BAB II. TINJAUAN PUSTAKA
2.4 Enkapsulasi
2.4.4 Bahan penyalut
2.4.4.2 Kolagen
Kolagen merupakan material yang mempunyai kekuatan rentang dan struktur yang berbentuk serat. Protein jenis ini banyak terdapat dalam vertebrata tingkat tinggi. Hampir sepertiga protein dalam tubuh vertebrata berada sebagai kolagen. Semakin besar hewan semakin besar pula bagian total protein yang merupakan kolagen. Kolagen juga merupakan komponen serat utama dalam tulang, gigi, tulang rawan, lapisan kulit dalam (dermis), tendon (urat daging) dan tulang rawan. Bahan dibagian dalam lensa mata dapat dikatakan tersusun dari kolagen murni. Kolagen ada dalam semua organ yang menampilkan kekuatan dan kekakuan (Lehninger, 1993 dalam Katili, 2009)
Dengan demikian kolagen termasuk sebagai jaringan pengikat. Jaringan pengikat berkolagen terdiri dari serat, struktur ini selanjutnya tersusun atas fibril kolagen, yang nampak seperti garis melintang. Fibril ini terorganisasi dengan cara yang berbeda-beda, tergantung pada fungsi biologi jaringan pengikat itu. Pada urat, fibril kolagen disusun dalam untaian paralel yang saling berhubungan silang dan berfungsi untuk menghasilkan struktur dengan kekuatan lenting yang amat tinggi
tanpa kemampuan meregang. Fibril kolagen dapat sedikitnya menyangga 10.000 kali beratnya sendiri, dan dapat dikatakan mempunyai kekuatan lenting lebih besar dari penampang silang kawat tembaga dengan berat yang sama. Pada kulit, fibril kolagen membentuk suatu jaringan tidak teratur, terjalin dan amat liat. Kulit hampir seluruhnya merupakan kolagen murni (Katili, 2009)
Kolagen merupakan material yang menarik perhatian dalam hal bahwa kolagen mempunyai kekuatan rentang, struktur istimewa dan mengandung hidroksilin dan hidroksiprolin yakni asam-asam amino yang terdapat dalam beberapa protein lain. Suatu zat yang diturunkan dari kolagen umum adalah gelatin. Jika kolagen dididihkan, strukturnya menjadi rusak secara permanen dan menghasilkan gelatin. Karena adanya sejumlah besar rantai samping yang hidrofil (suku air) dalam gelatin, maka dalam larutan air membentuk gel (Wilbraham, 1995 dalam Katili, 2009).
Unit struktural pembentuk kolagen adalah tropokolagen yang mempunyai struktur batanf dengan BM 300.000, didalamnya terdapat tiga rantai polipeptida yang sama panjang, bersama-sama membentuk struktur heliks (Bennion 1980 dalam Haris 2008). Tiga rantai polipeptida dalam unit tropokolagen membentuk struktur heliks tersendiri, menahan bersama-sama dengan ikatan hidrogen antara grup NH dari residu glisin pada rantai dengan grup CO pada rantai lainnya. Cincin prolidin, prolin, dan hidroksiprolin membantu pembentukan rantai polipeptida dan memperkuat triple heliks (Wong, 1989 dalam Haris 2008). Urutan tahap pembentukan kolagen dapat dilihat pada Gambar 2.2.
Gambar 2.2. urutan tahap pembentukan kolagen (Gross 1961)
Kolagen murni sangat sensitif terhadap reaksi enzim dan kimia. Perlakuan alkali menyebabkan kolagen mengembang dan menyebar, yang sering dikonversikan menjadi gelatin. Di samping pelarut alkali, kolagen juga larut dalam pelarut asam (Bennion 1980 dalam Haris 2008).
Tropokolagen akan terdenaturasi oleh pemanasan atau perlakuan dengan zat, seperti asam, basa, urea, dan potasium permanganat (Piez 1967 dalam Haris 2008). Selain itu, serabut kolagen dapat mengalami penyusutan jika dipanaskan di atas suhu penyusutannya (Ts). Suhu penyusutan (Ts) kolagen ikan adalah 35oC. Jika kolagen dipanaskan pada T>Ts (misalnya 65-70oC), serabut triple heliks yang dipecah menjadi lebih panjang. Pemecahan struktur tersebut menjadi lilitan acak yang larut dalam air iniliah yang disebut gelatin. Kolagen kulit ikan lebih mudah hancur daripada kolagen kulit hewan. Kedua jenis kolagen ini akan hancur oleh proses pemanasan dan aktivitas enzim (De Man 1997)
Gelatin adalah derivat protein dari serat kolagen yang ada pada kulit, tulang dan tulang rawan. Susunan asam aminonya hampir mirip dengan kolagen, dimana glisin sebagai asam amino utama dan merupakan 2/3 dari seluruh asam amino yang akan menyusunnya, 1/3 asam amino yang tersisa diisi oleh prolin dan hidroksiprolin (Charley 1982 dalam Haris 2008).
Asam-asam amino saling terikat melalui ikatan peptida membentuk gelatin. Susunan asam amino gelatin berupa Gly-X-Y dimana X umumnya asam amino prolin dan Y umumnya asam amino hidroksiprolin (Poppe 1992 dalam Haris 2008). Protein ini tidak memiliki asam amino triptopan sehingga tidak dapat digolongkan sebagai protein lengkap (Parker 1982 dalam Haris 2008). Struktur kimia gelatin dapat dilihat pada gambar 2.3
Gambar 2.3 Struktur kimia gelatin (Poppe 1992 dalam Haris 2008)
Gelatin larut dalam air, asam asetat, dan pelarut alkohol seperti gliserol, propilen glikol, sorbitol dan manitol, tetapi tidak larut dalam alkohol, aseton, karbon tetraklorida, benzena, petroleum eter, dan pelarut organik lainnya (Viro 1992 dalam Haris 2008). King (1969) dalam Haris (2008) menyatakan bahwa gelatin mudah larut pada suhu 71,1oC dan cenderung membentuk gel pada suhu 48,9oC; sedangkan pemansan yang dilakukan untuk melarutkan gelatin sekurang-kurangnya 49oC atau biasanya pada suhu 60-70oC. Beberapa sifat penting dalam gelatin adalah kekuatan gel, viskositas, kadar abu, pH dan titik isoelektrik.
Sifat fungsional merupakan sifat fisika dan kimia yang mempengaruhi perilaku gelatin dalam makanan selama proses, penyimpanan, penyiapan dan pengkonsumsian (Kinsella 1982 dalam Haris 2008). Adapun sifat fisika dari gelatin meliputi kekuatan gel, viskositas, titik gel, titik leleh, aktivitas dan stabilitas emulsi serta derajat putih, sedangkan sifat kimia dari gelatin meliputi kadar air, kadar abu, kadar lemak, kadar protein dan pH.
Viskositas adalah daya aliran molekul dalam suatu larutan baik dalam air, cairan organik sederhanadan suspensi serta emulsi encer (De Man 1997). Sistem koloid dalam larutan meningkat dengan cara mengentalkan cairan sehingga terjadi adsorpsi dan pengembangan koloid (Glicksman 1969 dalam Haris 2008). Viskositas gelatin merupakan interaksi hidrodinamik antara molekul gelatin dalam larutan (Stainsby 1977 dalam Haris 2008).
Kekuatan gel adalah salah satu parameter dari tekstur suatu bahan dan merupakan gaya untuk menghasilkan deformasi tertentu (De Man 1997). Kekuatan gel gelatin diidentifikasikan sebagai besarnya kekuatan yang diperlukan oleh probe untuk menekan gel sampai pada kekuatan 4 mm dengan kecepatan 5 mm/s.
Gel yang terbentuk dari protein seperti gelatin, kelarutan dan pembentuka gelnya dipengaruhi oleh titik isoelektrik (Stainsby 1977 dalam Haris 2008). Titik isoelektrik protein (pl) adalah pH dimana protein mempunyai jumlah muatan ion positif dan negatif yang sama. Pada pH titik isoelektrik, kelarutan protein rendah sehingga terjadi penggumpalan atau pengendapan protein (Lehninger 1982 dalam Haris 2008).
Emulsi merupakan sistem heterogen, terdiri atas cairan yang tidak tercampurkan dan terdispersi dengan baik sekali dalam cairan yang lain, berbentuk tetesan dengan diameter biasanya lebih dari 0,1µm (Becher 1965 dalam Haris 2008)
Gelatin disusun oleh 19 asam amino dalam rantai polimer yang panjang. Asam amino yang terdapat dalam gelatin merupakan asam amino tidak lengkap karena tidak adanya asam amino triptofan. Triptofan merupakan salah satu asam amino esensial yang dibutuhkan oleh tubuh (Glicksman 1969 dalam Haris 2008). Diantara gelatin kulit sapi dan gelatin kulit ikan terdapat perbedaan antara jumlah asam amino prolin dan hidroksiprolin. Didalam gelatin kulit ikan, jumlah asam amino tersebut lebih rendah daripada yang terdapat di dalam gelatin kulit sapi. Hal tersebut ,mengakibatkan rendahnya ikatan hidrogen dari gelatin terhadap air, sehingga mempengaruhi titik gel dan titik leleh gelatin (Haris 2008).
Kegunaan gelatin terutama untuk mengubah cairan menjadi padatan yang elastis, atau mengubah bentuk sol menjadi gel. Reaksi pada pembentukan gel ini bersifat reversible karena bila gel dipanaskan akan memebentuk sol dan bila didinginkan akan membentuk gel lagi. Keadaan tersebut membedakan gelatin dengan gel dari pektin, low metoxy pektin, alginat, albumin telur, dan protein susu yang gelnya irreversibel (Johns 1977 dalam Haris 2008).
Gelatin dapat digunakan sebagai penstabil (stabilizer), pembentuk gel (gelling agent), pengikat (binder), pengental (thickener), emulsi (emulsifier), perekat (adhesive) dan pembungkus makanan yang bersifat dapat dimakan (edible coating) (Jones 1977 dalam Haris 2008).