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.
NEXT
Pendahuluan Buah dan sayur merupakan sumber gizi dan sumber pendapatan bagi petani Praktek budidaya mempengaruhi mutunya diolah Jika sudah dipanen, mutunya tidak dapat ditingkatkan lagi sifat perishable nya
akan ketika
Mutu dan keamanan adalah 2 aspek penting bagi pangan yang dikonsumsi manusia. Faktor/manajemen pra-panen sangat berpengaruh terhadap mutu buah dan sayur. end
Previous
NEXT
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 CO2 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 Cara Bercocok Tanam Faktor Biologis Faktor Lingkungan
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 Biologis, Faktor Lingkungan Faktor pascapanen, yang berkontribusi terhdap mutu produk. 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 kerusakan.
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 menaikkan tingkat energi elektron
e-
eenergi
eKlorofil
e(elektron) O2
H2O
Contoh : pada hasil pertanian yang berklorofil, dan jasad
renik tertentu (ganggang biru/hijau)
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. Dalam proses respirasi digunakan O2 dan dihasilkan CO2
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 : C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O + 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 CO2 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. 2. 3. 4.
Glukosa ATP CO2 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 yang canggih
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 Cara yang praktis adalah mengukur produksi CO2
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
RQ =
mol CO2 yang dihasilkan 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) Terjadi jika persediaan oksigen berkurang
Pada fermentasi energi yang dihasilkan relatif kecil
dibandingkan substrat yang digunakan persediaan substrat lebih cepat habis dan bahan menjadi busuk atau mati
Etilen Etilen (C2H4) 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 (kisaran ppm)
Jalur Biosintesis Etilen MET (methionine) Methylation Polyamine synthesis
SAM synthase
SAM (S-adenosyl-methionine) ACC synthase
ACC (1-aminocyclopropane-1-carboxylic acid) ACC oxidase
Ethylene 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 autokatalitik
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 ripening!
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 O2 berkurang (<8%) • jika konsentrasi CO2 meningkat (>2%)
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.
Kehilangan klorofil pada saat panen
Perubahan metabolit : Kehilangan gula Kehilangan asam Kehilangan asam amino Kehilangan lipids Kehilangan kandungan vitamin
Perubahan Metabolit Selama Pematangan Tomat
Perubahan Metablit pada Brokoli yang sudah dipanen
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) • Faktor anatomi – stomata, rambut dll.
Kehilangan Air dan Kelayuan Apel
Peach
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
o
Golongan Klimakterik Golongan Non Klimakterik
Laju respirasi (jumlah CO2)
Non Klimakterik Pembelahan Pembesaran sel sel
Senescense
Skema hubungan antara proses pertumbuhan dengan laju respirasi
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 proses pematangan
KLIMAKTERIK Apel Alpukat Pisang Blueberry Jambu Nangka Kiwifruit Apricot
end
Mangga Muskmelon Pepaya Peach Pear Persimon Tomat Semangka
Previous
NEXT
NON KLIMAKTERIK Blackberry Cacao Cherry Ketimun Terong Grape Leci
Lime Orange Nenas Raspberry Strawberry Lemon
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 jumlah CO2 yang dihasilkan ≈ volume ruang bebas
Intercellular space (mentah)
Free space (matang)
Tahap-tahap Klimakterik Proses klimakterik dibagi dalam 3 tahap :
A = praklimakterik 1 = klimakterik menaik Produksi 2 = puncak klimakterik CO2 3 = klimakterik menurun
2
3 A
1
b. Perubahan Kimia
Pearson& Robertson (1954) : pada apel disebut : RESPIRATION CONTROL THEORY
Frenkel et al., (1968) : pada buah pear
Pada saat pematangan : aktivitas sel meningkat perlu energi (ATP) yang tinggi mitokondria bekerja lebih berat respirasi meningkat terjadi klimakterik 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 - etilen
AUXIN Berperan dalam sintesa etilen (C2H4) senescence Pemberian auxin pada pohon induknya menghambat
pematangan (stop drop spray) CH2 - COOH
GIBERELIN (GA3) Bekerja spesifik pada tanaman Menghambat pematangan Mencegah pelayuan efektif Efektif pada pisang dan tomat Tidak efektif pada arbei dan apel O OH
O=C
CH3
COOH
OH CH2
2. ASAM ABSISAT Ditemukan dalam biji kapas Merangsang terjadinya absisi
CH3 H3C
CH3 C
CH
H2C
C
C
C
O
C
OH
CH CH3
CH
CH COOH
3SITOKININ Menghambat terjadinya senescence Sitokinin sintesis (N6-benzyladenin) memperlambat degradasi klorofil
pada selada dan sayuran hijau C
CH2 CH
NH
N H
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 respirasi.
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. Perubahan jenis asam organik pada buah.
Perubahan yang Terjadi Setelah Panen 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.
Perubahan yang Terjadi Setelah Panen 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.
Skema pertumbuhan dan kehidupan tanaman
Total Volume Sel ripe
Mature
Juvenility
Perkecembahan
senescence
