Teknologi Pickering Emulsion: Untuk Edible Film/Coating Ramah Lingkungan

Oleh Ata Aditya Wardana
Department of Food Technology BINUS University

Industri pangan terus berupaya menghadirkan teknologi pengemasan inovatif demi keamanan dan mutu produk, termasuk aplikasi edible film/coating yang ramah lingkungan dan memperpanjang umur simpan. Tantangan utama dalam pengembangan edible film/coating terletak pada stabilitas formulasi emulsi konvensional. Untuk mengatasi hal ini, pickering emulsion muncul sebagai alternatif menjanjikan. Sistem emulsi yang distabilkan oleh partikel padat ini menawarkan terobosan signifikan dalam meningkatkan stabilitas dan fungsionalitas edible film/coating, membuka jalan bagi pengembangan kemasan pangan yang lebih efektif dan berkelanjutan, yang akan menjadi fokus pembahasan dalam artikel ini.

dible film adalah lapisan tipis yang dapat dimakan dan diaplikasikan secara langsung pada produk pangan atau digunakan sebagai pembungkus, sedangkan edible coating merupakan lapisan tipis yang diaplikasikan langsung ke permukaan produk pangan untuk memberikan perlindungan tambahan. Edible film/ coating dapat dikatakan satu tingkat lebih tinggi dibandingkan dengan teknologi pengemas biodegradable yang digunakan pada berbagai produk pangan untuk mengendalikan perpindahan air, pertukaran gas, dan proses oksidasi.

Dalam beberapa tahun terakhir, permintaan terhadap sustainable packaging semakin meningkat, seiring dengan kesadaran konsumen terhadap isu lingkungan dan keamanan pangan. Berdasarkan laporan Grand View Research, Inc., pasar kemasan pangan global diperkirakan bernilai USD 272,93 miliar pada tahun 2023 dan diproyeksikan tumbuh dengan tingkat pertumbuhan tahunan gabungan (CAGR) sebesar 7,6% dari tahun 2024 hingga 2030. Lebih lanjut, Data Bridge Marjet Research mencatat bahwa pasar edible film/coating diperkirakan bernilai USD 3,01 miliar pada tahun 2023 dan diproyeksikan mencapai USD 4,97 miliar pada tahun 2031, dengan CAGR sebesar 6,50% selama periode perkiraan 2024 hingga 2031. Pertumbuhan ini menunjukkan peluang besar bagi edible film/coating sebagai alternatif kemasan konvensional berbasis plastik.

Keunggulan edible film/coating diantaranya seperti biodegradabilitas, kemampuan meningkatkan kualitas sensoris produk, serta kompatibilitas dengan berbagai bahan aktif seperti antioksidan dan antimikroba menjadikannya solusi inovatif di sektor industri pangan. Beberapa aplikasinya adalah untuk produk dairy, roti dan kembang gula, buah dan sayuran, daging, unggas, dan seafood. Bahan utama penyusunnya terdiri dari polimer alami seperti protein (gelatin, kasein, zein, whey protein), karbohidrat (pati, alginat, pektin, kitosan, selulosa), dan lipida (wax, asam lemak), yang dapat dikombinasikan dengan plasticizer dan filler untuk meningkatkan sifat fungsionalnya. 

Emulsi konvensional edible film/coating
Edible film/coating berbasis emulsi oil-in-water (o/w) banyak dikembangkan karena kemampuannya dalam meningkatkan sifat fungsionalnya. Dalam sistem ini, fase kontinu berupa matriks edible yang terdispersi dalam air, sedangkan fase terdispersinya terdiri dari komponen hidrofobik yang distabilisasi oleh emulsifier sintetik. Contoh sistem ini dapat dilihat pada Gambar 1. Emulsi ini memungkinkan distribusi droplet secara merata, seperti minyak esensial atau lipid, yang berperan dalam meningkatkan sifat barrier, termasuk terhadap kelembapan dan gas. Selain itu, kombinasi fase air dan minyak dalam emulsi juga memungkinkan penambahan berbagai bahan aktif, seperti antioksidan dan antimikroba, yang dapat meningkatkan stabilitas dan keamanan pangan. 


Namun, penggunaan pengemulsi sintetis dalam formulasi memiliki beberapa kelemahan yang perlu diperhatikan. Beberapa jenis pengemulsi sintetis dapat memicu reaksi alergi pada individu yang sensitif. Selain itu, adanya kekhawatiran mengenai keamanan pangan terkait dengan akumulasi bahan kimia sintetis dalam tubuh juga menjadi isu. Lebih lanjut, kemampuan dalam menstabilisasi masih kurang memuaskan pengguna, mendorong penelitian lebih lanjut untuk menggantikan pengemulsi sintetis dengan alternatif alami yang lebih aman dan ramah lingkungan.

Pickering emulsion dalam pengembangan edible film/ coating

Pickering emulsion merupakan sistem emulsi yang distabilkan oleh partikel padat, menggantikan surfaktan konvensional. Tampilan mikrostruktur sistem ini dapat dilihat pada Gambar 2. Pickering emulsion pertama kali ditemukan oleh seorang ahli kimia Inggris, Pickering, pada tahun 1907. Ia menemukan bahwa partikel padat halus dapat menstabilkan emulsi, menggantikan peran surfaktan. Namun, konsep ini sebenarnya telah diamati sebelumnya oleh Ramsden pada tahun 1903, sehingga kadang-kadang disebut juga sebagai Ramsden-Pickering Emulsion. Dalam emulsi ini, partikel padat menempel pada permukaan antarmuka minyak-air, membentuk lapisan pelindung yang mencegah terjadinya koalesensi, creaming, dan flokulasi. Teknologi ini mulai dipertimbangkan sebagai kandidat alternatif emulsi konvensional karena lebih stabil dan ramah lingkungan dibanding dengan surfaktan sintetis, juga memungkinkan enkapsulasi pelepasan senyawa bioaktif secara terkontrol. Hal tersebut mendukung aplikasi yang relevan dalam perancangan kemasan aktif berbasis edible film/coating.

Inkorporasi pickering emulsion, biasanya jenis o/w, ke dalam matriks polimer untuk membuat berbagai kemasan edible dengan perbaikan fitur fisikokimianya mulai menarik perhatian. Partikel edible yang paling sering digunakan untuk menstabilkan emulsi Pickering mencakup protein, karbohidrat, serta mikroorganisme (baik sel hidup atau mati). Partikel tersebut harus memiliki keseimbangan hidrofiliklipofilik yang sesuai dengan tipe emulsi yang diinginkan (o/w atau w/o), dengan ukuran nano atau mikron. Dalam hal ukuran, kemampuan penstabil partikel soild skala nano cenderung lebih stabil daripada mikron dan memungkinkan untuk menghasilkan droplet dalam skala nano (nanoemulsion). Teknik mekanis seperti high pressure homogenization, ultrasonikasi, dan strirring atau shearing dengan kecepatan tinggi sampai saat ini menjadi pilihan untuk emulsifikasi dan memungkinkan partikel penstabil menempel di antaranya. Untuk mendapatkan stabilitas terbaik, diperlukan penyesuaian kondisi pH, ionic strength, konsentrasi partikel, dan temperatur penyimpanan yang optimum. Edible film/coating berbasis Pickering emulsion umumnya dibuat dengan penambahan minyak esensial, komponen fenolik, atau lipid sebagai agen aktif. Beberapa inovasi telah dilaporkan diantaranya pickering emulsion zein-pektin dan zein saja yang masing-masing terinkorporasi dengan minyak esensial oregano dan kayu manis dapat memperbaiki hidrofilisitas edible film; pickering emulsion minyak esensial kayu manis, yang distabilkan oleh zeinasam galat meningkatkan sifat mekanis film kitosan.

Selain itu, film/coating berbasis biopolimer dengan partikel pickering dapat meningkatkan kestabilan antimikroba dan antioksidan. Hal tersebut diduga berasosiasi dengan kemampuan proteksi partikel padat pada permukaan droplet sehingga menghambat kontak langsung antara senyawa bioaktif dengan lingkungan yang menyebabkan degradasi seperti oksigen, cahaya, pH, dan temperatur. Lebih jauh lagi, beberapa penelitian melaporkan bahwa teknik ini mampu mengontrol pelepasan bahan bioaktif selama penyimpanan untuk mencegah pertumbuhan mikroba dan oksidasi, sehingga memperpanjang umur simpan produk pangan, termasuk mempertahankan kualitas komoditas pascapanen seperti mangga, stroberi, dan tomat ceri. Namun demikian, penentuan level dari penstabil perlu dilakukan secara hati-hati dalam rangka menghasilkan edible film/coating dengan sifat fungsional yang lebih baik tanpa mengurangi sifat antimikrobanya, mengingat penstabil juga dapat diuraikan oleh mikroba untuk digunakan sebagai energi.

Pemanfaatan nanopartikel solid dalam bentuk Pickering emulsion sebagaipengganti emulsi konvensional untuk pengembangan edible film/coating menawarkan prospek yang cukup bagus, terutama dalam meningkatkan stabilitas dan sifat fungsional. Teknologi ini dapat menghasilkan film dengan karakteristik lebih baik, serta potensi sebagai pembawa senyawa aktif yang stabil. Namun, aspek ekonomi dan penerimaan sensori tetap menjadi pertimbangan utama sebelum aplikasinya di industri pangan. Biaya produksi nanopartikel, efisiensi dalam formulasi, serta dampaknya terhadap tekstur, rasa, dan visual produk akhir perlu dievaluasi agar inovasi ini tidak hanya unggul secara teknis, tetapi juga diterima oleh konsumen dan layak secara komersial.

Referensi:
Grand View Research. 2023. Sustainable Packaging Market Size, Share & Trends Analysis Report By Material (Plastics, Paper & Paperboard, Glass, Metal), By Type, By Packaging Format, By Process, By Application, By Region, And Segment Forecasts, 2024 – 2030. https://www.grandviewresearch.com/industry-analysis/ sustainable-packaging-market-report . Diakses 10 Maret 2025 

Data Bridge Market Research. 2024. Global Edible Films and Coatings Market Size, Share, and Trends Analysis Report – Industry Overview and Forecast to 2031. https://www.databridgemarketresearch.com/reports/ global-edible-films-coatings-market?srsltid=AfmBOort 629uL1FVoqt6VAPF8kiQmITKkF68dNpdGLBuRVMVro p76WDn . Diakses 10 Maret 2025 

Pickering, S. U. (1907). Emulsions. Journal of the Chemical Society, Transactions, 91, 2001–2021. 

Ramsden, W. (1903). Separation of solids in the surfacelayers of solutions and suspensions (observations on surface-membranes, bubbles, emulsions, and mechanical coagulation). Proceedings of the Royal Society of London, 72, 156–164. 

Wardana, A. A., Koga, A., Tanaka, F., et al. (2021). Antifungal features and properties of chitosan/ sandalwood oil Pickering emulsion coating stabilized by appropriate cellulose nanofiber dosage for fresh fruit application. Scientific Reports, 11, 18412.

Yang, L., Zhou, C., Liu, Y., He, Z., Zhang, M., Wang, C., et al. (2024). Enhanced mechanical properties and antibacterial activities of chitosan films through incorporating zein-gallic acid conjugate stabilized cinnamon essential oil Pickering emulsion. International Journal of Biological Macromolecules, 258, 128933.

Zhang, S., He, Z., Xu, F., Cheng, Y., Waterhouse, G. I. N., Sun-Waterhouse, D., et al. (2022). Enhancing the performance of konjac glucomannan films through incorporating zein–pectin nanoparticle-stabilized oregano essential oil Pickering emulsions. Food Hydrocolloids, 124, 107222