Cara Menghitung HLB Campuran Emulsifier: Rumus & Contoh Lengkap

Mungkin kamu pernah bertanya-tanya, kenapa krim wajah produk tertentu terasa nyaman di kulit sementara yang lain justru terasa lengket dan kasar? Jawabannya ada pada satu angka kecil: nilai HLB. Angka ini mungkin jarang tertera di label produk, tapi di balik proses formulasi, HLB adalah salah satu parameter yang paling banyak diperiksa formulator sebelum menetapkan kombinasi emulsifier yang dipakai.

Artikel ini membahas cara menghitung HLB dari awal — mulai dari konsep dasar, rumus Griffin, perhitungan campuran emulsifier, sampai cara menentukan HLB butuh (required HLB) untuk fase minyak tertentu. Semua disertai contoh angka yang bisa langsung dipraktikkan.

Apa Itu HLB dan Mengapa Penting?

Pengertian HLB

HLB (Hydrophilic-Lipophilic Balance) adalah angka tanpa satuan yang menunjukkan perbandingan antara bagian hidrofilik (suka air) dan lipofilik (suka minyak) dalam satu molekul surfaktan.

Konsep ini pertama kali diperkenalkan oleh William C. Griffin dari Atlas Powder Company pada tahun 1949, kemudian disempurnakan dalam publikasinya tahun 1954 yang menjadi acuan utama hingga sekarang.^[1]

Skala HLB untuk surfaktan non-ionik berjalan dari 0 sampai 20.

Nilai 0 artinya molekul sepenuhnya lipofilik (tidak larut air sama sekali), sedangkan nilai 20 artinya sepenuhnya hidrofilik. Sebagian besar emulsifier yang dipakai dalam formulasi kosmetik dan farmasi berada di kisaran 3–18.

Fungsi HLB dalam Formulasi

HLB bukan sekadar angka klasifikasi. Dalam praktik formulasi, angka ini digunakan untuk tiga hal utama:

1. Menentukan jenis emulsi — apakah sistem yang dibuat adalah O/W (oil-in-water, minyak terdispersi dalam air) atau W/O (water-in-oil, air terdispersi dalam minyak).
2. Memilih emulsifier — setiap emulsifier punya nilai HLB tertentu. Formulator perlu mencocokkan HLB emulsifier dengan HLB yang dibutuhkan fase minyak (disebut required HLB).
3. Memprediksi stabilitas emulsi — ketidakcocokan antara HLB emulsifier dan required HLB fase minyak adalah salah satu penyebab paling umum emulsi tidak stabil.^[2]

Dalam industri farmasi, HLB dipakai untuk memformulasi krim, lotion, salep, dan sediaan topikal lainnya. Di industri kosmetik, hampir setiap produk emulsi — dari body lotion sampai sunscreen — dirancang dengan mempertimbangkan nilai HLB. Di industri pangan, HLB membantu memilih emulsifier untuk margarin, mayones, dan produk berbasis lemak lainnya.^[3]

Hubungan HLB dengan Stabilitas Emulsi

Emulsi adalah sistem yang secara termodinamika tidak stabil — kiri ke kanan, minyak dan air akan selalu berusaha memisah.

Emulsifier bekerja dengan menempatkan diri di antarmuka minyak-air, menurunkan tegangan antarmuka. Tapi efektivitasnya sangat bergantung pada seberapa cocok HLB-nya dengan sistem yang diemulsikan.

Surfaktan dengan HLB 4–6 cenderung stabil di antarmuka W/O karena bagian lipofiliknya lebih besar, sehingga lebih banyak “tenggelam” di fase minyak. Sebaliknya, surfaktan dengan HLB 8–18 lebih efektif untuk sistem O/W.^[4]

Konsep Dasar HLB dalam Emulsi

Sifat Hidrofilik vs Lipofilik

Molekul surfaktan bersifat amfifilik — punya dua ujung yang berbeda. Satu ujung bersifat polar (suka air, hidrofilik), ujung lainnya non-polar (suka minyak, lipofilik). HLB mengukur dominasi relatif antara keduanya dalam satu molekul.

Contoh sederhana: Span 80 (sorbitan monooleat) punya HLB 4,3 — bagian lipofiliknya jauh lebih besar, sehingga ia lebih larut di minyak. Tween 80 (polisorbat 80) punya HLB 15 — bagian hidrofiliknya dominan, ia lebih larut di air. Keduanya sering dipakai bersamaan untuk membentuk campuran emulsifier dengan HLB yang tepat.^[5]

Skala Nilai HLB dan Interpretasinya

Tabel berikut merangkum interpretasi nilai HLB berdasarkan literatur Griffin dan klasifikasi standar industri:

Sumber: Griffin (1954), dikutip dalam ScienceDirect Topics.^[4]

Jenis-Jenis Metode Cara Menghitung HLB

Metode Griffin

Metode Griffin diperkenalkan pada 1949 dan direvisi 1954. Ini adalah metode paling banyak digunakan karena sederhana — berbasis massa molekul, bukan eksperimen laboratorium. Kelemahannya: hanya berlaku untuk surfaktan non-ionik. Surfaktan ionik tidak bisa dihitung dengan rumus ini.^[1]

Rumus dasarnya:

HLB = 20 × (Mh / M)

Di mana Mh adalah massa molekul bagian hidrofilik, dan M adalah massa molekul total molekul.

Untuk surfaktan berbasis polioksietilen (ethylene oxide, EO), Griffin juga menyederhanakan rumus menjadi:

HLB = E / 5

Di mana E adalah persentase berat rantai etilena oksida dalam molekul.^[6]

Metode Davies

Pada 1957, Davies mengajukan pendekatan berbeda yang berbasis kontribusi gugus fungsional. Metode ini lebih fleksibel karena bisa diterapkan pada surfaktan ionik dan non-ionik, serta surfaktan dengan struktur kimia kompleks yang tidak bisa diselesaikan dengan rumus Griffin.^[1]

Rumus Davies:

HLB = 7 + Σ(bilangan gugus hidrofilik) + Σ(bilangan gugus lipofilik)

Setiap gugus kimia dalam molekul punya nilai kontribusi tersendiri. Beberapa contoh penting:

Sumber: Davies (1957), dikutip dari Wikipedia Hydrophilic-lipophilic balance.^[1]

Perbandingan Metode Griffin vs Davies

Satu catatan penting yang sering diabaikan: sebuah kajian PubMed (2008) menyimpulkan bahwa nilai HLB Griffin sendiri bersifat perkiraan empiris, bukan nilai yang diverifikasi secara rigorous. Griffin pun tidak selalu membuktikan asumsinya secara eksperimental. Artinya, HLB adalah panduan praktis, bukan konstanta fisika yang absolut.^[7]

Cara Menghitung HLB dengan Rumus Griffin

Rumus Dasar HLB Griffin

HLB = 20 × (Mh / M)

Variabel:

• Mh = massa molekul bagian hidrofilik (misalnya: rantai etilena oksida, gugus –OH, gugus ester pada sisi polar)
• M = massa molekul seluruh molekul surfaktan

Rumus Alternatif untuk Surfaktan Berbasis EO

Untuk surfaktan berbasis etilena oksida (polioksietilen), rumus Griffin disederhanakan menjadi:

HLB = E / 5

Di mana E adalah persentase berat etilena oksida (EO) terhadap total berat molekul. Misalnya, jika kandungan EO suatu surfaktan adalah 69,7%, maka HLB = 69,7 / 5 = 13,9.^[6]

Contoh Perhitungan HLB Griffin

Studi Kasus: Menghitung HLB Tween 20 (Polisorbat 20)

Tween 20 adalah ester polisorbat laureat dengan rantai EO. Massa molekul total (M) sekitar 1227,5 g/mol.

Bagian hidrofiliknya adalah rantai polietilena oksida dan gugus sorbitol, dengan massa molekul hidrofilik (Mh) sekitar 1022 g/mol.

HLB = 20 × (Mh / M)
HLB = 20 × (1022 / 1227,5)
HLB ≈ 20 × 0,833
HLB ≈ 16,7

Hasil: HLB Tween 20 = 16,7. Ini konsisten dengan nilai referensi yang dipublikasikan di berbagai teks farmasi dan kosmetik.^[8]

Cara Menghitung HLB Campuran Emulsifier

Dalam formulasi nyata, jarang sekali satu emulsifier tunggal bisa memenuhi semua kebutuhan. Biasanya dipakai dua atau lebih emulsifier yang dikombinasikan. HLB campuran dihitung menggunakan rata-rata tertimbang bobot.

Rumus HLB Campuran

HLB campuran = Σ (fi × HLBi)

Di mana:

• fi = fraksi berat komponen ke-i (dinyatakan sebagai desimal, contoh: 30% → 0,3)
• HLBi = nilai HLB komponen ke-i
• Jumlah semua fi harus = 1,0 (atau 100%)

Contoh Soal: 2 Emulsifier

Soal: Campuran terdiri dari 30% Span 80 (HLB = 4,3) dan 70% Tween 80 (HLB = 15).

Berapa HLB campurannya?

HLB campuran = (0,30 × 4,3) + (0,70 × 15)
             = 1,29 + 10,5
             = 11,79

Hasil: HLB campuran = 11,79 → cocok untuk emulsi O/W.

Contoh Soal: 3 Emulsifier

Soal: Campuran terdiri dari 20% Tween 20 (HLB = 16,7), 30% Span 20 (HLB = 8,6), dan 50% Span 80 (HLB = 4,3). Berapa HLB campurannya?^[9]

HLB campuran = (0,20 × 16,7) + (0,30 × 8,6) + (0,50 × 4,3)
             = 3,34 + 2,58 + 2,15
             = 8,07

Hasil: HLB campuran = 8,07 → berada di batas antara W/O dan O/W.

Studi Kasus Formulasi Body Lotion

Misalnya, formulasi body lotion O/W membutuhkan total emulsifier 4 gram dalam 100 gram produk, dan required HLB fase minyaknya adalah 11,0.

Formulator memilih kombinasi Tween 60 (HLB = 14,9) dan Span 80 (HLB = 4,3).

Langkah 1: Tentukan fraksi Tween 60 (x)

11,0 = x × 14,9 + (1 – x) × 4,3
11,0 = 14,9x + 4,3 – 4,3x
11,0 – 4,3 = 10,6x
6,7 = 10,6x
x = 0,632 → 63,2% Tween 60

Langkah 2: Span 80 = 100% – 63,2% = 36,8%

Langkah 3: Hitung jumlah per gram

Tween 60: 4 g × 63,2% = 2,53 gram
Span 80:  4 g × 36,8% = 1,47 gram

Cara Menentukan HLB Butuh (Required HLB)

Pengertian HLB Butuh

HLB butuh (required HLB atau RHLB) adalah nilai HLB yang dibutuhkan oleh fase minyak tertentu agar terbentuk emulsi yang stabil.

Setiap bahan minyak punya nilai RHLB empiris yang telah ditentukan melalui eksperimen. Nilai ini berbeda untuk emulsi O/W dan W/O dengan fase minyak yang sama.^[2]

Jika formulasi mengandung beberapa bahan minyak, RHLB total dihitung sebagai rata-rata tertimbang bobot dari semua komponen fase minyak.

Rumus HLB Butuh Campuran Fase Minyak

RHLB total = Σ [(bobot komponen ke-i / total bobot fase minyak) × RHLB ke-i]

Contoh Perhitungan HLB Butuh

Sebuah formulasi krim O/W memiliki fase minyak dengan komposisi sebagai berikut:^[10]

Perhitungan:

RHLB = (15/50 × 9) + (10/50 × 12) + (20/50 × 10) + (5/50 × 15)
     = (0,30 × 9) + (0,20 × 12) + (0,40 × 10) + (0,10 × 15)
     = 2,70 + 2,40 + 4,00 + 1,50
     = 10,60

Hasil: RHLB fase minyak = 10,60 → emulsifier yang dipakai harus memiliki HLB campuran ≈ 10,6 untuk menghasilkan emulsi O/W yang stabil.^[10]

Contoh Lengkap Step-by-Step

Contoh 1: HLB Tunggal

Soal: Sebuah surfaktan non-ionik memiliki massa molekul total 1000 g/mol. Bagian hidrofiliknya (rantai etilena oksida) memiliki massa molekul 780 g/mol. Berapa nilai HLB-nya?

HLB = 20 × (Mh / M)
    = 20 × (780 / 1000)
    = 20 × 0,78
    = 15,6

Nilai HLB = 15,6 → surfaktan ini bersifat sangat hidrofilik, cocok sebagai emulsifier O/W atau solubilizer.

Contoh 2: HLB Campuran

Soal: Formulasi menggunakan 40% Span 60 (HLB = 4,7) dan 60% Tween 60 (HLB = 14,9). Berapa HLB campurannya?^[11]

HLB campuran = (0,40 × 4,7) + (0,60 × 14,9)
             = 1,88 + 8,94
             = 10,82

HLB campuran = 10,82 → sesuai untuk emulsi O/W.

Contoh 3: Menentukan Komposisi Tween dan Span

Soal (Studi Kasus Farmasi): Required HLB fase minyak adalah 10,9. Tersedia Tween 20 (HLB = 16,7) dan Span 80 (HLB = 4,3). Berapa gram masing-masing yang dibutuhkan jika total emulsifier adalah 2 gram?^[8]

Langkah 1: Tentukan fraksi Tween 20 (x):

10,9 = x × 16,7 + (1 – x) × 4,3
10,9 = 16,7x + 4,3 – 4,3x
10,9 – 4,3 = 12,4x
6,6 = 12,4x
x = 0,532 → 53,2% Tween 20

Langkah 2: Span 80 = 1 – 0,532 = 0,468 → 46,8%

Langkah 3: Hitung gram masing-masing dari total 2 gram:

Tween 20: 2 g × 0,532 = 1,06 g
Span 80:  2 g × 0,468 = 0,94 g

Verifikasi:

HLB = (0,532 × 16,7) + (0,468 × 4,3)
    = 8,88 + 2,01
    = 10,89 ≈ 10,9 ✓

Tabel Nilai HLB Emulsifier Umum

Nilai berikut adalah nilai referensi yang umumnya digunakan dalam formulasi farmasi dan kosmetik. Nilai aktual bisa sedikit bervariasi antar sumber dan produsen.

Sumber: Griffin (1954); Ankara University HLB Calculation Notes^[5,10]; ScienceDirect Hydrophilic-Lipophilic Balance^[4]

Cara Menghitung HLB dengan Cepat

Gunakan Spreadsheet

Excel atau Google Sheets sangat membantu untuk perhitungan HLB campuran, terutama jika formulasi melibatkan banyak komponen.

Buat kolom untuk: nama bahan, bobot (gram), fraksi berat, HLB, dan hasil perkalian (fraksi × HLB). Baris terakhir menjumlahkan kolom hasil perkalian — itulah HLB campurannya.

Gunakan Persentase, Bukan Gram Langsung

Saat menghitung RHLB fase minyak, konversi dulu semua bobot ke persen terhadap total fase minyak — bukan total formula. Ini sering jadi sumber kesalahan.

Misalnya, jika total formula 100 gram tapi fase minyaknya hanya 50 gram, maka persen untuk RHLB dihitung dari 50 gram, bukan 100 gram.

Validasi Hasil Secara Eksperimental

Nilai HLB adalah panduan, bukan jaminan.

Emulsi yang secara teoritis punya HLB yang tepat bisa tetap tidak stabil karena faktor lain: viskositas fase, suhu pemrosesan, pH, atau interaksi elektrostatik antar bahan. Uji stabilitas fisik tetap diperlukan.^[7]

Cek Sumber Nilai HLB

Nilai HLB dari berbagai sumber bisa berbeda untuk bahan yang sama. Untuk Tween 80 misalnya, ada yang mencantumkan 15, ada yang 14,9, ada yang 15,3.

Selalu gunakan nilai dari produsen bahan baku atau sumber farmakopeia resmi (misal: Handbook of Pharmaceutical Excipients) untuk memastikan konsistensi.

Kesalahan dalam Menghitung HLB

Salah 1 — Fraksi berat dihitung dari total formula, bukan total fase minyak. Ini kesalahan yang paling sering terjadi saat menghitung RHLB. Fraksi berat untuk RHLB hanya memperhitungkan komponen yang masuk ke fase minyak.

Salah 2 — Menggunakan nilai HLB yang tidak sesuai konteks. Beberapa bahan memiliki nilai HLB (sebagai emulsifier) dan RHLB (sebagai komponen minyak) yang berbeda. Setil alkohol, misalnya, sering punya nilai HLB emulsifier sekitar 15,5 (sebagai bahan aktif permukaan), tapi nilai RHLB-nya sekitar 15 saat diposisikan sebagai komponen fase minyak. Pastikan yang dipakai sesuai konteks.

Salah 3 — Mengabaikan bahwa HLB hanya berlaku untuk sistem non-ionik (untuk metode Griffin). Jika formulasi mengandung surfaktan ionik, metode Griffin tidak berlaku dan perlu pendekatan Davies atau metode eksperimental.

Salah 4 — Menganggap HLB campuran yang tepat cukup untuk stabilitas. HLB adalah perlu tapi tidak cukup. Rasio emulsifier terhadap fase minyak, cara pembuatan, dan suhu pencampuran juga sangat berpengaruh.

Penerapan Perhitungan HLB di Industri

Farmasi

Dalam formulasi farmasi, HLB digunakan untuk merancang krim topikal, salep emulsi, dan sediaan injeksi berbasis lipid.

Emulsi intravena, misalnya, membutuhkan stabilitas yang jauh lebih ketat dari lotion kosmetik karena langsung masuk ke aliran darah. HLB menjadi titik awal pengembangan formula sebelum uji stabilitas panjang dilakukan.

Kosmetik (Krim dan Lotion)

Hampir semua produk emulsi kosmetik dirancang menggunakan konsep HLB.

Krim O/W (lebih ringan, tidak berminyak) membutuhkan emulsifier dengan HLB tinggi, sementara produk W/O seperti cold cream atau sunscreen berbasis minyak membutuhkan emulsifier HLB rendah.

Kombinasi Tween dan Span adalah pasangan klasik yang dipakai di hampir semua lab kosmetik.^[3]

Pangan

Industri pangan menggunakan HLB untuk memilih emulsifier dalam produk seperti margarin, es krim, mayones, dan saus salad. Lesitin, mono/digliserida, dan polisorbat 80 adalah emulsifier pangan yang nilai HLB-nya menjadi acuan pemilihan formulasi.^[3]

Nanoemulsi

Pengembangan nanoemulsi (ukuran droplet < 200 nm) untuk penghantaran obat juga memanfaatkan konsep HLB, meskipun dengan pendekatan yang lebih kompleks.

Penelitian menunjukkan bahwa HLB surfaktan mempengaruhi ukuran partikel nanoemulsi secara signifikan — Tween 80 dengan HLB 15 menghasilkan partikel lebih kecil dibanding Tween 20 (HLB 16,7) dalam beberapa sistem uji.^[12]

FAQ: Cara Menghitung HLB

Daftar Pustaka

1. Griffin, W.C. (1949). Classification of surface-active agents by ‘HLB’. Journal of the Society of Cosmetic Chemists, 1(5), 311–326.
2. Griffin, W.C. (1954). Calculation of HLB values of non-ionic surfactants. Journal of the Society of Cosmetic Chemists, 5(4), 249–256.
3. Davies, J.T. (1957). A quantitative kinetic theory of emulsion type. I. Physical chemistry of the emulsifying agent. Proceedings of the 2nd International Congress on Surface Activity, 1, 426–438.
4. ScienceDirect Topics. Hydrophilic-Lipophilic Balance. Elsevier. https://www.sciencedirect.com/topics/agricultural-and-biological-sciences/hydrophilic-lipophilic-balance
5. J R Hess Company. Basics of the HLB System. https://www.jrhessco.com/hlb-system-basics/
6. Stöckel, B., Müller-Goymann, C.C. (2008). Some considerations about the hydrophilic-lipophilic balance system. European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics, 68(3), 620–628. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/18258397/
7. ScienceDirect Topics. Hydrophilic-Lipophilic Balance (Pharmacology). Elsevier. https://www.sciencedirect.com/topics/pharmacology-toxicology-and-pharmaceutical-science/hydrophilic-lipophilic-balance
8. Atlas.org. Calculate the HLB value of a surfactant blend: 20% Tween 20, 30% Span 20, 50% Span 80. https://www.atlas.org/solution/214471d1-99c6-47f4-8eff-b41cbc6c7bb4/
9. Ankara University Open Course. HLB Value and Calculation. https://acikders.ankara.edu.tr/mod/resource/view.php?id=60265 (dikutip juga di ResearchGate thread: Ho KKY, 2015)
10. ResearchGate. How do I calculate the Hydrophilic-lipophilic balance (HLB)? https://www.researchgate.net/post/How_do_I_calculate_the_Hydrophilic-lipophilic_balance_HLB
11. Kaur, P. et al. (2020). Nanoencapsulation of clove oil and study of physico-chemical properties. bioRxiv. https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2020.08.28.269886
12. Nollet, M. et al. (2019). An efficient method to determine the Hydrophile-Lipophile Balance of surfactants using the phase inversion temperature deviation. International Journal of Cosmetic Science, 41(2), 156–164. https://doi.org/10.1111/ics.12516