Perubahan Komponen Kimia Pangan Akibat Pengolahan dan Pengawetan
-
Upload
muhammad-eko -
Category
Science
-
view
163 -
download
16
Transcript of Perubahan Komponen Kimia Pangan Akibat Pengolahan dan Pengawetan
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).
.