Perubahan Biokimia Pada Sayuran dan Buah-buahan

Perubahan Biokimia Pada

Sayuran dan Buah-buahan

Pendahuluan

Sayuran dan buah-buahan segar merupakan komoditas hidup

Tiap komoditas horti memiliki bentuk,

ukuran, cita rasa dan warna tertentu

Konsumen mensyaratkan komoditas

dengan ciri khas tersebut dan bebas

dari cacat.

 Perubahan biokimia setelah panen dan dalam penyimpanan sangat berpengaruh terhadap karakteristik komoditas sayuran dan buah segar, meliputi terutama :

• Respirasi

• Transpirasi

• Perubahan warna

• Perubahan tekstur

• Perubahan cita rasa

Pada tanaman, Fase Pertumbuhan = Maturasi

Faktor yang mempengaruhi fase pertumbuhan :

Fotosintesis

Absorbsi air + mineral dari tanah

Substrat untuk metabolisme dihasilkan

sendiri melalui proses ini

Setelah panen

Fase Pematangan dan Senesensi

Faktor yang mempengaruhi : 1. Respirasi , Transpirasi

2. Perubahan biokimia = fisiologi pasca panen

Hidup dipertahankan, dengan menggunakan persediaan makanan + air yang masih ada

dalam sel, sampai habis Mati

2.2. Fase Hidup Sayuran dan Buah-buahan Segar

Perkembangan Degradasi Kematian Perkembangan

Maturasi Pre Maturasi

Pematangan

Senesensi

Waktu

1 2

3 4

5 6

Keterangan :

1. Pembentukan organ yg dpt di makan 2. Terminasi pertumbuhan alami dari organ 3. Awal dr periode kegunaan tapi umumnya

masih terlalu muda utk konsumsi rata2 4. Periode dayaguna maksimum

5. Perubahan degradatif menonjol

6. Akhir masa daya guna utk konsomsi manusia

Perkembangan Degradasi

Kematangan Fisiologis Komoditas

Pada Berbagai Tk. Kematangan Komersial

Kematian

Squash

K.Polong

Ketimun

Pertumbuhan

Maturasi

Pematangan

Senesensi

Pir

Apel

Melon

Tomat matang

Fase Hidup Utama

Pertumbuhan Maturasi

Senesensi

Batas tidak bisa dibedakan dengan jelas, Tumpang tindih

1. Fase Pertumbuhan

Pre maturasi

Pembelahan dan pembesaran sel

menentukan ukuran akhir

produk

2. Fase Maturasi

Mulai sebelum fase pertumbuhan berakhir

Aktivitas berbeda-beda tergantung pada komoditas

Fase pertumbuhan/prematurasi +

maturasi = Fase perkembangan

3. Fase Senesensi

Fase dimana proses-proses katabolisme (degradasi) lebih dominan daripada

proses anabolisme (sintesis) dengan akibat terjadi penuaan (pelayuan) dan berakhir dengan kematian

Fase pematangan (ripening) hanya

dijumpai pada buah-buahan ; fase akhir

maturasi atau fase awal senesensi

2.3. Respirasi (Oksidasi Biologis)

Definisi 1 : Proses hidup yang dilakukan oleh setiap organisme hidup, dimana enargi potensial diubah menjadi energi kinetik dengan pembebasan panas.

Definisi 2 : Proses penguraian bahan kompleks yang ada dalam sel (pati, gula, asam organik) menjadi molekul yang lebih sederhana seperti CO₂, H₂O disertai pembebasan energi dan molekul lain yang akan digunakan untuk reaksi sintetis dari sel

C₆H₁₂O₆ + 6O₂ 6CO₂ + 6H₂O + Energi

Glukosa

Pati

Sakarida

Asam organik

Energi :

ATP 42 %

Panas sisanya

ATP disimpan dalam sel, panas dibebaskan ke lingkungan Respirasi bisa dalam keadaan :

1. Aerob : glikolisis + TCA + Rantai pernafasan 2. Anaerob : glikolisis jalur PP

Laju Respirasi dipakai sebagai :

Indikator aktivitas metabolisme dalam jaringan sehingga dapat ditentukan umur simpan potensial komoditas

Satuan ukuran

ml atau mg CO

₂

.Kg

^-1

.jam

^-1

ml atau mg O

₂

.Kg

^-1

.jam

^-1

Pola Respirasi

Kurva yang menggambarkan hubungan antara laju respirasi terhadap waktu

selama periode perkembangan,

maturasi, pematangan dan senesensi Pola respirasi pada buah ada 2 tipe : 1. Klimaterik :tomat, mangga,

pisang, apel

2. Non-klimaterik : jeruk lemon, anggur

Laju respirasi buah klimaterik umumnya lebih tinggi daripada buah non klimaterik

Pola Respirasi Klimaterik Beberapa Jenis Buah

Pola respirasi sayuran tidak menunjukan ada klimaterik

Umumnya sayuran buah bersifat non-klimaterik kecuali tomat

Sayuran dari jaringan lain

hanya menunjukan penurunan

laju respirasi

Laju Respirasi Sayuran dibedakan atas :

Laju respirasi tinggi : umumnya

jaringan muda yg aktif tumbuh, contoh : mangga, asparagus, kapri

Laju respirasi rendah : umumnya jaringan penyimpanan, contoh : kentang, ubi, bawang

Laju respirasi sedang : antara lain

sayuran daun, contoh : kubis

Teori tentang pengendalian klimaterik:

Teori menurunnya permeabilitas sel Teori peningkatan sintetis protein

Teori perubahan pada rantai pernafasan dalam hubungan dengan kegiatan sitokhrom Teori perubahan aktivitas enzim pada masa transisi pra hingga pasca klimaterik antara lain Malat dehidrogenase dan Fosfo fruktokinase

2.4. Inisiasi/pemicu Pematangan

ETILEN (CH₂=CH₂)

Bahan volatil yang dihasilkan sendiri oleh sayuran, buah, bakteri dan fungi

Berfungsi sebagai hormon tumbuhan yang mengatur :

1. Berbagai aspek pertumbuhan, pekembangan dan senesensi

2. Pematangan buah (konsentrasi etilen 0,1-1 ppm)

Peranan Etilen Dalam Pematangan Buah

Menstimulasi aktivitas respirasi, absorbsi O2 naik : pada sayuran + bahan non-klimaterik

Merangsang proses pematanagn Mempercepat terjadinya klimaterik

menstimulasi biosintesis etilen pada

buah klimaterik dalam fase pematangan

Bila Etilen Diturunkan Maka:

Pada bahan non-klimaterik, laju respirasi juga turun

kembali

Pada bahan klimaterik, laju

respirasi tetap

Konsentrasi Etilen Sebagai Hormon Pematangan :

Respon sudah tampak pada 10-20 ppm

Dalam praktek : 200 - 500 ppm (0,5%)

Jangan gunakan >500 ppm, karena :

1. Penghamburan = tidak efektif

2. Etilen eksplosif pada 3-30%

Kondisi pemeraman dengan etilen : Suhu : 21-24

⁰

C (suhu min. 15.5

⁰

C) Rh : 85 - 90 %

Bahaya gas toksik etilen : Tidak sadar/pingsan

Sulit bernafas Bentuk cair :

Iritasi kulit/mata

Kulit terbakar

Absorbsi O

₂

Oleh Bahan Klimaterik

dan Non klimaterik

Produksi etilen dalam jaringan buah

Klimaterik : Berfluktuasi Non-klimaterik : Konstan

Prekursor untuk sintesis etilen :

Metionin

Lipida

Biokimia Respirasi

Tujuan Respirasi

Mendapatkan sumber energi ATP untuk reaksi metabolisme yang memungkinkan :

a. Mempertahankan keutuhan sel

b. Transportasi metabolit keluar masukl sel c. Mempertahankan permeabilitas

Mendapatkan prekursor untuk reaksi sintetis Jalur respirasi : aerob dan anaerob

Substrat untuk respirasi :glukosa dan pati (utama), asam organik, asam lemak

Pati/Sukrosa G-6-P Jalur Glikolisis

(Utama)

F-6-P F-1,6-Di P

Jalur Pentose-Fosfat (Minor 30%)

Ribulose - 5-P Triose-P

3-Fosfo-Gliserat Asam Piruvat

Acetil - CoA TCA

Rantai Pernafasan Asetaldehide

Etanol

As.Laktat

CO₂

CO₂ CO₂

CO₂

ATP

Jalur Aerob Jalur Anaerob

Laju respirasi dapat dipengaruhi oleh beberapa faktor, yaitu:

a. Ketersediaan substrat b. Ketersediaan Oksigen c. Suhu

Umumnya, laju reaksi respirasi akan meningkat untuk setiap kenaikan suhu sebesar 10⁰C. Namun, hal ini tergantung pada masing-masing spesies.

d. Tipe dan umur tumbuhan

Masing-masing spesies tumbuhan memiliki perbedaan metabolisme sehingga kebutuhan tumbuhan untuk berespirasi akan berbeda pada masing-masing spesies.

Tumbuhan muda menunjukkan laju respirasi yang lebih tinggi dibandingkan tumbuhan yang tua.

Respiration Quotient (RQ)

Perbedaan antara jumlah CO2 yang dilepaskan dan jumlah O2 yang digunakan biasa dikenal dengan Respiratory Ratio atau Respiratory Quotient dan disingkat RQ. Nilai RQ ini tergantung pada bahan atau subtrat untuk respirasi

Diketahui nilai RQ untuk karbohidrat = 1, protein < 1 (= 0,8 – 0,9), lemak 1 (1,33).

(ml) O

Konsumsi

(ml) CO

Produksi RQ

2

 2

Vakuola mangandung persediaan,

asam-asam organik yang dapat

digunakan sebagai substrat oksidari

dalam mitokhondria yaitu dalam siklus

Krebs (TCA)

CONTOH :

C

₄

H

₆

O

₅

+ 3O

₂

4CO

₂

+ 3H

₂

O

Asam Malat

RQ Asam Malat = 1.3 RQ Glukosa = 1.0

RQ Asam Stearat = 0.7 Kesimpulan :

• RQ rendah, substrat umumnya asam lemak,

• RQ tinggi asam organik



KLIMAKTERIK



Klimakterik didefinisikan sebagai suatu fase yang kritis dalam kehidupan buah, dan selamanya terjadinya proses ini banyak sekali perubahan yang berlangsung.



Disamping itu juga dapat diartikan sebagai suatu keadaan “autosimulation” dari dalam buah sehingga buah menjadi matang yang disertai dengan adanya peningkatan proses respirasi.



Selain itu klimakterik dapat diartikan sebagai suatu masa peralihan proses pertumbuhan menjadi layu.

Buah klimaterik adalah buah yang banyak mengandung amilum. Buah klimaterik ditandai dengan peningkatan CO2 secara mendadak, yang dihasilkan selama pematangan.

Buah-buahan klimakterik yang sudah

mature, selepas dipanen, secara normal

memperlihatkan suatu laju penurunan

pernafasan sampai tingkat minimal, yang

diikuti oleh hentakan laju pernafasan yang

cepat sampai ke tingkat maksimal, yang

disebut puncak pernafasan klimakterik

Menurut Lord Broken (2011) pada buah klimaterik, jumlah gas CO2 yang diproduksi akan terus menurun, kemudian mendekati pelayuan tiba-tiba produksi gas CO2 meningkat, dan selanjutnya menurun lagi.

Berdasarkan pola produksi gas CO2 nya,buah-buahan diklasifikasikan menjadi tiga pola pernafasan :

1. Gradual Decrease Type , yaitu jenis yang menurun secara perlahan, dimana kecepatan respirasi menurun secara perlahan selama proses pematangan.

Contoh : jeruk.

2. Temporary Rise Type , yaitu jenis yang meningkat secara temporer, dimana kecepatan respirasi meningkat secara temporer dan pematangan penuh akan terjadi setelah puncak respirasi tercapai.

Contoh : avokad, pisang, mangga.

3. Late Peak Type , yaitu jenis yang

mencapai puncak pernafasan

terlambat,dimana kecepatan maksimum

respirasi terjadi mulai dari keadaan

matang penuh sampai saat sangat matang

( over ripe ). Contoh : stroberi.

Dari semua pengertian tersebut dapat disimpulkan bahwa klimakterik adalah suatu periode mendadak yang unik bagi buah-buahan tertentu dimana selama proses itu terjadi serangkaian perubahan biologis yang diawali dengan proses pembuatan etilen. Proses ini ditandai dengan mulainya proses pematangan.

Contoh buah klimaterik : mangga, pisang, apel

NON KLIMAKTERIK

Non-klimakterik didefinisikan sebagai kelompok buah-buahan yang selama proses pematangan tidak terjadi lonjakan drastis kecepatan respirasi, sehingga karena tidak terjadi percepatan kecepatan respirasi maka memungkinkan daya simpan produk lebih lama. Buah-buahan yang tidak pernah mengalami periode tersebut digolongkan ke dalam golongan non klimakterik seperti semangka; jeruk; nanas; dan anggur.

2.6 Perubahan Warna Pada Buah-buahan

Buah-buahan matang penuh, umumnya setelah mencapai puncak klimaterik, tetapi konsumen mengasosiasikan matang dengan ciri-ciri buah akibat aktivitas etilen yaitu :

a. Perubahan warna : perubahan pigmen

b. Perubahan tekstur : perubahan komponen dinding sel

c. Perubahan rasa d. Perubahan aroma

e. Perubahan pada protein

Peranan Etilen Pada Proses Pematangan Buah-Buahan



Etilen merupakan senyawa hidrokarbon tidak jenuh pada suhu ruang berbentuk gas, dapat dihasilkan oleh jaringan tanaman hidup pada waktu tertentu. Etilen dapat menyebabkan terjadinya perubahan-perubahan yang penting dalam proses pertumbuhan dan pematangan hasil pertanian.



Etilen dalam kehidupan tanaman dapat digolongkan sebagai hormon yang aktif dalam proses pematangan. Disebut hormon karena dapat memenuhi criteria sebagai hormon tanaman,

 bersifat mobil (mudah bergerak) dalam jaringan tanaman dan merupakan

senyawa organik.



Etilen merupakan senyawa hidrokarbon tidak jenuh pada suhu ruang berbentuk gas, dapat dihasilkan oleh jaringan tanaman hidup pada waktu tertentu. Etilen dapat menyebabkan terjadinya perubahan-perubahan yang penting dalam proses pertumbuhan dan pematangan hasil pertanian.

 ^organic.

Etilen dalam kehidupan tanaman dapat digolongkan sebagai hormon yang aktif dalam proses pematangan. Disebut hormon karena dapat memenuhi kriteria sebagai hormon tanaman, bersifat mobil (mudah bergerak) dalam jaringan tanaman dan merupakan senyawa

Etilen disamping dapat memulai proses

klimakterik, juga dapat mempercepat

terjadinya klimakterik



Misalnya pada buah alpukad yang disimpan dalam udara biasa akan matang setelah 11 hari, tetapi apabila disimpan pada udara yang mengandung etilen 10 ppm etilen selama 24 jam, maka buah alpukad akan matang selama 6 hari penyimpanan.



Pada buah-buahan non klimakterik, penambahan etilen dalam konsentrasi tinggi akan menyebabkan terjadinya klimakterik pada buah tersebut, seperti pada jeruk.

Perubahan Warna

Pada buah matang penuh tampak :

Hilangnya warna hijau = Khlorofil

,

terkecuali : alpukat, apel granny Smith.

Pada buah lain a.l. jeruk juga terjadi

degradasi khlorofil akibat suhu rendah

Timbul warna hijau lain (sintetis atau

penampakan) terutama karotenoida

yang berwarna kuning sampai merah

Degradasi khlorofil disebabkan:

Perubahan pH (kebocoran membran vakuola)

Oksidasi

Aktivitas enzim khlorofilase

Umumnya ketiga faktor ini bekerja

berurutan

Warna kuning-merah dari pigmen karotenoida timbul karena :

a. Khlorofil yang menutupi warna tersebut terurai b. Sintetis pigmen karotenoida dalam khromoplast Pigmen karotenoid (C40 + >ikatan rangkap)

a. Karoten : -karoten, -karoten, likopen

b. Xantofil : capsantin (cabe) dan Capsorubin (cabe)

Pigmen antosianin (merah-ungu kebiruan)

a. Ada di vakuola, terutama pada sel epidermis b. Warnanya sering menutup warna pigmen

karotenoida dan khlorofil

Perubahan Pada Karbohidrat

Pati Gula

pada pematangan pisang (pati) turun : 22% 1%

Akumulasi gula menimbulkan rasa manis Terjadi pada buah klimaterik dan non

klimaterik

Melibatkan enzim amilase dan fosforilase

Pati

G-1-P +UTP G-6-P

F-6-P

Sukrosa-P + UDP Sukrosa

Sukrosa + Fruktosa

Maltosa

Glukosa

ATP ADP

UDP-G+PPi

Invertase H₂O

Pi

Fosfo-hekso isomerase Fosfo-Gluko

molase Fosforilase H₃PO₄

Amilase H₂O

Maltosa

Bagan Konversi Pati Gula

Senyawa Pektat Dalam Hemiselulosa

Penguraian senyawa pektat dan hemiselulosa mengakibatkan :

a. Dinding sel menjadi lemah

b. Gaya kohesi yang mengikat sel berkurang Akibatnya :

a. Mula-mula tekstur menjadi lebih disukai b. Bila sudah berlanjut terjadi disintegrasi

jaringan = bonyok

Protopektin adalah bahan induk dari senyawa Pektat

Protopektin adalah molekul besar

Protopektin terikat satu sama lain dengan ikatan Ca, dan dengan gula/sakarida serta derivat posfat dari sakarida sehingga terbentuk molekul yang sangat besar

Selama pematangan

Protopektin Senyawa Pektat

(Tidak larut dalam air) (larut dalam air)

Laju degradasi sebanding dg laju pelunakan buah

Perubahan Pada Asam Organik

(Sumber Enargi Lain)

Umumnya selama pematangan/maturasi kadar asam organik berkurang, karena diubah menjadi glukosa

Kadar asam organik mencapai maksimum pada fase pertumbuhan dan perkembangan, kemudian menurun pada fase pematangan dan dalam penyimpanan

kecuali :pisang dan nenas, kadar maksimum dijumpai pada saat matang penuh

Asam organik utama :

a. As. Sitrat : jeruk, lemon, strawberry

b. As. Malat : apel, pir, plum c. As. Askorbat

Biasanya pada pemotongan terjadi

penurunan kadar asam organik

bersamaan dengan menurunnya

kadar pati dan meningkatnya

kadar asam.

Perubahan Pada Aroma

Zat aroma bersifat volatil (BM<250), terbentuk pada fase pematangan

Zat volatil yang dihasilkan : a. Etilen (sebagian besar)

b. Zat aroma (1090 mg/g bahan basah)

umumnya zat-zat aroma bahan klimaterik lebih aromatis daripada buah non klimaterik

Perubahan Pada Sayuran

Pada sayuran tidak ada peningkatan aktivitas metabolisme setara dengan klimaterik pada buah

Perubahan pada sayuran kecambah (taoge):

a. Perubahan anatomi

b. Perubahan komposisi : kadar gula naik, hasil penguraian lemak atau KH

Perubahan Pada Sayuran Biji dan Polong

Polong-polongan yang dikonsumsi sbg bahan makanan pokok memiliki kadar air rendah shg aktivitas metabolisme rendah. Panen pada umumnya pada k.a 15%

Biji-bijian dan polong-polongan yang dikonsumsi sebagai sayuran antara lain sweet corn, kapri, buncis, memiliki aktivitas metabolisme yang tinggi

Kualitasnya ditentukan oleh citarasa dan tekstur (bukan umur fisiologisnya)

umumnya ketika masih muda lebih manis dan empuk

Panen pada sayuran umumnya pd k.a 70%

Sayuran Akar dan Umbi

Organ ini adalah organ persediaan makanan untuk pertumbuhan

Laju metabolisme saat panen memang

rendah dan selama penyimpanan,

dengan kondisi penyimpanan tertentu

dormansi dapat diperpanjang

Sayuran batang, daun, tunas dan bunga

Aktivitas metaboliknya sangat berbeda, karena itu umur simpannya juga berbeda

Sayuran batang dan daun cepat mengalami senesensi, sehingga nilai inderawi dan nilai gizinya berkurang

Umumnya tekstur merupakan faktor penentu untuk saat panen dan kualitas

Cita rasa alami komoditas ini kurang diperhatikan karena pada umumnya dikonsumsi setelah dimasak dan diberi bumbu

TEKNOLOGI PENANGANAN PROSES

A. Prapendinginan

 Istilah tersebut berasal dari precooling

yang dapat diartikan sebagai

pemindahan panas respirasi atau panas

lapangan dari sekitar buah-buahan dan

sayur-sayuran segar selama pemasaran

atau sebelum pengolahan lanjutan. Ada

beberapa metode precooling ,

diantaranya adalah :

1). Hidrocooling

2). Vacuum cooling

3). Pendinginan dengan es

4). Precooling dengan udara dingin

 Pemilihan metode pendinginan tersebut tergantung dari beberapa

pertimbangan, diantaranya meliputi :

perishability dari product ; kebutuhan

produk akan suhu rendah dan fasilitas

yang dimiliki.

Penyimpanan Sayur dan Buah-buahan

Tujuan : menyediakan suplai yang

cukup sepanjang tahun untuk konsumen dan industri

pengolahan

Cara penyimpanan : Refrigerasi, Controlled Atmosphere Storage (CAS)

Micro-environment Packaging

Refrigerasi

Metode yang sudah dikenal lama

Tiap komoditas mempunyai suhu dan Rh optimal sendiri- sendiri

Suhu rendah

Controlled Atmosphere

Komposisi atmosphere diubah untuk

memperlambat respirasi dan proses biokimia lain

O₂ diturunkan CO₂ dinaikan

Catatan udara :

Na 78.08%

O2 20.95%

CO2 0.03%

Pada apel :

O₂ = 1-3%

CO₂ = 1-5%

Sayuran yang disimpan dengan CA : Apel (50% produksi), Alpukat, Pisang Sayuran yang disimpan dengan CA : Kol, Lettuce dan Asparagus

Catatan :

Refrigerasi dan CA memerlukan

fasilitas yang mahal

Micro-environment Packaging

Pengemasan bahan satu per satu dengan : PE densitas tinggi atau PVC

Sering juga diberi pelapisan dengan lilin/minyak

Efek :

a. Mengurangi keriput

b. Mengurangi susut berat c. Mengurangi cacat