protein (kimia hasil pertanian)

P R O T E I N

(Kimia Pangan & Hasil Pertanian)

Oleh :

S. G. SIPAHELUT, S.P., M.Sc

Pendahuluan

Kata ‘Protein’ berasal dari bahasa Greek (1844) berarti proteios(primary, utama) atau protos (first, pertama).

PROTEIN adalah suatu bahan yang menduduki tempat

(posisi) utama atau pertama.

Protein menduduki 50-75 % dari berat kering sel.

Tumbuhan mensintesa protein melalui akar dan daun dari bahan-bahan anorganik seperti nitrogen, air dan karbondioksida.

Kandungan utama protein : nitrogen, karbon, hidrogen, oksigen.Juga mengandung sulfur dan fosfat.. Kadang juga dijumpai unsurzink, iron, cooper.

Pendahuluan

Secara umum, molekul protein mengandung nitrogen 16 %,karbon 50 %, hidrogen 7 %, oksigen 22 % dan sulfur 0,5-3 %.

Fungsi protein dalam sel hidup :

1) Zat pembangun tubuh

2) Memperbaiki sel yang rusak

3) Sumber energi

4) Zat pembawa

5) Zat pelindung

6) Sebagai biokatalisator.

Definisi

Protein merupakan senyawa makromolekul yang tersusunatas asam amino-asam amino yang dihubungkan melaluiikatan peptida. Senyawa ini juga disebut sebagaipolipeptida.

Asam amino merupakan asam organik yang bersifat amfoteryang mengandung gugus amino (NH2), gugus karboksil(COOH), atom hidrogen dan gugus R (rantai cabang).

Ikatan peptida (--CONH--) merupakan ikatan yangterbentuk antara gugus α-karboksil suatu asam aminodengan gugus α-amino dari asam amino lainnya.

Hal-hal yang perlu diperhatikan :

Protein merupakan polimer asam amino

Bersifat amfoter

Hasil hidrolisa sempurna dari protein adalah asamamino

Asam Amino dan Ikatan

Peptida Asam amino adalah asam organik yang bersifat amfoter yang

mengandung gugus amina (NH2), gugus karboksil (COOH), atomhidrogen dan gugus R (rantai cabang).

Satu asam amino, kecuali glisin, memiliki paling tidak satu atom Casimetris (atom C mengikat empat gugus yang berbeda).

Ikatan peptida : ikatan antara α-karboksil (COOH) satu asamamino dengan α-amino (NH2) dari asam amino lainnya.

Satu ikatan peptida menghubungkan 2 asam amino

Dua peptida (dipeptida) menghubungkan 3 asam amino

Polipeptida menghubungkan banyak asam amino

Rangkaian polipeptida membentuk protein

Berdasarkan kesepakatan internasional, penulisan urutan asam amino

dalam rangkaian polipeptida dimulai dari ujung α-amino (N-terminal, ujung

N) yang dtulis di sebelah kiri, dan diakhiri pada ujung α-karboksil (C-

terminal, ujung C) di sebelah kanan

Ikatan peptida

Relatif tidak mudah terhidrolisa, kecuali bila ada aktivitas enzim peptidase

Bila tidak ada peptidase, maka untuk memecah ikatan peptida diperlukan

pemanasan dalam suasana sangat asam/basa dengan waktu yang lama.

Protein

Untuk menghidrolisa protein diperlukan enzim protease.

Enzim ini terbagi 2, yaitu :

1) Endopeptidase (memecah ikatan peptida yang terletak di antara ujung

C dan ujung N)

2) Eksopeptidase (memecah ikatan peptida mulai dari ujung N atau C).

Asam amino

Pembeda asam amino satu dengan lainnya terletak pada gugus R-nya

Gugus R ini pula yang membedakan sifat fungsional asam amino satu

dengan lainnya

Berdasarkan perbedaan senyawa yang ada pada gugus R-nya, maka asam

amino dibagi menjadi 20 macam asam amino yang berbeda dalam ukuran,

bentuk, muatan dan reaktivitasnya.

Berdasarkan struktur atau berdasarkan jumlah amino atau karboksil yang

dimilikinya, asam amino dibagi atas :

1) Asam amino non-polar atau hidrofobik

Kelarutannya dalam air kecil/rendah

Semakin banyak R jenis alifatik, maka akan semakin hidrofobik

Contoh : Ala, Ile, Leu, Phe, Pro,Trp, Val

2) Asam amino plar, hidrofilik, tidak bermuatan

Polar, netral

Contoh : Ser, Thr, Tyr, Asp, Glu, Cys

3) Bermuatan positih (pada pH 7.0). Contoh : Lys, Arg, His

4) Bermuatan nrgatif (pada pH 7.0). Contoh : Aspartic, Glutamic

KLASIFIKASI ASAM AMINO

SIFAT FISIK DAN KIMIA ASAM AMINO

Sifat mengion (ionic properties) : satu asam amino dapat bertindak sebagai

akseptor proton (pada gugus amino) maupun donor proton (pada gugus

karboksil)

Asam amino maupun protein dapat bereaksi dengan senyawa tertentu yang

memberikan warna spesifik.

Ada dua kelompok reaksi pewarnaan asam amino/protein :

1) Reaksi pewarnaan yang melibatkan rantai samping (gugus R) tertentu

2) Reaksi umum yang terjadi pada gugus amino atau gugus karboksisl.

Reaksi pewarnaan ini dapat digunakan untuk mendeteksi kadar asam amino

atau protein secara kualitatif maupun kuantitatif.

STRUKTUR DAN KLASIFIKASI PROTEIN

Berdasarkan struktur konformasi : struktur primer, sekunder, tertier dan

kuartener

Berdasarkan komposisi kimia penyusun asam amino : protein sederhana,

protein terkonyugasi, protein turunan.

Berdasarkan dasar kelarutannya : albumin, globulin, histone, prolamine,

protamine, skleroprotein.

Berdasarkan bentuknya : fibrous protein, globular protein.

SIFAT FISIK DAN KIMIA PROTEIN

Sifat Fisikawi

merupakan senyawa makromolekul dengan berat molekul yang besar.

Sifat Kimiawi

Sangat reaktif karena memiliki sifat :

o Amphoter

o Mengikat ion

o Mengikat air

Sifat ini disebabkan protein dapat bermuatan negatif, positif dan keduanya

pada lingkungan pH tertentu

Amphoter

Protein mempunyai dua sifat yang berlawanan yaitu dapat bersifat asam

atau basa, atau dapat bereaksi dengan asam atau basa, atau dapat memberi

dan menerima proton secara bersamaan.

Sifat ini dipengaruhi pH lingkungan dimana protein tersebut berada.

pH < titik isoelektrik, protein akan cenderung bermuatan (+) (kationik)

pH > titik isoelektrik, protein cenderung bermuatan (-) (anionik).

pH = titik isoelektrik, protein memiliki muatan (+) dan (-), bersifat

zwitter ion.

Catatan :

Zwitter ion = senyawa yang memiliki dua kutub yang berlawanan (dipolar

ion)

Titik isoelektrik (isoelectric point, pl) = suatu nilai pH, dimana protein

memiliki muatan elektrik total sama dengan nol dalam suatu larutan

Lanjutan------Sifat Fisik & Kimia Protein

Kekuatan mengikat ion (binding of ion)

Tergantung pada pH lingkungan

pH > pl, protein/asam amino bersifat anionik (bersifat negatif, COO-),

sehingga akan mudah mengikat ion bermuatan (+) (cation).

pH < pl, protein/asam amino bersifat kationik (bersifat positif, NH3+),

sehingga akan mudah mengikat ion bermuatan (-) (anion).

campuran protein akan memiliki pl yang berbeda-beda, sehingga

campuran protein tersebut akan memiliki muatan yang bervariasi pula

dan dapat mengikat berbagai macam ion.


Kekuatan mengikat molekul air (hydration of protein)

Timbul karena adanya

Gugus nitrogen, baik yang ada pada N-terminal maupun N pada rantai

peptida

Gugus karboksil (COOH, pada C-terminal)

Gugus karbonil (CO, dalam rantai peptida); ergantung pada pH

lingkungan

pH > pl dan pH < pl, protein memiliki kemampuan mengikat air yang

lebih besar dibandingkan pH = pl

Tergantung pada konsentrasi protein, pH, suhu dan adanya senyawa lain.

Semakin tinggi konsentrasi protein akan semakin banyak mengikat air.

Semakin jauh dari pl, kemampuan mengikat air semakin tinggi, dan

sebaliknya semakin mendekati pl, kemampuan mengikat air akan

menurun dan mencapai minimal pada pl


Struktur konformasi alami protein dapat mengalami perubahan sebagai

respons terhadap adanya perlakuan panas, pH, garam, pelarut organik atau

berbagai macam perlakuan fisik dan kimia lainnya.

Denaturasi : setiap perubahan struktur protein dari bentuk konformasi

alaminya (struktur sekunder, tertier, kuartener) yang tidak

disertai dengan terputusnya ikatan peptida dalam struktur

primernya.

Dapat disebabkan :

Pengaruh fisikawi (suhu, mekanis, tekanan, iradiasi dan interface)

Pengaruh kimiawi (asam, basa, ion logam, pelarut organik alkohol,

larutan organik lain seperti urea, detergen, dan lain-lain


Ada 2 jenis perubahan struktur konformasi protein :

1) Interaksi antara gugus rantai samping antar polipeptida

Dapat mengakibatkan penggabungan, agregasi, flokulasi, koagulasi,

presipitasi protein

2) Interaksi antara gugus rantai cabang dengan pelarut

Dapat mengakibatkan terjadinya pelarutan, pemisahan, penggembungan

dan denaturasi

Suhu tinggi akan membuat protein terdenaturasi sehingga kemampuan

mengikat airnya menurun.

Karena energi panas akan mengakibatkan terputusnya interaksi non-

kovalen yang ada pada struktur alami protein tapi tidak memutuskan

ikatan kovalennya yang berupa ikatan peptida.


SIFAT FUNGSIONAL PROTEIN

Merupakan sifat fisik dan kimia protein yang memungkinkan protein

memberi kontribusinya terhadap sifat-sifat bahan pangan yang diinginkan.

Umumnya mempengaruhi sifat sensoris bahan pangan, khususnya tekstur.

Protein mempengaruhi sifat fungsional bahan pangan seperti viskositas,

kelarutan, elastisitas, emulsi, dan sebagainya.

Bahan pangan Sifat fungsional

Minuman Viskositas, kelarutan, stabilitas panas

Sup, saos Viskositas, emulsi, water retention

Adonan (roti) Pembentukan matriks dan film

Dairy products (es krim,

dll)

Emulsi, fat retention, viskositas, foaming, gelation, koagulasi

Egg substitutes Foaming, gelation

Meat products (sosis, dll) Emulsi, gelation, kohesi, dll

Kelarutan protein dalam air dipengaruhi oleh : pH, kekuatan ion, suhu dan

solvent organik.

pH > pl (bermuatan (+) atau pH < pl (bermuatan (-), protein berinteraksi

dengan air sehingga dapat larut.

pH = pl, muatan protein = 0,, protein tidak dapat berinteraksi dengan air dan

mengendap.

Kekuatan ion berbanding lurus dengan konsentrasi dan valensi ion.

Dalam larutan garam 0,5-1 M, kelarutan protein akan naik sehingga protein

larut dalam larutan garam (Salting in)

Konsentrasi garam > 1 M, kelarutan protein menurun (Salting out)

INTERAKSI PROTEIN-AIR

Lanjutan------Sifat Fungsional Protein

Pada suhu 0-40 °C, kelarutan protein akan naik.

Pada suhu > 40 °C, protein tidak larut.

Dengan pelarut organik, protein yang larut dapat mengendap.

Pengaruh protein terhadap sifat fisik bahan pangan (viskositas, gelation,

tekstur, dsb) dipengaruhi oleh faktor internal (komposisi asam amino) dan

faktor eksternal (pH, suhu dan kekuatan ion)

INTERAKSI PROTEIN-LEMAK

Dalam makanan, interaksi protein-lemak sering dijumpai pada sistem emulsi.

Adanya lemak dapat berfungsi melindungi protein dari denaturasi akibat

panas.


Sifat fungsional lain :

Sifat mengemulsi, membentuk gel, dan membentuk buih.

Dalam sistem emulsi dan buih yang distabilkan oleh protein terjadi karena

protein memiliki gugus hidrofobik dan hidrofilik.

Faktor-faktor yang berpengaruh dalam pembentukan gel :

panas, pH, kekuatan ion, dan konsentrasi protein.


PERUBAHAN PROTEIN

SELAMA PENGOLAHAN

Dapat berupa nilai gizi maupun sifat fungsionalnya.

Perubahan nilai giziDenaturasi yang diakibatkan :

panas

hilang atau rusaknya asam amino

terjadi interaksi protein-protein, protein-karbohidrat, protein-oxidizing

agents, protein-bahan lain (nitrit, sulfit, dsb)

Perubahan sifat fungsional modifikasi pada struktur sekunder, tersier, dan kuartener

reaksi enzimatis

Modifikasi secara kimia spesifik

Modifikasi pada strutur sekunder, tersier, dan kuartenerTerjadi karena pH, bahan kimia, dehidrasi, perlakuan mekanis maupun

perlakuan panas

Perubahan secara enzimatisDikarenakan hidrolisis protein oleh enzim protease (proteolisis)

maupun modifikasi yang terjadi secara in vivo

Modifikasi secara kimia spesifikBerlangsung pada rantai cabang, atau karena adanya pembentukan

ikatan silang kovalen

Lanjutan------Perubahan Protein Selama Pengolahan

Reaksi Protein dengan komponen lain reaksi antara gugus amino pada protein dengan gula reduksi (Reaksi

Maillard)

reaksi pembentukan basa Schiff yang terjadi antara komponen aldehid dan

keton rantai pendek dari hasil oksidasi lemak dengan gugus amino

Adanya maloaldehid yang dapat menyebabkan terjadinya ikatan silang

(cross-linking) antar molekul protein

Reaksi antar molekul protein dengan senyawa hasil oksidasi lemak (misal

hidroperoksida) dapat menyebabkan perubahan struktur dan sifat fungsional

protein/asam amino.

Kerusakan protein oleh lemak yang teroksidasi melalui 3 tahap :

1) Pembentukan protein radikal

2) Pembentukan ikatan silang antar protein radikal dengan lemak

3) Polimerisasi lemak-protein

Lanjutan------Perubahan Protein Selama Pengolahan

SISTIM PROTEIN

DALAM BAHAN PANGAN

Protein daging berpengaruh terhadap tekstur daging. Tingkat kelunakan

daging ditentukan oleh tingkat kerusakan protein daging

Protein dalam susu dibagi menjadi 2 fraksi utama :

1) Casein

o merupakan phosphoprotein

o dapat diekstrak dari susu dengan perlakuan pengasaman (pH 4,6 dan

suhu 20°C

o Mencapai 80 % dari total protein dalam susu

o Terdiri atas α-casein, β-casein dan κ-casein

2) Whey protein

Protein gandum dikelompokkan berdasarkan kelarutannya :

Albumin (larut dalam air)

Globulin (larut dalam 10 % NaCl, tidak larut dalam air)

Gliadin (larut dalam 70-90 % alkohol

Glutelin (tidak larut dalam air, alkohol tapi larut dalam larutan

asam/basa

Kolagen Merupakan protein berbentuk benang (fibrous), banyak terdapat pada

hewan pada bagian kulit, tendon, tulang dan kartilage.

dapat diolah menjadi gelatin dengan tahapan :

oPre-treatment (rendam dalam larutan kapur 2-5 %, 8-12 minggu, suhu 15-

20 °C atau direndam larutan asam encer selama 24-48 jam

o Pencucian dengan air

oDiekstrak dengan asam/basa encr pada suhu 50-60°

oPenyaringan

oPenguapan

oSterilisasi

oPengeringan

oPenggilingan dalam bentuk bubuk

Lanjutan------Sistim protein dalam bahan pangan

protein (kimia hasil pertanian)

Documents