuhkan sebesar 2%, artinya dengan jumlah emulsi yang diinginkannya adalah 100 gram, sementara ada keterangan da 70, maka jumlah emulgator = 2% x100 x 70/100 = 1,4 gram.

Jadi berdasarkan soal, dapat disimpulkan bahwa jumlah tween 80 yang dibutuhkan adalah sebanyak 0,75 gram, sementara jumlah span 80 yang dibutuhkan adalah sebanyak 0,65 gram.

Sebelumnya telah disebutkan bahwa suatu emulsi pada dasarnya merupakan sistem yang tidak stabil yang oleh karena adanya zat penstabil seperti emulgator tersebutlah pada akhirnya dapat membuat suatu emulsi yang stabil. Tetapi sebenarnya pada waktu tertentu dan pada jangka waktu yang berbeda-beda, suatu emulsi dapat kembali menjadi tidak stabil. Kenapa bisa menjadi tidak stabil? Bisa karena pengaruh dari lingkungan seperti suhu, pH, kelembapan, dan lain sebagainya yang mana dengan adanya pengaruh tersebut dapat mengakibatkan rusaknya film yang dibentuk oleh emulgator, dan apabila film tersebut rusak, tentunya emulsi stabil yang terbentuk bisa menjadi pecah atau rusak juga sehingga menjadi tidak stabil kembali.

Lalu bagaimana caranya mengetahui suatu emulsi sudah tidak stabil lagi? Dalam hal ini ada 2 fenomena yang dapat menjelaskan ketidakstabilan suatu emulsi. Kedua fenomena tersebut antara lain, fenomena ketidakstabilan yang ditujukan dengan film yang terbentuk oleh emulgator masih belum rusak dan fenomena ketidakstabilan dengan film yang sudah rusak.

Fenomena ketidakstabilan yang filmnya masih belum rusak terjadi akibat adanya energi bebas permukaan yang besar yang dengan untuk menurunkan energi bebas yang tidak diinginkan tersebut, maka emulsi berusaha untuk memperkecil luas permukaan yang mana sebelumnya telah diketahui bahwa apabila luas permukaan diturunkan, maka menurun pula energi bebas permukaannya (lihat kembali persamaan sebelumnya yang di atas). Untuk dapat menurunkan luas permukaan tersebut, maka antara globul zat terdispersi yang satu dan yang lainnya saling berdekatan hingga membentuk globul yang lebih besar. Pembentukan globul yang lebih besar ini disebut dengan flokukasi. Kemudian apabila pembentukan globul yang lebih besar tersebut terus berlanjut, maka dapat menyebabkan terbentuknya lapisan di bawah atau di atas emulsi, tergantung dengan massa jenisnya, apabila massa jenis globul besar yang membentuk lapisan tersebut lebih besar massa jenisnya dibandingkan dengan massa jenis zat pendispersinya maka lapisannya akan terbentuk di bawah, begitu juga sebaliknya. Peristiwa lanjutan dari flokulasi yang hingga dapat menyebabkan terbentuknya lapisan tersebut disebut dengan creaming. Apabila terbentuk fenomena ketidakstabilan creaming ini, ketika dikocok masih dapat membentuk emulsi yang stabil karena filmnya masih belum rusak.

Kemudian fenomena ketidakstabilan yang filmnya sudah rusak, hampir sama dengan sebelumnya, akan dapat terjadi koalesen, mirip dengan flokulasi, terbentuk pula globul-globul yang besar tetapi bedanya, koalesen ini terbentuk dengan film yang sudah rusak. Dan kelanjutan dari koalesen ini yaitu terbentuknya lapisan di bawah atau di atas permukaan disebut dengan demulsifikasi yang oleh pengocokan tidak dapat kembali membentuk emulsi karena filmnya sudah rusak.

Jadi sekali lagi, diingatkan bahwa peristiwa flokulasi, creaming, koalesen, dan demulsifikasi merupakan fenomena ketidakstabilan suatu emulsi.

Sekiranya hanya ini yang dapat saya sampaikan, kurang lebihnya mohon maaf. Semoga bermanfaat, terima kasih atas kunjungannya :D