vii -ix protein 1
TRANSCRIPT
Protein
PROTEIN merupakan suatu zat makanan yang sangat
penting bagi tubuh,karena zat ini disamping berfungsi
sebagai bahan bakar dalam tubuh juga berfungsi
sebagai zat pembangun dan pengatur.
Protein adalah sumber asam asam amino yang
mengandung unsur unsur C, H, O dan N yang tidak dimiliki
oleh lemak atau karbohidrat.
Protein merupakan molekul molekul yang sangat besar,
kompleks dan bermacam macam.
Karakteristik protein mengandung unsur sunsur N yang
melibatkan proses proses vital yang berhubungan dengan
makhluk hidup.
Pada mamalia termasuk manusia, fungsi protein sebagai
komponen struktur dari tubuh. Otot-otot dan organ organ
tubuh manusia sebagian besar terdiri atas protein.
Bahan-bahan mineral dari tulang ditopang kuat oleh kolagen
protein.
Kulit yang merupakan penutup dari tubuh diperhitungkan
sekitar 10 % dari total protein tubuh.
Protein-protein berfungsi sebagai biokatalis (enzim dan
hormon) untuk mengatur reaksi kimia didalam tubuh.
Sebagai proses proses dasar kehidupan seperti
pertumbuhan, pencernaan dan metabolisme, ekskresi,
perubahan enersi kimia menjadi enersi mekanis, mengontrol
enzim dan hormon.
Protein pada plasma darah dan hemoglobin mengatur
tekanan osmotik dan pH dari cairan cairan tubuh.
Protein berfungsi sebagai reaksi kekebalan (immunological).
Antibodi-antibodi, seperti modified plasma globulin,
mencegah masuknya senyawa senyawa asing atau
mikroorganisme penyebab bermacam macam penyakit
kedalam tubuh.
Kekurangan bahan makanan terjadi dibeberapa bagian
dunia dan menjadi semakin menyebar dengan pertumbuhan
penduduk yang semakin cepat.
Menyediakan jumlah protein yang cukup merupakan
masalah yang lebih besar daripada penyediaan jumlah
karbohidrat atau lemak.
Protein tidak hanya berharga mahal untuk
memperoduksinya tetapi kebutuhan protein per berat badan
manusia tetap sampai umur lanjut .
Secara umum kebutuhan protein sekitar 1 g/kg b.b/hari,
jumlah tersebut diharapkan sudah cukup untuk memenuhi
keperluan menjaga keseimbangan nitrogen dalam tubuh
dengan syarat protein yang dikonsumsi mempunyai mutu
yang tinggi.
Untuk memenuhi kebutuhan protein di masa datang,
beberapa tindakan diperlukan.
Misalnya diperlukannya sumber sumber protein yang baru,
teknologi yang tepat guna untuk menghasilkan protein harus
dikembangkan, efisiensi penggunaan protein konvensional
harus dicapai.
Pemenuhan dari tujuan tujuan ini merupakan tantangan dan
kesempatan bagi pakar yang terlibat dalam bidang pangan
dan bidang-bidang terkait.
Fungsi Protein:
Protein mempunyai bermacam-macam fungsi bagi tubuh,
yaitu sebagai enzim, zat pengatur pergerakan, pertahanan
tubuh, alat pengangkut dan lainlain.
Sebagai enzim
Hampir semua reaksi biologis dipercepat atau dibantu oleh
suatu senyawa makromolekul spesifik yang disebut enzim;
dari reaksi yang sangat sederhana seperti reaksi
transportasi karbon dioksida sampai yang sangat rumit
seperti replikasi kromosom. Hampir semua ensim
menunjukkan daya katalitik yang luar biasa, dan biasanya
dapat mempercepat reaksi sampai beberapa juta kali.
Sampai kini lebih dari seribu enzim telah dapat diketahui
sifat-sifatnya dan jumlah tersebut masih terus bertambah.
Protein besar peranannya terhadap perubahan perubahan
kimia dalam sistem biologis.
Alat pengangkut dan alat penyimpan
Banyak molekul dengan BM kecil serta beberapa ion dapat
diangkut atau dipindahkan oleh protein-protein tertentu.
Misalnya hemoglobin mengangkut oksigen dalam eritrosit,
sedang mioglobin mengangkut oksigen dalam otot. Ion besi
diangkut dalam plasma darah oleh transferin dan disimpan
dalam hati sebagai kompleks dengan feritin, suatu protein
yang berbeda dengan transferin.
Pengatur Pergerakan
Protein merupakan komponen utama daging; gerakan otot
terjadi karena adanya dua molekul protein yang saling
bergeseran. Pergerakan flagella sperma disebabkan oleh
protein.
Penunjang mekanis
Kekuatan dan daya tahan robek kulit dan tulang disebabkan
adanya kolagen, suatu protein berbentuk bulat panjang dan
mudah membentuk serabut.
Pertahanan tubuh/ Immunisasi
Pertahanan tubuh biasanya dalam bentuk antibodi, yaitu
suatu protein khusus yang dapat mengenal dan menempel
atau mengikat benda-benda asing yang masuk ke dalam
tubuh seperti virus,bakteri,dan sel sel asing lainnya. Protein
ini pandai sekali membedakan benda-benda yang menjadi
anggota tubuh dengan benda benda asing.
Media Perambatan Impul syaraf
Protein yang mempunyai fungsi ini biasanya berbentuk
reseptor misalnya rodopsin, suatu protein yang bertindak
sebagai reseptor/penerima warna atau cahaya pada sel sel
mata.
Pengendalian pertumbuhan
Protein ini bekerja sebagai reseptor (dalam bakteri) yang
dapat mempengaruhi fungsi bagian-bagian DNA yang
mengatur sifat dan karakter bahan.
Siklus Protein
Didalam tubuh manusia terjadi suatu siklus protein, artinya
protein dipecah menjadi komponen-komponen yang lebih
kecil yaitu asam asam amino dan atau peptida.
Terjadi juga sintesis protein baru untukmengganti yang
lama. Praktis tidak ada sebuah molekul protein pun
disintesis untuk dipakai seumur hidup.
Semuanya akan dipecahkan dan diganti dengan yang baru
dengan laju yang berbeda beda tergantung dari jenis dan
keperluannya didalam tubuh.
Waktu yang diperlukan untuk mengganti separuh dari
jumlah kelompok protein tertentu dengan protein baru
disebut half life atau waktu paruh jangka hidup protein.
Waktu paruh dari enzim-enzim interselulair hanyalah
beberapa jam sampai beberapa hari.
Sedang protein-protein yang lain lebih stabil, seperti
misalnya hemoglobin mempunyai waktu paruh 120 hari,
dankolagen sampai sampai kira kira satu tahun.
Siklus protein dapat terjadi dalam sel, dalam jaringan, atau
dalam badan dan melibatkan saluran percernaan.
Enzim pencernaan dalam lambung dan pancreas bila sudah
tidak berfungsi lagi setiap harinya dapat menyumbangkan
sekitar 30 g protein, ditambah lagi dengan 30 g protein dari
selaput bulu-bulu (villi) dalam lambung.
Musin daan protein serum dalam jumlah yang kecil juga
masuk ke dalam saluraan pencernaan sehingga
menyumbangkan beberapa gram protein lagi setiap harinya.
Diperkirakan sebanyak 70 g protein dari tubuh masuk
kedalam saluran pencernaan bersama 30-80 g protein yang
masuk melalui bahan makanan yang dikonsumsi setiap
harinya.
Dipihak lain dalam jumlah yang sedikit protein juga keluar
bersama faeces; diperkirakan protein yang keluar bersama
faeses tidak lebih dari 10 g per hari.
Dari data tersebut dapat dipahami bahwa badan manusia
ternyata sangat efisien dalam mengolah protein yang tidak
berfungsi lagi.
Jumlah protein yang dipecah dan disintesa diperkirakan
meliputi sekitar 3,5 sampai 4,5 g/kg berat badan setiap hari,
atau sekitar 200- 300 g per hari untuk orang dewasa.
Tentu saja hal ini jauh melebihi jumlah protein yang masuk
dari bahan makanan.
Sebagian terbesar dari penyediaan asamamino datang dari
pemecahan protein jaringan tubuh.
Asam Amino
Asam-asam amino adalah struktur (building block) protein.
Untuk mengerti maka diperlukan beberapa sifat protein ,
uraian tentang struktur dan sifat-sifat asam amino.
Bila suatu as protein dihidrolisis dengan asam, alkali, atau
enzim, akan dihasilkan campuran asam asam asam amino.
Sebuah asam amino terdiri atas sebuah gugus amino,
gugus karboksil sebuah atom H dan gugus R yang terikat
pada sebuah atom C yang dikenal sebagai karbon dan
gugus R merupakan rantai cabang.
H H O
N C C
H R OH
Gugus amino rantai cabang gugus hidroksil
Asam amino pada kondisi netral (pH isolistrik, pI) berada
dalam larutan baik gugus amino maupun gugus hidroksil
terionisasi.
Gugus karboksil kehilangan sebuah proton dan memperoleh
ion negatif sedangkan gugus amino memperoleh proton dan
memerlukan ion positif.
Sebagai hasilnya asam-asam amino memiliki ion dipolar
Gugus R yang merupakan rantai cabang mempunyai
peranan penting terhadap komposisi kimia asam-asam
amino protein. Gugus R dapat diklasifikasikan menjadi
empat kelompok:
IKATAN PEPTIDA
Dua asam amino berikatan melalui suatu ikatan peptida dg
melepas sebuah molekul air. Reaksi nya kearah hidrolisis.
Dipeptida
3 asam amino -------Tripeptida
10 atau lebih ------ poli peptida
Lebih dr 100 buah dpt membentuk rantai tdk bercabang.
Struktur Protein
Secara teoritik dari 21 jenis asam amino alami dapat
dibentuk protein dengan jenis yang tidak terbatas.
Namun diperkirakan hanya sekitar 2000 jenis protein yang
terdapat dialam.
Para ahli pangan sangat tertarik pada protein sejak
pengetahuan tentang struktur protein dan sifat-sifatnya
dapat dimanipulasikan untuk keperluan protein untuk
manusia.
Struktur protein dapat dibagi menjadi beberapa bentuk yaitu
struktur primer, sekunder, tertier dan kuartair.
Struktur primer
Susunan linier asam asam amino dalam protein merupakan
struktur primer. Bila protein mengandung banyak asam
amino dengan gugus hidrofobik, daya kelarutan dalam air
kurang baik dibandingkan dengan protein yang banyak
mengandung asam amino dengan gugus hidrofil.
Struktur sekunder
Bila hanya struktur primer yang
ada dalam protein, maka
molekul tsb. akan merpakan
bentuk yang sangat panjang
dan tipis. Struktur yang
demikian memungkinkan ter-
jadinya banyak sekali reaksi
dengan senyawa lain, yang
kenyataanya hal tersebut tidak
terjadi di alam.
Dalam kenyataanya struktur
protein biasanya merupakan
bentuk tiga dimensi dengan
cabang2 rantai polipeptidanya
tersusun saling berdekatan.
Struktur yang demikian
disebut struktur sekunder.
Contoh dari struktur
sekunder adalah -helix
dari wool, sutra dan
colagen helix.
Struktur tersier
Bentuk penyusunan bagian terbesar rantai cabang disebut
struktur tersier. Artinya adalah susunan dari struktur
sekunder yang satu dengan struktur sekunder bentuk lain.
Contoh: beberapa protein yang mempunyai bentuk -helix
dan bagian yang tidak berbentuk -helix.
Biasanya bentuk bentuk sekunder ini dihubungkan dengan
ikatan hidrogen, ikatan garam, ikatan hidrofobik dan ikatan
disulfida. Ikatan disulfida merupakan ikatan yang terkuat
dalam mempertahankan struktur tersier protein.
Struktur kuartener.
Struktur primer, sekunder dan tersier umumnya hanya
melibatkan satu rantai polipeptida.
Tetapi bila struktur ini melibatkan beberapa polipeptida
dalam membentuk suatu protein maka disebut struktur
kuartener.
Pada umumnya ikatan-ikatan yang terjadi sampai
terbentuknya protein sama dengan ikatan-ikatan yang
terjadi pada struktur tersier, kecuali ikatan di sulfida tidak
membantu mempertahankan struktur kuartener.
Protein konyugasi
Protein yang mengandung senyawa lain yang non protein
disebut protein konyugasi, sedangkan protein yang tidak
mengandung senyawa non protein disebut protein
sederhana.
Ada bermacam-macam protein konyugasi yang
perbedaannya terletak pada senyawa non protein yang
bergabung dengan molekul proteinnya.
Tabel 5. beberapa jenis protein konyugasi
Nama Tersusun
oleh
Terdapat pada
Lipoprotein Protein +
lemak
Serum darah, kuning
telur, susu, darah.
Glycoprotein Protein +
karbohidrat
Musin pada kelenjar
ludah, tendomusin pada
tendon, hati
Metaloprotein protein +
pigmen
Hemoglobin
Nukleoprotein Protein +
asam nukleat
Inti sel, kecambah biji-
bijian
Fosfoprotein Protein + fosfat yang mengandung lesitin
Kasein susu dan vitelin/
kuning telur.
Sifat-sifat protein yang penting dalam
bahan makanan
1. hidrasi
2. sifat-sifat kimiawi protein dalam larutan
3. denaturasi
4. pembentukan gel
1. hidrasi
Molekul protein mempunyai berat molekul yang tinggi
sehingga bersifat tidak larut dalam air/unsoluble, sebetulnya
ditinjau dari turunannya dibagi 2:
a. Turunan primer yaitu protein yang mempunyai BM yang
tinggi dan bersifat tidak larut dalam air. Contoh : albumin,
fibrin (dalam darah)
b. Turunan sekundair yaitu protein yang kemungkinan dapat
larut dalam air. Contoh jenis protease, pepton, peptida
jenis ini kalau dipeptidanya hanya terdiri dari 2 jenis
asam amino.
Turunan primer kalau dihirolisa oleh asam, basa, ensim
menghasilkan turunan sekunder.
Dalam bahan makanan kadang-kadang juga sudah terdapat
dalam bentuk sekunder sehingga sudah tidak ada persoalan
karena sudah bersifat digestible.
Protein dari turunan primer ditambahkan air akan
membentuk larutan dispersi (koloidal).
Protein dipengaruhi oleh suhu, pH, elektrolit dan reagent-
reagen tertentu misalnya logam logam berat.
Dengan keempat faktor tersebut dapat merubah strukturnya,
atau terjadi dekomposisi sehingga terbentuk molekul yang
besar.
Adanya gugus-gugus amino dan karboksil bersifat amfoter,
dalam medium yang bersifat alkalis dalam ionisasinya akan
memberikan ikatan negatif, dalam medium asam maka
gugus amina bereaksi dengan ion H+ sehingga muatannya
menjadi positif, sedang dalam keadaan isoelektrisnya
protein dalam keadaan netral.
NH3 NH3Cl-
pH rendah : protein + H+Cl- protein
COOH COOH
NH3 NH3+
pH tinggi : protein + Na + OH- protein
COOH COONa
Karena protein dispersinya bersifat kolloid maka dalam
dispersi tersebut akan menunjukkan tekanan osmose yang
lebih kecil yang bersifat memantulkan, memancarkan dan
menimbulkan cahaya.
Dengan sifat-sifat tersebut maka dapat ditentukan
konsentrasi dengan alat spektrofotometer, panjang
gelombang yaitu : 260 -280 mA., jumlah cahaya yang
dipantulkan tergantung pada partikel partikel koloid dan
besarnya molekul protein.
Sifat pembentuk hidrat sangat penting karena molekul
protein mengandung sejumlah gugus karena dalam gugus
tersebut dapat berikatan dengan elektron bebas dan dapat
membentuk ikatan hidrogen, jadi protein berkemampuan
mengikat air.
Terjadinya hidrasi karena faktor lingkungan:
1. komponen-komponen seperti elektrolit yang bersifat
mengikat air. Misalnya dalam bahan makanan yang
mengandung protein dan karbohidratnya keadaannya
bersaingan dalam mengikat H2O, sehingga
mempengaruhi terbentuknya hidrat.
2. Jumlah air yang terikat dipengaruhi oleh konsentrasi
protein, atau kemampuan molekul protein menyerap air.
3. Suhu berpengaruh terhadap jumlah air yang diikat oleh
bahan makanan dengan suhu tinggi maka kadar air yang
terikat berkurang.
Kegunaan sifat hidrasi protein:
Untuk mengetahui sifat stabilitas dari protein seperti muatan
dari protein, makin besar derajat hidrasinya maka protein
bersifat lebih stabil.
Contoh:
Pada molekul kasein bila sudah mencapai titik isoelektrik pH
4,7 maka akan terbentuk suatu presipitat yang disebabkan
oleh derajat hidrasi kasein tidak mampu mencegah
terjadinya koagulasi.
Pada laktogglobulin pH 5,18 (titik isoelektris) tidak terjadi
presipitat disebabkan karena derajat hidrasinya mampu
mencegah koagulasi. Jadi pada protein pada titik
isoelektrisnya belum tentu terjadi presipitat karena
dipengaruhi oleh derajat hidrasinya dari masing-masing
protein.
Titik isoionik
Pada titik isoionik didefinisikan pH dari dispersprotein
dimana jumlah muatan positif dari kation sebanding dengan
jumlah anion yang telah melepaskan ion H.
Titik isoelektris
Ialah pH dispers protein dimana muatan protein = 0 hal ini
dipengaruhi oleh elektrolit luar. Didalam larutan asam kuat
semua gugus kation bermuatan positif, sedang anion
bersifat netral, pada titik isoionik bila ditambahkan basa
yang jumlahnya ekivalent dngan kation maka muatan protein
akan turun menjadi nol dengan syarat apabila ada ion lain
yang berpengaruh dan dapat mengikat protein di mana pH
protein terakhir = 0 akan mengalami keadaan titik
isoelektrisnya.
2. sifat kimia
a. Oksidasi.- Sifat oksidasi protein tergantung dari
oksidant dan kondisi lingkungannya. Pada gugus
fungsionil dari protein dapat menyebabkan proses
oksidasi dari protein karena berubahnya gugus fungsionil
dapat menyebabkan berubahnya sifat protein menjadi
labil.
Gugus fungsionil :
1. gugus SH contoh adanya ferricyanid, phorphidindrin
dapat mengoksidir gugus sulfidril sehingga pecah
menjadi S- dan H
+.dan bersifat labil.
2. Gugus fenol dan indol dalam asam amino tirosin dan
triptophan.
3. Gugus disulfida S=S akan dioksidir sehingga menjadi
pecah dan akan menyebabkan juga oksidasi dari
protein zat oksidannya yang dapat memecah asam
performat.
4. Tergantung struktur dasar protein itu sendiri, primer,
sekunder, kompleks,
5. Zat oksidant : H2O2, KMnO4, K2Cr2O7, perbenzoat.
b. Reduksi.- Reduksi protein dilakukan oleh LiAlH4 dapat
mereduksi gugus karboksil bebas menjadi alkohol
R
NH2 C COOH LiAlH4 ROH
H
c. Hidrolisa.-Protein dapat dihidrolisa oleh asam, basa dan
enzim. Enzim disebut proteinase/protease, terhadap protein
oleh asam dapat menyebabkan kerusakan asam amino
triphtophan, sistein, apabila hidrolisa oleh alkali, proses
deaminasi. Hidrolisa oleh bermacam-macam proteolitik
menghasilkan hasil akhir yang berbeda-beda tergantung
spesifikasi ikatan peptida yang diserang, contohnya : tripsin
dapat menghidrolisa ikatan peptida antara gugus karboksil
dari lisin dan arginin dan gugus amino, sedang kemotripsin
menghidrolisa ikatan peptida antara gugus karboksil, tirosin,
fenilalanin, triptophan, gugus amino.
Hidrolisa menghasilkan senyawa senyawa yang berbeda:
Proteinase protease peptinase
Protein proteosa pepton peptida
Proteolitik ( yang bisa langsung
diserap oleh darah)
c. reaksi dengan formaldehida
1. Primary reaction. H
RNH2 + HCHO RN CH2OH
RN (CH2OH)
2. Titrasi fermol
CHOH
RNH3 RNH2 + H + RN(CH2OH)2
3. Secondary reaction: pemecahan ikatan CH2 sehingga
terbentuk N bebas
OH OH
RN- CH2 --- CH2 RN R + N
PECAH
N dapat ditangkap oleh basa, dengan cara titrasi
dengan basa maka jumlah N yang dibebaskan dapat
ditera langsung sehingga dapat menera % N dari protein
dengan formaldehid.
3. Denaturasi.-
Denaturasi merupakan perubahan struktur molekul
protein yang asli yaitu protein dari hewani/nabati kalau
terjadi perubahan akan mengalami denaturasi, terjadi
pada struktur sekunder dan tertier tetapi tidak
mengadakan perubahan pada struktur primernya. Selain
proses di atas terjadi perubahan-perubahan:
a. terjadinya pengikatan ion-ion logam mercuri atau Al.
b. terbentuknya agregat protein pada keadaan tertentu
c. terjadinya hidrolisa protein
d. terjadinya proses oksidasi dari gugus SH atau S=S
e. hilangnya gugus prostetis
Denaturasi protein bisa diikuti dengan proses koagulasi
pada proses denaturasi yang banyak terjadi yaitu diikuti
dengan pemecahan struktur sekunder seperti terjadi
proses agregasi, koagulasi, pengikatan kembali dari
beberapa molekul, reaksi kimia yang dapat
mengeluarkan gugus baru seperti oksidasi dapat
dibebaskan gugus SH. Pada umunya pada beberapa
pengolahan bahan makanan proses denaturasi bersifat
ireversible/reversible.
Pada denaturasi reversible protein yang telah
terdenaturasi dapat kembali ke protein asal dan
mempunyai sifat fisik dan mempunyai aktivitas biologis
yang semula. Misalnya pada alkaline fosfatase dengan
sterilisasi HTST (High Temperature Short Time) sebagian
bersifat reversible. Jika protein yang telah mengalami
denaturasi dengan cepat dibebaskan dari pengaruh-
pengaruh penyebab denaturasi dan dimasukan dalam
larutan sesuai dengan pH titik isoelektrisnya maka
molekul protein dengan cepat akan mengendap demikian
juga jika dipindahkan dalam larutan pH yang tidak sesuai
dengan titik isoelektrisnya sehingga bersifat amfoter
seperti keadaan biasa.
Faktor-faktor penyebab denaturasi protein :
a. faktor fisik:
- panas
gelombang sonik/ultrasonik
tekanan permukaan (surface tension) : dapat
menyebabkan denaturasi hanya pada permukaan
(surface denaturation)
b. Faktor kimia:
penyinaran ultraviolet
radiasi dengan ionisasi
pH (rendah/tinggi)
alkohol / zat pelarut lain.
Adanya urea, guanidin, N yang lain
Adanya detergent yang bersifat ionik.
Sifat-sifat protein dalam pengolahan bahan makanan :
1. Jika ditinjau sifat protein dari bahan makanan akan terjadi
pengurangan kelarutan pada keadaan yang sama yaitu
dengan mengukur agregat dari protein makin sedikit
agregat yang terjadi makin besar pengurangan kelarutan.
2. Enzim dalam bahan makanan karena mengalami
denaturasi akan menjadi inaktif.
3. Terjadi kenaikan aktivitas gugus fungsional dari protein,
disini perlu perlakuan sebelum perubahan reaksi karena
pengaruh suhu.
4. Terjadi perubahan bentuk dan besar molekul protein,
pengaruh terhadap besar dan bentuk agregat protein.
5. Terjadi kenaikan rotasi optis karena denaturasi dapat
merusak bentuk heliks dari protein.
6. Kehilangan kemampuan untuk mengkristal terutama
untuk enzim karena tiap enzim mempunyai bentuk kristal
yang berbeda sebagai identifikasi dari enzim tersebut.
Aplikasinya dalam bahan makanan
1. Karena kehilangan sifat kelarutan protein juga
kehilangan sifat dalam bentuk gel.
2. Denaturasi berpengaruh pada tekstur bahan makanan
3. Adanya aktivitas enzim pada bahan makanan maka
denaturasi dapat dipakai untuk mengetahui bahan
makanan tersebut masih baik atau sudah rusak. Misalnya,
enzim fosfatase pada proses pasteurisasi susu, adanya
inaktivasi fosfatase maka dapat diketahui cukup tidaknya
kekuatan enzim ini untuk mengolah. Pada industri
fermentasi tertentu dikehendaki adanya enzim tertentu
misalnya mengubah unsur mentah menjadi produk baru.
4. Pembentukan gel.-
Terdapat tiga mekanisme pembentukan gel.
a. Adsorpsi pelarut (adsorption pelarut)
Pembentukan gel terjadi karena proses adsorpsi (tekanan
keseluruh bagian) dari molekul-molekul pelarut oleh
partikel partikel zat terlarut.
Dengan adanya pendinginan terjadi pembesaran partikel
zat terlarut pembesaran partikel partikel ini makin lama
makin besar dengan penambahan hidrasi sehingga sifat
keseluruhan immobile sehingga terbentuk gel yang keras
dan adsorpsi ini makin banyak dan cepat bila suhunya
makin rendah.
b. Pembentukan jaringan tiga dimensi
Pembentukan jaringan tiga dimensi khususnya untuk
protein berbentuk serat selama proses denaturasi dan
apabila didinginkan atau terjadi perubahan disekeliling
maka serat-serat tersebut akan bergandeng membentuk
jaringan yang bersifat 3 dimensi ( lapisan yang mengikat
antara serat yang satu dengan yang lain): ikatan primer,
ikatan sekunder, ikatan tidak menentu.
Pada ikatan primer yaitu ikatan antara gugus-gugus
fungsionalnya pada ikatan ini jaringan yang dihasilkan
merupakan jaringan yang permanen dan gel yang
terbentuk tidak dapat rusak apabila diiris, apabila
dijatuhkan tidak terjadi penggelembungan (swelling) dan
tidak bersifat sineresis (mengeluarkan cairan apabila
disimpan).
Pada ikatan sekunder terjadi apabila ikatan pada ion-ion
hidrogen. Kekuatan nya lebih rendah dari ikatan primer
dan mudah rusak karena tekanan, mengalami kerusakan
bila dipotong.
Pada ikatan yang tidak menentu merupakan ikatan yang
terjadi oleh adanya sifat hidrophil dari air, sifat gel
tergantung pada kekuatan ikatan antar gugus gugus yang
ada, jadi molekul molekul gel yang terlarut akan tarik
menarik satu sama lain dan bila molekul molekul
tersebut bersifat mudah ditarik oleh zat pelarut maka
ikatan zat yang terlarut dan pelarut akan pecah, dengan
pecahnya zat tersebut maka terbentuk suatu gel, bila
molekul-molekul pelarut sangat kuat menarik zat terlarut
maka partikel-partikel zat terlarut satu sama lain menjadi
tidak berikatan dan terbentuk suatu gel.
Pembentukan gel disini dipengaruhi oleh :
-suhu, -konsentrasi larutan, -pH, konsentrasi garam.
Misalnya pada pembentukan curd.
Susu asam/enzim Whey curd mempunyai protein juga yang berupa kasein keju
c. orientasi partikel.
Disini gel dapat berbentuk/terbentuk oleh adanya suatu
sistem yang mempunyai kecenderungan antara zat
terlarut dan pelarut berikatan satu sama lain dan
membentuk konfigurasi tertentu. Misalnya pembentukan
kristal protein, pada pembentukan protein kristal tertentu
dapat menyerap air tanpa ada perubahan bentuk
kristalnya.
Sifat- sifat gel :
1. Gel mempunyai beberapa tingkat kekerasan
tergantung pada cara terbentuknya gel dan macam
bahan yang membentuk.
2. Beberapa macam gel bersifat elastis.
3. Beberapa gel dapat terbentuk kembali dengan adanya
tekanan/ aliran dengan kecepatan tertentu.
4. Gel tidak memerlukan konsentrasi fase dispersal yang
tinggi, contoh pada konsentrasi 1 % dapat terbentuk
gel.
5. Sifat dari masa cair dari dari besarnya gel hanya
mengalami perubahan sedikit oleh adanya tekanan uap
atau konduksi bersifat elektris
6. Gel kadang kadang dapat bersifat sineresis bila
dibiarkan
7. Kadang-kadang gel bersifat thixotropi yaitu bila ditekan
gel akan rusak dan berubah menjadi masa yang cair.
Faktor-faktor yang mempengaruhi terhadap perubahan
gel :
1. Konsentrasi fase dispersal makin tinggi konsentrasi
makin cepat terbentuk gel dan gel yang terbentuk
makin keras.
2. Makin rendah suhu dapat mempercepat pembentukan
gel dan dapat menambah kekerasannya.
3. pH gel yang terbentuk dapat distimulir oleh pH sekitar
pH isoelektris
4. Faktor faktor lain yang berpengaruh: adanya
persaingan protein dan air, makin banyak air maka
makin lambat perubahan gel, elektrostatis, adanya
penggolongan protein atau perubahan sifat protein.
Pembentukan gelatin:
Merupakan peristiwa perombakan dari protein dan terbentuk
gelatin hanya terjadi pada hidrolisa alkali/asam lemah pada
kolagen (kulit) dan ligamen (tulang). Pada kolagen dapat
terbentuk gelatin apabila ada pemisahan dari rantai triple
helix yang dipecah oleh adanya senyawa alkali/asam
tertentu, dengan terpecahnya triple heliks maka
membentuk suatu campuran dari beberapa rantai sehingga
membentuk ikatan yang panjang dan membentuk gel.
Terbentuknya gelatin ditandai dila berat molekulnya
mencapai 110.000 atau lebih besar. Sedangkan pada tulang
terbentuk gelatin dengan jalan pelarutan dengan asam
kemudian dilakukan hidrolisa dengan air kapur, Ca(OH)2,
tingkat kekerasan dari gelatin yang terbentuk secara
hidrolisa asam tersebut dapat dihitung secara kasar sebesar
kuadrat dari konsentrasi bahan semula. Penurunan suhu
dapat menyebabkan tingkat kekerasannya naik, makin
tinggi berat molekulnya gelatin yang terbentuk makin keras,
pH disekitar titik isoelektris tidak begitu terpengaruh
terbentuknya gelatin. Pada konsentrasi 3 % menunjukan
sedikit perubahan pada pH ( 4,6 - 8,2 ). Pada konsentrassi
1,5 % kisaran pH kecil : 4,3 - 6,7. Pada konsentrasi garam
tidak menunjukkan pengaruh yang nyata pada kekerasan
gelatin.
Aplikasi:
- gluten : protein pada gandum, dapat menahan tekanan
gas CO2
(detention gas) sehingga roti dapat mengelembung
- karamelisasi/browning dari karbohidrat dan protein pada
waktu pemasakan roti.
Pertanyaan pertanyaan
1. Uraikan mengenai fungsi protein di dalam tubuh
manusia?
2. Bagaima terjadinya siklus protein di dalam tubuh ?
3. Sebutkan asam asam amino essensial dan non essensial
?
4. Ada berapa macam struktur protein, berikan contoh
proteinnya masing masing?
5. Apa yang sdr ketahui dengan protein konyugasi?
6. Bagaimana sifat hidrasi pada protein ?
7. Protein dapat dihidrolisa oleh asam, basa dan enzim,
jelaskan salah satu hidrolisa?
8. Bagaima denaturasi dapat terjadi pada protein ?
9. Sebutkan faktor penyebab terjadinya denaturasi protein ?
10. Sebutkan
faktor faktor yang mempengaruhi perubahan gel?
11. Terangkan
mengenai pembentukan gelatin dan aplikasinya ?
BAB 5
TUJUAN INTRUKSIONAL UMUM
Mahasiswa akan dapat memahami sifat kimia dan fisika
enzim selama proses pengolahan dan penyimpanan
pangan
TUJUAN INSTRUKSIONAL KHUSUS
Setelah mengikuti kuliah dengan pokok bahasan ini
mahasiswa akan dapat mengidentifikasi enzim, fase
perubahan kimia enzim, perubahan kimia enzim pada bahan
makanan.
ENZIM
Enzim yang pertama kali diketemukan pada abad ke 19
adalah enzim diastase.
Louis Pasteur memberikan agensia yang diekstrak dari
kecambah gandum yang didalamnya diberi amilum dan
didiamkan selama 12 jam ternyata sebagian amilum diubah
menjadi alkohol, kemudian ada suatu agensia yang
dinamakan diastetik, kemudian dikembangkan nama semua
enzim berakhiran ase (walaupun ada sebagian yang
berakhiran ik) didepannya sesuai dengan substrat yang
diubah enzimnya disebut amilase.
Sifat sifat enzim
-Dapat merusak bahan makanan yaitu enzim yang harus
dikendalikan atau dihilangkan supaya tidak terdapat dalam
bahan makanan (endoselulair) misalnya pada proses
pembusukan dan pengurangan flavor.
-Bisa digunakan dalam pembuatan bahan makanan
biasanya bersifat eksoseluler, seperti pada proses
fermentasi baik nabati maupun hewani.
Produk fermentasi sebenarnya ada dua yaitu yang
terkendali dan yang tidak terkendali.
Pada proses fermentasi terjadi perubahan bahan oleh
agensia organik menjadi produk lain seperti pada
pembuatan anggur, wine, keju dan tempe yang agensianya
dari mikroorganisme.
Pada pembuatan keju dapat ditambahkan enzim renet yang
didapat dari usus lembu yang berumur 4 minggu, enzim ini
banyak terdapat dalam pencernaan manusia sehingga
dapat mengubah zat makanan menjadi zat makanan yang
dapat diserap oleh usus.
Misalnya:
protease polipeptidase peptidase protein proteose polipeptidase peptida amilase
karbohidrat gula sederhana diserap usus (dekstran)
Didalam bahan makanan perubahannya tertentu sesuai
dengan apa yang dikehendaki.
Enzim itu protein karena sintesa enzim sama dengan
mensintesa protein sehingga sifat-sifatnya sama.
Bagian bagian enzim terdiri atas apoenzim (protein) dan
koenzim (non protein) yang merupakan aktivator enzim yang
ditentukan oleh sisi aktif enzim.
Enzim sebagai protein katalitik dibagi menjadi:
1. simple protein :
- peptidase
- protease :
papain, pepsin, tripsis, bromelin
- hidrolase :
amilase, lipase dan esterase
2. metalloprotein :
- Ca protein :
fenol oksidase
- Mo protein :
aldehid mutase
- Zn protein :
heksokinase
- Mg protein
heksokinase
- Mn protein :
arginase
- Mn dan Ag
protein : piruvat dekarboksilase (TCA)
3. Protein majemuk merupakan protein enzim dan kosenzim,
seperti Co karboksilase , tiamin pirofosfat merupakan
enzim karboksilase.
4. Vitamin compound. Seperti :
- thiamin
karboksilase
- fosfonukleot
idase (yang mengandung nikotinamide)
- yang
mengandung asam pantotenat ; CoA.
Klasifikasi enzim
1. oksidoreduktase (yang banyak menyebabkan kerugian)
2. transferase
3. hidrolase (paling banyak digunakan untuk pengolahan
bahan makanan)
4. liase
5. isomerase
6. ligase
Perkembangan enzim
Enzim semuanya dalam bentuk larut dalam bahan,
kemudian dikembangkan menjadi bentuk enzim yang
tidak bergerak , bentuk tidak larut dalam suatu larutan.
Enzim yang telah dilakukan adalah glukoamilase,
amilase, dan isoamilase.
Perubahan -perubahan yang diinginkan oleh adanya
aktivitas enzim:
I. Penyediaan keadaan yang sesuai dengan aktivitas
enzim.
1. Pengaturan ruang penyimpanan misalnya pada
pemeraman buah pisang, pear, jenis buah lain yang
dipengaruhi oleh aktivitas khlorofilase.
2. Pada pelunakan daging oleh enzim protease yaitu
papain, bromelin dengan mengatur suhu dan tempat
penyimpanan.
3. Pembebasan senyawa penyebab flavor dari
prekursornya sebelum proses rehidrasi pada
bawang merah dan bawang putih. Pungency: jumlah
asam piruvat yang ada (flavor yang baik) disintesa
oleh glukosidase yang inaktif pada suhu tinggi,
asam piruvat dalam bentuk bebas penyebab flavor
tersebut.
4. Stimulasi perubahan warna dengan senyawa etilen
karena senyawa ini dapat menstimulir khlorofilase.
II. Penambahan enzim atau enzim dalam mikroba untuk
proses pengolahan bahan makanan.
1. Penggunaan proteinase seperti enzim papain,
bromelin untuk pengempukan daging, pembuatan
keju, roti, klarifikasi beer juga pembuatan sosis dan
saus.
2. Penggunaan enzim karbohidrase: maltase, laktase,
invertase, dextrinase.
Sukrosa invertase glukosa dan fruktosa
Pati maltase maltose maltose
Laktase, mencegah pengkristalan gula laktosa
pada pembuatan es krim karena dapat merubah
laktosa menjadi glukosa dan galaktosa.
Dektrinase merubah dekstrin menjadi glukosa
/fruktosa.
3. Penggunaan enzim pektinase.
Membantu ekstraksi sari buah, klarifikasi sari buah,
mencegah terbentuknya endapan dari konsentrasi
buah, pektinase juga dapat digunakan untuk
menghilangkan lapisan penyelubung biji kopi,
pektinase ini dikeluarkan oleh bakteri.
4. Penggunan enzim tertentu untuk menstimulir
senyawa flavor, mis: menstimulir asam piruvat
bawang dan menstimulir vanilin.
5. Enzim glukosaoksidase, dapat digunakan untuk
mencegah warna gelap putih telur kering selama
penyimpanan.
Dapat merubah glukosa menjadi asam glukonat.
6. Enzim selulase, digunakan pada fermentasi gula
dalam biji-bijian yang merubah selulosa pada kulit biji
menjadi dektrose.
Dapat juga menghilangkan serat-serat dari jaringan
buah atau sayuran pada yang dikalengkan.
7. Enzim lipase, pada albumin telur (dapat memecah
lemak sehingga dapat memperbaiki whipping
quality). Dalam pembuatan keju dapat digunakan
untuk pembuatan flavor.
Dengan mikroba yang telah diketahui dapat
digunakan untuk proses fermentasi maka dapat
diusahakan untuk pembuatan produk tertentu seperti
wine, pickles, beer, vinegar.
Perubahan-perubahan oleh enzim yang tidak
diinginkan :
1. Pada perubahan warna dari buah-buahan dan
sayuran oleh enzim polifenoloxidase. Pear, peach,
jambu, kentang dan ketela rambat.
Golongan enzim yang tergolong fenolase:
polifenoloksidase, tirosinase, katekoloksidase.
2.Terbentuknya off-flavor dalam jenis sayur-
sayuran yang disebabkan oleh enzim katalase seperti pada
kacang polong, kacang hijau, asparagus dan jagung.
3.Terjadinya klarifikasi (penjernihan) yang tidak
dikehendaki pada sari buah jeruk (lemon) yang disebabkan
oleh enzim pektinase yaitu yang menyerang pektin dalam
buah-buahan menjadi asam galaktuturonat (yang keruh
menjadi jernih).
4.Akibat enzim pektinase yaitu terjadinya perubahan
tekstur pada sayuran (kacang panjang), terjadi juga
perusakan pada kacang-kacangan yang disebabkan
oleh jamur Erminia sp.
5.Terjadinya pemurnian kadar asam askorbat pada
buah buahan yang disebabkan oleh enzim askorbat
oksidase sehingga akan menurunkan nilai gizi buah
tersebut karena berkurangnya vitamin C. Enzim
askorbat oksidase terdapat pada jaringan itu sendiri
sehingga susah untuk mengendalikannya. Pada jenis
serealia, terjadi penurunan vitamin oleh enzim
lipoksigenase, karoten (provitamin A) dengan
adanya lipoksigenase terjadi pemecahan dari
karoten sehingga terjadi penurunan vitamin A.
Pada jenis ikan air tawar kandungan vitamin B1 bisa
menurun karena enzim thiaminase (terdapat pada
jaringan ikan).
6.Terjadinya perubahan warna buah-buahan atau
sayuran yang disebabkan oleh enzim khlorofilase yang
merubah khlorofil menjadi peofitin,sehingga pada buah
dan sayuran yang berwarna hijau menjadi keabu-
abuan.
7.Terbentuknya rasa pahit pada jenis kacang almond,
kacang polong karena terjadinya dekomposisi
glukosa, HCN, aglikon. Terbentuknya dekomposisi
ini oleh adanya enzim glikosidase dan terbentuknya
senyawa sianogenik glikosidase.
Pencegahannya:
1. Selama penyimpanan. Karena mempunyai suhu
optimum untuk aktivitasnya maka harus ada
pengaturan dari suhu untuk buah-buahan sayuran,
Selama penyimpanan harus diatur untuk diusahakan
agar enzim terinaktivasi (suhu rendah) karena
semua proses enzimatis biasanya distimulir dengan
ion hidrogen maka bisa dicegah proses dehidrasi
(pengeringan). Pemakaian kadar O2 dengan
pengemasan secara vacuum.
2. Selama pengolahan panas. Suhu lebih besar dari
75oC semua aktivitas enzim terhambat maka perlu
dilakukan blanching dengan uap (steam) dan air
panas. Hot extraction yaitu ekstraksi dengan suhu
panas tetapi tidak melebihi 80 oC ( pada tomat )
untuk mencegah kerusakan vitamin C.
3. Dengan menggunakan zat penghambat (inhibitor).
Dapat menghambat aktivitas enzim, dapat bersifat
sebagai antioksidant, pada zat yang dapat
menghambat aktivitas enzim dengan menggunakan
: NaCl, NaHSO3, Na2SO3. Atau sebagai antioksidan
seperti asam askorbat dan asam sitrat. Pada
pengaturan pH bisa digunakan asam askorbat atau
asam sitrat pada pengirisan kentang yang
menyebabkan warna coklat. Pencegahannya
dengan perlakuan menggunakan air garam, SO2,
NaHSO3, Na2SO3 atau dengan. mengatur pHnya
disini enzim fenolase aktif pada pH 6 - 7, maka
kalau memakai air biasa pengaturan pH nya sekitar
4 - 5.
Pada buah pisang (tepung pisang) warna tetap putih
dan rasanya tidak sepat (karena adanya senyawa
tannin yang merupakan senyawa polifenol oksidase).
Dapat dijalankan dengan merendam dan mengatur pH
sekitar 4 - 5.
Sedangkan pada wine warna tidak berubah menjadi
coklat karena pengaturan pH.
Tabel 6. Penggunaan enzim dalam industri makanan.
Sumber Enzim Industri
Usus sapi renin keju
Tumbuh-
tumbuhan
Serealia
Getah pepaya
Buah nanas
Getah buah
fig
Amilase
Papain
Bromelin
fisin
Beer, whisky
Pelunak
daging
"
"
Mikroorganis
me
Aspergillus
oryzae
Aspergillus
niger
Rhyzopus
delemar
Mucor
phussillus
Endothica
parasitica
amilase dan
protease
amilase,
glukosilase.
Sellubiase,
pektinase
glukosilase
renin (renet renin)
"
Baking dan
brewing
"
"
"
Fungal renet
"
Bakteri
Bacillus
subtilis
Pseudomona
s dermosa
dan amilase
iso amilase (
amilase
dan glukosilase
Yeast
Sacharomyce
s cereviceae
Fragilis
Invertase
Laktase
Isolasi Enzim:
Penghancuran jaringan sel pada jaringan hewan dan
tumbuh-tumbuhan banyak bersifat endoselulair, sedangkan
pada eksoseluler pada mikroorganisme harus ditumbuhkan
pada media tertentu lalu dilihat kurva pertumbuhannya,
kalau pada log phase menghasilkan enzim yang banyak
kemudian dipisahkan enzimnya dengan jalan centrifuge
sehingga diperoleh enzim dan cairan (crude enzym).
Crude enzim ini dapat diperlakukan partial purification yaitu
dengan dikentalkan dalam ammonium sufit/aseton
kemudian terjadi presipitasi yang merupakan protein enzim
selama penyimpanan.
Pada endoselulair penghancuran jaringan kemudian
ditambah larutan buffer karena didalam jaringan sel banyak
enzime , disini digunakan pH yang sesuai dengan larutan
buffer, setelah terjadi ekstraksi lalu dilakukan centrifugal
sampai terdapat filtrat endapan misalnya pada pH 5.5.
Pertanyaan-pertanyaan
l. Jelaskan sifat sufat enzim yang sdr ketahui?