Stabilitas oksidatif minyak di iklim tropis: bilangan iodin, peroksida, periode induksi, dan cara memperkirakan umur simpan

Memperkirakan ketengikan, bukan menunggunya

Pertanyaan yang paling sering sampai kepada kami dari formulator yang baru menaikkan skala produksinya selalu berbentuk sama: cara menguji ketengikan minyak bilangan peroksida itu bagaimana, dan angka berapa yang boleh dianggap aman. Pertanyaannya wajar, tetapi jawabannya tidak berupa satu angka. Bilangan peroksida hanyalah satu dari beberapa angka pada sertifikat analisis pemasok, dan tak satu pun dari angka-angka itu, sendirian, memberi tahu berapa lama produk jadi akan bertahan di rak toko. Yang mereka berikan adalah sesuatu yang lebih berguna: bahan untuk memperkirakan, sejak sebelum gram pertama ditimbang, seberapa rentan sebuah fase minyak terhadap oksidasi — dan karena itu, berapa besar upaya yang harus disiapkan untuk menahannya.

Bagi formulator yang bekerja di Indonesia, perkiraan itu punya taruhan yang lebih besar daripada bagi rekan-rekan di iklim sedang. Dalam pengalaman formulator di sekolah kami, kisaran 28–34 °C digunakan sebagai pendekatan untuk skenario penyimpanan tropis, bukan hasil pengukuran yang mewakili Indonesia; suhu fasilitas perlu diukur sendiri. Kata "suhu ruang" pada dokumen teknis karena itu perlu dibaca dengan hati-hati: suhu ruang siapa. Artikel ini, salah satu artikel turunan dari seri kami tentang minyak nabati menurut golongan asam lemak, membahas angka-angka yang mengukur oksidasi, uji percepatan yang sering disalahbaca, dan cara menyusun bukti stabilitas yang dapat dipertanggungjawabkan pada suhu tempat produk Anda benar-benar hidup.

Oksidasi lipid dalam dua kalimat yang perlu diingat

Oksidasi lipid dimulai ketika sebuah atom karbon di sebelah ikatan rangkap kehilangan atom hidrogennya sehingga terbentuk radikal lipid; oksigen menempel dan membentuk radikal peroksil, yang lalu mengambil hidrogen dari rantai lain untuk menjadi hidroperoksida sekaligus memulai siklus berikutnya. Hidroperoksida adalah produk oksidasi primer. Penguraiannya menghasilkan aldehida, keton, dan asam rantai pendek yang mudah menguap — produk sekunder, dan di antaranya terdapat senyawa yang dikaitkan dengan bau tengik.

Dua akibat dari mekanisme itu menopang seluruh isi artikel ini. Pertama, semakin banyak ikatan rangkap yang dimiliki sebuah minyak — dan terutama semakin banyak karbon yang terjepit di antara dua ikatan rangkap — semakin banyak titik awal yang tersedia bagi langkah pertama tadi. Kedua, produk primer bukan senyawa yang tercium. Sebuah minyak dapat berada cukup jauh di dalam proses oksidasi sebelum ada yang menyadarinya tanpa alat. Karena itulah pengukuran mendahului penciuman, dan karena itu pula sertifikat analisis bukan formalitas administratif.

Cara menguji ketengikan minyak: bilangan peroksida dan angka pendampingnya

Standar Codex Alimentarius untuk minyak nabati bernama (CXS 210-1999) menetapkan sekaligus rentang sampel autentik dan metode analisis di baliknya. Empat angka relevan bagi stabilitas, dan satu angka kelima yang biasanya harus diminta secara khusus.

Bilangan iodin: berapa banyak yang tersedia untuk dioksidasi

Bilangan iodin adalah ukuran analitis yang berkaitan dengan derajat ketidakjenuhan: berapa banyak iodin yang diserap seratus gram minyak melalui ikatan rangkapnya. Codex menetapkan metode Wijs, yaitu ISO 3961 atau AOCS Cd 1d-1992. Yang perlu ditegaskan: bilangan iodin terutama mencirikan ketidakjenuhan dan bukan ukuran yang andal untuk keadaan oksidasi minyak. Ia tidak memberi tahu apa pun tentang seberapa jauh minyak sudah teroksidasi; ia memberi tahu seberapa banyak bahan bakar yang tersedia. Rentang sampel autentik Codex membentang dari 6,3–10,6 untuk minyak kelapa, lewat 78–90 untuk bunga matahari oleat tinggi, sampai 118–141 untuk bunga matahari biasa, 128–150 untuk biji anggur, dan 136–148 untuk safflower.

Dua peringatan menyertainya. Bilangan iodin menghitung jumlah ikatan rangkap, bukan susunannya, padahal susunannya menentukan: satu karbon yang diapit dua ikatan rangkap (karbon bis-alilik) jauh lebih reaktif daripada dua ikatan rangkap yang terpisah, sehingga minyak yang kaya asam linoleat atau linolenat lebih rapuh daripada yang tersirat dari bilangan iodinnya saja. Bilangan iodin juga membantu memeriksa kesesuaian identitas minyak; bandingkan hasilnya dengan rentang Codex untuk varietas biasa atau tinggi oleat.

Bilangan peroksida: seberapa jauh prosesnya sudah berjalan

Bilangan peroksida mengukur produk oksidasi primer, dinyatakan sebagai miliekuivalen oksigen aktif per kilogram minyak; Codex menyebut AOCS Cd 8b-90 atau ISO 3960 sebagai metodenya. Inilah angka yang dimaksud kebanyakan orang ketika bertanya soal ketengikan, dan dalam metode pemeriksaan bahan datang di kelas kami ia memang angka pertama yang dibaca pada setiap kiriman — dibaca bersama angka-angka lain pada sertifikat, bukan sendirian.

Faktor mutu Codex menetapkan batas maksimum 10 untuk minyak yang dimurnikan dan 15 untuk minyak pengepresan dingin dan virgin. Minyak zaitun tunduk pada standarnya sendiri (CXS 33-1981), yang mengizinkan sampai 20 untuk mutu virgin, 5 untuk minyak zaitun yang dimurnikan, dan 15 untuk campuran yang dijual sebagai "minyak zaitun". Selisih terhadap batas maksimum bilangan peroksida tidak menunjukkan sisa masa simpan; batas mutu minyak pangan Codex juga bukan kriteria tunggal penerimaan bahan baku kosmetik.

Bilangan peroksida punya keterbatasan yang perlu dipahami sebelum ia dijadikan satu-satunya kriteria penerimaan. Karena hidroperoksida terurai menjadi produk sekunder, angka ini mengukur oksidasi primer pada saat pengujian; ia bukan catatan kumulatif tentang riwayat minyak. Bilangan peroksida yang rendah pada minyak yang baunya sudah tidak wajar adalah alasan untuk memeriksa produk sekunder, bukan alasan untuk tenang.

Bilangan anisidin: tahap oksidasi yang lebih lanjut

Bilangan anisidin adalah ukuran jumlah aldehida yang ada dalam minyak, terutama aldehida alfa,beta-tak jenuh (ISO 6885). Aldehida itu termasuk produk sekunder yang terbentuk saat hidroperoksida terurai, sehingga bilangan anisidin memandang tahap oksidasi yang lebih lanjut daripada bilangan peroksida. Dalam pengalaman kami, pemasok tidak melaporkannya kecuali diminta; untuk minyak yang akan menanggung masa simpan sebuah produk, kami meminta. Peneliti minyak pangan lazim melaporkan bilangan peroksida dan bilangan anisidin berdampingan ketika mengikuti sebuah minyak sepanjang penyimpanan, dan membaca keduanya bersama memberi gambaran yang lebih utuh daripada salah satunya saja: yang satu menunjukkan kesegaran saat ini, yang lain menunjukkan riwayat.

Bilangan asam: kerusakan jenis lain

Menurut ISO 660, bilangan asam mengukur keasaman yang dapat dititrasi; hasilnya tidak membuktikan hidrolisis secara khusus karena asam lain dapat ikut terukur (metode ISO 660 atau AOCS Cd 3d-63). Ini bukan ukuran oksidasi, tetapi dalam metode pemeriksaan bahan datang di kelas kami ia berada pada daftar periksa yang sama sebagai indikator umum kondisi minyak — terlebih di iklim lembap, tempat air dan panas hadir bersama-sama. Menurut CXS 210-1999, batas maksimum bilangan asam ialah 0,6 mg KOH/g untuk minyak yang dimurnikan dan 4,0 mg KOH/g untuk minyak hasil pengepresan dingin serta minyak virgin.

Angka yang biasanya tidak tercetak di sertifikat

Tabel 4 CXS 210-1999 mencantumkan kandungan tokoferol alami minyak-minyak autentik, dan itu layak diketahui karena tokoferol adalah antioksidan milik minyak itu sendiri. Menurut CXS 210-1999, kandungan alami tokoferol dan tokotrienol pada minyak mentah autentik sangat bervariasi: misalnya bunga matahari 440–1520 mg/kg, kelapa dari tidak terdeteksi sampai 50 mg/kg; kadar pada bahan baku yang Anda pakai perlu diperiksa melalui data pemasok. Artinya, dua minyak dengan bilangan iodin serupa dapat memulai hidupnya dengan bekal antioksidan alami yang sangat berbeda. Ini satu masukan bagi rencana antioksidan, bukan rencananya itu sendiri. Uraian lebih lengkap tentang tokoferol dan komponen minor lain ada pada artikel kami mengenai fraksi tak tersaponifikasi.

Periode induksi: apa yang diukur Rancimat

Jalan pintas laboratorium yang baku untuk membandingkan stabilitas adalah uji oksidasi dipercepat, paling dikenal lewat instrumen Rancimat dan dibakukan sebagai oil stability index (AOCS Cd 12b-92) serta sebagai ISO 6886. Pada metode AOCS, aliran udara dialirkan melalui minyak yang ditahan dalam penangas bersuhu tetap, lazimnya 98 °C, dan udara keluarannya digelembungkan ke dalam air dengan daya hantar listrik yang terus dipantau seiring terbawanya asam-asam volatil. Oil stability index adalah titik perubahan laju oksidasi terbesar, diambil dari turunan kedua kurva daya hantar; dalam pemakaian sehari-hari titik itu disebut periode induksi.

Periode induksi yang lebih panjang berarti minyak yang lebih stabil dalam kondisi uji tersebut. Uji ini sangat cocok untuk tugas yang menjadi alasan perancangannya: membandingkan minyak satu sama lain, dan membandingkan beberapa pilihan perlakuan antioksidan pada minyak yang sama, berdampingan pada kondisi yang identik. Untuk pekerjaan pengembangan formula — memilih di antara tiga pemasok, atau memutuskan apakah suatu antioksidan layak dibiayai — inilah alat yang tepat.

Batas ekstrapolasi ke suhu penyimpanan tropis

Uji percepatan jauh kurang cocok untuk memberi tahu berapa lama produk bertahan di rak kamar mandi, dan inilah kekeliruan yang paling mahal. Godaannya jelas: bila kita tahu berapa cepat minyak rusak pada 110 °C, mestinya kita bisa menghitung mundur ke 30 °C. Perhitungan mundur itu biasanya memakai hubungan Arrhenius atau faktor Q10. Sebagai pendekatan pembelajaran sekolah, kami mengasumsikan Q10 sebesar dua, yakni laju reaksi berlipat dua setiap kenaikan 10 °C; asumsi ini bukan hasil pengukuran minyak atau produk tertentu. Perlu ditegaskan bahwa itu pendekatan, bukan hukum: ia mengandaikan mekanisme reaksi yang sama bekerja pada seluruh rentang suhu, padahal jarak antara 110 °C dan 30 °C sangat lebar dan tidak semua yang terjadi di suhu tinggi terjadi juga di gudang.

Ada data yang mengukur seberapa jauh pendekatan itu meleset. Kochhar dan Henry (International Journal of Food Sciences and Nutrition, 2009) mengukur periode induksi delapan minyak kuliner pada 90, 100, 110, dan 120 °C, lalu mengekstrapolasinya ke suhu penyimpanan dengan plot Arrhenius dan faktor Q10. Untuk minyak dedak padi dan minyak hazelnut, masa simpan hasil perkiraan cukup sejalan dengan waktu penyimpanan yang dinyatakan produsen. Untuk minyak lainnya, kecuali makadamia, masa simpan hasil perkiraan jauh lebih rendah daripada waktu penyimpanan tersebut, dan untuk minyak walnut — yang paling rentan teroksidasi di antara kedelapan minyak itu — perkiraannya 15–20 kali lebih rendah daripada masa simpan pada tanggal "baik digunakan sebelum". Studi yang sama melaporkan bahwa pada minyak berkadar asam lemak tak jenuh tunggal tinggi, nilai 100 dibagi periode induksi berhubungan linear dengan total ketidakjenuhan yang dinyatakan sebagai %C18:2 + 0,08 × %C18:1 + 2,08 × %C18:3, sedangkan minyak tak jenuh ganda memberi hubungan eksponensial.

Di sisi mana pun kebenarannya berada dalam selisih itu, pelajarannya sama: periode induksi yang diekstrapolasi adalah alat pembanding dan ramalan kasar, bukan angka untuk dicetak pada kemasan. Dan bagi kita ada lapisan tambahan. Rujukan masa simpan yang dikutip dalam studi ini disusun untuk penyimpanan sekitar 20–25 °C. Bila gudang dan toko berada pada 28–34 °C, aturan praktis Q10 sendiri sudah menyiratkan bahwa waktu yang tersedia lebih pendek daripada yang tertulis, dengan besaran yang tidak dapat kita hitung dengan tepat. Kami memperlakukan hal ini sebagai alasan untuk menguji pada suhu sendiri, bukan sebagai izin untuk mengalikan angka orang lain dengan faktor koreksi.

Ada alasan kedua untuk berhati-hati terhadap uji bersuhu tinggi: antioksidan berperilaku lain ketika panas. Hwang, Winkler-Moser, dan Liu (Journal of Food Science, 2019), yang bekerja pada minyak kedelai di suhu 180 °C, menyebut aktivitas prooksidan alfa-tokoferol pada konsentrasi tinggi sebagai perilaku yang sudah dikenal. Chapman, Kim, dan Min (jurnal yang sama, 2009) menunjukkan bahwa alfa-tokoferol yang dirinya sendiri telah teroksidasi bertindak sebagai prooksidan ketika ditambahkan ke minyak, dengan efek yang lebih kuat pada minyak kedelai dan jagung — sekitar 55 persen asam linoleat — dibandingkan pada minyak dengan sekitar 12 persen. Keduanya studi minyak pangan pada kondisi minyak pangan. Keduanya adalah alasan untuk berhati-hati memindahkan hasil bersuhu tinggi ke rak toko: dalam metode kami, hasil uji percepatan adalah bukti penyaringan awal, dan pemastiannya dilakukan pada suhu tempat produk akan benar-benar berada.

Antioksidan: bukti, bukan cerita turun-temurun

Tiga hal dari literatur minyak pangan layak dibawa ke dalam program stabilitas kosmetik, dengan catatan bahwa tidak satu pun di antaranya diukur pada kosmetik.

• Tokoferol bukan margin keamanan yang linear. Perilaku prooksidan alfa-tokoferol pada konsentrasi tinggi yang dilaporkan itu, dan perilaku alfa-tokoferol yang sudah teroksidasi, berarti "lebih banyak" tidak otomatis "lebih baik". Dalam pengalaman formulator, kadar antioksidan ditentukan berdasarkan hasil uji stabilitas.
• Ekstrak rosemary dapat dipertimbangkan sebagai kandidat antioksidan untuk diuji. Guo dan kolega (Foods, 2023) mendapati bahwa 100 mg/kg ekstrak rosemary pada minyak lobak (rapeseed) memberi masa simpan setara dengan 50 mg/kg antioksidan sintetis TBHQ, bahwa kadar penambahan optimum pada suhu ruang adalah 50–200 mg/kg, dan bahwa ekstrak tersebut memperlambat hilangnya alfa-tokoferol milik minyak itu sendiri. Itu titik awal untuk pengujian pada fase minyak Anda sendiri, bukan spesifikasi yang dapat disalin.
• Tokoferol bawaan minyak ikut dihitung. Bunga matahari datang dengan 403–935 mg/kg alfa-tokoferol menurut rentang Codex; biji anggur dengan 240–410 mg/kg tokoferol total. Kami memperlakukan selisih itu sebagai satu masukan bagi rencana antioksidan tiap fase minyak, untuk dipastikan lewat pengujian, bukan sebagai kalkulator kadar.

Satu catatan tambahan yang khas iklim kita. Dalam pengalaman formulator di sekolah kami, kadar penggunaan yang disebut sumber-sumber itu diperoleh pada kondisi penyimpanan sumbernya sendiri. Menaikkan kadar antioksidan secara sepihak "karena di sini panas" adalah langkah yang tidak didukung data mana pun yang kami kutip di sini, dan justru berlawanan dengan temuan tentang perilaku prooksidan pada konsentrasi tinggi. Yang dapat dilakukan adalah menguji beberapa kadar pada suhu penyimpanan yang sebenarnya, lalu memilih berdasarkan hasilnya.

Uji stabilitas pada suhu Indonesia dan dalam kemasan akhir

Dalam pengalaman formulator di sekolah kami, kerangka berikut membantu merancang pengujian produk berbasis minyak, bukan daftar periksa regulatori. Rancangan dan kriteria penerimaan untuk sebuah produk tertentu tetap menjadi tanggung jawab Anda untuk disusun dan dibenarkan.

1. Mulai dari sertifikat. Catat bilangan iodin, bilangan peroksida, bilangan asam, dan — bila dilaporkan — bilangan anisidin serta kadar tokoferol untuk setiap minyak dalam fase minyak, per bets. Tempatkan tiap minyak pada golongan asam lemaknya dan tentukan yang paling rapuh. Dalam pengalaman formulator, minyak yang rentan teroksidasi mendapat perhatian khusus, tetapi stabilitas campuran dan produk jadi tetap harus diuji.
2. Susun fase minyak di sekeliling minyak yang paling rapuh, bukan di sekeliling label. Bila sebuah minyak linoleat atau omega-3 ada dalam formula karena alasan teknis, batasi porsinya sebesar yang dituntut alasan itu, kelilingi dengan minyak oleat atau jenuh, dan rancang antioksidannya dengan minyak itu dalam pikiran. Bila ia ada di sana demi pemasaran, inilah saat untuk menimbang apakah masa simpan yang dikorbankan sepadan.
3. Saring dengan uji percepatan. Gunakan periode induksi untuk membandingkan pilihan antioksidan dan campuran minyak satu sama lain pada kondisi yang identik. Jangan mengekstrapolasi periode induksi pemenangnya menjadi angka masa simpan.
4. Jalankan uji waktu nyata dalam kemasan akhir, pada suhu yang benar-benar dihadapi produk. Simpan produk jadi dalam kemasan yang akan dibeli konsumen. Dalam pengalaman formulator di sekolah kami, disarankan setidaknya tiga kondisi: satu titik sejuk untuk pembanding, satu titik yang mewakili suhu gudang dan toko Anda yang sebenarnya, dan satu titik yang lebih hangat sebagai skenario buruk — kendaraan pengantar dan gudang tanpa pendingin adalah bagian nyata dari rantai distribusi di sini. Ikuti bilangan peroksida, penampilan, dan tanda-tanda pemisahan fase sepanjang masa simpan yang dituju.
5. Uji kemasannya, bukan hanya formulanya. Oksidasi membutuhkan oksigen dan dipercepat oleh cahaya serta panas. Botol pipet bening dan pompa nirudara adalah dua produk yang berbeda dan harus diuji sebagai dua produk yang berbeda. Ruang kepala (headspace) yang besar pada wadah yang terisi separuh adalah persediaan oksigen, dan besarnya berubah seiring pemakaian konsumen.
6. Bawa buktinya ke keputusan masa simpan, dan tuliskan alasannya. Dalam metode kami, kriteria penerimaan, hasil mentah, kemasan, sertifikat bets, dan penalarannya diarsipkan bersama dokumen produk sehingga dapat ditelusuri kembali. Bila pemasok mengganti varietas, asal, atau proses, minyak yang paling rapuh mungkin sudah berubah bersamanya, dan pengujiannya perlu diulang.

Angka stabilitas dan berkas notifikasi kosmetika

Persyaratan pengajuan notifikasi kosmetika kepada BPOM mensyaratkan adanya data stabilitas produk sebagai bagian dari dokumen informasi produk; rinciannya mengikuti peraturan yang berlaku pada saat produk diedarkan, dan kami menyarankan memverifikasinya melalui sumber resmi BPOM atau tenaga regulatori yang kompeten sebelum berkas disusun. Yang penting dipahami dari sisi teknis adalah kedudukan angka-angka dalam artikel ini di dalam berkas tersebut: data oksidasi pada fase minyak adalah satu masukan bagi bukti stabilitas, berdampingan dengan data mikrobiologi, kemasan, dan pemakaian yang dapat diperkirakan. Bilangan peroksida bahan baku bukan pengganti uji stabilitas produk jadi, dan periode induksi bukan angka masa simpan.

Hal yang sama berlaku ketika produksi diserahkan kepada maklon. Pihak maklon lazim memiliki sertifikat analisis bahan bakunya sendiri dan program stabilitasnya sendiri; yang perlu disepakati sejak awal adalah angka mana yang dilaporkan per bets, pada suhu berapa uji waktu nyata dijalankan, dan dalam kemasan mana. Dalam pengalaman formulator di sekolah kami, kesepakatan yang tidak menyebut suhu uji secara eksplisit hampir selalu berarti uji dijalankan pada kondisi ruang ber-AC laboratorium, yang bukan kondisi tempat produk akan disimpan. Masa pakai setelah kemasan dibuka (PAO) yang akhirnya dicantumkan pada penandaan juga harus punya dasar pengujian, dan PAO adalah durasi setelah dibuka — bukan pengganti tanggal kedaluwarsa yang diwajibkan pada penandaan.

Membaca seluruh sertifikat sekaligus

Urutan bacanya

Tidak ada satu pun langkah di atas yang sulit, dan semuanya lebih murah daripada satu bets yang kembali dari distributor. Sertifikat memberi tahu seberapa rapuh sebuah minyak sebelum Anda membelinya; uji laboratorium memberi tahu seberapa jauh minyak itu sudah berjalan sebelum Anda memakainya; uji percepatan membantu memilih di antara beberapa pilihan; dan bukti stabilitas produk jadi dalam kemasannya, pada suhu tempat produk itu akan hidup, adalah satu-satunya hal yang menopang keputusan masa simpan. Dalam pengalaman formulator, pembacaan data secara terpadu membantu mengenali risiko ketengikan, tetapi tidak menjamin stabilitas produk jadi.

Sumber

• Codex Alimentarius. Standard for Named Vegetable Oils, CXS 210-1999 (amandemen 2015): bilangan iodin (Tabel 2), tokoferol (Tabel 4), faktor mutu dan metode analisis (Lampiran). PDF FAO
• Codex Alimentarius. Standard for Olive Oils and Olive Pomace Oils, CXS 33-1981 (revisi 2015): bilangan peroksida menurut mutu. PDF FAO
• ISO 6885:2016. Animal and vegetable fats and oils — Determination of anisidine value. iso.org
• ISO 6886:2006. Animal and vegetable fats and oils — Determination of oxidative stability (accelerated oxidation test). iso.org
• AOCS Official Method Cd 12b-92. Oil Stability Index (OSI). AOCS
• Kochhar S. P., Henry C. J. Oxidative stability and shelf-life evaluation of selected culinary oils. International Journal of Food Sciences and Nutrition, 60 (Suppl 7), 289–296, 2009. PubMed 19634067
• Chapman T. M., Kim H. J., Min D. B. Prooxidant activity of oxidized alpha-tocopherol in vegetable oils. Journal of Food Science, 74(7), C536–C542, 2009. PubMed 19895457
• Hwang H. S., Winkler-Moser J. K., Liu S. X. Study on Antioxidant Activity of Amino Acids at Frying Temperatures and Their Interaction with Rosemary Extract, Green Tea Extract, and Ascorbic Acid. Journal of Food Science, 84(12), 3614–3623, 2019. PubMed 31769515
• Guo M. dkk. Antioxidant Efficacy of Rosemary Extract in Improving the Oxidative Stability of Rapeseed Oil during Storage. Foods, 12(19), 3583, 2023. PubMed 37835236