KIMIA PANGANKompetensi inti di dalam kimia pangan bidang ilmu dan teknologi pangan adalah penguasaan di bidang ilmu kimia dan analisis pangan, kompetensi secara umum dalam kimia pangan di bagi dua komponen, antara lain komponen makro (air, karbohidrat, protein, dan lemak/minyak), dan komponen mikro pangan (vitamin, mineral,

pigmen, komponen bioaktif, dan komponen toksik/racun, serta bahantambahan pangan). Selain penguasaan tentang komponen makro dan mikro juga mengamati pengolahan perubahan kimia selama pengolahan dan

penyimpanan pangan serta reaksi-reaksi kimia dengan kerusakan dan masa simpan sistem pangan.

Pengertian panganPangan adalah segala sesuatu yang berasal dari sumber alam hayati (hewani dan nabati) dan air, baik yang belum diolah (pangan segar) maupun yang telah diolah (pangan olahan), yang diperuntukkan sebagai makanan atau minuman bagi konsumsi manusia. Yang termasuk kedalam kelompok pangan adalah bahan tambahan, bahan baku pangan, dan bahan lain yang digunakan dalam proses penyiapan, pengolahan, dan atau pembuatan makanan dan minuman. Pangan tersebut dapat tersedia dalam bentuk padat, semi padat, atau cair.

Kimia komponen panganPagan segar dan pangan olahan dapat disusun oleh komponen makro (air, karbohidrat, lemak dan protein) dan komponen mikro (vitamin, mineral, pigmen, dan komponen organik lainnya. Enam komponen pertama, yaitu air, karbohidrat, lemak, protein, vitamin, dan mineral disebut dengan komponen gizi yang merupakan komponen utama agar manusia dapat bertahan hidup. Diantara komponen kimia tersebut, yang menjadi sumber energi utama adalah karbohidrat (4Kkal/gram), protein (4 Kkal/gram), dan lemak (9 Kkal/gram), sedang kimia pangan mikro untuk memelihara kebugaran tubuh.

AirAdalah senyawa kimia penting yang menyusun pangan, air disusun atom hidrogen (H) dan oksigen (O) yang berikatan membentuk molekul H2O. Pangan seluruhnya mengandung air, namun dengan jumlah yang berbeda-beda, air dalam pangan berperan dalam mempengaruhi tingkat kesegaran, stabilitas, keawetan, dan kemudahan terjadinya reaksi-reaksi kimia.

Kandungan Air dalam PanganJumlah air dalam pangan berbeda-beda. Jumlah air dalam pangan sering dinyatakan sebagai kadar iar. Pangan Tomat Semangka Kol Nenas Kacang hijau Susu sapi Kadar air (%) 94 93 92 85 88 90 Pangan Ikan kering Daging sapi Roti Buah kering Susu bubuk Tepung terigu Kadar air (%) 38 66 36 28 14 12

Peran Air Dalam Sistem PanganAir memiliki peran penting dalam sistem pangan, yaitu : 1. Mempengaruhi kesegaran, stabilitas, dan keawetan pangan. 2. Berperan sebagai pelarut yang universal untuk senyawa-senyawa ionik dan polar, seperti garam, vitamin, gula, dan pigmen. 3. Berperan dalam reaksi-reaksi kimia (misal pada reaksi polimerisasi pembentukan karbohidrat, protein, dan lemak)

4. Mempengaruhi aktivitas enzim.5. Faktor penting untuk pertumbuhan mikroba. 6. Menentukan tingkat resiko keamanan pangan. 7. Sebagai medium pindah panas.

Tipe Air dalam PanganAir dalam pangan berada dalam berbagai bentuk yang dapat berbeda dari air murninya. Walaupun molekul air dalam pangan sama yaitu H2O, namu sifat fisik dan kimia air dalam pangan dapat berbeda-beda, hal ini disebabkan air terikat dalam pangan dengan derajat atau kekuatan ikatan yang berbeda-beda. Derajat keterikatan air ini akan mempengaruhi peranan air dalam reaksi kimia dan pertumbuhan mikroba. Hal ini menyebabkan tingkat keawetan, mutu, dan keamanan pangan pun juga berbeda-beda. Air dalam pangan berada dalam berbagai bentuk , yaitu air kapiler, air terlarut, air adsorpsi, dan air terikat secara kimia. 1. Air Kapiler. Air dalam pangan dapat berada dalam jaringan-jaringan kapiler pangan yang halus tanpa ikatan yang kuat pada matrks bahan. Air kapiler terikat secara fisik atau terkurung dalam rongga-rongga yang halus. Semakin kecil jaringan kapiler maka air akan semakin sulit dikeluarkan. Air kapiler umumnya memiliki sifat seperti air normal, mudah dikeluarkan apabila ditekan, dan mudah diuapkan bila pangan dikeringkan. Dengan kata lain, air kapiler memiliki sifat air bebas.

2. Air terlarut, Air terlarut dalam pangan padat, di mana air seakan-akan larut dalam pangan tersebut. Apabila air terlarut di uapkan dari pangan maka air tersebut harus berdifusi dari bagian dalam bahan pangan padat tersebut. 3. Air adsorpsi. Air ini biasanya terikat pada permukaan atau pada lapisan-lapisan

sekitar molekul-molekul hidrofilik, seperti protein, karbohidrat, pektin, dan pati,yang terikat melalui ikatan hidrogen antar molekul. Pada awalnya , air adsopsi akan membentuk lapisan (monolayer) pada seluruh permukaan bahan. Dengan semakin tingginya tekanan uap maka lapisan-lapisan molekul air yang berikatan akan semakin banyak dan membentuk lapisan multilayer, dibandingkan air bebas terserap lebih sulit dikeluarkan bila pangan dikeringkan. 4. Air Terikat secara Kimia. Adanya sifat polar dari air menyebabkan molekul air

dapat berinteraksi dengan ion bebas (misal ion Li+, Na+, Ca2+, Ba2+, Mg2+, Al3+,F-, dan OH-) atau molekul organik polar lain yang bersifat hidrofilik (misal protein dan karbohidrat) melalui hidrogen.

KarbohidratKarbohidrat adalah senyawa organik yang diperoleh dari hasil fotosintesis tanaman. Karbohidrat disusun oleh tiga atom, yaitu karbon ( C ) , Hidrogen (H), dan oksigen ( 0 ). Karbohidrat biasanya ditulis dengan rumus umum Cx(H2O)y. dari tiga atom tersebut karbohidrat dapat disintesis dalam jumlah yang besar dan beragam, yang kemudian dikelompokkan menjadi karbohidrat sederhana (monosakarida, dan disakarida), oligosakarida, dan polisakarida kompleks.

Dapat dicerna (digestible carbohydrate)

karbohidrat Tidak dapat dicerna (non-digestable carbohydrate)

Karbohidrat yang dapat dicerna adalah kelompok karbohidrat yang dapat dimanfaatkan oleh manusia sebagai sumber energi, dimana karbohidrat tersebut dipecah oleh enzim dalam sistem pencernaan manusia. Monosakarida (glukosa, galaktosa, fruktosa) Karbohidrat yang dapat dicerna Disakarida (maltosa, laktosa, dan sukrosa) Polisakarida (maltodekstrin, amilosa, amilopektin) Karbohidrat yang tidak dapat dicerna tidak dapat menjadi sumber energi karena tidak dapat dihidrolisis oleh enzim dalam sistem pencernaan manusia sering disebut dengan serat pangan (dietary fiber). Oligosakarida (rafinosa, stakiosa, verbakosa) Karbohidrat yang tidak dapat dicerna Polisakarida (selulosa, hemiselulosa, lignin, pektin, dan pati resisten)

Karbohidrat diproduksi oleh tanaman melalui proses fotosintesis , yang disertai dengan pembentukan oksigen dan pelepasan energi sebagai berikut : 6 CO2 (g) + 6 H2O (g) C6H12O6 + 6 O2 (g); H = 676 Kkal/mol

Karbohidrat tersebar dalam jaringan tanaman dan hewan, baik sebagai senyawa

penyusun struktur tanaman (terutama selulosa, kitin, xilan, dan mannan) maupuncadangan makanan (terutama pati). Sumber utama karbohidrat di alam, di antaranya adalah screalia (misal gandum, jagung, beras, dan sorgum), biji-bijian (misal kacang hijau, kacang kedelai, dan kacang merah), umbi-umbian (misal ubi jalar, ketela, kentang), buah-buahan (misal pisang, anggur), sayur-sayuran, susu dsb. Karbohidrat memegang peranan yang penting dalam kehidupan manusia. Karbohidrat

(terutama pati) merupakan salah satu sumber energi, yang berfungsi sebagai cadanganenergi dalam tubuh manusia dalam bentuk glikogen, dan sebagai sumber serat yang diperlukan oleh tubuh manusia . Karbohidrat memberikan nilai energi sebesar 4 Kkal/gram.

LemakLemak adalah salah satu kelompok lipid sederhana yang disintesis dari asam lemak dan gliserol, lemak tersusun oleh atom utama karbon ( C ), hidrogen (H), dan oksigen ( O ), dibandingkan dengan karbohidrat, jumlah atom hidrogen lebih banyak pada struktur tetapi jumlah atom oksigennya lebih sedikit. Asam lemak dapat dikelompokkan menjadi asam lemak esensial dan asam lemak non esensial. Lemak yang diperlukan oleh manusia adalah asam lemak esensial, yaitu asam lemak yang tidak dapat disintesis oleh tubuh manusia sehingga harus disuplai dari pangan, misalnya asam oleat, asam linoleat, asam lenoleat. Gliserol dapat mengikat maksimal tiga molekul asam lemak (ester gliserol). Berdasarkan jumlah asam lemak yang terikat pada gliserol asam lemak dapat dikelompokkan menjadi 1. Monogliserilda 2. Digliserilda 3. Trigliserilda Monogliserilda dan digliserilda banyak digunakan sebagai emulsifer karena memiliki gugus polar dan non polar dalam struktur kimianya, yang bersifat hidrofilik (dapat mengikat molekul air) dan hidrofobik (dapat mengikat molekul lemak). Lemak dapat dibedakan dari minyak berdasarkan pada asam lemak yang terikat dan wujudnya pada suhu ruang, lemak jenuh dan lemak tidak jenuh dan memiliki titik leleh lebih tinggi dibandingkan dengan minyak, lemak pada umumnya berbentuk padat pada suhu ruang.

Gliserol dan Asam Lemak Penyusun Struktur Lemak/MinyakKomponen utama penyusun lemak dan minyak adalah gliserin dan asam lemak. Kedua senyawa tersebut yang mencakup struktur kimia, tata nama, klasifikasi, sifat fisikokimia, dan reaksi-reaksi kimia yang melibatkan : Struktur Kimia Gliserin Gliserin adalah senyawa organik polar yang terdiri atas tiga atom karbon yang mengikat tiga gugus hidroksil (-OH), ketiga gugus karbosil ini bersifat reaktif dan

dapat diesterifikasi oleh asam lemak.CH2 - OH l HC - OH l H2C - OH Struktur molekul gliserin

Struktur Kimia Asam LemakAsam lemak atau asam karboksilat adalah senyawa organik polar yang mengandung 2 hingga 24 atom karbon ( C ) dengan gugus fungsional utamanya adalah gugus karboksil ( - COOH ). Jumlah atom C pada asam lemak umumnya genap, yaitu 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18 dst. Asam lemak terpendek adalah asam asetat (2atom karbon) dan terpanjang adalah asam tetrakosanoat (24 atom karbon) O H2C (CH2)n - C Asam lemak jenuh OH O H3C (CH2)m C = C (CH2)n C l l OH HH Asam lemak tidak jenuh

Struktur Kimia dan tata nama Asam Lemak JenuhNama Umum Asetat (acetic) Karbon 2 Nama Sistematik Etanoat Struktur Kimia CH3COOH

Butirat (butyric)Valerat (valeric) Kaproat (caproic) Enantat (enanthic) Kaprilat (caprylic) Pelargonat (pelargonic) Kaprat (capric) Laurat (lauric) Miristat (myristic) Palmitat (palmitic) Stearat (stearic) Arakidat (arachidic)

45 6 7 8 9 10 12 14 16 18 20

ButanoatPentanoat Heksanoat Heptanoat Oktanoat Nonanoat Dekanoat Dodekanoat Tetradekanoat Heksadekanoat Oktadekanoat Eikosanoat

CH3(CH2)2COOHCH3(CH2)3COOH CH3(CH2)4COOH CH3(CH2)5COOH CH3(CH2)6COOH CH3(CH27COOH CH3(CH28COOH CH3(CH2)10COOH CH3(CH2)12COOH CH3(CH2)14COOH CH3(CH2)16COOH CH3(CH2)18COOH

Lignocerat

24

Tetrakosanoat

CH3(CH2)22COOH

ProteinProtein adalah makromolekul yang mengandung atom karbon ( C ), oksigen ( O ), hidrogen ( H ), dan nitrogen ( N ). Beberapa rantai protein juga mengandung atom sulfur ( S ). Protein disusun oleh beragam monomer asam amino yang berkaitan satu samalain melalui ikatan peptida. Sumber protein dapat berasal dari tanaman (kedelai, gandum, jagung), dan hewan (susu, telur, daging, dan ikan). Disamping sebagai sumber gizi manusia, protein memiliki sifat fungsional dalam pengolahan pangan, yaitu sebagai emulsifier, pembentuk busa, pengental, dan pembentuk gel. Protein tertentu juga dapat berfungsi sebagai enzim dapat mengkatalis reaksi-reaksi kimia dalam sistem biologis. Sebagaimana protein, asam amino juga mengandung atom C, H, O, dan N. diantara asam amino terdapat pula asam amino yang mengandung atom S, yaitu metionin . Asam amino memiliki dua buah gugus fungsional yang terikat pada atom karbon , yaitu gugus amin (NH2) yang bersifat basa dan gugus karboksil (COOH) yang bersifat asam. Karena memiliki gugus asam dan basa maka asam amino bersifat amfoterik yang artinya dapat bersifat asam atau basa tergantung pada kondisi pH lingkungan.

VitaminVitamin adalah komponen mikro yang terdapat dalam pangan, baik ada secara alami maupun ditambahkan secara sengaja untuk memberikan sifat fungsional tertentu (misal vitamin C dan tokoferol sebagai antioksidan). Vitamin adalah senyawa organik berantai pendek yang diperlukan oleh tubuh manusia untuk mempertahankan kebugaran dan kesehatan. Vitamin berfungsi sebagai anti oksidan, pencegah timbulnya berbagai penyakit, pembentuk sel dara merah, atau pembentuk koenzim

untuk memfasilitasi reaksi enzimatis.Vitamin dikelompokkan berdasarkan kelarutannya, yaitu vitamin yang larut air (vitamin B dan C) dan vitamin larut lemak (vitamin A, D, E, dan K). Vitamin B sering disebut B kompleks karena terdiri atas berbagai jenis vitamin, yaitu B1 (thiamin), B2 (riboflavin), B3 (niacin, asam nikotinat, atau niasiamida), B4 (kolin), B5 (asam pantotenat), B6 (pirodoksin), vitamin B12 (sianokobalamin), serta biotin dan folasin (asam folat).

Mineral esensialMineral adalah komponen anorganik yang terdapat dalam tabel periodik unsur. Di anrata mineral yang ada di alam, hanya sekitar 17 mineral yang diperlukan oleh tubuh manusia, yaitu yang disebut dengan mineral esensial. Mineral esensial dapat dikelompokkan menjadi mineral makro (macro mineral) dan mineral mikro (trace mineral), yang termasuk nineral makro adalah kalsium (Ca), fosfor (P), magnesium (Mg), sodium (Na), klor (Cl), potasium (K), dan sulfur (S), sedangkan

yang termasuk mineral mikro adalah iodin (I), seng (Zn), besi (Fe), tembaga (Cu),flor (F), selenium (Se), molibdenum (Mo), mangan (Mn), dan cobalt (Co).

Bahan tambahan panganBahan tambahan pangan sesungguhnya bukan merupakan penyusun bahan pangan secara alami. Bahan tambahan pangan adalah senyawa kimia yang diizin untuk secara ditambahkan ke dalam pangan agar dapat memperbaiki sifat atau

mutu

produk

olahan

pangan

seperti

memperpanjang

umur

simpan

produkpangan (dengan cara menghambat pertumbuhan mikroba atau mencegah reaksi oksidasi, mencegah penggumpalan, memperbaiki warna, memperbaiki tekstur dan kekentalan, menstabilkan emulsi, serta meningkatkan intensitas kemanisan dan aroma. Berdasarkan fungsinya, bahan tambahan pangan dapat dikelompokkan menjadi kelompok pemanis, pewarna, pengemulsi, pengawet, antioksidan, penguat rasa

atau flavor, pengatur keasman, penstabil, pengental, pengkelat logam(sekuentran), dll.

Komponen organik mikro lainDisamping komponen-komponen utama diatas, beberapa sumber pangan, terutamadari bagian tanaman, dapat mengandung komponen-komponen kimia mikro yang

mempunyai sifat fungsional tertentu yang berguna bagi kesehatan manusia, seperti hubungannya dalam menurunkan resiko jantung koroner, kanker, dll, komponen ini disebut komponen bioaktif karena banyak berasal dari tanaman, komponen ini juga disebut komponen fitokimia. Bahan pangan segar juga secara alami dapat mengandung komponen toksik dalam

jumlah kecil, misalnya asam sianida pada ketela, asam jengkolat pada jengkol, solaninpada kentang, asam oksalat pada bayam, dan gosipol pada minyak biji kapas. Beberapa bahan pangan, terutama biji-bijian, mengandung antinutri yang dapat menghambat daya cerna atau penyerapan zat nutrisi. Komponen toksik dan antinutrisi ini tidak diinginkan dalam produk pangan sehingga proses pengolahannya harus dapat menghilangkannya agar tidak memberikan efek buruk bagi kesehatan manusia.