View
261
Download
14
Category
Preview:
Citation preview
KARAKTERISTIK BIOLOGI
DAN FISIOLOGI
Kemampuan Akhir yang Diharapkan :
•Mahasiswa PS ITP semester 3 mampu menjelaskan karakteristik biologi dan fisiologi bahan pangan serta hubungannya dengan mutu dan pengolahan.
NEXT
Buah dan sayur merupakan sumber
gizi dan sumber pendapatan bagi
petani
Jika sudah dipanen, mutunya tidak
dapat ditingkatkan lagi � sifat
perishable nya
Praktek budidaya akan
mempengaruhi mutunya ketika
diolah
NEXT
Mutu dan keamanan adalah 2 aspek
penting bagi pangan yang dikonsumsi
manusia.
Faktor/manajemen pra-panen sangat
berpengaruh terhadap mutu buah dan
sayur.
Pendahuluan
Previous end
Pendahuluan
• Buah dan sayuran saat dipanen dari induknya merupakan struktur yang masih hidup � melanjutkan reaksi metabolisme dan melanjutkan proses fisiologis selama waktu tertentu
• Buah dan sayuran berespirasi dengan cara mengambil oksigen dna melepaskan CO2 dan panas
• Buah dan sayur juga mengalami transpirasi � kehilangan air dalam bentuk uap
Faktor Prapanen Yang Mempengaruhi Mutu
Buah dan sayur
Budidaya dan Benih/Bibit
Faktor Lingkungan
Cara Bercocok Tanam
Faktor Biologis
Faktor Prapanen Yang Mempengaruhi Mutu
Buah dan sayur
Produk yang sehat hanya berasal dari
bahan tanaman yang sehat dan baik.
Pemilihan kultivar yang baik akan
menghasilkan tanaman dengan mutu yang
baik, umur simpan yang panjang.
Faktor prapanen meliputi
Budidaya dan bahan tanaman
Faktor pascapanen, yang berkontribusi terhdap mutu produk.
Faktor Biologis,
Faktor Lingkungan
Karakteristik Mutu meliputi
Warna dan penampakan
Viskositas dan konsistensi
Ukuran dan bentuk
Tekstur dan flavor
Nilai gizi (vitamin, mineral,dll), atau sifat tersembunyi lainnya serta keamanan dan kesehatan produk.
• Pada saat buah dan sayuran masih berada pada tanaman induknya, kehilangan air akibat respirasi dan transpirasi dapat diganti, karena tanaman masih dapat menyerap air, melakukan fotosintesa dan memperoleh mineral dari tanah
• Setelah panen sumber air, fitosintat dan mineral tidak akan ada lagi sehingga buah dan dan sayur akan masuk pada fase kerusakan.
PROSES METABOLISME
� Bahan hasil pertanian �bahan hidup � melakukan proses metabolisme selama bahan tersebut hidup
�
terjadi perubahan � bahan rusak
perlu penanganan untuk menghambat kerusakan
� Metabolisme : usaha untuk memenuhi kebutuhan hidup bahan terutama energi
� Energi diperoleh dengan cara : - fotosintesa
- respirasi
- fermentasi
FOTOSINTESA
� Pengertian : proses metabolisme dalam bahan hasil pertanian dengan menggunakan CO2 dari udara, air dari dalam tanah dengan bantuan sinar matahari dan klorofil untuk menghasilkan karbohidrat.
Sinar matahari e- e-
menaikkan tingkat energi
elektron energi
e- e-
(elektron)
Klorofil O2
H2O
� Contoh : pada hasil pertanian yang berklorofil, dan jasad renik tertentu (ganggang biru/hijau)
RESPIRASI AEROB KARBOHIDRAT, LEMAK, PROTEIN
� Respirasi adalah proses dimana bahan-bahan organik (karbohidrat,
protein, lemak) diuraikan menjadi bentuk yang lebih sederhana
dengan melepaskan sejumlah energi.
� Dalam proses respirasi digunakan O2 dan dihasilkan CO2
Proses respirasi meliputi degradasi bahan
organik di dalam bahan pangan, khususnya
gula, untuk menghasilkan energi kimia (dalam
bentuk ATP dan NADH) yang dibutuhkan untuk
aktivitas metabolik seluler.
Jika substrat yang digunakan adalag glukosa,
maka persamaan respirasinya :
C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O + 686 kcal heat
Respirasi menyebabkan terjadinya kehilangan
komponen-komponen pangan, flavor,
khususnya kemanisan, kehilangan bahan
terlarut, dan dihasilkannya panas yang dapat
meningkatkan biaya refrigerasi, serta
dihasilkannya CO2 sehingga diperlukan adanya
ventilasi yang cukup selama penyimpanan.
Laju kerusakan komoditi hasil pertanian
proporsional dengan laju respirasinya rate:
Komoditi dengan laju respirasi tinggi memiliki
umur simpan yang pendek.
Komoditi dengan laju respirasi rendah memiliki
umur simpan yang panjang.
Pengukuran Proses Respirasi
� Senyawa yang digunakan :
1. Glukosa
2. ATP
3. CO2
4. O2
Pengukuran Proses Respirasi (2)
1. Perubahan Kandungan Gula
� Secara teoritis dapat dilakukan, secara praktis sulit, karena :
� Jumlah gula yang terdapat dalam bahan tidak tetap
� Pembentukan gula dari sukrosa dan penggunaan gula untuk respirasi sering terjadi bersamaan
2. Kandungan ATP
� Secara praktek sulit
� Butuh waktu yang lama, ketelitian yang tinggi dan alat yang canggih
Pengukuran Proses Respirasi (3)
3. Penyerapan O2
� Jumlah oksigen yang digunakan dalam respirasi relatif sedikit � sulit dilaksanakan (butuh alat yang peka seperti GC)
4. Produksi CO2
� Produksi CO2 selama respirasi cukup besar sehingga mudah diukur
� Sulit dibedakan antara respirasi anaerob dan aerob
Cara yang praktis adalah mengukur produksi CO2
Contoh : laju respirasi jeruk = 70 mg CO2/kg/jam laju respirasi ercis = 400 mg CO2/kg/jam
� Respiration Quotient (RQ) : perbandingan CO2 yang
dihasilkan dengan O2 yang digunakan
mol CO2 yang dihasilkan RQ = mol O2 yang digunakan
Contoh : C6H12O6 + 6 O2 ----> 6 CO2 + 6 H2O + energi
QR= 6/6 = 1
2 C51H98O6 + 145 O2 ----> 102 CO2 + 98 H2O + energi QR = 102/145 = 0,71
KLASIFIKASI PRODUK HORTIKULTURA BERDASARKAN LAJU
RESPIRASINYA
Faktor-Faktor Yang Mempengaruhi Laju Respirasi
• Suhu dan Lama penyimpanan � peningkatan suhu dan lama penyimpanan menyebabkan peningkatan laju respirasi
• Tetapi pada suhu yang sangat tinggi dan penyimpanan yang
• Laju respirasi juga dipengaruhi oleh : varietas
FERMENTASI
� Merupakan reaksi oksidasi reduksi
� Zat yang dioksidasi (pemberi elektron) dan zat yang direduksi (penerima elektron) adalah zat organik
� Pada respirasi zat yang direduksi adalah zat anaorganik (O2)
� Senyawa organik yang digunakan umumnya glukosa � dipecah menjadi : aldehid, alkohol atau asam melalui proses glikolisis
C6H12O6 + khamir 2C2H5OH + 2 CO2
(alkohol)
� Terjadi jika persediaan oksigen berkurang
� Pada fermentasi energi yang dihasilkan relatif kecil dibandingkan substrat yang digunakan � persediaan substrat lebih cepat habis dan bahan menjadi busuk atau mati
Etilen
Etilen (C2H4) adalah molekul gas organik
sederhana.
Sebagai hormon tanaman, berperan dalam
mengatur pertumbuhan, pemasakan, senesens,
dan proses absisi.
Etilen disintesis secara alami di dalam tanaman,
tapi juga dapat dihasilkan dari mesin dan asap.
Aktif pada konsentrasi yang sangat rendah
(kisaran ppm)
MET
(methionine)
SAM
(S-adenosyl-methionine)
ACC
(1-aminocyclopropane-1-carboxylic acid)
Ethylene
Jalur Biosintesis Etilen
SAM synthase
ACC synthase
ACC oxidase
Methylation
Polyamine synthesis
ACS dan ACO adalah enzim regulator yang penting dalam biosintesis
etilen
Produksi Autokatalitik dari Etilen
Pada buah klimakterik, peningkatan produksi etilen
secara alami selama pematangan menstimulasi
produksi etilen itu sendiri – fenomena ini disebut
autokatalitik
Pada beberapa buah klimakterik, seperti
alpukat, pisang, melon, pir, dan tomat,
“autocatalytic positive feedback” dapat
meningkatkan laju produksi etilen 1000x selama
pematangan buah.
Exposure to external ethylene also enhances
autocatalytic production of ethylene and
ripening!
Regulasi Biosintesis Etilen
Secara umumproduksi etilen meningkat :
•••• Pada saat pematangan
• jika ada kerusakan fisik (memar, luka)
• pada buah yang busuk
• jika suhu meningkat hingga 30°°°°C
• jika terjadi stress (stress air, pendinginan dll)
Produksi etilen akan menurun :
• pada suhu penyimpanan yang rendah
• jika konsentrasi O2 berkurang (<8%)
• jika konsentrasi CO2 meningkat (>2%)
Perubahan Komposisi
Perubahan komposisi yang terjadi selama
proses pematangan dan setelah panen:
● Perubahan pigmen:
Kehilangan klorofil (warna hijau) – pada buah diinginkan, tapi tidak pada sayuran.
Perkembangan karotenoid (warna kuning dan orange) – diinginkan pada beberapa buah seperti aprikot, peach, jeruk, tomat dll.
Perkembangan antosianin (merah dan biru) – diinginkan pada beberapa jenis buah seperti cherry, strawberry dll.
Kehilangan klorofil pada saat panen
Perubahan metabolit :
� Kehilangan gula
� Kehilangan asam
� Kehilangan asam amino Kehilangan lipids
� Kehilangan kandungan vitamin
Perubahan Metabolit Selama Pematangan Tomat
Chlorophyll
Vitamin C
Carotenoids
Sugars
Perubahan Metablit pada Brokoli yang sudah dipanen
Kehilangan Air
Kehilangan air secara langsung mengakibatkankehilangan berat serta kehilangan mutu meliputi : � Mutu penampilan – layu, mengekrut dan mempercepat kerusakan.
� Mutu tekstural– kehilangan sifat krispo, juiciness dll
� Mutu Gizi– contoh : vitamin A & C. Laju kehilangan air dipengaruhi oleh : • Faktor lingkungan– contoh kelembaban relatif (RH) • Faktor anatomi – stomata, rambut dll.
Kehilangan Air dan Kelayuan
Apel Peach
Perubahan Morfologi Setelah Panen
• Komoditi hortikultura karena masih merupakan bahan hidup � setelah dipanen kadang2 masih mengalami pertumbuhan � mengurangi mutunya
Perubahan meliputi :
• Bertunas (bawang, umbi2an, tanaman akar)
• Berakar (bawang, tanaman akar lainnya)
• Bertambah panjang (asparagus, gladiolus)
• Perkecambahan biji (lemon, tomat, lada)
KLIMAKTERIK DAN KELAYUAN
� Buah : hasil dari beberapa jenis bentuk pertumbuhan :
- pembesaran bakal buah
- pembesaran jaringan
� Tahap-tahap pertumbuhan buah dan sayur :
o Pembelahan sel
o Pendewasaan sel (maturation)
o Pematangan sel (ripening)
o Pelayuan (senescence)
o Pembusukan (deterioration)
Pada setiap proses pertumbuhan terjadi proses
respirasi
� Berdasarkan laju respirasi buah dan sayur dibedakan atas :
o Golongan Klimakterik
o Golongan Non Klimakterik
Skema hubungan antara proses pertumbuhan dengan laju respirasi
Non Klimakterik
Pembelahan sel
Pembesaran sel
Senescense
Laju respirasi (jumlah CO2)
� Pengertian klimakterik :
= suatu fase kritis dalam kehidupan buah
= suatu keadaan auto stimulation dari dalam buah sehingga
buah menjadi matang disertai dengan peningkatan laju
respirasi
= masa peralihan dari proses pertumbuhan menjadi layu
KLIMAKTERIK = suatu periode mendadak yang khas pada
buah-buahan tertentu, dimana pada proses
tersebut terjadi serangkaian perubahan
biologis diawali dengan proses pembuatan
etilen yang ditandai dengan terjadinya
proses pematangan
KLIMAKTERIK
Apel Mangga
Alpukat Muskmelon
Pisang Pepaya
Blueberry Peach
Jambu Pear
Nangka Persimon
Kiwifruit Tomat
Apricot Semangka
NEXT Previous end
NON KLIMAKTERIK
Blackberry Lime
Cacao Orange
Cherry Nenas
Ketimun Raspberry
Terong Strawberry
Grape Lemon
Leci
Proses Terjadinya Klimakterik
a. Perubahan Fisik � Contoh : apel, pisang
� Apel : � perubahan permeabilitas sel
�
enzim-enzim + substrat dalam sel � normal : terpisah
�
bergabung � klimakterik
� Pisang : perubahan volume ruang bebas di dalam sel (free space)
(pisang muda, mentah, matang) diiris dan direndam dalam air
���� jumlah air yang berdiffusi pada irisan pisang matang > mentah > muda
���� jumlah air yang berdiffusi ≈ jumlah CO2 yang dihasilkan
���� jumlah CO2 yang dihasilkan ≈ volume ruang bebas
Intercellular space (mentah)
Free space (matang)
Tahap-tahap Klimakterik
� Proses klimakterik dibagi dalam 3 tahap :
A = praklimakterik
1 = klimakterik menaik
2 = puncak klimakterik
3 = klimakterik menurun
A 1
2
3
Produksi CO2
b. Perubahan Kimia � Pearson& Robertson (1954) : pada apel � disebut : RESPIRATION CONTROL THEORY � Pada saat pematangan : aktivitas sel meningkat � perlu energi (ATP) yang tinggi � mitokondria bekerja lebih berat � respirasi meningkat � terjadi klimakterik
� Frenkel et al., (1968) : pada buah pear � Pada awal klimakterik ditambah substrat penghambat sintesa protein � tidak terjadi puncak klimakterik � tidak terjadi pemasakan
� Jika ekstrak protein dari buah diisolasi pada fase klimakterik � ditemukan enzim yang aktif dalam pematangan : enzim malat
� Pada fase pra klimakterik �sintesa lemak, etilen dan protein meningkat
� Pada fase puncak klimakterik : dekarboksilasi asam malat meningkat
� Klimakterik : hasil perubahan kimia dalam jaringan
secara alami dan biologis
KELAYUAN (SENESCENCE)
� Suatu tahap normal yang selalu terjadi dalam siklus kehidupan tanaman
� Dapat terjadi setiap saat
� Gejala-gejala :
�Abscision pada daun, buah/bunga
� Pematangan buah
�Daya tahan terhadap penyakit
�Menguningnya daun dan buah
� Perubahan dalam sel waktu proses senescence :
� Dinding sel menipis
� Khloroplast pecah
� Endoplasmik retikula rusak
� Sitoplasma kotor
� Mitokondria masih utuh
� Permeabilitas membran sel berubah karena jaringan sel melemah
� Hilangnya klorofil
� Protein menurun
Proses Terjadinya Kelayuan
� Kelayuan terjadi jika terdapat hormon yang menghambat sintesa protein, yaitu :
- auxin
- giberelin
- asam absisat
- sitokinin
- etilen
AUXIN
� Berperan dalam sintesa etilen (C2H4) � senescence
� Pemberian auxin pada pohon induknya � menghambat pematangan (stop drop spray)
CH2 - COOH
GIBERELIN (GA3)
� Bekerja spesifik pada tanaman
� Menghambat pematangan
� Mencegah pelayuan efektif
� Efektif pada pisang dan tomat
� Tidak efektif pada arbei dan apel
OH
CH2 COOH
OH
O
O=C
CH3
2. ASAM ABSISAT
� Ditemukan dalam biji kapas
� Merangsang terjadinya absisi
CH3
H3C CH3 C
C CH CH CH
H2C C COOH
C C
O CH CH3
OH
3SITOKININ
� Menghambat terjadinya senescence
� Sitokinin sintesis (N6-benzyladenin) memperlambat degradasi klorofil
pada selada dan sayuran hijau
CH2
N
H
NH CH
C CH2OH
CH3
Perubahan yang Terjadi Setelah Panen
� Perubahan komposisi dan struktur dinding sel � menyebabkan terjadinya pelunakan pada buah dan sayur
� Perubahan warna � klorofil didegradasi dan terjadi peningkatan jumlah pigmen yang menyebabkan warna kuning seperti karotenoid, antosianin dan xantofil pada kulit dan daging buah
� Respirasi yang melibatkan oksidasi enzimatis dari gula2 menghasilkan air dan CO2 serta pelepasan energi.
� Substansi seperti asam organik dan portein masuk ke jalur respirasi.
� Buah apel, plum, labu, pisang, mangga dll � mengalami perubahan warna selama penyimpanan baik yang dikemas maupun dalam refrigerator.
� Terbentuknya lapisan lilin pada kulit buah setelah panen � penampilan menjadi menarik dan mengurangi laju transpirasi.
� Penurunan kandungan pati pada buah dan sayuran dan peningkatan kandungan gula serta asam organik.
� Perubahan jenis asam organik pada buah.
� Pada jenis buah tertentu selama pematangan terjadi penurunan astrigency (rasa sepat) � rasa sepat disebabkan oleh tanin atau polifenol.
� Komponen volatil dan aroma terbentuk pada saat buah matang atau masak.
� Tetapi jika buah dipanen pada kondisi yang belum matang atau pada tahap “matang hijau” aroma ini tidak terbentuk.
Perubahan yang Terjadi Setelah Panen
� Etilen merupakan komponen volatil yang disintesis pada buah dan sayuran tertentu saat tahap pematangan dan perkembangan � jika konsentrasinya sudah maksimum maka akan memacu pematangan
� Pertumbuhan, perkembangan, pra maturasi, maturasi, pemasakan (ripening) dan senesen (Gambar 1) � fase2 pertumbuhan pada buah dan sayuran
� Perttumbuhan buah dan sayur dimulai dari pembelahan dan pembesaran sel hingga tercapai ukuran yang maksimum.
Perubahan yang Terjadi Setelah Panen
ripe
Mature
senescence Juvenility
Total Volume Sel
Perkecembahan
Skema pertumbuhan dan kehidupan tanaman
Recommended