Denaturasi, faktor-faktor penyebab; mekanisme; dampak yang ditimbulkan pada produk?

1. 
   Denaturasi, faktor-faktor penyebab ; mekanisme ; dampak yang ditimbulkan pada produk?
   

- Panas : merusak ikatan hidrogen dan jembatan garam

- Radiasi : sinar X dan U.V

- Pelarut organik : aseton, alkohol.

- Garam-garam dari logam berat : Ag2+, Hg2+, Pb2+

- Pereaksi-pereaksi alkaloid : asam tannat, asam pikrat bisa menggumpalkan

protein menurunkan infeksi .

- Pereduksi : thioglikolat

- Suhu beku

Mekanisme

Denaturasi Protein

Denaturasi protein terjadi bila susunan ruang atau rantai polipeptida suatu molekul protein berubah. Sebagian besar protein globuer mudah mengalami denaturasi. Jika ikatan-ikatan yang membentuk konfigurasi molekul tersebut rusak, molekul akan mengembang. Kadang-kadang perubahan ini memang dikehendaki dalam pengolahan makanan, tetapi sering pula dianggap merugikan sehingga perlu dicegah.
Ada dua macam denaturasi, pengembangan polipeptida dan pemecahan protein menjadi unit yang lebih kecil tanpa disertai pengembangan molekul. Terjadinya kedua jenis denaturasi ini tergantung pada keadaan molekul. Yang pertama terjadi pada rantai polipeptida, sedangkan yang kedua terjadi pada bagian-bagian molekul yang tergabung dalam ikatan sekunder. Ikatan-ikatan yang dipengaruhi oleh proses denaturasi ini adalah : (a) ikatan hidrogen, (b) ikatan hidrofobik misalnya pada leusin, valin, fenilalanin, triptofan yang saling berdekatan membentuk suatu micelle dan tidak larut dalam air, (c) ikatan ionik antara gugus bermuatan (+) dan (-), (d) ikatan intramolukuler seperti yang tedapat pada gugus disulfida dalam sistin.
Denaturasi dapat diartikan suatu perubahan atau modifikasi terhadap struktur sekunder, tersier, dan kuartener terhadap molekul protein, tanpa terjadinya pemecahan ikatan-ikatan kovalen. Karena itu denaturasi dapat pula diartikan suatu proses terpecahnya ikatan hidrogen, interaksi hidrofobik, ikatan garam, dan terbukanya lipatan molekul.

Pemekaran atau pengembangan lipatan molekul protein yang terdenaturasi akan membuka gugus reaktif yang ada pada rantai polipeptida, selanjutnya akan terjadi pengikatan kembali pada gugus reaktif yang sama atau berdekatan. Bia unit ikatan yang terbentuk cukup banyak sehingga protein tidak lagi terdispersi sebagai suatu koloid, maka protein tersebut mengalami koagulasi. Apabila ikatan-ikatan pada gugus-gugus reaktif protein tersebut menahan seluruh cairan, akan terbentuklah gel. Sedangkan bila cairan terpisah dari protein yang terkoagulasi itu, protein akan mengendap.

Denaturasi beku

Makanan beku memiliki efek buruk bagi kualitas produk yang dihasilkan, diantaranya :

1. Efek terhadap karakter fisik

Ketika air diubah menjadi es, volumenya bertambah sembilan persen (air memiliki volume terkecil pada temperatur empat derajat selsius lalu bertambah volumenya seiring penurunan temperatur, sifat anomali air) (Kalichevsky et al. 1995). Jika produk makanan tersebut mengandung banyak air, maka hal yang sama akan terjadi. Namun kadar air, temperatur pendinginan, dan keberadaan ruang antar sel amat mempengaruhi perubahan volume tersebut.

Kerusakan sel juga mungkin terjadi akibat pendinginan. Hal ini diakibatkan gerakan kristal es atau kondisi osmotik sel. Produk daging tidak mengalami kerusakan sebesar produk buah-buahan dan sayuran karena struktur fibrous yang dimiliki daging lebih elastis dibandingkan struktur buah dan sayur yang cenderung kaku.

Kehilangan berat akibat pendinginan juga menjadi masalah karena selain masalah kualitas, hal ini juga merupakan masalah ekonomi jika produk dijual berdasarkan berat produk. Produk yang tidak dikemas akan mengalami kehilangan berat lebih besar akibat perpindahan tingkat kelembaban menuju wilayah yang bertekanan lebih rendah akibat kontak langsung dengan media pendinginan.

Cracking atau terbentuknya retakan pada permukaan hingga bagian dalam produk juga bisa terjadi, terutama ketika produk makanan dibekukan dengan cara direndam ke dalam cairan pendingin atau cryogen yang menyebabkan terbentuknya lapisan beku di permukaan makanan. Lapisan ini melawan peningkatan volume dari dalam sehingga produk akan mengalami stress di bagian dalamnya. Jika lapisan beku yang terbentuk cukup rapuh, akan terjadi retakan. Sifat produk seperti porositas, ukuran, modulus elastisitas, dan densitas sangat mempengaruhi terjadinya keretakan tersebut. Perubahan densitas terjadi akibat bertambahnya volume, dan ini bisa ditangani dengan pendinginan dalam kondisi tekanan tinggi.

2. Efek terhadap bahan penyusun makanan

Pendinginan akan mengurangi aktivitas air pada makanan. Mikroorganisme tidak dapat tumbuh pada kondisi aktivitas air yang rendah dan temperatur di bawah nol. Organisme patogen tidak bisa tumbuh pada temperatur di bawah 5^oC, namun tipe organisme lainnya memiliki respon yang berbeda. Sel vegetatif ragi, jamur, dan bakteri gram negatif akan hancur pada temperatur rendah, namun bakteri gram positif dan spora jamur diketahui tidak dipengaruhi oleh temperatur rendah. Protein akan mengalami denaturasi dalam temperatur dingin yang mengakibatkan perubahan penampilan produk, tapi nilai nutrisinya tidak terjadi walau terjadi denaturasi selama berat tidak berkurang. Pembekuan tidak mempengaruhi kandungan vitamin A, B, D, dan E, namun mempengaruhi kandungan vitamin C.

3. Efek pembekuan terhadap sifat termal makanan

Pengetahuan tentang sifat termal produk makanan dibutuhkan dalam mendesain proses pembekuan dan alat yang dibutuhkan, termasuk juga kapasitas pemindahan panas. Konduktivitas termal es adalah 4 kali konduktivitas termal air, sehingga konduktivitas termal makanan beku umumnya tiga sampai empat kali lebih besar dibandingkan makanan yang tidak dibekukan. Selama tahap awal pembekuan, peningkatan konduktivitas termal berlangsung cepat. Untuk makanan yang kaya kandungan lemaknya, variasi konduktivitas termal terhadap temperatur dapat diabaikan, namun dalam kasus produk daging, orientasi serat otot mempengaruhi konduktivitas termal (Dickerson, 1968).

Kalor jenis es hanya setengahnya dari kalor jenis air. Selama masa pendinginan, kalor jenis produk makanan menurun. Pengukuran kalor jenis cukup rumit karena terdapat perubahan fase berkelanjutan dari air ke es. Kalor laten dari produk makanan dapat diperkirakan dari fraksi air yang ada pada makanan (Fennema et al., 1973). Difusivitas termal dari makanan beku bisa diperkirakan dari massa jenis, kalor jenis, dan termal konduktivitas. Digabungkan dengan data mengenai konduktivitas termal dan kalor jenis es terhadap air, dapat diperkirakan bahwa makanan beku memiliki nilai difusivitas termal 9-10 kali lebih besar dibandingkan dengan makanan yang tidak dibekukan (Desrosier dan Desrosier, 1982).

Meskipun memiliki kekurangan, makanan beku punya banyak kelebihan lain sehingga teknologinya terus dipakai dan dikembangkan sampai sekarang.

Kelebihan tersebut antara lain :

1. 
   Pengolahan lebih sederhana karena produk sudah “bersih”
   
2. 
   Menjamin ketersediaan pasokan sepanjang tahun. Dengan umur simpan yang relatif panjang, bahkan produk musiman dapat tersedia sepanjang tahun, kapan saja diperlukan.
   
3. 
   Harga relatif murah, terutama untuk produk musiman yang dibekukan pada saat musim panen ketika harga murah sehingga harganya relatif murah disbanding produk segar.
   
4. 
   Kualitas lebih konsisten
   
5. 
   Lebih terjamin keamanan makanannya karena dibekukan dalam keadaan segar.
   

2. 
   Koagulasi, factor-faktor penyebab ; mekanisme ; dampak yang ditimbulkan pada produk?
   

- Perubahan suhu.

1. Mekanik

1.     Secara fisika

Koagulasi dapat terjadi secara fisik seperti :

1.     Pemanasan,

Kenaikan suhu sistem koloid menyebabkan tumbukan antar partikel-partikel soldengan molekul-molekul air bertambah banyak. Hal ini melepaskan elektrolit yang teradsorpsi padapermukaan koloid. Akibatnya partikel tidak bermuatan. contoh: darah

2. Pengadukan, contoh: tepung kanji

3. Pendinginan, contoh: agar-agar

     2.     Secara kimia

Sedangkan secara kimia seperti penambahan elektrolit (asam, basa, atau garam).

Contoh:            susu + sirup masam —> menggumpal

lumpur + tawas —> menggumpal

     3.     Pencampuran koloid yang berbeda muatan,dan penambahan zat kimia koagulan.

Contoh: Fe(OH)3 yang bermuatan positif akan menggumpal jika dicampur As2S3 yang bermuatan negatif.

Ada beberapa hal yang dapat menyebabkan koloid bersifat netral, yaitu:

a.     Menggunakan Prinsip Elektroforesis.

Proses elektroforesis adalah pergerakan partikel-partikelkoloid yang bermuatan ke elektrode dengan muatan yang berlawanan. Ketika partikel ini mencapaielektrode, maka sistem koloid akan kehilangan muatannya dan bersifat netral.

b.    Penambahan koloid dengan muatan berlawanan.

Dapat terjadi sebagai berikut: Koloid yang bermuatan negatif akan menarik ion positif (kation), sedangkan koloid yang bermuatan positif akan menarik ion negatif (anion). Ion-ion tersebut akan membentuk selubung lapisan kedua. Apabila selubung lapisan kedua itu terlalu dekat maka selubung itu akan menetralkan muatan koloid sehingga terjadi koagulasi. Makin besar muatan ion makin kuat daya tariknya dengan partikel koloid,sehingga makin cepat terjadi koagulasi. (Sudarmo,2004)

c.     Penambahan Elektrolit.

Jika suatu elektrolit ditambahkan pada sistem koloid, maka partikel koloid yang bermuatan negatif akan mengadsorpsi koloid dengan muatan positif (kation) dari elektrolit. Begitu juga sebaliknya, partikel positif akan mengadsorpsi partikel negatif (anion) dari elektrolit. Dari adsorpsi diatas, maka terjadi koagulasi.

d.    Pendidihan
Kenaikan suhu sistem koloid menyebabkan jumlah tumbukan antara partikel-partikel sol dengan molekul-molekul air bertambah banyak. Menyebabkan lepasnya elekrolit yang teradsorpsi pada permukaan koloid.

Dalam proses koagulasi, stabilitas koloid sangat berpengaruh.stabilitas merupakan daya tolak koloid karena partikel-partikel mempunyai muatan permukaan sejenis (negatif).    Beberapa gaya yang menyebabkan stabilitas partikel, yaitu:

a.     Gaya elektrostatik yaitu gaya tolak menolak terjadi jika partikel-partikel mempunyai muatan yangsejenis.

b.    Bergabung dengan molekul air (reaksi hidrasi)

c.     Stabilisasi yang disebabkan oleh molekul besar yang diadsorpsi pada permukaan.

Suspensi atau koloid bisa dikatakan stabil jika semua gaya tolak menolak antar partikel lebih besardari ada gaya tarik massa, sehingga dalam waktu tertentu tidak terjadi agregasi.Untuk menghilangkan kondisi stabil, harus merubah gaya interaksi antara partikel denganpembubuhan zat kimia supaya gaya tarik menarik lebih besar.Untuk destabilisasi ada beberapa mekanisme yang berbeda:

1. Kompresi lapisan ganda listrik dengan muatan yang berlawanan.

2. Mengurangi potensial permukaan yang disebabkan oleh adsorpsi molekul yang spesifik denganmuatan elektrostatik berlawanan.

3. Adsorpsi molekul organik diatas permukaan partikel bisa membentuk jembatan molekul diantara partikel.

4. Penggabungan partikel koloid kedalam senyawa presipitasi yang terbentuk dari koagulan.

Secara garis besar (bedasarkan uraian diatas), mekanisme koagulasi adalah :

1. Destabilisasi muatan negatif partikel oleh muatan positip dari koagulan

2. Tumbukan antar partikel

3. Adsorpsi

Dilihat dari bentuk grafiknya maka proses biologis ini terus berlangsung selama waktu penyimpanan, ini ditunjukan pula oleh persamaan matematika grafik untuk absorbansi yang menunjukan bahwa nilai turbidity dan absorbansi cenderung menurun seiring waktu penyimpanan.

Tapi dilihat dari prosentase penurunannya sekitar 5,29% dalam 5 hari maka pengolahan secara biologi ini akan memerlukan waktu yang cukup lama dalam mereduksi komponen-komponen organic dalam air limbah, sehingga bila proses ini digunakan untuk penanganan air limbah organik akan diperlukan tempat yang luas.

3. 
   Browning enzimatik, factor-faktor penyebab ; mekanisme ; dampak yang ditimbulkan pada produk?
   

- Pada suhu 60°C, kemanisan D-fruktosa lebihrendah daripada sukrosa, yaitu 0,8.

- D-galaktosa, D-glukosa dan L-sorbosa samahalnya dengan D-fruktosa

* Pencoklatan enzimatis terjadi karena adanya pengaruh enzim polifenol oxydase.

*Pencoklatan enzimatis dapat terjadi karena adanya jaringan tanaman yang terluka, misalnyapemotongan, penyikatan, dan perlakuan lain yang dapat mengakibatkan enzim kontak dengansubstrat (senyawa fenolik).

Penambahan Sulfit

Larutan sulfit bertujuan untuk mencegah terjadinya browning secara enzimatis maupun non enzimatis, selain itu juga sulfit berperan sebagai pengawet. Sulfit berperan sebagai :
• Pencegah timbulnya warna coklat
Pada browning non enzimatis, sulfit dapat berinteraksi dengan gugus karbonil yang mungkin ada pada bahan. Hasil reaksi tersebut akan mengikat melanoidin sehingga mencegah timbulnya warna coklat. Sedangkan pada browning enzimatis, sulfit akan mereduksi ikatan disulfida pada enzim, sehingga enzim tidak dapat mengkatalis oksidasi senyawa fenolik penyebab browning.

• Pengawet (antimikroba)

Proses browning adalah proses kecoklatan pada buah yang terjadi akibat proses enzimatik oleh polifenol oksidasi. Pada umumnya proses browning sering terjadi pada buah–buahan seperti pisang, pear, salak, pala, dan apel. Proses browning terbagi menjadi dua yaitu enzimatik dan non enzimatik.

Mekanisme pencoklatan enzimatis menurut Susanto dan Saneto (1994) disebabkan pecahnya sel bahan hasil pertanian akibat kerusakan mekanis, sehingga menyebabkan senyawa fenol yang ada dalam vakuola keluar dan bertemu dengan enzim yang ada dalam sitoplasma. Dengan adanya oksigen dan katalis logam akan terbentuk senyawa quinon. Reaksi selanjutnya terjadi secara spontan dan tidak lagi tergantung oleh enzim atau oksigen. Bentuk quinon mengalami hidrolisis menjadi bentuk hidroksi. Selanjutnya hidroksi quinon mengalami polimerisasi dan menjadi polimer berwarna coklat yang akhirnya menjadi melanin berwarna coklat

Pada dasarnya browning akan merusak enzim yang mengakibatkan perubahan warna, flavor dan tekstur. Berikut ini beberapa uraian tentang efek yang ditimbulkan karena proses browning :

·         Kehilangan karena pelarutan

Komponen yang larut air akan lepas selama browning. Variasi jumlah dan kesulitan memprediksi komponen yang terlarut tergantung pada : medium pemanas (misalnya air, uap panas, atau air panas), suhu, tekanan osmotik media pemanas (kelarutan optimal pada air segar, menurun jika konsentrasi organik terlarut meningkat), rasio area permukaan dengan volume produk (produk berdaun akan lebih rentan daripada biji dan akar sayuran) dan durasi dari treatment tersebut.

·         Pengurangan vitamin

Selama browning beberapa vitamin hilang karena degradasi thermal dan pelarutan. Kehilangan dapat dikurangi dengan memperpendek waktu pada suhu yang lebih tinggi. Dalam kasus umum, tidak diketahui apakah kehilangn tersebut karena pelarutan atau karena panas atau keduanya.

Perubahan warna yang tidak dikehendaki

Perubahan dalam sayuran hijau dihubungkan dengan distribusi kembali senyawa klorofilik melalui sel akibat kerusakan thermal kloroplas. Klorofil A relatif labil terhadap panas dalam media berkadar asam rendah, sedangkan B lebih stabil. Jadi, rasio A dan B menjadi ukuran degradasi klorofil. Pengurangan klorofil tidak berhubungan dengan pelarutan tetapi berhubungan dengan degradasi feofitin, yang umumnya terlihat dengan menguningnya ekstrak klorofilik dalam sayuran hijau yang dimasak.

Kehilangan β karoten tidak terlalu besar selama blanching. browning dapat mengawetkan β karoten dalam melawan enzim pengoksidasi selama penyimpanan. Oleh karena itu, kehilangan akan lebih besar apabila produk tidak di-blanching.

Penambahan sodium karbonat ke dalam air yang digunakan untuk browning akan menetralkan keasaman alami dari produk. Klorofil dilindungi selama perlakuan panas dan akibatnya warna produk mendekati warna hijau segar alami. Perubahan klorofil menjadi feofitin dapat dibatasi dengan keberadaan sodium karbonat, potasium klorida, disodium sulfat atau potasium dan amonium karbonat.

Asam sitrat lebih sering ditambahkan untuk meningkatkan warna putih dari beberapa sayuran karena batas oksidasinya pada peningkatan suhu dari produk rentan terhadap pencoklatan atau pewarnaan merah muda. Hal ini juga terlibat dalam susunan kompleks pigmen yang tidak berwarna dalam sayuran segar, tetapi dapat menjadi berwarna akibat oksidasi pada peningkatan suhu. Karena sifatnya sebagai antioksidan, asam sitrat kadang digunakan, tetapi labil terhadap panas, efek ini hilang secara cepat dalam browning .

DAFTAR PUTAKA

Kalichevsky M. T., Knorr D., dan Lillford P. J. 1995. “Potential food applications of high pressure effects on ice water transitions.” Trends in Food Science and Technology, 6: 253–258.

Sutanto, Mien. 2009. Inovasi Pangan Beku Siap Saji. Kulinologi, Edisi April Vol.1:03. Bogor : PT Media Pangan Indonesia.

Maggy Thenawijaya, Lehninger. 1990. Dasar-Dasar Biokimia Jilid 1. Jakarta : Erlangga.

http://118.96.137.181:880/bahanajar/download/ebooks_kimia/makalah/Perlakuan%20Koagulasi.pdf ( journal.)