MODUL MATAKULIAH ANALISIS KIMIA HASIL PERTANIAN

2. Analisis Komposisi Bahan Pangan

A.  Karbohidrat

Karbohidrat merupakan kelompok nutrien penting di dalam menu/diet dan berfungsi sebagai sumber energi. Karbohidrat mengandung unsur-unsur karbon (C), hydrogen (H), dan oksigen  (O). Karbohidrat diproduksi di dalam tanaman melalui proses fotosintesis. Proses tersebut dapat digambarkan dalam persamaan reaksi sebagai berikut :

Sinar matahari

CO2 + 6 H2O                             C6H12O6 + 6 O2

                                         Karbon dioksida     Air                                glukosa       oksigen

Karbón dioksida dari udara bereaksi dengan air yang ada di dalam tanah. Oleh klorofil yang

terkandung dalam daun dan dengan bantuan sinar matahari sebagai energi surya, maka akan

terbentuk glukosa sebagai salah satu anggota kelompok karbohidrat dan air. Klorofil merupakan pigmen atau zat hijau daun yang berperan sangat penting dalam menyerap energi dari sinar  matahari sehingga tanaman mampu membentuk karbohidrat dari karbón dioksida dan air.

Karbohidrat dibagi menjadi 3 kelompok utama didasarkan atas ukuran dari molekulnya, yaitu

monosakarida, disakarida, dan polisakarida. Monosakarida dan disakarida sering dikenal juga

dengan sebutan gula (sugar).  Sedangkan polisakarida dikenal sebagai non gula (non-sugars),

misalnya pati. Pengelompokan atau pembagian karbohidrat berdasarkan ukuran molekulnya

diklasifikasikan sebagai berikut : monosakarida, oligosakarida, polisakarida. Monosakarida terdiri

atas 1 unit glukosa. Oligosakarida merupakan kelompok karbohidrat yang terdiri atas 2-10 unit

monosakarida, sedangkan polisakarida terdiri atas banyak (lebih dari 10) unit monosakarida.

A.1 Monosakarida

Gula monosakarida biasanya ditemukan di dalam bahan pangan, mengandung 6 atom  karbon, dan secara umum memiliki formula C6H12O6. Tiga anggota monosakarida terpenting adalah : Glukosa (juga dikenal sebagai dekstrosa) .Struktur dari molekul glukosa dapat

dilihat pada gambar 8.1.

Gambar 8.1 Struktur glukosa

Gambar tersebut merupakan representasi dari atom karbon. Kandungan glukosa di dalam

buah-buahan dan sayuran bervariasi. Jumlah glukosa yang cukup besar terdapat pada   buah-buahan seperti anggur, sedangkan pada sayuran ditemukan kandungan glukosa yang lebih

rendah , seperti pada buncis muda dan wortel. Glukosa juga ditemukan di dalam darah binatang.

Sirup glukosa atau dikenal sebagai glukosa komersial tidak hanya mengandung glukosa murni, tetapi merupakan campuran glukosa, karbohidrat lain dan air. Secara kimia hampir sama dengan

glukosa, hanya saja letak (susunan) dari atom-atom di dalam molekulnya sedikit berbeda. Fruktosa ditemukan bersama-sama glukosa di beberapa buah-buahan dan madu.

Galaktosa. Monosakarida jenis ini secara kimia juga hampir sama dengan glukosa, Senyawa ini tidak eksis di dalam makanan, tetapi diproduksi laktosa suatu disakarida dipecah selama  pencernaan.

A.2. Disakarida

Gula jenis ini secara umum mempunyai formula C12H22O11. Senyawa ini dibentuk ketika dua

molekul monosakarida bergabung dengan melepaskan satu molekul air.

C6H12O6 + C6H12O6               C12H22O11 + H2O

                                      Monosakarida Monosakarida                               Disakarida        air

Reaksi di atas merupakan salah satu contoh reaksi kondensasi, suatu reaksi yang merupakan

gabungan dua molekul kecil untuk membentuk satu molekul yang lebih besar dengan  melepaskan satu molekul kecil biasanya air dari kedua senyawa tersebut. Jenis-jenis disakarida yang penting antara lain sukrosa, laktosa, dan maltosa

1)Sukrosa

Sukrosa dikenal secara umum sebagai gula rumah tangga dan diproduksi di dalam tanaman

melalui kondensasi glukosa dan fruktosa. Struktur molekul sukrosa tersaji pada gambar 8.2.

Gambar 8.2. Struktur sukrosa

Sukrosa ditemukan di beberapa jenis buah-buahan dan sayuran, Gula tebu dan gula bit

mengandung senyawa ini dalam jumlah yang relatif cukup banyak. Gula tebu dan bit, diperoleh

melalui proses ekstraksi gula secara komersial.

2) Laktosa

Gula jenis ini dibentuk dari kondensasi glukosa dan galaktosa. Disakarida jenis ini hanya ditemukan pada susu (milk), sebagai sumber karbohidrat.

3) Maltosa

Maltosa dibentuk dari kondensasi dua molekul glukosa. Selama germinasi atau perkecambahan

barley, pati yang terkandung dipecah menjadi maltosa. Maltosa merupakan suatu kandungan

penting di dalam proses pembuatan bir. Jika digambarkan secara ringkas maka pembentukan disakarida adalah sebagai berikut :

Glukosa + fruktosa                  Sukrosa + Air

Glukosa + Galaktosa                Laktosa + Air

Glukosa + Glukosa                    Maltosa + Air

Karakteristik Gula

1)    Kenampakan dan Kelarutan

Semua gula berwarna putih, mengandung kristal yang larut dalam air.

2)    Kemanisan

Semua gula berasa manis, hanya saja mempunyai tingkat kemanisan yang berbeda-beda. Tingkat kemanisan yang berbeda dari gula apabila dibandingkan menggunakan kemanisan sukrosa dengan skala poin 100.

3)    Hidrolisis

Disakarida jika terhidrolisis akan membentuk monosakarida. Hidrolisis merupakan  pemecahan kimia suatu molekul dengan kombinasi air, memproduksi molekul-molekul yang lebih kecil. Proses ini dapat digambarkan melalui persamaan sebagai berikut:

AB + H2O          AOH + BH

Molekul Air molekul molekul lebih besar lebih kecil lebih kecil

Contoh :

C12H22O11 + H2O            2C6H12O6

                                                        1 molekul air 2 molekul Disakarida monosakarida

Sukrosa + Air           Glukosa + fruktosa

Laktosa + Air      Glukosa +Galaktosa

Maltosa + Air            Glukosa + Glukosa

Inversi sukrosa

Hidrolisis sukrosa juga dikenal sebagai inversi sukrosa dan produk yang dihasilkan berupa

campuran glukosa dan fruktosa yang dikenal sebagai “gula invert”. Proses inversi dapat terjadi dengan memanaskan sukrosa dengan asam atau penambahan enzim invertase. Gula invert biasanya digunakan pada produksi jam, pemanispemanis yang diproses menggunakan uap, dan beberapa jenis kembang gula. Sejumlah kecil gula invert ditambahkan pada larutan sukrosa panas yang akan membantu mengurangi kristalisasi ketika larutan dingin.

Efek pemberian panas

Ketika gula dipanaskan maka akan mengalami karamelisasi. Meskipun karamelisasi paling sering terjadi, ketika tidak ada penambahan air, larutan gula (sirup) akan membentuk karamel jika diberi perlakuan panas cukup. Karamel berasa manis, berwarna coklat dan merupakan campuran menyerupai komponen karbohidrat.

Sifat mereduksi

Semua monosakarida dan disakarida yang telah dipelajari sebelumnya kecuali sukrosa, dapat berperan sebagai senyawa pereduksi (reducing agent) dan oleh karenanya dikenal sebagai gula pereduksi. Kemampuan gula-gula ini untuk mereduksi agen-agen yang mengalami oksidasi membentuk beberapa uji dasar untuk glukosa dan gula-gula pereduksi lainnya. Sebagai contoh, gula-gula ini mereduksi ion tembaga (II) dari larutan Fehling membentuk ion tembaga (I) pada proses pemanasan. Reaksi ini menghasilkan endapan berwarna orange. Sukrosa tidak tergolong sebagai gula pereduksi dan oleh karenanya tidak mereduksi larutan Fehling.

A.3 Polisakarida

Polisakarida merupakan senyawa hasil kondensasi polimer dari monosakarida dan terbuat dari beberapa molekul monosakarida yang bergabung bersama, dengan melepaskan satu molekul air. Senyawa ini secara umum mempunyai formula (C6H10O5)n, (n menunjukkan jumlah yang banyak). Jenis-jenis yang tergolong kelompok polisakarida adalah sebagai berikut.

Pati

Pati merupakan komponen utama pangan yang dihasilkan oleh tanaman. Pati merupakan

campuran dua jenis polisakarida yang berbeda yaitu: 􀂃 Amilosa Molekul amilosa terdiri atas 50

sampai 500 unit glukosa yang bergabung dalam rantai lurus. 􀂃 Amilopektin Molekul ini Mengandung lebih  dari 100.000 unit glukosa yang bergabung dalam struktur dengan rantai bercabang.

Beberapa tanaman, termasuk gandum, beras, jagung, dan kentang, mengandung kira-kira

80% amilopektin dan 20% amilosa. Percobaan mikroskopik memperlihatkan bahwa pati

beberapa sel tanaman terlihat berupa granula-granula kecil. Lapisan terluar tiap-tiap granula

terdiri atas molekul-molekul pati yang rapat berhimpitan pada air dingin. Pati dari sumber-sumber

tanaman yang berbeda dicirikan dengan bentuk granula dan distribusi dari ukuran granula.

Karakteristik Pati

􀂃 Kenampakan dan Kelarutan

Pati berwarna putih, tidak membentuk kristal powder yang tidak larut dalam air dingin.

􀂃 Kemanisan

Berbeda dengan monosakarida dan disakarida, pati dan polisakarida lainnya tidak memiliki rasa manis.

􀂃 Hidrolisis

Hidrolisis pati terjadi disebabkan oleh pengaruh asam atau suatu enzim. Jika pati dipanaskan dengan penambahan asam akan terpecah sempurna menjadi molekul-molekul yang lebih

kecil, menghasilkan produk akhir glukosa.

(C6H10O5)n + nH2O                     nC6H12O6

Pati Air Glukosa

Pada kondisi tersebut terdapat beberapa tahap reaksi. Sejumlah besar molekul-molekul pati

pertama-tama akan terpecah menjadi molekul- molekul yang mempunyai rantai yang lebih

pendek terdiri dari unit-unit glukosa yang dikenal sebagai dekstrin. Selanjutnya dekstrin akan terpecah menjadi molekul yang mempunyai rantai yang lebih pendek terdiri dari unit-unit glukosa yang dikenal sebagai dekstrin. Selanjutnya dekstrin akan terpecah menjadi maltosa  mengandung dua unit glukosa) dan akhirnya maltose akan terpecah menjadi glukosa. Rangkaian tahap reaksi tersebut dapat digambarkan secara skematis sebagai berikut:

Pati    dekstrin    maltosa    glukosa

Hidrolisis pati dapat juga terjadi oleh adanya pengaruh enzim. Selama pencernaan, enzim  amylase memecah pati menjadi maltosa. Amilase terdapat pada biji-bijian yang sedang   mengalami proses germinasi, dan dikenal juga dengan istilah diastase. Hal ini sangat penting pada pembuatan roti dan bir yang memproduksi gula (maltosa). Pada proses ini enzim yang ada pada yeast mampu memecah lebih lanjut dan memproduksi karbon dioksida dan alkohol. Sirup glukosa komersial (glukosa cair) diproduksi dengan cara hidrolisis pati jagung menggunakan asam hidroklorida dan atau enzim amilase. Hidrolisis tidak sempurna dan sirup yang dihasilkan merupakan campuran glukosa, maltosa dan unit-unit glukosa dengan rantai yang lebih panjang.

Tingkat hidrolisis dari sirup glukosa diukur dengan ekuivalen dekstrosa (DE). Sirup dengan DE tinggi mengandung lebih banyak dekstrosa (glukosa) dan oleh karena itu mempunyai tingkat kemanisan yang tinggi.

􀂃 Efek oleh adanya panas

Dengan adanya perlakuan panas, maka pati akan mengalami beberapa kajadian seperti gelatinisasi dan dekstrinasi.

Gelatinisasi

Gelatinisasi melibatkan adanya air. Jika suspensi pati dalam air dipanaskan, air akan  memenetrasi ke dalam lapisan luar dari granula-granula pada permulaannya akan terjadi pengembangan. Kondisi ini terjadi pada temperatur meningkat dari 60°C sampai 80°C. Granula

akan mengembang sampai volume mencapai kira-kira lima (5) kali dari volume semula. Ukuran granula meningkat, campuran menjadi viskus (kental). Pada suhu kira-kira 80°C granula pati akan terpecah dan mengandung air yang terdispersi ke dalamnya. Molekul-molekul dengan rantai lebih panjang mulai terlepas ikatannya dan campuran pati air menjadi lebih viskus, menjadi lengket dan membentuk sol. Pada proses pendinginan, jika proporsi pati terhadap air cukup besar, molekul-molekul pati membentuk jaringan dengan air secara tertutup dalam ikatannya sehingga memproduksi gel. Keseluruhan proses tersebut dikenal sebagai gelatinisasi pati dan proses ini sangat penting di dalam pengolahan. Sebagai contoh yang memberi efek kental pada saus, sup, adalah oleh adanya penambahan tepung atau tepung jagung. Kondisi ini juga penting dalam pembuatan roti. Kekuatan gel pati dipengaruhi oleh beberapa faktor meliputi :

􀂃 Proporsi pati dan air.  Semakin banyak pati, gel semakin kuat

􀂃 Proporsi amilosa dalam pati. Amilosa membantu pembentukan gel. Oleh karena itu pati-pati yang kadar amilosanya tinggi dibutuhkan untuk kekuatan gel. Pati-pati yang berkadar  amilopektin tinggi contohnya pada pati-pati lilin, hanya terbentuk gel pada konsentrasi yang tinggi.

􀂃 Keberadaan gula. Gula berkompetisi atau bersaing dengan pati untuk memperebutkan air, sehingga keberadaan gula mengurangi kekuatan gel.

􀂃 Keberadaan asam. Asam menghidrolisis pati dan mengurangi kekuatan gel pada pembentukan pasta yang viskus. Contoh kasus ini terjadi pada lemon untuk isi pay. Meskipun gel dari pati yang mengandung amilosa adalah yang terbaik, tetapi kestabilannya rendah dibandingkan dengan patipati yang mengandung amilopektin tinggi.

 Molekul-molekul amilosa mempunyai kecenderungan untuk saling melepas dan gel yang terbentuk menjadi opaq, menyerupai busa. Perubahan ini dikenal sebagai retrogradasi, dan terjadi khususnya ketika bahan makanan dibekukan dan kemudian dicairkan (thawing). Pati-pati yang mengandung amilopektin tinggi misalnya pati jagung berlilin, sebaiknya digunakan ketika persiapan bahan makanan ya ng akan diproses beku. Sebagai alternatif, pati-pati yang   merupakan pati hasil modifikasi secara kimia (chemically-modified starches) secara luas  digunakan dalam industri makanan beku, pati-pati tersebut tidak mudah mengalami retrogradasi.

Pati-pati yang mengalami pregelatinisasi digunakan pada beberapa industri makanan. Patipati ini dimasak dalam air (gelatinisasi) dan kemudian dikeringkan. Pati-pati ini digunakan

untuk campuran makanan penutup mulut yang dimasak secara instan (dessert instant).

Dekstrinasi

Dekstrinasi melibatkan panas kering (dry heat). Beberapa makanan yang mengandung pati,

juga mengandung sejumlah kecil dekstrin. Pada proses pemanasan, dekstrin mengalami  polimerisasi dan membentuk komponen yang berwarna coklat yang dikenal sebagai pirodekstrin. Piridoksin berperan pada pembentukan warna coklat pada beberapa makanan yang dimasak missal masakan yang dipanggang dan roti kering (crust).

B.    Protein

Istilah Protein berasal dari kata“protos” (Yunani), berarti yang paling utama”, adalah senyawa