KARAKTERISTIK BIOLOGI DAN FISIOLOGI

KARAKTERISTIK BIOLOGI

DAN FISIOLOGI

Kemampuan Akhir yang Diharapkan :

•Mahasiswa PS ITP semester 3 mampu

menjelaskan karakteristik biologi dan

fisiologi bahan pangan serta hubungannya

dengan mutu dan pengolahan.

Buah dan sayur merupakan sumber gizi dan sumber pendapatan bagi petani

Jika sudah dipanen, mutunya tidak dapat ditingkatkan lagi
_sifat perishable nya

Praktek budidaya akan mempengaruhi mutunya ketika diolah

NEXT

Mutu dan keamanan adalah 2 aspek penting bagi pangan yang dikonsumsi manusia.

Faktor/manajemen pra-panen sangat berpengaruh terhadap mutu buah dan sayur.

Pendahuluan

Previous end

Pendahuluan

• Buah dan sayuran saat dipanen dari induknya

merupakan struktur yang masih hidup

melanjutkan reaksi metabolisme dan

melanjutkan proses fisiologis selama waktu

tertentu

• Buah dan sayuran berespirasi dengan cara

mengambil oksigen dna melepaskan CO

₂

dan

panas

• Buah dan sayur juga mengalami transpirasi

kehilangan air dalam bentuk uap

Faktor Prapanen Yang Mempengaruhi Mutu

Buah dan sayur

Budidaya dan Benih/Bibit

Faktor Lingkungan

Cara Bercocok Tanam Faktor Biologis

Faktor Prapanen Yang Mempengaruhi Mutu

Buah dan sayur

Produk yang sehat hanya berasal dari bahan tanaman yang sehat dan baik.

Pemilihan kultivar yang baik akan

menghasilkan tanaman dengan mutu yang baik, umur simpan yang panjang.

Faktor prapanen meliputi

Budidaya dan bahan tanaman

Faktor pascapanen, yang berkontribusi terhdap mutu produk.

Faktor Biologis,

Faktor Lingkungan

Karakteristik Mutu meliputi

Warna dan penampakan

Viskositas dan konsistensi Ukuran dan bentuk

Tekstur dan flavor

Nilai gizi (vitamin, mineral,dll), atau sifat tersembunyi lainnya serta keamanan dan kesehatan produk.

• Pada saat buah dan sayuran masih berada

pada tanaman induknya, kehilangan air

akibat respirasi dan transpirasi dapat

diganti, karena tanaman masih dapat

menyerap air, melakukan fotosintesa dan

memperoleh mineral dari tanah

• Setelah panen sumber air, fitosintat dan

mineral tidak akan ada lagi sehingga buah

dan dan sayur akan masuk pada fase

PROSES METABOLISME

Bahan hasil pertanian bahan hidup  melakukan proses

metabolisme selama bahan tersebut hidup _

terjadi perubahan _{ bahan rusak}

perlu penanganan untuk menghambat kerusakan

Metabolisme : usaha untuk memenuhi kebutuhan hidup

bahan terutama energi

Energi diperoleh dengan cara : - fotosintesa

- respirasi - fermentasi

FOTOSINTESA

Pengertian : proses metabolisme dalam bahan hasil

pertanian dengan menggunakan CO₂ dari udara, air dari dalam tanah dengan bantuan sinar matahari dan klorofil untuk menghasilkan karbohidrat.

Sinar matahari e- _e

menaikkan tingkat energi

elektron energi e- _e- (elektron) Klorofil O₂ H₂O

Contoh : pada hasil pertanian yang berklorofil, dan jasad

RESPIRASI AEROB KARBOHIDRAT, LEMAK, PROTEIN

Respirasi adalah proses dimana bahan-bahan organik (karbohidrat, protein, lemak) diuraikan menjadi bentuk yang lebih sederhana

dengan melepaskan sejumlah energi.

Proses respirasi meliputi degradasi bahan

organik di dalam bahan pangan, khususnya

gula, untuk menghasilkan energi kimia (dalam

bentuk ATP dan NADH) yang dibutuhkan untuk

aktivitas metabolik seluler.

Jika substrat yang digunakan adalag glukosa,

maka persamaan respirasinya :

C

₆

H

₁₂

O

₆

+ 6 O

₂

→ 6 CO

₂

+ 6 H

₂

O + 686 kcal heat

Respirasi menyebabkan terjadinya kehilangan

komponen-komponen pangan, flavor,

khususnya kemanisan, kehilangan bahan

terlarut, dan dihasilkannya panas yang dapat

meningkatkan biaya refrigerasi, serta

dihasilkannya CO

₂

sehingga diperlukan adanya

ventilasi yang cukup selama penyimpanan.

Laju kerusakan komoditi hasil pertanian

proporsional dengan laju respirasinya rate:

Komoditi dengan laju respirasi tinggi memiliki

umur simpan yang pendek.

Komoditi dengan laju respirasi rendah memiliki

umur simpan yang panjang.

Pengukuran Proses Respirasi

Senyawa yang digunakan :

1. Glukosa 2. ATP

3. CO₂ 4. O₂

Pengukuran Proses Respirasi (2)

1. Perubahan Kandungan Gula

 Secara teoritis dapat dilakukan, secara praktis sulit,

karena :

 Jumlah gula yang terdapat dalam bahan tidak tetap

 Pembentukan gula dari sukrosa dan penggunaan gula untuk

respirasi sering terjadi bersamaan

2. Kandungan ATP

 Secara praktek sulit

 Butuh waktu yang lama, ketelitian yang tinggi dan alat

Pengukuran Proses Respirasi (3)

3. Penyerapan O₂

 Jumlah oksigen yang digunakan dalam respirasi relatif

sedikit _{ sulit dilaksanakan (butuh alat yang peka seperti} GC)

4. Produksi CO₂

 Produksi CO₂ selama respirasi cukup besar sehingga mudah diukur

 Sulit dibedakan antara respirasi anaerob dan aerob

Contoh : laju respirasi jeruk = 70 mg CO₂/kg/jam

laju respirasi ercis = 400 mg CO₂/kg/jam

Respiration Quotient (RQ) : perbandingan CO₂ yang

dihasilkan dengan O₂ yang

digunakan

mol CO₂ yang dihasilkan

RQ =

mol O₂ yang digunakan

Contoh : C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ ----> 6 CO₂ + 6 H₂O + energi QR= 6/6 = 1 2 C₅₁H₉₈O₆ + 145 O₂ ----> 102 CO₂ + 98 H₂O + energi QR = 102/145 = 0,71

KLASIFIKASI PRODUK HORTIKULTURA BERDASARKAN LAJU RESPIRASINYA

Faktor-Faktor Yang Mempengaruhi Laju Respirasi

• Suhu dan Lama penyimpanan
peningkatan suhu dan lama

penyimpanan menyebabkan peningkatan laju respirasi

• Tetapi pada suhu yang sangat tinggi dan penyimpanan yang • Laju respirasi juga dipengaruhi oleh : varietas

FERMENTASI

Merupakan reaksi oksidasi reduksi

Zat yang dioksidasi (pemberi elektron) dan zat yang

direduksi (penerima elektron) adalah zat organik

Pada respirasi zat yang direduksi adalah zat anaorganik (O₂)
Senyawa organik yang digunakan umumnya glukosa 

dipecah menjadi : aldehid, alkohol atau asam melalui proses glikolisis

C₆H₁₂O₆ + khamir 2C₂H₅OH + 2 CO₂ (alkohol)

Pada fermentasi energi yang dihasilkan relatif kecil

dibandingkan substrat yang digunakan

_{ persediaan}

substrat lebih cepat habis dan bahan menjadi busuk

atau mati

Etilen

Etilen (C

₂

H

₄

) adalah molekul gas organik

sederhana.

Sebagai hormon tanaman, berperan dalam

mengatur pertumbuhan, pemasakan, senesens,

dan proses absisi.

Etilen disintesis secara alami di dalam tanaman,

tapi juga dapat dihasilkan dari mesin dan asap.

Aktif pada konsentrasi yang sangat rendah

MET (methionine) SAM (S-adenosyl-methionine) ACC (1-aminocyclopropane-1-carboxylic acid) Ethylene

Jalur Biosintesis Etilen

SAM synthase ACC synthase ACC oxidase Methylation Polyamine synthesis

ACS dan ACO adalah enzim regulator yang penting dalam biosintesis etilen

Produksi Autokatalitik dari Etilen

Pada buah klimakterik, peningkatan produksi etilen secara alami selama pematangan menstimulasi

produksi etilen itu sendiri – fenomena ini disebut

Pada

beberapa

buah

klimakterik,

seperti

alpukat,

pisang,

melon,

pir,

dan

tomat,

“autocatalytic

positive

feedback”

dapat

meningkatkan laju produksi etilen 1000x selama

pematangan buah.

Exposure to external ethylene also enhances

autocatalytic production of ethylene and

Regulasi Biosintesis Etilen

Secara umumproduksi etilen meningkat :

•••• Pada saat pematangan

• jika ada kerusakan fisik (memar, luka)

• pada buah yang busuk

• jika suhu meningkat hingga 30°°°°C

• jika terjadi stress (stress air, pendinginan dll)

Produksi etilen akan menurun :

• pada suhu penyimpanan yang rendah

• jika konsentrasi O

2

berkurang (<8%)

Perubahan Komposisi

Perubahan komposisi yang terjadi selama

proses pematangan dan setelah panen:

● Perubahan pigmen:

Kehilangan klorofil (warna hijau) – pada buah

diinginkan, tapi tidak pada sayuran.

Perkembangan karotenoid (warna kuning dan

orange) – diinginkan pada beberapa buah

seperti aprikot, peach, jeruk, tomat dll.

Perkembangan antosianin (merah dan biru) –

diinginkan pada beberapa jenis buah seperti

cherry, strawberry dll.

Perubahan metabolit :

Kehilangan gula

Kehilangan asam

Kehilangan asam amino Kehilangan lipids

Chlorophyll

Vitamin C

Carotenoids

Sugars

Kehilangan Air

Kehilangan air secara langsung mengakibatkankehilangan berat serta kehilangan mutu meliputi :

 Mutu penampilan – layu, mengekrut dan

mempercepat kerusakan.

 Mutu tekstural– kehilangan sifat krispo, juiciness

dll

 Mutu Gizi– contoh : vitamin A & C.

Laju kehilangan air dipengaruhi oleh : • Faktor lingkungan–

contoh kelembaban relatif (RH)

Kehilangan Air dan Kelayuan

Perubahan Morfologi Setelah Panen

• Komoditi hortikultura karena masih merupakan bahan hidup _{ setelah} dipanen kadang2 masih mengalami pertumbuhan _{ mengurangi}

mutunya

Perubahan meliputi :

• Bertunas (bawang, umbi2an, tanaman akar) • Berakar (bawang, tanaman akar lainnya) • Bertambah panjang (asparagus, gladiolus) • Perkecambahan biji (lemon, tomat, lada)

KLIMAKTERIK DAN KELAYUAN

Buah : hasil dari beberapa jenis bentuk pertumbuhan :

- pembesaran bakal buah - pembesaran jaringan

Tahap-tahap pertumbuhan buah dan sayur :

o Pembelahan sel

o Pendewasaan sel (maturation) o Pematangan sel (ripening)

o Pelayuan (senescence)

o Pembusukan (deterioration)

Pada setiap proses pertumbuhan terjadi proses respirasi

Berdasarkan laju respirasi buah dan sayur dibedakan atas :

o Golongan Klimakterik

o Golongan Non Klimakterik

Skema hubungan antara proses pertumbuhan dengan laju respirasi

Non Klimakterik Pembelahan sel Pembesaran sel Senescense Laju respirasi (jumlah CO₂)

Pengertian klimakterik :

= suatu fase kritis dalam kehidupan buah

= suatu keadaan auto stimulation dari dalam buah sehingga buah menjadi matang disertai dengan peningkatan laju respirasi

= masa peralihan dari proses pertumbuhan menjadi layu

KLIMAKTERIK = suatu periode mendadak yang khas pada

buah-buahan tertentu, dimana pada proses

tersebut terjadi serangkaian perubahan

biologis diawali dengan proses pembuatan

etilen yang ditandai dengan terjadinya

KLIMAKTERIK Apel Mangga Alpukat Muskmelon Pisang Pepaya Blueberry Peach Jambu Pear Nangka Persimon Kiwifruit Tomat Apricot Semangka NEXT Previous end

NON KLIMAKTERIK Blackberry Lime Cacao Orange Cherry Nenas Ketimun Raspberry Terong Strawberry Grape Lemon Leci

Proses Terjadinya Klimakterik

a.

Perubahan Fisik

 Contoh : apel, pisang

 Apel :  perubahan permeabilitas sel _

enzim-enzim + substrat dalam sel _{ normal : terpisah }

bergabung
_klimakterik

 Pisang : perubahan volume ruang bebas di dalam sel (free space)

(pisang muda, mentah, matang) diiris dan direndam dalam air

 jumlah air yang berdiffusi pada irisan

pisang matang > mentah > muda

_{ jumlah air yang berdiffusi ≈ jumlah CO2} yang dihasilkan

Intercellular space (mentah)

Free space (matang)

Tahap-tahap Klimakterik

Proses klimakterik dibagi dalam 3 tahap :

A = praklimakterik 1 = klimakterik menaik 2 = puncak klimakterik 3 = klimakterik menurun A 1 2 3 Produksi CO₂

b. Perubahan Kimia

 Pearson& Robertson (1954) : pada apel
disebut :

RESPIRATION CONTROL THEORY

 Pada saat pematangan : aktivitas sel meningkat  perlu energi

(ATP) yang tinggi _{ mitokondria bekerja lebih berat  respirasi} meningkat _{ terjadi klimakterik}

 Frenkel et al., (1968) : pada buah pear

 Pada awal klimakterik ditambah substrat penghambat sintesa

protein _{ tidak terjadi puncak klimakterik  tidak terjadi} pemasakan

 Jika ekstrak protein dari buah diisolasi pada fase

klimakterik
_{ditemukan enzim yang aktif dalam} pematangan : enzim malat

Pada fase pra klimakterik sintesa lemak, etilen dan

protein meningkat

Pada fase puncak klimakterik : dekarboksilasi asam malat

meningkat

Klimakterik : hasil perubahan kimia dalam jaringan secara alami dan biologis

KELAYUAN (SENESCENCE)

Suatu tahap normal yang selalu terjadi dalam siklus

kehidupan tanaman

Dapat terjadi setiap saat
Gejala-gejala :

 Abscision pada daun, buah/bunga  Pematangan buah

 Daya tahan terhadap penyakit  Menguningnya daun dan buah

Perubahan dalam sel waktu proses senescence :

 Dinding sel menipis  Khloroplast pecah

 Endoplasmik retikula rusak  Sitoplasma kotor

 Mitokondria masih utuh

 Permeabilitas membran sel berubah karena jaringan sel

melemah

 Hilangnya klorofil  Protein menurun

Proses Terjadinya Kelayuan

Kelayuan terjadi jika terdapat hormon yang

menghambat sintesa protein, yaitu :

- auxin

- giberelin

- asam absisat

- sitokinin

AUXIN

Berperan dalam sintesa etilen (C₂H₄)  senescence

Pemberian auxin pada pohon induknya  menghambat

pematangan (stop drop spray)

GIBERELIN (GA3)

Bekerja spesifik pada tanaman

Menghambat pematangan

Mencegah pelayuan efektif
Efektif pada pisang dan tomat
Tidak efektif pada arbei dan apel

OH CH₂ COOH OH O O=C CH₃

2. ASAM ABSISAT

 Ditemukan dalam biji kapas  Merangsang terjadinya absisi

CH₃ H₃C CH₃ C C CH CH CH H₂C C COOH C C O CH CH₃ OH

3

SITOKININ

 Menghambat terjadinya senescence

 Sitokinin sintesis (N6-benzyladenin) memperlambat degradasi klorofil

pada selada dan sayuran hijau

CH₂ N H NH CH C CH₂OH CH₃

Perubahan yang Terjadi Setelah Panen

Perubahan komposisi dan struktur dinding sel
menyebabkan

terjadinya pelunakan pada buah dan sayur

Perubahan warna
klorofil didegradasi dan terjadi peningkatan

jumlah pigmen yang menyebabkan warna kuning seperti

karotenoid, antosianin dan xantofil pada kulit dan daging buah

Respirasi yang melibatkan oksidasi enzimatis dari gula2

menghasilkan air dan CO₂ serta pelepasan energi.

Substansi seperti asam organik dan portein masuk ke jalur

Buah apel, plum, labu, pisang, mangga dll
mengalami

perubahan warna selama penyimpanan baik yang dikemas maupun dalam refrigerator.

Terbentuknya lapisan lilin pada kulit buah setelah panen

penampilan menjadi menarik dan mengurangi laju transpirasi.

Penurunan kandungan pati pada buah dan sayuran dan

peningkatan kandungan gula serta asam organik.

Pada jenis buah tertentu selama pematangan terjadi penurunan

astrigency (rasa sepat)
rasa sepat disebabkan oleh tanin atau polifenol.

Komponen volatil dan aroma terbentuk pada saat buah matang

atau masak.

Tetapi jika buah dipanen pada kondisi yang belum matang atau

pada tahap “matang hijau” aroma ini tidak terbentuk.

Etilen merupakan komponen volatil yang disintesis pada

buah dan sayuran tertentu saat tahap pematangan dan

perkembangan

jika konsentrasinya sudah maksimum

maka akan memacu pematangan

Pertumbuhan, perkembangan, pra maturasi, maturasi,

pemasakan (ripening) dan senesen (Gambar 1)

fase2

pertumbuhan pada buah dan sayuran

Perttumbuhan buah dan sayur dimulai dari pembelahan

dan pembesaran sel hingga tercapai ukuran yang

maksimum.

ripe Mature senescence Juvenility Total Volume Sel Perkecembahan