Biokimia Pangan Semester II 2010/2011

Presentasi berjudul: "Biokimia Pangan Semester II 2010/2011"— Transcript presentasi:

1 Biokimia Pangan Semester II 2010/2011
Karbohidrat

2 Produksi pati Total dunia ~1,4 milyar ton
Pendahuluan Produksi pati Total dunia ~1,4 milyar ton Produksi Indonesia (FAO, 2005): Padi → 54 juta ton (3) Ketela → 19,5 juta ton (3) Jagung → 12 juta ton (8) Pisang → 4,5 juta ton (6) Ubi jalar → 1,8 juta ton (8)

3 Sifat fisik pati Hasil fotosintesis
Disintesis dalam plastid (daun) dan amiloplas (umbi, akar, atau biji) Bentuk butiran: bulat, polihedral, oval, dan serat Kandungan: amilosa dan/atau amilopektin Organisasi: amorf dan kristal

4 Komposisi butiran pati

5 Amaranth starch (Bar: 1 µm) Arrowroot starch (Bar: 20 µm)
                         Amaranth starch (Bar: 1 µm) Arrowroot starch (Bar: 20 µm) Buckwheat starch (Bar: 5 µm)                                                                               Cassava starch (Bar: 10 µm) Corn starch (Bar: 10 µm) Oat starch (Bar: 5 µm)                                                                               Potato starch (Bar: 50 µm) Rice starch (Bar: 2 µm) Kidney bean starch (Bar: 20 µm)

6 Pati Gelatinisasi Pati menyerap air, mengembang, dan kembali ke ukuran asal pada pengeringan (reversibel) Pada suhu tinggi, proses menjadi irreversibel (butiran-butiran pecah membentuk lem pati, dan larutan menjadi kental)

7 Pati Struktur kimia

8 Pati Derajat polimerisasi Amilosa: α,1-4 glikosidik (DP ~200– ; Mr 30–3.200 kDa) ketela atau kentang (DP 1.000–6.000) jagung atau gandum (DP 200–1.200) Amilopektin: α,1-4 dan α,1-6 glikosidik kentang (DP ) Nisbah amilosa : amilopektin = ~1:3 beras ~16–30% amilosa kentang ~20–21% amilosa

9 Suhu gelatinisasi (oC)
Pati Ciri fisik pati Pati Jenis Diameter (µm) Morfologi Suhu gelatinisasi (oC) Suhu lem (oC) Amilosa (%) Sifat dimasak Beras Biji 1 – 9 Poligon, bulat 68 – 78 81 19 Gel, buram Ketela Akar 4 – 35 Oval, terpotong 52 – 73 63 17 Jernih, kohesif Jagung 2 – 30 Bundar, poligon 62 – 72 80 25 – 28 Sagu Batang 15 – 65 69 – 74 74 26 Kentang Umbi 5 – 100 Oval, bulat 58 – 68 64 20 – 21 Gandum 1 – 55 Bundar 52 – 85 77

10 Kelompok amilase Endoamilase Eksoamilase Enzim pemutus cabang
Pemrosesan pati Kelompok amilase Endoamilase Eksoamilase Enzim pemutus cabang Transferase

11 Keluarga α-amilase EC 3.2.1.1, a-1,4-glukan 4-glukanhidrolase
Keluarga 13 dari keluarga glikosil hidrolase Endoenzim: hidrolisis ikatan a-1,4 glikosidik pada pati, seperti amilosa dan amilopektin Terdiri dari 3 domain: domain A (domain inti katalitik struktur tong (b/a)8 dekat ujung-C), B (domain bersama A untuk mengikat ion kalsium), dan C (domain 8 lembar untai-b)

12 Domain B Ion Ca2+ Substrat Domain A Domain C

13 Residu lestari C Domain A B Keluarga α-amilase Motif I Motif II
Motif III Motif IV

14 Motif lestari Contoh 2 4 5 7 Keluarga α-amilase
Amilomaltase1 EALGIRIIGDMPIFVAED LFHLVRIDHFRG VPVLAEDLGVI VVYTGTHDNDT Amilosukrase2 HEAGISAVVDFIFNHTSN GVDILRMDAVAF VFFKSEAIVHP VNYVRSHDDIG Siklomalto-dekstrinase3 HDNGIKVIFDAVFNHCGY DIDGWRLDVANE AIIVGEVWHDA FNLIGSHDTER Isoamilase4 HNAGIKVYMDVVYNHTAE GVDGFRFDLASV LDLFAEPWAIG INFIDVHDGMT Pullulanase5 HAHGVRVILDGVFNHTGR GVDGWRLDVPNE AYIVGEIWEEA MNLLTSHDTPR α-Amilase6 HERGMYLMVDVVANHMGY SIDGLRIDTVKH VYCIGEVLDGD GTFVENHDNPR Sumber enzim: Thermus aquaticus1, Neisseria polysaccharea3, Clostridium thermohydrosulfuricin3, Pseudomonas amyloderamosa4, Bacillus favocaldarius5, dan Bacillus licheniformis6.

15 Distilation & dehidrasi
Aplikasi α-amilase Produksi bioetanol Ragi α-Amylase Pemisahan alkohol Glukoamilase Jagung Beras Ketela Sagu Ubi Talas Pencairan Sakarifikasi Fermentasi Distilation & dehidrasi Air Pemasakan >100° C 5–8 menit Tangki penyimpan Pencairan kedua 95° C ~90 menit 60° C 8–10 jam (optional) Tangki bubur Penggilingan DDGS

16 Biaya produksi bioetanol
Aplikasi α-amilase Biaya produksi bioetanol Milling Mash prep. Fermentation Distillation Storage Separation Evaporation DDGS drying 0% 5% 10% 15% 20% 25% 30% 35% 40% % of total process energy Keperluan energi utama: Pemasakan (mash prep.) Distilasi Pengeringan Solusi ► Konversi butiran pati pada suhu rendah

17 Aplikasi α-amilase Pelarutan pati mentah

18 SEM of Starch Treated with α-Amylase of Bacillus sp. ALSHL3
Rice Corn Cassava 10/04/2017 Seminar Nasional Bioteknologi Enzim, Universitas Atmajaya

19 Scanning Electron Microscopy
Corn Cassava Sago Potato Rice Incubation: 48 hours, 37 oC 10/04/2017

20 SEM Recombinant Baq α-amylase Amonium sulphate fraction of
A, B = maize; C,D = cassava Recombinant Baq α-amylase Amonium sulphate fraction of B. aquimaris MKSC 6.2

21 Distilation & dehidrasi
Aplikasi α-amilase Pemakaian α-amilase Jagung Beras Ketela Sagu Ubi Talas Pemisahan alkohol Fermentasi Distilation & dehidrasi Air Tangki penyimpanan Penggilingan Tangki bubur Ragi rekombinan DDGS

22 Hidrolisis pati Aplikasi α-amilase Gelatinisasi Pencairan Sakarifikasi
Bubur pati (35% berat; pH 6.5; 40 ppm Ca2+) Gelatinisasi α-amylase 105oC, 5 min Gelatin pati (<1 DE) Pencairan 95oC, 120 min Pencairan pati (>1 DE; 0.3% Glu; 2% Mal; 97.7% oligosac) Sakarifikasi Glucoamilase + pullulanase α-Amylase fungi pH 4.5; 60oC, 72 h pH 5.5; 50 ppm Ca2+; 55oC, 48 h Sirop glukosa (99 DE; 97% Glu; 2% mal; 1% oligosac) Sirop maltosa (44 DE; 4% Glu; 56% mal; 28% maltotri; 12% oligosac)

23 Lactic acid bacteria (LAB)
Variasi bentuk dan ukuran Lactobacillus brevis Lactobacillus casei Oenococcus oenei Di Supermarket Brevibacterium linens Lactobacillus bulgaricus Brevibacterium pentasoceus

24 Lactic acid bacteria Menghasilkan asam laktat dari glukosa
Anaerobik fakultatif : hidup pada kadar oksigen rendah, tetapi dapat hidup tanpa oksigen

25 Eksoopolisakarida (EPS)
Polimer gula ‘sticky’ yang terikat pada bagian luar sel atau yang dilepas keluar oleh bakteri dan juga ragi, jamur, mikroalga. Penempelan bakteri pada permukaan (gigi), dengan sesama bakteri (biofilms), atau pada tanaman (Rhizobium sp.)

26 Homopolisakarida Homo: mengandung satu jenis residu monosakarida glukose atau fruktosa (atau galaktosa) Dihasilkan oleh Streptococcus mutans, Leuconostoc mesenteroides, or Lactobacillus reuteri Mikroflora usus, mikroflora daging yang difermentasi, kol yang difermentasi

27 Homopolisakarida Bread improver, pengental
Matriks untuk pemurnian protein Efek negatif: karang gigi. HPS membantu bakteri menempel di permukaan gigi

28 -glucans dari LAB Dextran -(16) Mutan -(13)
Leuconostoc mesenteroides B-512F Streptococcus mutans Alternan -(13)/-(16) Reuteran -(14)/-(16) Leuconostoc mesenteroides B-1355 Lactobacillus reuteri 121

29 Fruktan dari LAB Levan - Residu fruktosa yang terikat melalui ikatan b, 2-6 dan cabang yang terikat melalui b, Ujung residu glukosa - Dihasilkan oleh Bacillus subtilus Inulin -Residu fruktosa yang terikat melalui ikatan b, 2-1 dan carang yang terikat melalui ikatan b, Ujung residu glukosa - Dihasilkan oleh Streptococcus sp.danLactobacillus reuteri 121

30 Sintesis HoPS Oleh satu enzim: sucrase yang merubah sukrosa menjadi polimer - energi yang terdapat pada ikatan fruktosa-glukosa menggerakkan reaksi

31 Sucrase Lactobacillus reuteri 121
Levan -(26) L. reuteri % sucrose Reuteran -(14)/-(16) Van Geel-Schutten et al. 1999, Appl. Environ. Microbiol. 65:

32 Glucansucrases 13 Streptococcus GTF enzymes 7 Leuconostoc GTF enzymes
kDa Enzim ekstraselular Struktur umum: Ujung N Daerah katalitik Ujung C dengan tingkat Variasi tinggi Signal sequence 13 Streptococcus GTF enzymes 7 Leuconostoc GTF enzymes Monchois et al. 1999, FEMS Microbiol. Rev. 23:

33 Topologi a-amilase MacGregor et al. 1996, FEBS Lett. 378:

34 Glucansucrases tersebar pada lactobacilli
DSM 121 BIO ML1 180 33 Kg3 Kg15 86 181 182 WCFS 190 kDa * Van Geel-Schutten et al. (1998) Appl. Microbiol. Biotechnol.

35 Produksi glucan Pengendapan EtOH 5% sukrose + enzim GTF Endapan dan
freeze-dried glucan