PERUBAHAN KOMPONEN KIMIA PANGAN AKIBAT

PENGOLAHAN - PENGAWETAN

.

Food

Vitamin mineral

Protein

Lipid

Pertumbuhan Manusia

Energi

Material Pembangun

2

Karbohidrat

1. PENDAHULUAN

Kelompok PanganKelompok Pangan

Highly Perishable (sangat mudah rusak) Daging, ikan segar Buah-buahan segar Susu segar Sayur-sayuran segar Telur segar

Semi perishable (mudah rusak)

Umbi (kentang, talas) Kacang-kacangan (biji) Tepung-tepungan

Stable (tidak mudah rusak) Beras & jagung kering dan

sejenisnya Kacang - kacangan kering

(biji) 3

Penyebab kerusakan pangan:

Fisik : suhu, kelembaban, cahaya, mekanik Kimia : enzimatik, non-enzimatik, ketengikan, interaksi kimia Mikroorganisme : bakteri, yeast, mold Lainnya : serangga, tikus, unggas, hewan lainnya. Kombinasi tersebut di atas.

Perlu pengolahan/pengawetan perubahan (fisik, kimia, mikrobiologis) sifat-sifat sensori.

Tujuan Tujuan pengolahanpengolahan pangan: pangan: Untuk meningkatkan kecernaan, nilai nutrisi

dan kesehatan Untuk menarik dan memuaskan konsumen,

meningkatkan pemasaran Untuk pengawetan pangan (bila dapat

memperpanjang masa simpan) Untuk mempertahankan atau meningkatkan

kualitas

Pengawetan ?Pengawetan ?

• Menghancurkan mikroorganisme dan sporanya

• Memperlambat reaksi kimia (misal oksidasi)

• Manfaat mendapat pangan yang

berkualitas (mempertahankan /

meningkatkan kualitas)

•Inaktivasi enzim dalam bahan pangan

Salmonella

Reaksi kecoklatan pada apel akibat oksidasi

Fenol+Fenolase+O2

PANGAN BERKUALITASPANGAN BERKUALITAS

KUALIATAS KUALIATAS PANGANPANGAN

Higienis (Misal: non- Salmonella)

Kimia (misal: non-toksin)

Fisik (Misal: tekstur baik)

Sensori (Misal: flavor menyenangkan)

Energi, Nutrisi, Promosi kesehatan

(Misal: Vitamin )

Convenient

Dipilih konsumen

Metode pengolahan/pengawetan pangan:Metode pengolahan/pengawetan pangan: Proses termal (suhu tinggi), macamnya ? Penurunan suhu (pendinginan, pembekuan) Penurunan aw

- Pengeringan/dehidrasi, pembekuan, - Pengasapan- Penambahan pengikat air (NaCl, gula)

Tekanan tinggi

Iradiasi: sinar ultra violet, microwave, gamma

Ozon

Elektrik

Inkorporasi aditif / bahan pengawet / bumbu / curing / pengasapan

Pengemasan / pembungkusan / penyimpanan.

Pengolahan/pengawetan pangan biasanya kombinasi (> 1 metode)

Pengasapan: penurunan aw dan bahan kimia ?

•

2. SUHU TINGGI

Sebagian besar pengolahan pangan menggunakan suhu tinggi (proses termal).

Akibat :- Mematikan mikroba- Menginaktifkan enzim- Perubahan tekstur- Perubahan komponen kimia pangan

Perubahan komponen kimia pangan akibat suhu tinggi:

1. Denaturasi protein menurunkan daya ikat air menurunkan juicenese (pada daging). 2. Dehidrasi permukaan ( misal: pengasapan, penggorengan, pembakaran) mencegah kehilangan cairan. 3. Sifat membentuk emulsi pada protein hilang. 4. Lemak mencair, muncul komponen volatil, kerusakan lemak. 5. Perubahan pigmen mioglobin (daging merah) 6. Perubahan pada protein H2S, merkaptan, sulfida. 7. Maillard, karamel, kocoklatan 8. Penurunan vitamin yang larut dalam air (B, C) 9. Muncul flavor.

Masalah khusus pengolahan pangan dengan suhu tinggi:

Perlakukan panas terhadap pangan mempunyai keuntungan dan kerugian, tergantung pada :

1. Suhu

2. Waktu

3. Kadar air

4. Ada tidaknya senyawa pereduksi.

Pengaruh yang menguntungkan akibat pengolahan pangan dengan suhu tinggi:

1.Umumnya protein nabati nilai gizi bertambah

misal tripsin inhibitor, antinutrisi lainnya rusak

2. Daya cerna protein meningkat, mengapa ?

Pengaruh yang merugikan akibat pengolahan pangan dengan suhu tinggi:

1. Oksidasi asam amino2. Perubahan ikatan antar asam amino3. Terbentuk asam amino baru yang tidak dapat dihidrolisis / dicerna oleh protease (lysinoalanine, lanthionine, ornithinoalanine).

Pemanasan berlebihan:1. Destruksi asam amino2. Hilangnya unsur N, S3. Reaksi irevesibel: deaminasi, dekarboksilasi, oksidasi sulfur

pada asam amino/protein.4. Maillard (misal ikatan lisin-gula reduksi), tidak dapat dicerna.5. Oksidasi lemak, meningkatkan grup karbonil, meningkatkan

Maillard. Grup karbonil bersifat pereduksi dapat bereaksi dengan asam amino/protein.

Lysinoalanine (LAL), bandingkan dengan lysilalanine (dipeptida)

Mengapa LAL disebut asam amino ? Mengapa tidak dapat dicerna,sedangkan dipeptida (lisylalanine) dapat dicerna

Lanthionine (terbentuk pemanasanputih telur, kondisi basa). .

Ornithinoalanine, bandingkan dengan stuktur ornithilalanine (dipeptida)

COOH COOH I I

HC-CH2-NH-(CH2)3-CH

I I

NH2 NH2

(Lanjutan) Pemanasan protein tanpa gula reduksi:

1. Interaksi protein-protein ( --- C – N --- ) pada suhu > 110oC;>24 jam. 2. Ikatan baru (cross linkage) : -CH-N- dapat menggantikan –CO-NH- (ikatan peptida), protein tidak dapat dicerna. 3. Asam amino cystine rusak 50-60% pada suhu 115oC; 27 jam R-CH2-S-S-CH2-R + H2O R-CH2-SH + R-CH2-SOH R-CH2-SOH R-CHO + H2S 4. Proses puffing-exploding dari cereal kerusakan protein 5. Pemanggangan cereal merusak protein (asam amino lisin) pada permukaan luar, tidak dapat dicerna. 6. Pemanasan suasana basa (putih telur), terbentuk asam amino baru (lysinoalanine, lanthionine, ornithoalanine) yang tidak dapat dicerna. 7. Kehilangan warna oleh sulfida (cystine, cysteine, methionine) dengan Fe/Sn/Zn (dari kaleng) FeS (hitam), SnS (hijau), ZnS03 (putih).

8. Desulfohidrasi dari cysteine dan methionine.

DEHIDRASI (Pengeringan)

Prinsip mengeluarkan air dari bahan pangan. Akibat menurunkan kadar air dan aw. Cara: 1. Mengalirkan udara panas pada pengan (dehidrasi konvensional: oven, penjemuran, pengasapan). 2. Pengeringan vakum. 3. Pengeringan beku. 4. Spray drying. 5. Drum drying.

Time

Temperature

3%

10%

n = 6n = 9

n = log ( N0 / N )

Vitamin B1 destruction

Micro-Organism Inactivation

Akibat Suhu Tinggi : Akibat Suhu Tinggi : .

. .

. .

2. PENDINGINAN DAN

PEMBEKUAN

Pendinginan: penurunan suhu di atas titik beku air ( 0 oC )

Pembekuan: penurunan suhu di bawah titik beku air (0 oC )

PENDINGINAN (4 - 8 PENDINGINAN (4 - 8 ooC)C)

Pertumbuhan mikroorganisme menurun (lambat)

Menurunkan reaksi degradasi biokimia

Apa yang terjadi pada produk pangan yang tidak dikemas ?

PEMBEKUAN (-18 s.d. – 40 PEMBEKUAN (-18 s.d. – 40 ooC)C)

Penurunan suhu di bawah -18 oC dalam beberapa menit

Menghentikan reaksi degradasi

Mencegah pertumbuhan mikroorganisme

Masa simpan lebih lama

• konsentrasi solut tinggi (aw rendah)

•Membran sel mengkerut dan rusak

• Es intraseluler (?)

Kerusakan sel mikroorganiseme Kerusakan sel mikroorganiseme selama pembekuanselama pembekuan

3. KETENGIKAN (RANCIDITY) LEMAK DAN KERUSAKAN

ENZIMATIK

- Ketengikan Hidrolitik

(enzimatik, mikrooganisme)

- Ketengikan Oksidatif (kimiawi)

- Kerusakan Enzimatik (otolisis)

KETENGIKAN LEMAK

KETENGIKAN LEMAK

Ketengikan hidrolitik Ketengikan oksidatif

Ketengikan hidrolitik

Triasilgliserol (lemak)

Gliserol Asam lemak bebas

(volatil, bau)(volatil, bau)

25

26

Degradasi lipid (ketengikan hidrolitik)Degradasi lipid (ketengikan hidrolitik)

Lipid Gliserol + Asam lemaklipase

Lipid oksidasi

Aldehid , keton

Pseudomonas Micrococcus Staphylococcus Flavobacterium

Ketengikan oksidatif:Ketengikan oksidatif:

(Baysal and Demirdoven, 2006)27

Enzim yang menyebabkan kerusakan panganEnzim yang menyebabkan kerusakan pangan

28

Enzim Pangan KerusakanAsam askorbat

oksidaseSayur-sayuran Kerusakan vitamin C

Lipase Susu, minyak Ketengikan hidrolitik

Lipoksigenase Sayur-sayuran Kerusakan vitamin A

Enzim pektin Buah-buah Kerusakan senyawa pektin (pelunakan)

Peroksidase Buah-buahan Kecoklatan

Polifenoloksidase Buah dan sayr Kecoklatan, perubahan flavor, kehilangan vitamin

Protease TelurKepiting, udang

Tepung 

Penurunan masa simpanPelunakan

Reduksi pembentukan gluten

Thiaminase Daging, ikan Kerusakan thiamine

4. PERUBAHAN KIMIA AKIBAT MIKROORGANISME

Kerusakan pangan:

(tidak dikehendaki) Misal degradasi senyawa-N (protein), degradasi lipid, degradasi karbohidrat (KH), degradasi pektin.

Fermentasi: (dikehendaki), perlu pengendalian fermentasi (suhu, garam/NaCl, ada/tidak ada oksigen).

Faktor Intrinsik: Nutrien aw

pH Potential reduksi-oksidasi (redoks) Inhibitor

Faktor Ekstrinsik: Temperatur Kelembaban Susunan gas di atmosfir (O2; O3)

Faktor Implisit: Interaksi mikroorganisme (sinergisme atau antagonisme)

Faktor-faktor yang mempengaruhi pertumbuhan mikroorganisme

Faktor-faktor yang mempengaruhi pertumbuhan mikroorganisme

30

Pola Umum Kerusakan Pangan oleh Mikrooganisme

Pola Umum Kerusakan Pangan oleh Mikrooganisme

(Dalgaard, 1993)31

32

Protein Oligopeptida Asam amino

PeptidaseProteinase

CysteineMethionineTryptophan

LysineArginineHistidine

CysteineMethionineTryptophan

LysineArginineHistidine

Cysteine desulfhydrase

Methionine lyaseTryptophanaseDecarboxylase

Cysteine desulfhydrase

Methionine lyaseTryptophanaseDecarboxylase

H2SMethyl mercaptans

IndoleCadaverine (bau bangkai)

Putrescine Histamine

H2SMethyl mercaptans

IndoleCadaverine (bau bangkai)

Putrescine Histamine

Sel bakteriSel bakteriAsam-asam amino Produk volatil berbau busuk

Proteolisis :Proteolisis :

Putrefaktif / kebusukan / dekomposisi asam-asam amino : Putrefaktif / kebusukan / dekomposisi asam-asam amino :

Degradasi (kebusukan) komponen-N (Protein)Degradasi (kebusukan) komponen-N (Protein)

Reaksi kimia: lihat di Fennema, O. R,“Food Chemistry”

33

Reduksi trimetilamin oksidaReduksi trimetilamin oksida

trimetilaminTrimetilamin oksida

Fishy odor (amis)Fishy odor (amis)

Pseudomonas Bacillus Clostridium

34

Degradasi lipid (ketengikan hidrolitik)Degradasi lipid (ketengikan hidrolitik)

Lipid Gliserol + Asam lemaklipase

Lipid oksidasi

Aldehid , keton

Pseudomonas Micrococcus Staphylococcus Flavobacterium

35

Degradasi KH: Pati glukosa asam piruvat ???

Degradasi karbohidrat:Degradasi karbohidrat:

36

(Stefanie et al., 2001)

Lihat matakuliah: “Bioteknologi Pangan”(Prof. Dr. Yoyok Budi Pramono).

37

Degradasi pektinDegradasi pektin

Penicillium expansum   Monilinia fructigena

Lunak & berair Kering & tegar

Pektin Asam Poligalakturonat + Metanol

Apple rot Asam Galakturonat

5. IRADIASI

Iradiasi makanan: penggunaan radiasi dari isotop radioaktif dari cobalt atau cesium dari pembangkit yang memproduksi sinar β (beta), γ (gamma) atau sinar x yang jumlahnya terkendali sehingga makanan tidak bersifat radioaktif.

Iradiasi memanfaatkan sinar β, γ, x yang diproduksi oleh Cobalt 60 dan Cesium 137.

Iradiasi pengion:Iradiasi pengion:

Untuk pangan menggunakan radiasi sinar gamma (Ɣ)

Dosis maksimum: 10 kGy

Menghancurkan mikrooganisme, mencegah kerusakan pangan

Merusak enzim

Perubahan nutrien (vitamin, protein, flavor).

lemak ?

Resistensi konsumen

Logo pangan iradiasi

Dosis iradiasi:

Dosis: jumlah radiasi yang diserap oleh makanan tidak sama dengan jumlah radiasi yang dipancarkan pembangkit.

Dosis ditentukan intensitas dan lama penyinaran. Satuannya gray (Gy)

1 Gray = 1 Gy = 100 rad

= 0,00024 kal/kg pangan 1 kGy = 1.000 Gy

Satuan iradiasi:

Satuan : Satuan lama Satuan baru Nama rad gray Simbol rad Gy Unit 100 erg/g 1 J/kg (1,0 rad) 0,01 Gy)

1 Gy = 100 rad 1 krad = 1.000 rad 1 Mrad = 1.000.000 rad

Satu rad = jumlah iradiasi pengion yang dibutuhkan untuk menyerap 100 erg/g pangan yang diiradisi.

Istilah-istilah dalam iradiasi:

Radsterilisasi: sterilisasi dengan iradiasi. Sterilisasi: mutlak membunuh semua

mikroorganisme. Radappertisasi: sterilisasi komersiil dengan

iradiasi (membunuh mikroorganisme perusak pangan).

Radurisasi: pasterurisasi dengan iradiasi (membunuh semua mikroba patogen tak berspora dan membunuh sebagian mikroorganisme perusak pangan).

Pasteurisasi : ???

Dosis rendah (≤ 1 kGy)

Mengendalikan serangga pada biji-bijian Mencegah pertunasan kentang Mengendalikan cacing pita pada daging babi Mencegah pembusukan dan mengendalikan

serangga pada buah dan sayur

Dosis medium ( 1-10 kGy)

Mengendalikan Salmonella, Yersinia dan Campylobacter pada daging, produk unggas dan ikan.

Mencegah mold (kapang) pada buah.

Dosis tinggi ( > 10 kGy ?)

Membunuh mikroba dan serangga pada rempah-rempah.

Sterilisasi pangan. Dosis rendah dan medium masih perlu

pendinginan.

Dosis lethal iradiasi untuk organisme:

Jenis organisme : Dosis (Krad) : Hewan tingkat tinggi, manusia 0,5 – 1,0 Serangga 1 – 100

Sel vegetatif (bakteri, yeast) 50 – 1.000

Spora bakteri 1.000 – 5.000

Virus 1.000 – 20.000--------------------------------------------------------------------------

Labelisasi pangan iradiasi

April 1986 semua pangan diiradiasi harus ada lambang. Pada tingkat konsumen, ditambahkan “ treated with radiation” atau “treated by irradiation”.

Keamanan pangan diiradiasi

Tahun 1981 FAO, WHO: “pangan yang diradiasi sampai dengan 1 mrad (10 kGy) aman bagi manusia, tidak perlu pengujian lebih jauh”.

Tahun 1986, China melakukan 8 eksperimen pada 439 orang. Sebanyak 60% pangan diradiasi antara 0,1 - 8 kGy→ tidak ada dampak.

Perubahan pada pangan yang diiradiasi: Hanya ada sedikit kenaikan suhu Perubahan tekstur mirip pasteurisasi atau

pembekuan Pada peach: kulit melunak, pada daging : flavor

berkurang Perubahan kimia: H20 →H202 90% perubahan kimia

karena radiasi menghasilkan komponen yang alamiah. Misal trigliserida→ asam lemak

Protein → asam amino Asam askorbat berubah menjadi asam

dehidroaskorbat. Vitamin C mudah rusak jika ada 02.

Perubahan kimia pangan akibat iradiasi:

Iradiasi H2O menghasilkan: •OH (hidroksil radikal) H• (hidrogen radikal)

e-aq (elektron radikal)

H2O• (air radikal)

Iradiasi H2O bila ada udara menghasilkan:

H2

H2O2

H2O•

H3O+ •OH

Perubahan air akibat iradiasi:

H2O H•. + OH•

H• + H• H2

OH•+ OH• H2O2 (beracun bagi mikroorganisme)

H• + O2 HO2•

HO2• + HO2• H2O2 + O2

Iradiasi asam amino dan peptida:

Reduksi deaminasi:

R-CH-NH2-COOH + e-aq + H+

R-C•H-COOH + NH3

R-C•H-COOH + R-CH-NH2-COOH R-CH2-COOH + R-CN•NH2-COOH

(SUMBER: FENNEMA, O.R. “FOOD CHEMISTRY”)

Iradiasi asam amino dan peptida:

Oksidasi deaminasi:

R-CH-NH2-COOH + e+aq + H+ R-C•NH2-COOH + H2

R-CH-NH2-COOH + •OH R-C•NH2-COOH + H2O

2 R-C•NH2-COOH R-CH-NH2-COOH + R-C=NH-COOH

R-C=NH-COOH + H2O R-CO-COOH + NH3

Iradiasi asam amino dan peptida:

R-CH-NH2-COOH + •OH

R-C•NH2-COOH + H2O

R-C•NH2-COOH + O2

R-C(O2•)NH2-COOH

R-C(O2•)NH2-COOH R-C=NH-COOH +•H2O

R-C=NH-COOH + H2O R-CO-COOH + NH3

.

Untuk mencegah atau mengurangi kerusakan: Hindari cahaya dan 02

Dinginkan pangan Dosisnya rendah

Penerimaan konsumen Wise Research Associates (1984): 25% penduduk

berhati-hati terhadap pangan iradiasi, 75% diantaranya takut. Tapi konsumen lebih takut terhadap bahan tambahan kimia dan bahan kimia lain (pestisida)

Kelemahan iradiasi

Biaya operasional mahal Butuh prasarana dan sarana yang harganya

mahal Perlu tenaga yang terlatih dan professional Kemungkinan terkena radiasi bagi tenaga

operasional mengakibatkan kemandulan.

Keputusan Menkes nomor 151/Menkes/SK/II/1995 Rempah-rempah,daun-daunan dan bumbu-

bumbu kering, untuk mencegah pertumbuhan serangga dan mikroba, dosis maksimal 10 kGy.

Umbi-umbian kentang, bawang merah, bawang putih dan rhizoma, untuk menghambat pertunasan dosis maksimal 0,15 kGy.

Keputusan Menkes nomor 151/Menkes/SK/II/1995 Udang beku dan paha kodok beku, untuk

menghilangkan bakteri samonella, dosis maksimal 7 kGy.

Ikan kering untuk memperpanjang daya simpan dosis maksimal 5 kGy

Biji-bijian untuk menghilangkan serangga dan bakteri patogen dosis maksimal 5 kGy.

6. PULSA ELEKTRIK6. PULSA ELEKTRIK

Tekanan tinggi dan panas

Merusak sel membran mikroorganisme

Tekstur lebih lunak

(perubahan fisik)

7. PENGASAPAN

Tujuan pengasapan: pengawetan (penurunan aw, perbaikan cita-rasa dan warna, pengempukan daging dan ikan).

Komponen asap bersifat antimikroorganisme, jenis komponen asap tergantung jenis kayu.

Komponen asap: formaldehid, fenol, asam format, asam kaproat, keton, guanikol, katekhol, metil-katekhol, pirogalol.

8. BUMBU/REMPAH, BAHAN PENGAWET Bumbu dan rempah: tujuan untuk cita-rasa, pengawet

(antimikroorganisme), sifat antimikroorganismenya spesifik terhadap mikroorganisme tertentu saja.

Cengkeh, mengandung eugenol dan aldehid sinamat bakteriostatik.

Bawang merah/putih alisin bakteriostatik. Kunyit kurkumin, bakteriostatik terhadap bakteri Gram +

batang. Lada hitam/putih merangsang pertumbuhan mold dan yeast

amilolitik. Lada digunakan untuk campuran pembuatan ragi tape. Bumbu dan rempah lainnya ……………………………………

Bahan pengawet: asam-asam organik (benzoat, sorbat, propionat dll), grup sulfit, nitrat/nitrit, gula, NaCl, grup alkohol, antibiotika,

asap kayu. Berpengaruh terhadap fisik, kimia, mikrobiologis dan sensori pangan. Bahan pengawet lainnnya … (lihat matakuliah: “Bahan Tambahan Pangan”).

Jelaskan !

Mikrosidal Mikrostatik Bakteriosidal Bakteriostatik Fungisidal Fungistatik

Mana yang paling tidak spesifik (spektrum luas) atau sifat antimikroorganismenya paling kuat ?

9. PENGEMASAN9. PENGEMASAN

Sebagian besar pangan dikemas : Higienis Produk stabil Mempermudah

pengangkutan/penyimpanan dalam kontainer (pengepakan)

Diterima konsumen

Masalah : Limbah kemasan Perlu recycling (daur ulang) !

Kemasan edibel:Kemasan edibel:

Film / coating dengan bahan dasar: Polisakarida

Selulosa, pati, gum Lipid

Mentega, wax (lilin lebah) Protein

Susu, kedelai, sereal

Fungsi: Mempertahankan kelembaban, oksigen, lemak

volatil. Antioksidan dan antimikroorganisme.

Lihat matakuliah: “Pengemasan dan Pengepakan”.

Kemasan spesifik:Kemasan spesifik:

Mencegah oksidasi (buah-buahan)

Modifikasi atmosfer (untuk memperpanjang masa simpan) :

Kurangi oksigen + CO2

Kelembaban diatur Kemasan vakum (cegah

oksidasi)

10. Lain-lain

Ozon (O3): oksidator kuat terhadap lemak pada membran sel mikroorganisme, tidak digunakan untuk pangan berlemak. Biasanya untuk pengolahan air minum kemasan.

Bahan tambahan pangan (aditif): untuk memperbaiki sifat-sifat pangan (fisik, kimia, sensori). Lihat Kuliah “Bahan Tambahan Pangan”.

Penyimpanan: dapat berpengaruh terhadap sifat fisik, kimia, mikrobiologis, sensori pangan (tergantung suhu, waktu dan bahan pengemas).

.