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.

Pada tanaman, Fase Pertumbuhan = Maturasi 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

Fase Pematangan dan Senesensi 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 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 1 2 Pre Maturasi 3 Maturasi 4 Pematangan Senesensi 5 6 Perkembangan Degradasi Kematian Waktu

Kematangan Fisiologis Komoditas Pada Berbagai Tk. Kematangan Komersial Perkembangan Degradasi Kematian Pertumbuhan Maturasi Pematangan Senesensi K.Polong Melon Pir Apel Tomat matang Squash Ketimun

Batas tidak bisa dibedakan dengan jelas, 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 Energi : ATP 42 % Panas sisanya Glukosa Pati Sakarida Asam organik 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 CO2.Kg-1.jam-1 ml atau mg O2.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 : 21-240C (suhu min. 15.50C) Rh : 85 - 90 % Bahaya gas toksik etilen : Tidak sadar/pingsan Sulit bernafas Bentuk cair : Iritasi kulit/mata Kulit terbakar

Absorbsi O2 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 ATP Jalur Aerob Jalur Anaerob

Laju respirasi dapat dipengaruhi oleh beberapa faktor, yaitu: Ketersediaan substrat Ketersediaan Oksigen 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).

Vakuola mangandung persediaan, asam-asam organik yang dapat digunakan sebagai substrat oksidari dalam mitokhondria yaitu dalam siklus Krebs (TCA)

CONTOH : C4H6O5 + 3O2 4CO2 + 3H2O 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 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

Bagan Konversi Pati Gula 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 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

Laju degradasi sebanding dg laju pelunakan buah 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 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