Biokimia Bahan Makanan (KI-462)

Bagian I

Pokok Bahasan Nutrisi:

Makronutrien: Mikronutrien:

Mikroba sebagai materi biokimia: Pendahuluan Peran mikroba

Pengolahan & Pengawetan Bahan Pangan Senyawa tambahan & Pengotor bahan

Pangan

1. NUTRISIMakronutrien:

Karbohidrat Lipid Protein

Mikronutrien Vitamin Mineral

Nutrisi- KarbohidratHubungan Metabolisme karbohidrat,

Lipid, ProteinKarbohidrat sebagai sumber energi:

Kalori nutrisi (Cal=kkal) Kebutuhan kalori basal

Katabolisme KH:Serat

Hubungan metabolisme karbohidrat, Lipid, Protein dan Asam Nukleat

Katabolisme KarbohidratGlikolisis :

diperlukan energi dihasilkan energi

:Hasil glikolisis diolah berbeda antara sel yang anaerob dan aerob

Fermentasi alkohol

Daur asam trikarboksilatPiruvat hasil glikolisis, dalam keadaan

aerob akan diubah menjadi asetil-KoA. Asetil-KoA ini kemudian akan masuk ke

dalam daur asam trikarboksilat, tempat dihasilkannya NADH, FADH2, dan GTP, diawali dengan bereaksinya oksaloasetat membentuk sitrat

Rantai respirasi/ fosforelasi oksidatif

Fosforelasi OksidatifReaksi redoksSistem transport elektron: . . .Lokasi & mekanisme reaksi rantai respirasip/o rasio dan reaksi oksidatif ATA s nt s si e i

inhibitor

Nutrisi: -Katabolisme asam lemakPenyerapan dan transport:

didegradasi di lumen usus kecil, direkombinasi pada RE &badan golgi

aktivasi asam lemak R-COO- + ATP + CoASH <=> Acyl-S-CoA +

AMP + PPi ( = -0.8 kJ/mol) dikatalisis oleh enzim fatty acyl CoA ligase

Transfer ‘fatty Acyl CoA’ dari sitosol ke mitokondria

Beta oksidasi dari asam lemakTerjadi di dalam mitokondria.Tahapan -tahapan -oksidasiFADH2 dan NADH yang dihasilkan akan

masuk ke dalam sistem transport elektron, sehingga dihasilkan ATP

perolehan energi

Oksidasi asam lemak ganjil

Menghasilkan propionil-KoA yang tidak dapat langsung digunakan pada TCA

Propionil-KoA ini harus di konversi menjadi suksinil KoA

Asam lemak esensial & non esensial

KetogenesisTerjadi jika jumlah asetil-KoA berlebihmerupakan sumber energi otak jika

dalam keadaan kelaparan

Nutrisi: -Katabolisme Proteinsumber asam amino dalam mamalia

protein dari diet Protein dalam tubuh

waktu paruh proteinHubungan katabolisme protein dengan

TCA

Degradasi asam amino

Pemindahan gugus aminTransaminase:

pemindahan gugus amin, biasanya glutamat, kepada asam -Keto.

Macamnya: SGPT, SGOTDeaminasi: glutamat dehidrogenaseDeaminasi oksidatif:

glutamin synthetase asparagin synthetase

Detoksifikasi amoniaTransport amonia:

ptpt-hatiSiklus Urea:

salah satu cara penghilangan amonia hanya dimiliki oleh organisme ureotelik sintesis arginin dari ornitin

Nutrisi- KarbohidratMerupakan komponen penyusun

pangan terbesar setelah air.Beberapa KH yang banyak terdapat di

pangan: Glukosa, fruktosa Sukrosa Maltosa Laktosa

Glukosa & fruktosa Contoh : madu kelarutan Semua monosakarida adalah gula pereduksi,

karena dapat mereduksi senyawa/unsur seperti Cu2+ menjadi Cu+

Pereksi untuk identifikasi gula pada pangan: Uji Benedict (aldosa) Uji Fehling (ketosa pada kondisi basa)

Uji Ketosa

Disakarida Kebanyakan diperoleh dari hasil hidrolisis

sebagian dari polisakarida Sukrosa : gula meja

Diperoleh dari tebu atau beet Sifat: bukan gula pereduksi, pemanasan

menghasilkan karamel, dapat di fermentasi Gula Invert:

Hasil hidrolisis sukrosa dengan asam/panas atau dengan invertase dgn perbandingan glukosa : fruktosa = 1 : 1

Ikatan glikosida pada disakarida

Manfaat sukrosa pada pangan Fermantasi: pembuatan roti, pakan ternak Brown sugar: kristal gula putih yang diberi

perlakuan dangan molase. Gula bubuk: bubuk sukrosa yang

mengandung 3% tepung jagung sbg ‘anticaking agent’

Gula ‘fondant’, untuk hiasan kue atau permen: kristal sukrosa yang sangat halus diselaputi larutan jenuh gula invert, sirup jagung, maltodextrin.

Disakarida-Maltosa Struktur:

Jarang diproduksi oleh tanaman, hasil hidrolisis tepung oleh enzim -amilase (bakteri Bacillus), merupakan senyawa antara pada proses fermentasi.

Sifat: gula pereduksi, mutarotasi, hidrolisis oleh asam/panas – maltase

Manfaat: sirup jagung, kombinasi pemanis

Disakarida - Laktosa Kelimpahan:

Susu sapi/kambing (4.5-4.8%), susu manusia (~7%)

Produk susu tanpa fermentasi

Sifat: gula pereduksi, mutarotasi, menghasilkan glukosa & galaktosa pada hidrolisis dgn asam/panas atau laktase (-galaktosidase)

Sifat Laktosa (lanjutan) Gula yang paling tidak manis Paling sukar larut Digunakan sebagai pembawa senyawa

pewarna atau senyawa pembangkit rasa (adsorbsi)

Tidak dapat difermentasi oleh kapang Bereaksi dgn protein reaksi pencoklatan Merangsang adsorbsi nutrisi di usus halus &

menyebabkan waktu tinggal Ca lebih lama.

Manfaat laktosaSumber karbohidrat utama selama

masa pertumbuhan mamalia (40%)Tidak di dapatkan pada makanan

fermentasi ( asam laktat)Pencernaan: laktase pada lumen usus

halus Lactosa intolerance

KristalisasiDigunakan utk memurnikan gulaMakin murni larutan, makin cepat

kristalisasiProses ini tidak selalu diinginkan terjadi

pada produk pangan e.g kristalisasi laktosa pada es krim

Pertumbuhan kristal:

PolisakaridaPolimer dari monosakarida derajat

polimerisasi (DP)DP < 100 beberapa200<DP<3000 kebanyakan7000<DP<15000 beberapa e.g

selulosa

Sifat polisakaridaTerhubung melalui ikt glikosidikAda yang berantai lurus atau bercabangMassa molekul tinggiTidak larut dalam airTidak dapat dikristalkanBukan gula pereduksi

Manfaat pada bahan panganEfek pada sifat bahan :Mengatur -menurunkan mobilitas air

pada sistem bahan panganAir dapat mengubah sifat fisik &

fungsional polisakaridaBersama-sama air, polisakarida dapat

megubah sifat fungsional bahan pangan. e.g

Komposisi tepung Amilosa (17-30%), kec ‘Sweet corn

& peas’: 70% Struktur: rantai lurus:

glikosidik ‘right handed spiral’ Dp ~ 103

Larut dalam air Hidrolis dengn -amilase

100% dextrin glukosa Strong pliable films Crystalline X-Ray pattern

Amilopektin (70-80%), kec‘waxy starch’

e.g Waxy corn kernel’: 100% Struktur : bercabang - … +

-1,6 Glikosidik heliks ganda DP > 106

Tak laruk dalam air Hidrolisis dengan -amilase

60% glukosa Brittle films amorph

Struktur butiran tepungAmilosa & amilopektin tersusun secara

radialKristalin & non-kristalin tersusun

berlapis-lapis ( seperti lapisan bawang)

Peran tepung pada pangan adhesive (bread) binding (formed meats) clouding (cream fillings); dusting (bread) film forming; foam strengthening

(marshmallows) gelling (gum drops) glazing (nuts); moisture retaining (breading) thickening (soups)

GelatinisasiProses pengembangan butiran tepung

(oleh air) yang irreversibel terjadi jika tepung & air dipanaskan pada

suhu kritiknyasusunan molekul butiran tepung menjadi

tak teratur terjadi ‘leaching’ amilosa butiran besar, tergelatinisasi lebih dulu

Tahapan gelatinisasi tepung 1. Suhu gelatinisasi awal (60-80 ºC): (a) pemanasan butiran pati dalam keadaan air

berlebih menyebabkan penggelembungan lebih lanjut dibandingkan dengan hanya oleh air dingin, diikuti ‘leaching’ amilosa

(b) pada suhu 60 ºC, penggelembungan terjadi yang ditandai dengan difusi air melalui dinding butiran pati, dan terjadi pula pelolosan (“leaching”) amilosa terlarut.

(c) pada kenaikan suhu berikut, 60 hingga 80 ºC, volume butiran pati meningkat hingga 5 kali.

Tahap akhir gelatinisasi tepung 2. Suhu akhir (95-100 ºC):

Pada saat suhu mencapai 95-100 ºC dan suhu dipelihara tetap sambil diaduk, terjadi kerusakan butiran, dan terbentuk gel pati dalam larutan yang disebut pasta.

Massa menjadi kental yang terdiri atas fasa kontinu dari amilosa terlarut dan/atau amilopektin dan fasa tak kontinu fragmen-fragmen butiran.

Pemanasan menerus pada 95-100 ºC dengan pengadukan menghasilkan penurunan viskositas akibat rusaknya semua butiran.

Pektin Sturuktur Pektin:

polimer dari -D-Galakturonat melalui ikatan -1,4-glikosidik

Beberapa gugus -COOH teresterifikasi dgn metanol (ester Metoksil ~7-12%, kec strawberi ~0.2%)

Sifat & kemampuannya utk membentuk gel ditentukan oleh bentuk gugus asamnya : e.g: -COOH, -COOCH3, keterikatannya dgn ion Ca2+ & Mg2+

Pektin (lanjutan)Derajat esterifikasi (Degree of

Esterification, DE) : perbandingan jumlah galakturonat teresterifikasi thd jml seluruh galakturonat dlm persen

Alami : 60-10% (bubur apel –strawberi)Jenis : as pektat (DE=0%), as pektanat

(DE>0), protopektin (DE>60%)

Struktur protopektin

Nutrisi-Protein Struktur : primer, sekunder, tertier, kuarterner Sifat protein yang berperan pada bahan

pangan:1. Hidrasi protein: water binding capacity, water

holding capacity (WHC) .2. Kelarutan:

1. peran: pengental, pengemulsi, Foaming’, gelling.2. faktor: hidrofobicity & ionic repulsion

3. Denaturasi protein:…1. Faktor2. Efek thd sifat fungsional: kelarutan, WHC, viskositas,

rentan thd proteolitik

4. Gel Protein

Pengaruh denaturasi protein pada panganKelarutan menurunViskositas meningkatKoagulasi, presipitasiKapasitas penjebakan air menurun -

teksturRentan thd enzim proteolitik

Gel proteinDefinisi: agregasi dari molekul-molekul

protein terdenaturasi dengan keteraturan tertentu sehingga dihasilkan jaringan yang kontinu

Faktor yang mempengaruhi pembentukan gel protein: T, pH, garam, [protein]

Sifat Gel proteinViskositas tinggiElastik &atau PlastikSyneresis

Kekuatan gel protein Definisi:

Kemampuan protein dengan berat molekul tertentu untuk membentuk gel dengan mengikat sejumlah air pada kondisi percobaan tertentu

Faktor yang mempengaruhi kekuatan gel protein: [protein] T pH perlu dikendalikan Agitasi MW

Gel proteinProses pembentukan:

Denaturasi Agregasi (pada saat didinginkan)

Progel (if reversibel) Ikatan silang dalam rantai protein: … Akibatnya: absorpsi air prot exterior &

interior

Nutrisi - Lipid

Kegunaan Lipid pada bahan pangan: rasa & tekstur, medium penggorengan, kepuasan

Penggelongan Lipid: Lipid sederhana:trigliserida: fats & oils, wax Lipid kompleks: glikolipid, fosfolipid, lilpoprotein Turunan Lipid: sterols, carotenoids, terpens

Contoh:

Asam lemak Penamaan asam lemak tak jenuh:

Posisi C=C pertama,

dihitung dari-CH3

20:46

Jumlah atom CJumlah gugus C=C,

Tidak terkonjugasi, tapi dengan -CH2- - diantaranya

Asam lemak tak jenuh dari hewanTdak dapat mensintesis asam lemak tak

jenuh dengan posisi –C=C- pada posisi >9 (dari –COOH)

Contoh: 12:17 C5 dari COOH asam lauroleat (minyak ikan

herring) 16:17 C9 dari COOH asam palmitoleat (lemak

susu)

16:17

Asam Lemak dari TumbuhanPaling banyak didapat dari biji-bijian:

18:26 asam linolenat

Lipid sederhana & Lipid kompleks Fats & Oil : ester dari gliserol dgn asam lemak Wax: … alkohol 1 atau 2 dgn … Lipid kompleks:

Fosfolipid : Lechitin, Cephalin

Glikolipid : Lipoprotein:

Turunan Lipid : Sterols, terpen,

Sifat fisik Lipid yang berhubungan dengan sifat fungsional lipid

1. Plastisitas lemak (fat):

2. Titik leleh

3. Polimorfisme

4. Massa jenis

5. Titik asap minyak

1. PlastisitasDefinisi:merupakan sifat lemak

sehingga ia dapat dioleskan, lembut dan tak berubah.

Penyebab: perbandingan fasa padat : fasa cair

<10% padatan cair

10-50% padatan

plastik

> 50% Rigid, tidak plastik

Plastisitas: Faktor yang mempengaruhi:Tipe trigliseridaKomposisi trigliseridaSuhu

2. Titik Leleh Tidak memiliki titik leleh yg tajam rentang

leleh Utk TG murni,

titik leleh = f(panjang rantai, ketakjenuhan) P. rantai >> t.l >> Ketakjenuhan >> t.l <<

Contoh: cocoa butter, margarin & butter perlu rentang leleh yg lebar u/ ‘plasticity & spreadablelity’

3. Kristalisasi & Polimorfisme Lipid

Intro:Kristalisasi lemak lambatKalor kristalisasi dibebaskan Avolume berkurangLemak tidak membentuk keadaan gelas

pada kristalisasi

Nukleasi vs Pertumbuhan kristal pada lemak

Laju dari pendinginan menentukan mana yang lebih dominan: nukleasi atau pertumbuhan kristal

: Lambat: nukleasi lambat terbentuk kristal yang besar

Cepat: nukleasi cepat kristal kecil-kecil Ukuran kristal umumnya antara 0.1-5.0 m,

tetapi beberapa dapat mencapai 50 m Jika kristal lemak yang terbentuk besar-besar

akan megubah rasa & penampilan yang seperti berpasir

Polimorfisme pada Lemak

Def: Fasa kristal dari komposisi kimia yang

sama tetapi berbeda struktur , tetapi jika meleleh menghasilkan fasa yang identik

Hal ini terjadi pada kristalisasi lemak Tiap bentuk kristal polimorf dapat

dibedakan dengan menentukan titik leleh, pola kristalografi sinar X, spektrum infra merah

Tiga bentuk utama: (alpha), (beta), '' (beta aksen)

Susunan Kristal Trigliserida Molekul Trigliserida dalam kristalnya berlapis-

lapis Rantai asam lemak tersusun sangat rapat satu

dengan yang lainnya Rantai asam lemak itu tersusun tegak lurus

(bentuk atau miring (bentuk ’’ and ) terhadap bidang-bidang gugus gliserol dan bidang gugus metil terminal

Bentuk kristal:AA hexagonalAA’ : ortorombikAA : triklinik

Bentuk Polimorf lemak

Bentuk Paling tidak stabil Titik leleh paling rendah

Bentuk Paling stabil Titik leleh paling tinggi

Bentuk ' Kestabilan berada diantara kedua bentuk diatas Titik leleh berada diantara kedua bentuk diatas

Pengaruh bentuk polimorfisme pada titik lelehTriglyceride AA‘ Triolein -32 -13 4

Trilaurin 14 34 44Trimyristin 32 44 56Tristearin 54 64 73

4. Massa Jenis< 1= f(MW, ketakjenuhan)

5. Titik Asap Minyak Beberapa istilah:

Titik asap Titik nyala Titik api

Beberapa contoh Titik asap minyakgoreng: Castor oil 200 °C Corn oil (crude) 178 °C Corn oil (refined) 227 °C Linseed oil (crude) 163 °C Linseed oil (refined) 160 °C Olive oil (raw) 199 °C Soybean oil (crude) 181 °C Soybean oil (refined) 256 °C

Contoh bentuk Polimorf lemak Dalam tiap lemak alami, meskipun

mengandung beberapa trigliserida, biasanya hanya salah satu bentuk polimorf yang dominan

Bentuk Bentuk ' coconut butter cottonseed oil coconut oil canola oil lard (pork fat)) tallow (beef fat) olive oil herring oil corn oil whale oil safflower oil cow’s milk fat

Mikronutrien: Vitamin Vitamin merupakan senyawa organik yang

tidak dapat disintesis tubuh tapi sangat dibutuhkan kehadirannya, meskipun dalam jumlah yang sangat kecil.

Fungsi metabolik: Koenzim Terlilbat dalam proses transfer energi Diperlukan utk keutuhan membran

Penggolongan Vitamin- berdasarkan kelarutannya

1. Vitamain yang larut dalam air: mengandung atom yang elektronegatif dipol (polar)

C, golongan vit B

2. Vitamin yang larut dalam lemak : tidak mengandung atom yang elektronegatif non polar

A, D, E, K

Vit. C: Asam askorbatSturktur: suatu poly-ol Gugus Hydroxyl melekat

pada karbon etilenat (suatu stuktur enediol ) dengan pKa= 4.1) dan satu atom khiral*

L-isomer merupakan bentuk yang ada di alam.

D-isomer : asam erythorbat tidak ada aktivitas biologis

Vit C, lanjutan

Kandungan Vit C pada berbagai buah-buahan

Buah [Vit C] mg/100 g

Blackcurrent 200

Paw paw 80

Strawberry 60

Citrus 50

Mango 30

Banana 20

Apple 5

Kandungan Vit C pada sayuranSayuran Kandungan (mg/100 g) Parsley 150 Capsicum 130 Broccoli 100 Brussel sprouts 100 Cauliflower 70 Cabbage 60 Potatoes 30 Peas 25

Keaktifan & kestabilan Paling tidak stabil Proses pencoklatan enzimatis pada buah &

sayuran dapat mengoksidasi as askorbat Yang berperan dalam hal ini adalah senyawa-

senyawa quinone L-dehydroascorbic acid dioksidasi lebih lanjut

menjadi asam diketo-L-gulonat nonreversible delactonization Kestabilan: rentan thd: T, [garam] [gula], pH,

Oxygen, Enzim, katallis logam

Kelompok Vitamin BRiboflavinVitamin B6NiacinFolic AcidPantothenic AcidBiotin

Vit. B1 : Tiamin Struktur

Secara alami tiamin ditemukan sebagai: Ester antara gugusdengan asam difosfat menghasilkan difosfat, thiamine pyrophosphate (TPP)

Sumber tiamin (mg/100 g)Beef up to 0.6

Pork up to 1.0 Peas 0.36 Egg 0.11 tPotatoes 0.10 Milk 0.03 Wheat flour:

wholemeal 0.36-0.5 % extraction 0.3-0.4 73% extraction 0.07-0.1

Rice: whole rice 0.5 polished rice 0.03 0.03 rice bran 2.3

Kestabilan Vit B1Cahaya dan keadaan asam pada bahan

pangan tidak mempengaruhi kadare.g. heating to 120 C at pH 3.5 or belowStabil pada suhu kamar dengan

aktivitas air yang rendah

Vitamin Yang larut dalam Lemak : Vit AYang terdapat di mamalia:Retinol, Retinal, asam retinoat

Retinol

Vitamin A lainnya

Provit. A-Carrotene