kimia, gizi, dan pangan (tpht)

49
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

Upload: muhammad-eko

Post on 29-Jul-2015

142 views

Category:

Science


6 download

TRANSCRIPT

Page 1: Kimia, Gizi, dan Pangan (TPHT)

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.

Page 2: Kimia, Gizi, dan Pangan (TPHT)

• 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

Page 3: Kimia, Gizi, dan Pangan (TPHT)

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.

Page 4: Kimia, Gizi, dan Pangan (TPHT)

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

Page 5: Kimia, Gizi, dan Pangan (TPHT)

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’

Page 6: Kimia, Gizi, dan Pangan (TPHT)

POLISAKARIDA (karbohidrat)

Page 7: Kimia, Gizi, dan Pangan (TPHT)

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.

Page 8: Kimia, Gizi, dan Pangan (TPHT)

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).

Page 9: Kimia, Gizi, dan Pangan (TPHT)

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.

Page 10: Kimia, Gizi, dan Pangan (TPHT)

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”).

Page 11: Kimia, Gizi, dan Pangan (TPHT)

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.

Page 12: Kimia, Gizi, dan Pangan (TPHT)

• 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

Page 13: Kimia, Gizi, dan Pangan (TPHT)

• 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

Page 14: Kimia, Gizi, dan Pangan (TPHT)

• 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

Page 15: Kimia, Gizi, dan Pangan (TPHT)

• 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

Page 16: Kimia, Gizi, dan Pangan (TPHT)

• 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?

Page 17: Kimia, Gizi, dan Pangan (TPHT)

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.

Page 18: Kimia, Gizi, dan Pangan (TPHT)

• 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%

Page 19: Kimia, Gizi, dan Pangan (TPHT)

•ERH terbatas pada atmosfer serta dalam keseimbangan degan larutan atau bahan pangan sehingga kurang sesuai untuk menggambarkan ketersediaan air (air bebas).

Page 20: Kimia, Gizi, dan Pangan (TPHT)

H2Ol

H2Ol H2Ol

H2Ol

H2Og

H2Ol

H2Ol

H2Og

H2Og

Page 21: Kimia, Gizi, dan Pangan (TPHT)

• 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.

Page 22: Kimia, Gizi, dan Pangan (TPHT)

• Penggunaan humektan mempertimbangkan:

- kelarutan. - bobot molekul. - flavor (bau), aroma (citarasa). - kristalisasi selama

penyimpanan. - reaksi kimia (kecoklatan non

enzimatis). - toksisitas (beracun atau tidak).

Page 23: Kimia, Gizi, dan Pangan (TPHT)

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

Page 24: Kimia, Gizi, dan Pangan (TPHT)

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.

Page 25: Kimia, Gizi, dan Pangan (TPHT)

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

Page 26: Kimia, Gizi, dan Pangan (TPHT)

Komposisi butiran patiPati

Page 27: Kimia, Gizi, dan Pangan (TPHT)

                                                                          

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)

Page 28: Kimia, Gizi, dan Pangan (TPHT)

Struktur kimia pati Pati

Page 29: Kimia, Gizi, dan Pangan (TPHT)

Amilosa dan Amilopektin

Amilosa

Amilopektin

Page 30: Kimia, Gizi, dan Pangan (TPHT)

Amilosa

AmilosaAmilosa

Page 31: Kimia, Gizi, dan Pangan (TPHT)

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.

Page 32: Kimia, Gizi, dan Pangan (TPHT)

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

Page 33: Kimia, Gizi, dan Pangan (TPHT)

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

Page 34: Kimia, Gizi, dan Pangan (TPHT)

• 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.

Page 35: Kimia, Gizi, dan Pangan (TPHT)

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

Page 36: Kimia, Gizi, dan Pangan (TPHT)

Fenomena GelatinasiFenomena Gelatinasi

Page 37: Kimia, Gizi, dan Pangan (TPHT)

Tugas

• Berilah contoh produk-produk olahan atau awetan pangan yang melibatkan gelatinisasi pati ?

• Pati – air – panas !

Page 38: Kimia, Gizi, dan Pangan (TPHT)

HIDROLISIS

• Hidro ?• Lisis ?• Melibatkan - makromolekul (karbohidrat, protein, lemak, selulosa) - air (mutlak) - enzim hidrolase atau asam - panas (?)

Page 39: Kimia, Gizi, dan Pangan (TPHT)

• 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 ?

Page 40: Kimia, Gizi, dan Pangan (TPHT)

Prinsip hidrolisis oleh enzim / asam Starch Glucose

-----

Sucrose Glucose + Fructose

Proteins Amino Acids

Page 41: Kimia, Gizi, dan Pangan (TPHT)

Amilosa dan Amilopektin

Amilosa

Amilopektin

Page 42: Kimia, Gizi, dan Pangan (TPHT)

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

Page 43: Kimia, Gizi, dan Pangan (TPHT)

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

Page 44: Kimia, Gizi, dan Pangan (TPHT)

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

Page 45: Kimia, Gizi, dan Pangan (TPHT)

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

Page 46: Kimia, Gizi, dan Pangan (TPHT)

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

Page 47: Kimia, Gizi, dan Pangan (TPHT)

Lipid MoleculeLipid Molecule

esterifikasi

Page 48: Kimia, Gizi, dan Pangan (TPHT)

Selulase + H2O

Monomernya ? Alfa-D-glukosa atau

Beta-D-glukosa

CH₂OH

OHO

H

OH

H

H

H

H

oH

H

Page 49: Kimia, Gizi, dan Pangan (TPHT)

Tugas

•Cari contoh produk hidrolisis makromolekul (KH, protein, lemak)

•Produk-produk hidrolisis umumnya didahului oleh proses gelatinisasi atau denaturasi, mengapa ?