PENGARUH PENGOLAHAN TERHADAP NILAI GIZI PANGAN

Topik 8

PENGARUH PENGOLAHAN TERHADAP NILAI GIZI PANGAN

Nurheni Sri Palupi

DEPARTEMEN ILMU DAN TEKNOLOGI PANGAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR - 2007 PPt e-Learning ENBP

Pengolahan

MUTU?

PENGARUH PENGOLAHAN TERHADAP NILAI GIZI PROTEIN Sumber: - nabati : serealia & kacang2an - hewani : daging, telur, susu & ikan Bahan mentah  pengolahan  produk  reaksi2  DC  1. Reaksi Maillard (browning non enzimatis) - ggs amina (prot ) vs ggs karboksil gula pereduksi

2. Reaksi senyawa polifenol & prot 3. Reaksi raseminasi aa 4. Pembentukan lisiolalanin 5. Reaksi protein vs lipid teroksidasi

1

Bahan mentah  pengolahan  produk  reaksi2  DC  1. Denaturasi molekul protein 2. Inaktivasi anti protease (anti tripsin) Perlakuan selama pengolahan terhadap protein  Fisik

: penggilingan, pemanasan

 Kimia

: pelarut organik, bhn pengoksidasi, alkali

 Biologis : hidrolisis enzimatis, fermentasi

Reaksi kimia yg tjd: komp bhn pangan (KH, prot. dsb) vs aditif Menguntungkan: organoleptik Merugikan: DC  : toksik

Prot – sangat reaktif (lisin, triptofan, metionin, sistein)  esensial - mudah bereaksi : - gula pereduksi - polifenol - lemak & hasil oksidasinya - aditif: alkali, H2O2, SO2  - rasemisasi - lisinolalanin

REAKSI MAILLARD -Reaksi prot vs gula pereduksi: NG  -Terjadi:

- pembuatan roti - pembuatan ‘breakfast cereal’ - pemanasan daging - pengolahan susu

R. Maillard  Louis Maillard (Perancis)  memanaskan larutan glukosa & glisin Mekasnisme reaksi: r awal dan r lanjutan

2

Maillard Reaction Reducing Sugars and -amino acids N-glycosylamine or N-fructosylamine 1-Amino-1-deoxy-2-ketose (Amadori intermediate) or 2-Amino-2-deoxy-1-aldose (Heynes intermediate) Reductones and dehydroreductones

H2S

Retroaldol condensation

NH3 Furans Thiophenes Pyrroles

Hydroxyacetone Hydroxyacetylaldehyde Acetoin Acetylaldehyde

Glyoxal Pyruvaldehyde Glycerolaldehyde

Amino Acids

Strecker degradation

Aldehydes + -aminoketone (Methional, NH3, H2S)

Heterocyclizaion

Pyrazines Pyridines Oxazoles

Thiazoles Pyrroles

Reaksi awal H I (H – C – OH) 4 I H- C=O glukosa + NH2 I Prot

H I (H – C – OH) 4 I C-H II N I Prot

(lisin terikat pd protein)

(Schiff’s base)

H I (H – C – OH) 4 I C=O II N-H I Prot Seny. Amadori (turunan deoksiketosil)

Bentuk lisin terikat paling banyak dlm bahan pangan • scr.biologis  unavailable • warna  OK

GULA PEREDUKSI

+

SENYAWA AMINO

GULA DEOKSIKETOSIL CH3 C=O C=O CHOH Pemecahan Karbonil, dikarbonil rantai pendek

Senyawa metil dikarbamill intermediet

HC=O C=O

Senyawa antara 3deoksi heksosan

DEG. STRECKER As. amino + Dikarbonil

CH2 CHOH

Aldehid Strecker

+ Dehidrasi

Senyawa amino

5-hidroksi metil-2 furaldehid

Pembentukan melanoidin melalui polimerasi senyawa-senyawa antara dan produksi N-Heterosiklis

3

Pengaruh fisiologis & gizi  lisin  rusak  terjadi reaksi residu aa lain (sistin) vs seny.antara (dikarbonil/aldehid)  ketersediaan aa Terbentuk cross-linkage  Tahan thd enzim  Daya Cerna/Kecepatan pencernaan 

Produk reaksi Maillard

Radioaktivitas (% jml.konsumsi) URIN

FESES

- ξ-deoksifruktosil-lisin bbs

64

14

- ξ-deoksifruktosil-lisin terikat

11

6

- premelanoidin

27

64

- melanoidin

4

87

ξ-deoksifruktosil-lisin bbs:  absorbsi baik  tdk dpt digunakan  64 %  urin ; 14  feses ξ-d-lisin terikat:  abs ≠ baik   11% yg diserap  urin Premelanoidin:  Sedikit dapat dicerna  27%  urin Melanoidin:  hampir ≠ dicerna  90% yang dikonsumsi  feces

Reaksi Maillard dalam bahan pangan 1. Pembakaran & pengeringan roti: 10-15% lisin hilang  Terutama pada bagian coklat  Terjadi karena gula reduksi yg.tbt slm fermentasi ≠ habis digunakan o/ khamir  Terjadi karena adanya pemecahan ikatan glikosidik  dari sukrosa  fruktosa & glukosa pada T    bereaksi dengan protein  Maillard

4

2. Produk olahan susu  sampai pembt.seny.Amadori Proses pemanasan

% Lisin terblokir

1.

Pengeringan beku

2.

Pasteurisasi

0

3.

Sterilisasi UHT

0-2

4.

Pengeringan semprot – susu formula

5-10

5.

Sterilisasi HTST

5-10

6.

Sterilisasi konvensional

10-15

7.

Pengerinagn drum

20-50

8.

Pengeringan semprot. Lactosehydrolyzed milks/camp.kasein-glukosa

15-70

0

Hurrel, 84

 Sedikit lisin terblokir  3 pertama  Susu formula >  banyak mengandung laktosa  lac.hydrolyzed milks  kand.glukosa   glukosa & galaktosa > reaktif di: laktosa

REAKSI PROTEIN-POLIFENOL  Asam Fenolat  protein tanaman: mutu   Flavonoid

 mempengaruhi met vit C

 Tanin

 DC prot  & availabilitas mineral 

As. Fenolat – turunan asam sinamat  alat proteksi terhadap infeksi, predator, parasit  tnm As Klorogenat As Kafeat Seny.orto-difenol

Mudah ter-O2 Dlm.alkali/aktivitas enz. polifenol oksidasae Radikal orto-semikuinon/ orto-kuinon  reaktif Senyawa coklat

POLIFENOL Polifenol tanaman

Tanin

 asam fenolat  flavonoid  tanin

menurunkan daya cerna protein dan bioavailabilitas mineral (Fe)

Asam Fenolat  asam klorogenat  asam kafeat  senyawa O-difenol lain

Mudah teroksidasi (oksigen) - suasana alkali - enzim polifenol oksidase

Radikal ortosemikuinon/ molekul orto-kuinon

 akar  batang  daun  bunga  buah  biji

sangat reaktif

PRODUK warna coklat; BM↑

5

Flavonoids

OH

OH O

HO

OH O

HO

OH

O Glucoside

OH OH

OH

O

Quercetin Flavonols

Cyanidin-3-glucoside Anthocyanins

Secondary products of plant metabolism: • Metal chelating ability • Superoxide anion scavengers Anthocyanines, catechins, flavones, flavonols, isoflavone, and proanthocyanidins

grup sulfhidril SISTEIN grup -amino LISIN grup -amino AA terminal METIONIN, TRIPTOFAN

KUINON

MET, CYS, TRP dapat pula teroksidasi oleh kuinon

tidak dapat digunakan tubuh sebaik metionin

metionin sulfoksida

metionin

Horigome & Kandatsu, 1968 :



kasein

as. kafeat teroksidasi (enzimatis) atau as. isoklorogenat atau polifenol lain

PROTEIN (coklat)

NILAI BIOLOGIS DAYA CERNA Lisin tersedia

Jalur reaksi protein + asam fenolat OH

OH R

OH

R

OH

O

+ n kuinon

NH-Lys

pH netral & alkalis

OH

NH-Lys

(Quinon)n

R

O R

R

NH-Lys

As. polifenolat (O) enzim/alkali

O

(o)

NH-Lys

NH-Lys

O

NH-Lys

kuinon

R NH-Lys

pH alkalis R

O

kuinonimin

+ n kuinon

OH

Kompleks lisin (polimer kuinon)

NH-Lys

crosslinkage

NH-Lys

NH-Lys O

NH-Lys R

(Quinon)n

Kompleks lisin (polimer kuinon)

R

NH-Lys

NH-Lys NH-Lys

crosslinkage

R

NH-Lys

crosslinkage

6

SENYAWA POLIFENOL (as.fenolat. flavonoid, tanin) Sifat antinutrisi: 1. Membt kompleks dg protein : DC  availabilitas lisin  2. Membt kompleks dg mineral: ketersediaan mineral 

OH OH

R-

enz.fenolase alkali / pH

O II R-

=O

Kuinon

Fenolat (mudah teroksidasi)

sangat.reaktif X Senyawa lain  produk wrn.coklat BM  BROWNING ENZIMATIK (sayuran & buahan)

Prot - lisin C O δ γ β α --- C – C – C – C – C – C OH NH3

NH3

 berikatan dg. a.a. lain

bebas

Kemungkinan berikatan dg. senyawa lain (polifenol)

Example:  pengolahan biji bunga matahari - sumber miny. & prot - mengandung orto-difenol: as.klorogenat - ekstraksi pd T alkali Terjadi perubahan warna produk Hrs.dilak.ekst.thd.seny.tsb.sblmnya Produk  warna putih  konsetrat prot daun tnm ’lucene’ ( Mendicago sativa) - NG rendah banyak mengand.as.fenolat &flavonoid - produk.berwarna coklat kuinon akibat reaksi prot vs produk oksidasi

7

RASEMISASI ASAM AMINO Dpt.terjadi. krn : - perlakuan as. - perlakuan alkali - penyangraian (roasting) - Perubahan dari bentuk L- menjadi D- → tidak dapat digunakan oleh tubuh COO-

COO+NH

H

H

C

3

C

+NH

3

C

C

D-alanin

L-alanin

Rasemisasi akibat pns  ≠  NG alkali   NG :  DC prot destruksi AAE aa D  kurang dp.dimanfaatkan

LISINOLALANIN Nξ – (DL-2 amino-karboksietil) – L-lisin

Kerusakan ginjal (cytomegaly)

Terdapat dalam

- pangan berprotein - hidrolisat RNA

dg.perlakuan.alkali TUJUAN

1. Melarutkan protein dalam pembuatan konsentrat & isolat protein nabati 2. Memperbaiki sifat2 fungsional protein: pengemulsi, penstabil, pembetk busa 3. Menghancurkan aflatoksin

Mekanisme reaksi a. Reaksi β-eliminasi Sistein alkali

Serin

-H2S -H2O

CH2 + L-lisin II C II

*C-H I (CH2)4 I NH I CH2 I * C-H

+

LL-LAL

*C-H I (CH2)4 I NH I CH2 I H -* C LD-LAL

b. Reaksi Substitusi

O- fosfat I CH2 I * C-H

+ L-lisin -H3PO4

Residu Serin fosfat

*C-H I (CH2)4 I NH I CH2 I * C-H LL-LAL

LAL  NG   destruksi aa rasemisasi aa

bioavail aa   DC prot 

8

INTERAKSI PROTEIN DAN LIPID TEROKSIDASI Tahapan oksidasi lipid 1. Pembentukan produk primer  H2O2 2. Degradasi H2O2  prod sekunder: aldehid, hidrokarbon 3. Polimerisasi prod.primer & sekunder  seny.stabil

- bereaksi dengan protein

protein termodifikasi (tdk dpt dicerna)

- triptofan & aas dapat teroksidasi o/ H2O2 - lisin bereaksi dg prod sekunder

1. Kehilangan aa secara individual - lisin: ξ amino vs aldehid  Maillard - metionin: oksidasi  sulfoksida (dpt.digunakan)  sulfon ( ≠ dpt) - sistin & sistein: sistin mono – α dioksida  β eliminasi  LAL - triptofan: bereaksi dg aldehid  Maillard lanjut 2. Kehilangan aa secara relatif - lisin & metionin lebih penting  DC prot metionin metonin-sulfoksida 90% Kehil lisin reaktif 60% Kehil triptofan 14%

 DC prot 30%

PENGARUH PENGOLAHAN TERHADAP NILAI GIZI KARBOHIDRAT  Maillard  Karamelisasi  Penggilingan serealia  serat mkn   Pengolahan buah  saribuah  serat mkn   Peranan serat:  mencegah penyakit jantung koroner  mencegah kanker usus besar  mencegah penyakit diverticular  benjolan/luka-luka pada usus (feses keras)

 mencegah kegemukan

9

PENGARUH PENGOLAHAN TERHADAP NILAI GIZI LEMAK  Proses pemanasan :  lemak produk volatil (aldehid, keton, alkohol, hidrokarbon)  pembentukan flavor  Penggorengan:  T normal 168 -196 OC  > T normal  degradasi minyak alb (bau tengik)   oksidasi T   (terutama as.lmk. ≠ jenuh)  esensial Minyak kedele: linolenat   ≠ baik u/ minyak goreng Minyak jagung: linoleat   ≠ baik u/ minyak goreng

PENGARUH PENGOLAHAN TERHADAP NILAI GIZI VITAMIN  Merupakan titik berat penilaian pengaruh pengolahan terhadap bahan pangan  Vitamin sensitif terhadap:  pH,  O2  panas  cahaya  kombinasi dengan komponen lain  Pro vit A > stabil di: vit A (bentuk koloid, berikatan dg.prot)  Vitamin A ≠ lrt.air  Pemanasan biasa → relatif stabil  Susut besar jika terdapat O2 & hasil oksidasi lemak

 Vitamin D  relatif stabil thd pengolahan  ≠ lrt air  pasteurisasi &sterilisasi susu  ≠ tjd.kerusakan  Vitamin E  susut karena oksidasi   daya tahan panas baik  Vitmin K  stabil thd pns & RH;  labil thd as, basa, oksidator, cahaya (UV)

10

 Vitamin C  mudah hilang akibat leaching  kehilangan disebabkan: degradasi kimia reaksi pencoklatan non enzimatik  penyimpanan buah T  (0 OC)  stabil T  (7-9 OC)  hil. 50%  makanan kaleng  blansing  susut vit C   Tiamin  labil  larut dalam air  terekstraksi dalam air pemasak  Riboflavin (B2)  stabil terhadap panas, larut asam, pH netral, senyawa pengoksidasi  labil terhadap basa dan cahaya

 Piridoksin (B6)  dipengaruhi oleh pemanasan, pengeringan  Niasin  stabil selama pengolahan  As.folat  susut >  perebusan  Vitamin B-12  stabil slm pemasakan, kecuali pendidihan dlm.lrt basa  As. Pantotenat  stabil terhadap panas & hilang karena dripping  Biotin  stabil selama pengolahan

PENGARUH PENGOLAHAN TERHADAP NILAI GIZI MINERAL  Fermentasi kedele → tempe avail Fe   pH  kelarutan Fe   Perubahan pH, potensial reduksi & densitas muatan  mempengaruhi kadar mineral  Peningkatan pH 5-7 pd kulit gandum  pengikatan mineral Ca, Mg, Zn, Fe. , daya larut   Pendorong penyerapan mineral:  as askorbat  daging  as sitrat

11

Important interactions 

Cooking and processing 

Bioavailability

Definitions 

Bioavailability: bagian dari zat gizi yang dikonsumsi yang tersedia dan dapat digunakan untuk fungsi fisiologis normal dan penyimpanan 

100% berarti semua yang dikonsumsi dapat diserap dan teresdia untuk digunakan dalam tubuh

Determined bioavailabilities 

5-15% Fe depending on type of diet



15--50% Zn depending on type of diet 15

Factors affecting bioavailability of minerals 

Iron (heme/non heme) or zinc intake



Individual nutrient status



Phytate



Polyphenols (Fe)



Protein quantity & quality



Organic acids (Fe)

12

Factors affecting bioavailability of iron Type of iron in meal 

Heme iron more bioavailable than non heme iron

Iron status 

Low status enhances absorption

Phytate 

Bentuk fitat tak larut dan/atau tdk dapat dicerna membentuk kompleks diantara Fe, Fitat & protein



Penghambatan tergantung dosis fitat (Hurrell et al, AJCN 1992;56:5731992;56:573-76)

Typically 11-2% phytate: 2 2--5% Fe ab  0.10% phytate - 2-fold Fe absorp  0.01% phytate - 5-fold  Fe absorp 

Polyphenols 

Membentuk komplek FeFe-tanat yang tak larut 

1 cup of tea or coffee  Fe absorption ~30% (Disler et al, Gut 1975;15:1931975;15:193-200, Morck et al, AJCN 1973;37:416--20) 1973;37:416



Dose dependent (Derman et al, Br J Nutr 1977;38:261 1977;38:261-9)



Gugus galloyl + 3 gugus hdroksil yang berdekatan merupakan struktur utama yang umum terjadi dalam ikatan olifenololifenol-Fe



Efek pada kopi Coffee effect from berasal darai asam klorogenat

13

Protein quantity & quality 

Soy beans and nuts inhibit non non--heme iron absorption



Meat, fish, and poultry enhance iron absorption

Organic acids 

Vitamin C: molar ratio 4:1 vit C:Fe required (Hurrell et al, Nutr Rev 2002;60:S72002;60:S7-15)



Other organic acids: citric acid, malic acid, tartaric acid, and lactic acid

Faktor-faktor yang mempengaruhi Faktorbioavailabilitas Zn Jumlah Zn dalam bahan pangan 

Fraksi Zn: → absorption  with  amounts of Zn in meal

Zinc status 

Low status enhances absorption 

53% absorption of Zn from diet containing 5.5 mg/d vs 25% when 16.5 mg/d fed (Wada et al J Nutr 1995;115:13451995;115:1345-1254)

Phytate 

Absorpsi Zn berkorelasi terbalik dengan kandungan fitat  

tidak ada pengaruh ambang batas (threshold effect) High phytate – low Zn absorption (Lonnerdal et al, 1989; J Nutr; 119:211119:211-14)



Hambatan tergantung dosis fitat (Hurrell et al AJCN 1992;56:5731992;56:573-676)   

Typically 11-2% phytate: 22-10% Zn absorption 0.10% phytate - 2-fold  Zn absorption 0.01% phytate - >2>2-fold  Zn absorption

14

Protein quantity & quality 



Fractional Zn absorption  linearly with  protein content Protein hewani meniadakan efek penghambatan oleh fitat

15