Upload
muhammad-eko
View
144
Download
6
Embed Size (px)
Citation preview
KIMIA DAN GIZI PANGAN
.
Kimia Pangan:1. Bagian ilmu pangan yang mempelajari komposisi dan sifat-sifat komponen kimia
(nutrien), komponen non-gizi (bioaktif, racun) dalam pangan.
2. Perubahan komponen kimia (nutrien) selama penanganan, prosesing dan penyimpanan pangan.
3. Kimia pangan berhubungan dengan kimia, biokimia, fisiologi, botani, zoologi dan biologi molekuler.
Gizi Pangan: fungsi komponen kimia pangan dalam tubuh, nilai gizi (nutrien) pangan dan evaluasi gizi pangan, senyawa antigizi, serta pengaruh pengolahan terhadap gizi pangan.
• Materi kuliah : 1. Kimia pangan hasil pertanian 2. Perubahan kimia pangan akibat pengolahan 3. Gizi pangan.
Pangan:-kimia/nutrien, bioaktif, racun-fisik-mikrobiologis-sensoris
pengolahan,
pengawetan
Pangan olahan / awetan:terjadi perubahan fisik, kimia, mikrobiologis, sensoris, dangizi / nilai biologis
Perubahan Komponen Kimia Pangan akibat Pengolahan
Komponen bahan pangan nabati dan hewani: - Utama: karbohidrat, protein, lemak, serat beserta turunannya dan air. - Lainnya: mineral, vitamin, enzim, asam-asam organik, bioaktif (oksidan, antioksidan), racun, penyebab rasa dan bau.Komponen tersebut bervariasi tergantung jenis
bahan dan jumlahnya, sehingga bentuk struktur, tekstur, warna, rasa, bau dan kandungan nutrien (gizi) yang berbeda-beda.
Kimia Pangan Air dan Peranannya• Air di alam dapat berbentuk padat
(es), cair (air), dan gas (uap air).• Sebagian besar bahan pangan segar
mengandung air. Modifikasi air dalam bahan pangan sering diterapkan untuk meningkatkan masa simpan dan kualitas.
• Penyusun air adalah hidrogen dan oksigen,
strukturnya H2O ; disebut juga biomolekul.
Model imajinatif air
Struktur molekul air
Model imajinatif air
Struktur molekul air
-H-----O- Disebut ikatan hidrogen, yang juga terdapat pada karbohidrat dan protein(lihat struktur karbohidrat dan protein)
Molekul air membentuk sudut 105o45’
POLISAKARIDA (karbohidrat)
1. Air dalam bahan pangan• Air adalah salah satu komponen dalam
bahan pangan, karena mempengaruhi bentuk, tekstur, citarasa.
• Kandungan air dalam bahan pangan ikut menentukan daya terima, kesegaran, masa simpan, pembawa komponen hidrofilik.
• Air dalam bahan pangan dapat diikat, atau dipisahkan.
• Air penting dalam pengolahan pangan, sebagian besar perubahan (kimia, enzimatik) bahan pangan terjadi dalam media air, baik yang berada dalam bahan pangan, ataupun air yang ditambahkan.
Tipe air dalam bahan pangan:
Tipe I : molekul air terikat secara kimia dengan molekul lain melalui ikatan hidrogen yang berenergi besar.
- tidak dapat membeku - sulit dihilangkan - membentuk hidrat dengan molekul lain (atom O dan N), contoh: pada
karbohidrat, protein dan garam. - disebut air terikat (kuat).
Tipe II : molekul air terikat secara kimia membentuk ikatan hidrogen dengan molekul air lainnya.
- terdapat dalam mikrokapiler - sulit dihilangkan - bila hilang menurunkan aw (aktivitas air), mengurangi
reaksi kimia (kecoklatan, hidrolisis dan oksidasi lemak) - jumlahnya 3 – 7% dari kadar air total. - air terikat (lemah).
Tipe III : molekul air terikat dalam jaringan (membran, serat, kapiler).
- disebut air bebas - dapat dimanfaatkan oleh mikroba dan reaksi kimia - jumlahnya 12 – 25%, dengan aw kira-kira 0,8.
Tipe IV : air yang tidak terikat dalam jaringan, air murni.
Kadar Air dan Aktivitas Air
Kadar air suatu bahan dinyatakan % berat air
terhadap bahan basah.
Misal: gram air untuk setiap 100 g bahan.
(cara menghitung kadar air lihat “Analisis
Pangan”).
Aktivitas air (water activity = aw)
• Merupakan air (bebas) dalam bahan pangan yang dapat dimanfaatkan untuk aktivitas metabolisme mikroorganisme.
• aw : berbanding lurus dengan jumlah molekul pelarut (solvent) dan berbanding terbalik dengan jumlah molekul larutan (solution), hukum Roult.
n2 n1 = jumlah mol zat yang dilarutkan (solute)• aw = --------------- n1 + n2
n2 = jumlah mol pelarut (air). n1 + n2 = jumlah mol di dalam larutan (solution).
aw larutan murni (air) = n2 / n2 = 1. Rumus tersebut merupakan aktivitas kimia yang berkerja pada zat murni,
larutan murni,larutan encer (<25%). Asumsi bj larutan 1 (mendekati 1), bj air =1.
• Contoh berapa aw larutan sukrosa 10% ? Asumsi untuk membuat larutan sukrosa 10%,
sebanyak 100 g sukrosa + 900 ml (g) air. berat sukrosa 100 nsukrosa = ------------------------- = -------- = 0,29 mol
(grol) BM sukrosa 342
berat air 900 nair = ---------------- = --------- = 50 mol (grol) BM air 18 nair 50
aw sukrosa 10%= --------------------- = --------------- = 0,9942
nair+nsukrosa 50+0,29
• aw larutan sukrosa 20%.
Asumsi 200 g sukrosa + 800 g air.
nair = 800/18 = 44,44 mol
nsukrosa = 200/342 = 0,58 mol
44,44 aw sukrosa 20% = -------------------------
= 0,9871 44,44 + 0,58
• aw larutan glukosa 10%.
Asumsi 100 g glukosa + 900 g air. BM glukosa 180.
nair = 900/18 = 50
nglukosa = 100/180 = 0,56
50 aw glukosa 10% = -------------------- =
0,9889 50 + 0,56
• aw larutan NaCl 10%
Asumsi 100 g NaCl + 900 g air BM NaCl = 58,5. nair = 900/18 = 50 mol
nNaCl = 100 / 58,5 = 1,71 mol
NaCl dalam air dapat berionisasi: NaCl ----------- Na+ + Cl- 1,71 mol 1,71 grion 1,71 grion
nair 50
aw NaCl10%=---------------------------- = -------------------- = 0,9360
nair + nNa+ + nCl- 50 + 1,71 + 1,71
• aw air murni = 1• aw sukrosa 10% = 0,99(42)• aw sukrosa 20% = 0,9871• aw glukosa 10% = 0,9889• aw NaCl 10% = 0,9360 Apa yang dapat Anda simpulkan ?
Hitung aw larutan: sukrosa 15%, glukosa 15%, NaCl 15%, campuran (sukrosa 5% + glukosa 5% + NaCl 5%). Mana yang paling kecil aw-nya ?
Untuk membuat larutan ber-aw 0,90 berapa % masing-masing (1)larutan NaCl, (2)larutan glukosa, dan (3)larutan sukrosa yang harus dibuat?
Simpulan:• Zat-zat yang larut (sukrosa, glukosa, NaCl)
dalam air dapat menurunkan aw.• Besarnya penurunan aw dipengaruhi bobot
molekul (BM) zat yang terlarut. BM tinggi penurunan aw kecil (sukrosa 10% vs glukosa 10%).
• Zat-zat terlarut yang terionisasi (NaCl) akan lebih besar dalam menurunkan aw (sukrosa 10% vs glukosa 10% vs NaCl 10%).
• Zat-zat yang tidak larut dalam air misalnya lemak, serat (selulosa) tidak berpengaruh terhadap penurunan aw, tetapi protein dan karbohidrat yang larut dalam air dapat menurunkan aw.
• aw juga dapat dihitung perbandingan antara tekanan uap dari larutan (P) dengan tekanan uap air murni pada suhu yang sama (Po).
P aw = ------- Po aw berkaitan dengan Equilibrium
Relative Humidity (ERH), yaitu perbandingan antara tekanan uap larutan dengan air murni, dinyatakan dalam %.
ERH = aw x 100%
•ERH terbatas pada atmosfer serta dalam keseimbangan degan larutan atau bahan pangan sehingga kurang sesuai untuk menggambarkan ketersediaan air (air bebas).
H2Ol
H2Ol H2Ol
H2Ol
H2Og
H2Ol
H2Ol
H2Og
H2Og
• Jika larutan dipekatkan (diuapkan) atau kadar air bahan pangan dikurangi (dikeringkan, diasap), maka akan terjadi penurunan aw. Nilai aw maksimum adalah 1,0 (air murni).
• aw bahan pangan dapat turun dengan penambah humektan (senyawa yang sifatnya larut dalam air dan dapat mengikat air), seperti: gula (sukrosa, glukosa), gliserol, propilen glikol).
• Bakteri tumbuh pada pangan ber-aw
0,90-0,97; khamir (yeast) 0,87-0,91; kapang (mold) 0,80-0,91.
• Penggunaan humektan mempertimbangkan:
- kelarutan. - bobot molekul. - flavor (bau), aroma (citarasa). - kristalisasi selama
penyimpanan. - reaksi kimia (kecoklatan non
enzimatis). - toksisitas (beracun atau tidak).
The typical water activity of some foodstuffs
Type of product Water Activity (aw)
Fresh meat and fish .99
Bread .95
Aged cheddar .85
Jams and jellies .8
Plum pudding .8
Dried fruit .6
Cookies .3
Milk powder .2
Instant coffee .2
Pati dan Gelatinisasi Pati• Pati merupakan homopolimer glukosa
dengan ikatan alfa-(1,4)-glikosidik.• Berbagai macam pati tidak sama
sifatnya, tergantung dari panjang rantai C-nya, serta apakah lurus atau bercabang rantai molekulnya.
• Pati terdiri dari dua fraksi yang dapat dipisahkan dengan air panas.
• Fraksi terlarut disebut amilosa dan fraksi tidak terlarut disebut amilopektin. Amilosa mempunyai struktur lurus sedang amilopektin mempunyai cabang.
Sifat fisik pati• Hasil fotosintesis • Disintesis dalam plastid (daun) dan
amiloplas (umbi, akar, atau biji)• Bentuk butiran: bulat, polihedral,
oval, dan serat• Kandungan: amilosa dan/atau
amilopektin• Organisasi: amorf (tidak teratur)
dan kristal (teratur)
Pati
Komposisi butiran patiPati
Amaranth starch(Bar: 1 µm)
Arrowroot starch(Bar: 20 µm)
Buckwheat starch(Bar: 5 µm)
Cassava starch(Bar: 10 µm)
Corn starch(Bar: 10 µm)
Oat starch(Bar: 5 µm)
Potato starch(Bar: 50 µm)
Rice starch(Bar: 2 µm)
Kidney bean starch(Bar: 20 µm)
Struktur kimia pati Pati
Amilosa dan Amilopektin
Amilosa
Amilopektin
Amilosa
AmilosaAmilosa
Pati Pati dapat ditemukan dalam bentuk alfa-amilosa atau
amilopektin. Amilosa terdiri dari rantai glukosa yang panjang dan tidak bercab.ang, sedangkan amilopektin terdiri dari rantai glukosa yang bercabang. Masing-masing rantai amilopektin terdiri dari 24-30 unit glukosa yang dihubungkan oleh ikatan alfa-1,4 dalam rantai lurusnya dan ikatan alfa-1,6 pada tempat percabangannya.
Perbandingan antara jumlah amilosa (fraksi larut air) dan amilopektin (fraksi tidak larut air) dalam suatu jenis pati akan menentukan sifat fisiknya. Contohnya pada beras; semakin sedikit kandungan amilosa atau semakin tinggi kandungan amilopektin, semakin lengket nasi yang dibuat dari beras tersebut.
Berdasarkan kandungan amilosanya, beras dapat dibagi menjadi empat golongan, yaitu:
a.Beras dengan kadar amilosa tinggi (25-33%)b.Beras dengan kadar amilosa menengah (20-33%)c.Beras dengan kadar amilosa rendah (kurang dari 9-20%)d.Beras dengan kadar amilosa sangat rendah (kurang dari 9%).
Beras ketan praktis tidak mengandung amilosa (1-2%), sehingga nasinya bersifat sangat lengket.
Pati banyak dijumpai dalam serealia, kacang-kacangan, umbi-umbian dan tanaman lain serta buah-buahan yang bekum matang.
Derajat polimerisasi• Amilosa: α,1-4 glikosidik (DP ~200–
200.000; Mr 30–3.200 kDa)– ketela atau kentang (DP 1.000–
6.000)– jagung atau gandum (DP 200–1.200)
• Amilopektin: α,1-4 dan α,1-6 glikosidik– kentang (DP 10.000-100.000)
• Nisbah amilosa : amilopektin = ~1:3– beras ~16–30% amilosa– kentang ~20–21% amilosa
Pati
Pati dan Gelatinisasi Pati
• Pati menyerap air, mengembang, dan kembali ke ukuran asal pada pengeringan (reversibel)
• Pada suhu tinggi, proses menjadi irreversibel (butiran-butiran pecah membentuk lem pati, dan larutan menjadi kental)
Melibatkan: pati, air, dan suhu panas
• Pati dalam jaringan tanaman mempunyai bentuk granula yang berbeda-beda. Dengan mikroskop jenis pati dapat dibedakan karena mempunyai bentuk, ukuran, dan letak hilum yang unik.
• Bila pati mentah dimasukkan ke dalam air dingin, granula patinya akan menyerap air dan membengkak. Peningkatan volume granula pati yang terjadi di dalam air pada suhu 55 0C – 65 0C merupakan pembekakan yang sesungguhnya, dan setelah pembengkakan ini granula pati dapat kembali ke kondisi semula.
• Granula pati dapat dibuat membengkak luar biasa dan bersifat tidak dapat kembali lagi pada kondisi semula. Perubahan tersebut dinamakan gelatinisasi.
Ciri fisik patiPati Jenis
Diameter (µm)
Morfologi
Suhu gelatinisa
si (oC)
Suhu lem (oC)
Amilosa (%)
Sifat dimasa
k
Beras Biji 1 – 9Poligon, bulat
68 – 78 81 19Gel, buram
Ketela Akar 4 – 35Oval, terpotong
52 – 73 63 17Jernih, kohesif
Jagung Biji 2 – 30Bundar, poligon
62 – 72 8025 – 28
Gel, buram
SaguBatang
15 – 65Oval, terpotong
69 – 74 74 26Gel, buram
Kentang Umbi 5 – 100
Oval, bulat
58 – 68 6420 – 21
Jernih, kohesif
Gandum Biji 1 – 55 Bundar 52 – 85 77 25 – 28Gel, buram
Pati
Fenomena GelatinasiFenomena Gelatinasi
Tugas
• Berilah contoh produk-produk olahan atau awetan pangan yang melibatkan gelatinisasi pati ?
• Pati – air – panas !
HIDROLISIS
• Hidro ?• Lisis ?• Melibatkan - makromolekul (karbohidrat, protein, lemak, selulosa) - air (mutlak) - enzim hidrolase atau asam - panas (?)
• Enzim yang berperan dalam hidrolisis disebut (enzim) hidrolase yang berfungsi memutus ikatan kimia dengan penambahan air :
• Pati + air –- amilase ---- gula (monosakarida)
• Protein + air – protease asam amino• Lemak + air – lipase gliserol + as lemak• Selulosa+air -- selulase--gula
(monosakarida)
Reaksinya ? Bagaimana peran air ?
Prinsip hidrolisis oleh enzim / asam Starch Glucose
-----
Sucrose Glucose + Fructose
Proteins Amino Acids
Amilosa dan Amilopektin
Amilosa
Amilopektin
O
H OH
OH H
CH2OH
H
H H O
H OH
OH H
CH2
H
H H O
H OH
OH H
CH2OH
H
H H
O O
α-1,4 α-1,4
O-RHO
+
O
H OH
OH H
CH2OH
H
OH
H H
OH
glukosa (dekstrosa) amilosa kekurangan 1 glokusa
O
H OH
OH H
CH2
H
H H O
H OH
OH H
CH2OH
H
H H
O
α-1,4
O-RHO
amilosa
Amilase + H2O
Analisis Produk Hidrolisis Pati
Analisis kualitatif
Hasil hidrolisis pati dikarakterisasi oleh nilai DE (dextrose equivalent) yang terkait dengan derajat hidrolisis
DE (Dextrose Equivalent) merupakan persentase dari ikatan glikosidik yang telah terhidrolisis.
jumlah ikatan glikosidik yang putusDE =100 x
jumlah ikatan glikosidik mula- mula
gula pereduksi, dinyatakan sebagai glukosaDE =100 x
karbohidrat total
jumlah ikatan glikosidik yang putusDE =100 x
jumlah ikatan glikosidik mula- mula
Hidrolisis protein oleh Hidrolisis protein oleh proteaseprotease
R1
NH2 C CO
H
R2
NH C CO
H
R3
NH C CO
H
R2
NH2 C COOHH
+R1
NH2 C CO0H
H
Peptide bond
Peptide bond
Protein struktur primer
A AF
NGG
S TS
DK
+ H2OProtease
Proteins are linear polymers Proteins are linear polymers of amino acidsof amino acids
R1
NH3+
C CO
H
R2
NH C CO
H
R3
NH C CO
H
R2
NH3+
C COOー
H+
R1
NH3+
C COOー
H+
H2OH2O
Peptide bond
Peptide bond
The amino acid sequence is called
as primary structure
A AFNG
GS T
SD
K
A carboxylic acid condenses with an amino group with the release of a water
Hidrolisis lemak sederhana oleh lipase
H₂C – OH R₁ – COOH I
HC – OH + R₂ – COOH IH₂C – OH R₃ – COOH GLICEROL AS. LEMAK
lipase + 3H2OH₂C –O- C – R₁
I HC – O- C – R2
I H₂C – 0- C – R₃
II
II
II
O II
O
O
Lipid MoleculeLipid Molecule
esterifikasi
Selulase + H2O
Monomernya ? Alfa-D-glukosa atau
Beta-D-glukosa
CH₂OH
OHO
H
OH
H
H
H
H
oH
H
Tugas
•Cari contoh produk hidrolisis makromolekul (KH, protein, lemak)
•Produk-produk hidrolisis umumnya didahului oleh proses gelatinisasi atau denaturasi, mengapa ?