KIMIA ORGANIK

ALKANA, ALKENA, ALKUNA

        Dari berbagai unsur-unsur kimia yang kita kenal, ada satu unsur yang cakupannya sangat luas dan pembahasannya sangat mendalam yakni KARBON. Karbon mempunyai nomor atom 6 sehingga jumlah elektronnya juga 6, dengan konfigurasi 6C = 2, 4. Dari konfigurasi elektron ini terlihat atom C mempunyai 4 elektron valensi (elektron pada kulit terluar).Untuk memperoleh 8 elektron (oktet) pada kulit terluarnya (elektron valensi) dibutuhkan 4 elektron sehingga masing-masing elektron valensi mencari pasangan elektron dengan atom-atom lainnya. Kekhasan atom karbon adalah kemampuannya untuk berikatan dengan atom karbon yang lain membentuk rantai karbon. Bentuk rantai-rantai karbon yang paling sederhana adalah Hidrokarbon. Hidrokarbon hanya tersusun dari dua unsur yaitu Hidrogen dan Karbon.

Berdasarkan jumlah atom C lain yang terikat pada satu atom C dalam rantai karbon, maka atom C dibedakan menjadi :

a. Atom C primer, yaitu atom C yang mengikat satu atom C yang lain.

b. Atom C sekunder, yaitu atom C yang mengikat dua atom C yang lain.

c. Atom C tersier, yaitu atom C yang mengikat tiga atom C yang lain.

d. Atom C kwarterner, yaitu atom C yang mengikat empat atom C yang lain.

Berdasarkan bentuk rantai karbonnya :

• Hidrokarbon alifatik = senyawa hidrokarbon dengan rantai lurus/terbuka yang jenuh (ikatan tunggal/alkana) maupun tidak jenuh (ikatan rangkap/alkena atau alkuna).

• Hidrokarbon alisiklik = senyawa hidrokarbon dengan rantai melingkar / tertutup (cincin).

• Hidrokarbon aromatik = senyawa hidrokarbon dengan rantai melingkar (cincin) yang mempunyai ikatan antar atom C tunggal dan rangkap secara selang-seling / bergantian (konjugasi)

Berdasarkan ikatan yang ada dalam rantai C-nya, senyawa hidrokarbon alifatik dibedakan atas :

1. Alkana (CnH2n+2)

2. Alkena (CnH2n) 

3. Alkuna (CnH2n-2)

Keterangan : n = 1, 2, 3, 4, .......dst

ALKANA (Parafin)

adalah hidrokarbon yang rantai C nya hanya terdiri dari ikatan kovalen tunggal saja. sering disebut sebagai hidrokarbon jenuh....karena jumlah atom Hidrogen dalam tiap2 molekulnya maksimal. Memahami tata nama Alkana sangat vital, karena menjadi dasar penamaan senyawa2 karbon lainnya.

Sifat-sifat Alkana

1. Hidrokarbon jenuh (tidak ada ikatan atom C rangkap sehingga jumlah atom H nya maksimal)

2. Disebut golongan parafin karena affinitas kecil (sedikit gaya gabung)

3. Sukar bereaksi

4. Bentuk Alkana dengan rantai C1 – C4 pada suhu kamar adalah gas, C4 – C17 pada suhu adalah cair dan > C18 pada suhu kamar adalah padat

5. Titik didih makin tinggi bila unsur C nya bertambah...dan bila jumlah atom C sama maka yang bercabang mempunyai titik didih yang lebih rendah

6. Sifat kelarutan : mudah larut dalam pelarut non polar

7. Massa jenisnya naik seiring dengan penambahan jumlah unsur C

8. Merupakan sumber utama gas alam dan petrolium (minyak bumi)

Rumus umumnya CnH2n+2

Sifat kimia

Alkana merupakan senyawa nonpolar yang tidak bereaksi dengan sebagian besar pereaksi. Hal ini disebabkan alkana memiliki ikatan sigma yang kuat antar atom karbon. Pada kondisi tertentu alkana dapat bereaksi dengan oksigen dan unsur-unsur halogen.

Apabila jumlah oksigen tersedia cukup memadai alkana akan teroksidasi sempurna menjadi karbon dioksida dan uap air serta pelepasan sejumlah energi panas. Apabila jumlah oksigen yang tersedia tidak mencukupi, hasil reaksi yang diperoleh berupa karbon monooksida dan uap air.

Alkana dapat bereaksi dengan halogen dikatalisis oleh panas atau sinar ultraviolet. Dari reaksi tersebut terjadi pergantian 1 atom H dari alkana terkait. Namun apabila halogen yang tersedia cukup memadai atau berlebih, maka terjadi pergantian lebih dari satu atom bahkan semua atom H digantikan oleh halogen. Berdasarkan penelitian laju pergantian atom H sebagai berikut H3 > H2 > H1. Reaksi pergantian atom dalam suatu senyawa disebut reaksi subtitusi.

Deret homolog alkana

Deret homolog adalah suatu golongan/kelompok senyawa karbon dengan rumus umum yang sama, mempunyai sifat yang mirip dan antar suku-suku berturutannya mempunyai beda CH2 atau dengan kata lain merupakan rantai terbuka tanpa cabang atau dengan cabang yang nomor cabangnya sama. 

Sifat-sifat deret homolog alkana :

o Mempunyai sifat kimia yang mirip

o Mempunyai rumus umum yang sama

o Perbedaan Mr antara 2 suku berturutannya sebesar 14

o Makin panjang rantai karbon, makin tinggi titik didihnya

n Rumus Nama

1. CH4 = metana

2 . C2H6 = etana

3 . C3H8 = propana

4. C4H10 = butana

5. C5H12 = pentana

6. C6H14 = heksana

7. C7H16 = heptana

8. C8H18 = oktana

9. C9H20 = nonana

10. C10H22 = dekana

11. C11H24 = undekana

12. C12H26 = dodekana

TATA NAMA ALKANA

1. Nama alkana didasarkan pada rantai C terpanjang sebagai rantai utama. Apabila ada dua atau lebih rantai yang terpanjang maka dipilih yang jumlah cabangnya terbanyak

2. Cabang merupakan rantai C yang terikat pada rantai utama. di depan nama alkananya ditulis nomor dan nama cabang. Nama cabang sesuai dengan nama alkana dengan mengganti akhiran ana dengan akhiran il (alkil).

3. Jika terdapat beberapa cabang yang sama, maka nama cabang yang jumlah C nya sama disebutkan sekali tetapi dilengkapi dengan awalan yang menyatakan jumlah seluruh cabang tersebut. Nomor atom C tempat cabang terikat harus dituliskan sebanyak cabang yang ada (jumlah nomor yang dituliskan = awalan yang digunakan), yaitu di = 2, tri = 3, tetra =4, penta = 5 dan seterusnya.

4. Untuk cabang yang jumlah C nya berbeda diurutkan sesuai dengan urutan abjad ( etil lebih dulu dari metil ).

5. Nomor cabang dihitung dari ujung rantai utama yang terdekat dengan cabang. Apabila letak cabang yang terdekat dengan kedua sama dimulai dari :

• Cabang yang urutan abjadnya lebih dulu ( etil lebih dulu dari metil )

• Cabang yang jumlahnya lebih banyak ( dua cabang dulu dari satu cabang )

Kegunaan alkana, sebagai :

• Bahan bakar 

• Pelarut

• Sumber hidrogen

• Pelumas

• Bahan baku untuk senyawa organik lain

• Bahan baku industri

Alkana-alkana penting sebagai bahan bakar dan sebagai bahan mentah untuk mensintesis senyawa-senyawa karbon lainnya. Alkana banyak terdapat dalam minyak bumi, dan dapat dipisahkan menjadi bagian-bagiannya dengan distilasi bertingkat. Suku pertama sampai dengan keempat senyawa alkana berwujud gas pada temperatur kamar. Metana biasa disebut juga gas alam yang banyak digunakan sebagai bahan bakar rumah tangga/industri. Gas propana, dapat dicairkan pada tekanan tinggi dan digunakan pula sebagai bahan bakar yang disebut LPG (liquified petroleum gas). LPG dijual dalam tangki-tangki baja dan diedarkan ke rumah-rumah. Gas butana lebih mudah mencair daripada propana dan digunakan sebagai “geretan” rokok. Oktana mempunyai titik didih yang tempatnya berada dalam lingkungan bahan bakar motor. Alkana-alkana yang bersuhu tinggi terdapat dalam kerosin (minyak tanah), bahan bakar diesel, bahan pelumas, dan parafin yang banyak digunakan untuk membuat lilin. 

ALKENA (Olefin)

merupakan senyawa hidrokarbon tak jenuh yang memiliki 1 ikatan rangkap 2 (-C=C-)

Sifat-sifat Alkena

• Hidrokarbon tak jenuh ikatan rangkap dua

• Alkena disebut juga olefin (pembentuk minyak)

• Sifat fisiologis lebih aktif (sbg obat tidur --> 2-metil-2-butena)

• Sifat sama dengan Alkana, tapi lebih reaktif

• Sifat-sifat : gas tak berwarna, dapat dibakar, bau yang khas, eksplosif dalam udara (pada konsentrasi 3 – 34 %)

• Terdapat dalam gas batu bara biasa pada proses “cracking”

Rumus umumnya CnH2n

Sifat Fisika

Alkena merupakan senyawa nonpolar sehingga tidak larut dalam air dan memiliki massa jenis lebih kecil dari air. Alkena dapat larut dalam alkena lain, pelarut-pelarut nonpolar dan etanol. Pada temperatur kamar alkena yang memiliki dua, tiga dan empat atom karbon berwujud gas. Sedangkan Alkena dengan dengan berat molekul lebih tinggi dapat berupa cair dan padatan pada suhu kamar.

Sifat kimia

Ikatan rangkap yang dimiliki alkena merupakan ciri khas dari alkena yang disebut gugus fungsi. Reaksi terjadi pada alkena dapat terjadi pada ikatan rangkap dapat pula terjadi diluar ikatan rangkap. Reaksi yang terjadi pada ikatan rangkap disebut reaksi adisi yang ditandai dengan putusnya ikatan rangkap (ikatan π) membentuk ikatan tunggal (ikatan α) dengan atom atau gugus tertentu.

Selain sifat-sifat tersebut dapat mengalami reaksi polimerisasi dan alkena juga dapat bereaksi dengan oksigen membentuk korbondioksida dan uap air apabila jumlah oksigen melimpah, apabila jumlah oksigen tidak mencukupi maka terbentuk karbonmonooksida dan uap air.

TATA NAMA ALKENA 

hampir sama dengan penamaan pada Alkana dengan perbedaan :

• Rantai utama harus mengandung ikatan rangkap dan dipilih yang terpanjang. Nama rantai utama juga mirip dengan alkana dengan mengganti akhiran -ana dengan -ena. Sehingga pemilihan rantai atom C terpanjang dimulai dari C rangkap ke sebelah kanan dan kirinya dan dipilih sebelah kanan dan kiri yang terpanjang.

• Nomor posisi ikatan rangkap ditulis di depan nama rantai utama dan dihitung dari ujung sampai letak ikatan rangkap yang nomor urut C nya terkecil.

• Urutan nomor posisi rantai cabang sama seperti urutan penomoran ikatan cabang rantai utama.

Kegunaan Alkena sebagai : 

• Dapat digunakan sebagai obat bius (dicampur dengan O2)

• Untuk memasakkan buah-buahan

• bahan baku industri plastik, karet sintetik, dan alkohol.

ALKUNA 

merupakan senyawa hidrokarbon tak jenuh yang memiliki 1 ikatan rangkap 3 (–C≡C–). Sifat-nya sama dengan Alkena namun lebih reaktif.

Rumus umumnya CnH2n-2

Tata namanya juga sama dengan Alkena. namun akhiran -ena diganti -una

Kegunaan Alkuna sebagai :

• etuna (asetilena = C2H2) digunakan untuk mengelas besi dan baja.

• untuk penerangan 

• Sintesis senyawa lain.

Sifat Fisika Alkuna

* Alkuna-alkuna suku rendah pada suhu kamar berwujud gas, sedangkan yang mengandung lima atau lebih atom karbon berwujud gas.

* Memiliki massa jenis lebih kecil dari air.

* Tidak larut dalam air tetapi larut dalam pelarut-pelarut organik yang non polar seperti eter, benzena, dan karbon tetraklorida.

* Titik didih alkuna makin tinggi seiring bertambahnya jumlah atom karbon, tetapi makin rendah apabila terdapat rantai samping atau makin banyak percabangan. Titik didih alkuna sedikit lebih tinggi dari alkana dan alkuna yang berat molekulnya hampir sama.

Sifat kimia

Adanya ikatan rangkap tiga yang dimiliki alkuna memungkinkan terjadinya reaksi adisi, polimerisasi, substitusi dan pembakaran

Kegunaan Alkuna

* etuna (asetilena) Gas asetilena digunakan untuk mengelas besi dan baja atau untuk memotong logam. Reaksi pembentukan etuna (asetilena) :

* Penyusun beberapa obat sintetik:

Alkil Halida (Haloalkana)

Senyawa alkil halida merupakan senyawa hidrokarbon baik jenuh maupun tak jenuh yang satu unsur H-nya atau lebih digantikan oleh unsur halogen (X = Br, Cl. I)

Sifat fisika Alkil Halida :

• Mempunyai titik lebih tinggi dari pada titik didih Alkana dengan jumlah unsur C yang sama.

• Tidak larut dalam air, tapi larut dalam pelarut organik tertentu.

• Senyawa-senyawa bromo, iodo dan polikloro lebih berat dari pada air.

Struktur Alkil Halida : R-X 

Keterangan :

R = senyawa hidrokarbon

X = Br (bromo), Cl (kloro) dan I (Iodo)

Berdasarkan letak alkil dalam hidrokarbon di bagi menjadi :

• Alkil halida primer, bila diikat atom C primer

• Alkil halida sekunder, bila diikat atom C sekunder

• Alkil halida tersier, bila diikat atom C tersier

CH3-CH2-CH2-CH2-Cl (CH3)2CH-Br (CH3)3C-Br

Primer sekunder tersier

Pembuatan Alkil Halida

1. Dari alkohol

2. Halogenasi

3. Adisi hidrogen halida dari alkena

4. Adisi halogen dari alkena dan alkuna

Penggunaan Alkil Halida :

• Kloroform (CHCl3) : pelarut untuk lemak, obat bius (dibubuhi etanol, disimpan dalam botol coklat, diisi sampai penuh).

• Tetraklorometana = karbontetraklorida (CCl4) : pelarut untuk lemak, alat pemadam kebakaran (Pyrene).

• Freon (Freon 12 = CCl2F2, Freon 22 = CHCl2F) : pendingin lemari es, alat “air conditioner”, sebagai propellant (penyebar) kosmetik, insektisida, dsb.

zat gizi dalam bahan pangan

      Pada postingan kali ini, saya akan sedikit membahas tentang  bahan makanan dan zat gizi, oke.. langsug saja tanpa membuang waktu, berikut penjelasannya..

BAHAN MAKANAN DAN ZAT GIZI

1. Pendahuluan

Zat gizi adalah, komponen pembangun tubuh manusia dimana zat tersebut dibutuhkan untuk pertumbuhan, mempertahankan dan memperbaiki jaringan tubuh, mengatur proses dalam tubuh dan menyediakan energi bagi fungsi tubuh.

Zat gizi yang harus ada dalam bahan pangan agar tubuh tetap sehat, dibedakan menjadi golongan protein, lemak, dan karbohidrat yang disebut zat gizi makro, serta vitamin dan mineral yang disebut zat gizi mikro. Air juga merupakan bagian penting dari gizi yang baik.

Manusia memperoleh kebutuhan zat gizi pentingnya dari bahan pangan nabati dan hewani. Biokimia tanaman, hewan dan manusia mempunyai banyak persamaan. Karena itu manusia membutuhkan komponen pembangun tubuh yang sama seperti yang terkandung dalam tanaman dan hewan.

Ilmu pertanian dan Teknologi

            Pembudidayaan                                            Pemanenan

CO₂ + H₂O + Zat gizi + Energi  -------  Bahan pangan Tkt I + Bahan pangan Tkt II + Bahan Pangan Tkt III

                                                    -------

                                                                      Sayuran, buah,bijian     Daging, Unggas, Ikan         Telur, susu

Konsumsi - Gizi                                                                            Pengolahan – Pengawetan

            Gizi – Ilmu dan Teknologi Pangan

Gambar. Hubungan antara ilmu kehayatan dan daur kimia bahan pangan alami

Bahan pangan alami merupakan sistem hayati yang dapat cepat rusak sesudah dipanen. Karena kebutuhan manusia akan makanan dan saat panen biasanya tidak terjadi dalam waktu yang bersamaan, maka bahan pangan tersebut perlu diawetkan melalui pengolahan

Berbagai macam bahan pangan berperan sebagai pembawa zat gizi dan mempengaruhi stabilitasnya. Kerusakan zat gizi berlangsung secara berangsur tergantung dari cara pengolahannya. Berbagai macam cara pengolahan dapat mempercepat atau menghambat perubahan kadar zat gizi.

Semua bahan pangan mentah adalah komoditi mudah rusak, sejak panen, pemotongan hewan bahan ini mengalami kerusakan secara berangsur akibat berbagai jenis kerusakan biologis. Faktor utama kerusakan bahan pangan adalah kadar air yang secara hayati aktif dalam jumlah besar, seperti pada sayuran daun dan daging, dapat rusak hanya dalam beberapa hari, sedangkan biji-bijian kering yang hanya mengandung air struktural dapat disimpan bertahun- tahun.

Penyebab utama kerusakan bahan pangan adalah pertumbuhan mikroba, kegiatan enzim, dan perubahan kimia, dan ternyata pertumbuhan mikroba merupakan penyusutan utama bahan pangan. Kegiatan dan reaksi ini berlangsung paling cepat pada aktivitas air yang tinggi, didukung pula oleh faktor suhu, pH, dan faktor lingkungan lainnya. Asas pengawetan bahan pangan adalah didasarkan pada pengawetan semua faktor lingkungan  tersebut. Sebagai contoh mikroba membutuhkan suhu optimum untuk pertumbuhannya. Suhu yang lebih tinggi merusak pertumbuhannya, sedangkan suhu yang lebih rendah sangat menghambat metabolismenya.

Ada enam ( 6 ) prinsip dasar pengolahan pangan untuk pengawetan :

1. Penghilangan (penurunan kadar) air, pengeringan, dehidrasi dan pengentalan
2. Perlakuan panas , blansing, pasteurisasi dan sterilisasi
3. Perlakuan suhu rendah, pendinginan, pembekuan
4. Pengendalian keasaman, fermentasi dan pemberian zat tambahan
5. Berbagai macam zat kimia tambahan
6. Irradiasi

Karena makanan olahan harus disimpan sampai dikonsumsi antara dua masa panen, maka pengemasan yang baik merupakan pembantu dalam pengolahan di samping dasar dan cara pengolahannya.

Metabolisme mikroba memerlukan banyak air bebas. Penghilangan air yang secara hayati aktif melalui pengeringan atau dehidrasi menghentikan pertumbuhan mikroba. Penghentian ini juga menurunkan aktivitas enzim  dan reaksi kimia. Ketengikan komponen lipid menurun apabila air struktural yang melindunginya dibiarkan tetap seperti semula.

Pengaruh utama perlakuan panas adalah denaturasi protein, yaitu proses yang menyebabkan mikroba dan sejumlah enzim lain tidak aktif. Pasteurisasi membebaskan bahan pangan dari zat patogen dan sebahagian besar sel vegetatif mikroba, sedangkan pensterilan dapat didefenisikan sebagai proses mematikan semua mikroba yang hidup. Pensterilan dengan panas merupakan proses pengawetan pangan yang lebih efektif namun mempunyai pengaruh yang merugikan terhadap zat gizi yang tak mantap, terutama vitamin, dan menurunkan nilai gizi protein, terutama melalui reaksi Maillard.

Pengawetan dengan suhu rendah, terutama pengawetan dengan suhu beku, ditinjau dari banyak segi merupakan pengawetan bahan pangan yang paling tidak merugikan. Suhu rendah menghambat pertumbuhan mikroba dan memperlambat laju reaksi kimia dan enzim. Aktivitas enzim dalam daging dapat berhenti akibat penyimpanan pada suhu beku, sedangkan bahan pangan nabati perlu diblansing terlebih dahulu sebelum dibekukan untuk mencegah perubahan mutu yang tidak diinginkan. Penurunan vitamin akan minimum dibandingkan dengan cara pengawetan lain. Penyebab utama kerusakan mutu adalah karena kondisi yang kurang menguntungkan pada proses pembekuan, penyimpanan, dan pelelehan kristal es.

Pertumbuhan mikroorganisme perusak bahan pangan sangat terhambat dalam lingkungan yang keasamannya tinggi. Salah satu cara mengawetkan makanan adalah dengan menurunksn pH dengan cara fermentasi anaerob senyawa karbohidrat menjadi asam laktat. Keasaman beberapa bahan pangan dapat dinaikkan dengan menambah zat tambahan yang bersifat asam seperti asam cuka atau asam sitrat yang menimbulkan pengaruh penghambatan yang sama. Tidak banyak kehilangan zat gizi akibat fermentasi. Dalam beberapa hal zat gizi dapat ditingkatkan melalui sintesis vitamin dan protein oleh mikroba. 

Zat tambahan kimia mempunyai daya pengawet terhadap bahan pangan karena menyediakan lingkungan yang menghambat pertumbuhan mikroba, reaksi enzim, dan reaksi kimia. Pengolahan demikian termasuk juga penggunaan zat curing dan pengasapan daging, pengawetan sayuran dan buah melalui pemanisan, serta perlakuan dengan berbagai jenis zat tambahan kimia. Pengaruh cara ini terhadap zat gizi beragam, namun pada umumnya kecil.

Penyinaran dengan cara irradiasi merupakan cara pengawetan bahan pangan yang lebih canggih. Penggunaan cara ini tidak banyak digunakan karena penyinaran dengan energi tinggi menghasilkan senyawa baru dalam bahan pangan yang disinari, bentuk radikal bebas yang sangat reaktif. Mekanisme radikal bebas tidak hanya mematikan mikroba tetapi juga sangat merusak zat gizi, terutama vitamin. Kelemahan lain cara ini adalah perubahan yang cukup besar dalam cita rasa.

Secara umum dapat dikatakan bahwa pengolahan yang digunakan tidak banyak menurunkan zat gizi bahan pangan.. Metode pengolahan bahan pangan perlu dikembangkan dengan prinsip mampu mempertahankan persentase zat gizi dalam jumlah yang lebih besar. Faktor yang perlu dikembangkan dalam usaha lebih mempertahankan zat gizi, harus mencakup perkembangan lebih lsnjut dalam teknologi pengolahan bahan pangan, berbagai segi penyimpanan bahan pangan dan penyalurannya, sistem kelembagaan bahan pangan, dan yang terakhir, penyiapan makanan di rumah.

Stabilisasi zat gizi bahan pangan

Perhatian terhadap stabilitas zat gizi selama pengolahan pangan lebih banyak ditekankan pada vitamin, karena vitamin mudah hilang melalui pencucian, perusakan oleh panas, cahaya, dan oksidasi.

Vitamin yang secara alami terdapat dalam bahan pangan mungkin berada dalam bentuk koenzim yang sifat stabilitasnya berbeda. Sebagai contoh, vitamin B₆ terdapat sebagai piridoksin, piridoksamin, dan piridoksal. Piridoksal lebih tidak stabil terhadap panas dibandingkan dengan piridoksin.

Beberapa contoh kerusakan vitamin :

1. Thiamin mudah mengalami pemecahan dalam larutan netral dan alkalis bahkan sampai suhu rendah
2. Riboflavin bersifat stabil terhadap panas, dalam larutan dan oksidator kuat
3. Niasin merupakan vitamin yang paling stabil (stabilitas yang tinggi terhadap panas dan cahaya pada seluruh kisaran pH makanan
4. Piridoksin, stabil terhadap panas dalam larutan asam dan alkalis tetapi peka terhadap cahaya pada pH 6.0
5. Asam askorbat, mudah dioksidasi
6. Vitamin A, mudah teroksidasi dan peka terhadap cahaya, pada tanaman vitamin A terdapat sebagai provitamin A yang disebut karotenoid. Senyawa ini sifatnya sama dengan vitamin A hanya sifatnya lebih stabil
7. Vitamin D, peka terhadap oksigen dan cahaya
8. Vitamin K, peka terhadap cahaya
9. Alfa tokoferol (aktivitas Vitamin E), mudah teroksidasi
10. Pengaruh pengolahan terhadap mineral tidak begitu nyata
11. Pada lemak isomerisasi cis-trans selama pengolahan bahan pangan dapat menurunkan nilai hayati asam lemak tak jenuh
12. Kadar asam amino dalam suatu protein tidak secara kuantitatif menunjukkan nilai gizinya karena pembatas dalam penggunaan protein adalah nilai cerna protein. Pengolahan dapat menaikkan dan menurunkan nilai denaturasi protein oleh panas dapat mempermudah hidrolisis protein oleh protease dalam usus halus, namun demikian, panas juga dapat menurunkan mutu protein akibat perombakan beberapa asam amino tertentu.

ZAT GIZI DALAM BAHAN PANGAN MENTAH

Manipulasi genetik untuk memperbaiki mutu gizi sayuran

Penelitian terhadap keragaman genetik menunjukkan bahwa kadar zat gizi dapat diperbesar, walaupun memerlukan teknologi yang lebih tinggi. Kemajuan teknologi yang berkembang sekarang ini memudahkan untuk dapat meningkatkan zat gizi tanaman  sesuai dengan kebutuhan manusia.

Setiap zat gizi harus disekati sendiri-sendiri berdasarkan sistemnya sendiri yang sudah menjadi bagian metabolisme dari zat tersebut. Sejarah mencatat bahwa kuantitas bahan pangan berhasil dinaikkan melalui revolusi hijau. Mungkin mutu bahan pangan sekarang dapat dinaikkan dengan cepat tanpa mengorbankan kuantitasnya.

Penelitian genetik klassik oleh Tatum dan Beadle telah mengorbitkan teori satu gen satu enzim yang menunjukkan bahwa tanaman dapat dimanipulasi secara genetik untuk menghasilkan gizi yang dibutuhkan manusia. Hasil penelitian biokimia genetik menunjukkan bahwa jalur biosintesis yang nantinya memberikan hasil akhir berlangsung dibawah pengendalian genetik. Salah satu contoh yang telah berhasil dianalisis jalur biosintesisnya adalah jalur yang menghasilkan  senyawa karoten dalam tomat.

Para ahli pemuliaan tanaman telah bertahun-tahun meningkatkan nilai kosmetik buah dan sayuran secara nyata contohnya tomat menjadi lebih merah, dan wortel menjadi lebih jingga. Hal ini juga menaikkan nilai gizi seiring dengan perubahan penampakan yang ada. Sebagai contoh, tomat yang lebih merah  dan wortel yang lebih jingga mengandung lebih banyak vitamin A

Pengaruh lingkungan juga sangat mempengaruhi kadar zat gizi tanaman. Antaraksi genotipe dengan lingkungannya juga terjadi. Sejumlah penelitian telah berhasil dilakukan untuk melihat pengaruh budi daya pertanian terhadap kadar zat gizi.

Tomat (Lycopersicon esculentum)

Untuk sayuran penelitian yang lebih banyak dilakukan pada tanaman tomat dibandingkan spesies lain. Sebagian besar informasi ini dapat dipakai sebagai model penelitian manipulasi genetik untuk meningkatkan  kadar zat gizi sayuran lain. Dengan menggunakan berbagai lokus yang mempengaruhi beberapa pigmen, ahli biokimia berhasil menemukan jalur biosintesis senyawa karoten. Dari susut gizi pentingnya penelitian ini terletak pada kadar provitamin A dalam bentuk β karoten pada buah tomat.

Senyawa karoten dalam buah tomat merah masak adalah likopen,  α karoten, β karoten dan pigmen lain tertentu, serta poliena dalam jumlah kecil. Senyawa likopen (tidak mempunyai aktivitas vitamin A) menyusun kurang lebih dari 95% pigmen dan memberikan warna merah. Sebagian besar sisanya berupa β karoten ., dan telah diteliti pengendalian genetik terhadap kandungan pigmen ini.

Dari beberapa laporang penelitian ditunjukkan bahwa kadar provitamin A dapat ditingkatkan sampai 30 kali melalui rekayasa genetika. Tetapi warna buah berubah dari merah ke jingga akibat kenaikan kadar β karoten   dan penurunan kadar likopen. Penerimaan konsumen terhadap varietas baru ini tidak begitu baik karena adanya perubahan warna tersebut.

Usaha penelitian Steven telah mengembangkan pengetahuan tentang genetika cita rasa ,  mutu dan kadar gizi buah tomat. Usaha awalnya berkaitan dengan komponen kimia cita rasa dan sifat turunannya. Hasil penelitiannya menemukan adanya pengendalian genetik komponen penting yang menentukan mutu buah tomat. Perbedaan cita rasa terutama ditentukan oleh konsentrasi 2-isobutiltiazol serta nisbeh antara zat padat dan asam. Masing-masing dari ketiga komponen ini diketahui dikendalikan secara genetik. Hal ini merupakan model klassik guna pendekatan segi gizi lain dari buah dan sayuran.

Wortel (Daucus carota)

Wortel biasanya dimakan dalam keadaan mentah atau setelah dimasak. Warna jingga cerah wortel disebabkan kandungan α karoten, β karoten yang tinggi. Berbeda dengan tomat, akar tanaman wotel ini mengandung sedikit atau tanpa likopen. Karena warnanya jingga menyala wortel merupakan sumber provitamin A yang terbaik dibandingkan dengan sayuran lain. Kadar provitamin A wortel kurang lebih sepuluh kali buah tomat. Kadar zat gizi dan mutu buah wortel dipengaruhi oleh banyak faktor seperti varietas, tempat tumbuh, suhu kadar air,tingkat kemasakan dan lain-lain.

Karena pentingnya warna jingga (provitamin A) dalam wortel, cukup banyak penelitian dilakukan terhadap karoten dan poliena. Dengan menggunakan sistem model untuk biosintesis karotenoid dalam tomat, Gabelmen, dkk, menemukan adanya pengendalian genetik biosintesis karoten dalam wortel. Dalam satu rangkaian penelitian genetik diketahui bahwa lima gen mengendalikan biosintesis karotenoid.

Dari rangkaian-rangkaian penelitian yang telah dilakukan menunjukkan bahwa varietas`wortel dapat dikembangkan menjadi wortel berkonsentrasi karoten  (provitamin A) sangat tinggi. Karena vitamin A yang diperoleh dari konversi β karoten lebih besar daripada yang diperoleh dari α karoten, maka lebih menguntungkan apabila konsentrasi β karoten ditingkatkan. Pada semua genotipe yang telah diteliti ternyata konsentrasi α karoten tidak pernah melebihi konsentrasi β karoten.

Jagung (Zea mays)

Pada umumnya diketahui bahwa perbedaan  jenis jagung banyak pati dengan jenis jagung manis diatur oleh suatu gen tertentu yang sudah diketahui, yang menurunkan laju perubahan gula menjadi pati.Dari pengetahuan tentang gen ini telah berhasil  dikembangkan jagung manis yang lebih manis.

Penemuan yang lebih menarik dalam penelitian genetik intuk meningkatkan kadar zat gizi adalah jagung berlisin tinggi. Dari penelitian genetik yang telah dilakukan telah dapat mengubah mutu protein jagung. Manipulasi genetik untuk meningkatkan mutu gizi dan kadar zat gizi tanaman yang nilai ekonominya tinggi merupakan tahap awal yang menarik perhatian. Berbagai temuan penting mengenai zat gizi lain dan spesien tanaman lain akan terjadi dengan menggunakan sisten model genetika-biokimia untuk sintesis provitamin A, mutu protein, dan komponen cita rasa. Kapasitas peningkatan nilai gizi melalui manipulasi genetik sangatlah menarik, walaupun untuk itu masih dibutuhkan banyak penelitian lain sebelum diperoleh pengetahuan yang berguna bagi ahli pemuliaan tanaman untuk dapat mengembangkan varietas dengan nilai gizi yang lebih besar daripada yang sudah ada sekarang.

Pengaruh Budi daya pertanian terhadap susunan bahan pangan

Pangan nabati

Kadar zat gizi tanaman pangan yang baru dipanen dapat beragam, keragaman ini diakibatkan oleh banyaknya faktor yang saling bergantungan, terutama faktor genetik, sinar surya, curah hujan, tofografi, tanah, lokasi, musim, pemupukan, dan derajat kemasakan. Susunan hasil tanaman yang sama dari galur yang sama tetapi berbeda tumbuh pada tempat yang berbeda, sering berbeda. Oleh karena itu dianjurkan untuk menganalisis contoh segar bahan pangan itu sendiri dan bukan mengambil data dari tabel yang tersedia.

Banyaknya varietas tanaman pangan menyebabkan susunan zat gizi dan stabilitasnya berbeda. Varietas yang secara genetik dekat, agak serupa kandungan zat gizinya, sedangkan varietas yang secara genetik tidak ada hubungannya biasanya cukup berbeda. Pengetahuan adanya fungsi fisiologi dari vitamin dan mineral telah lama berkembang, dan kebanyakan ahli pemulia tanaman lebih memfokuskan penelitian dibidang warna, cita rasa, tekstur, serta produksi persatuan luas, tetapi dengan perkembangan ilmu pengetahuan maka penelitian untuk meningkatkan zat gizi dalam tanaman semakin berkembang.

Hasil penelitian Tatum, Beadle dan lain-lain menunjukkan adanya hubungan yang erat antara genetika dan biokimia. Enzim tanaman dibutuhkan untuk sintesis bahan pertumbuhan yang nantinya dapat menjadi vitamin bagi yang mengkonsumsi tanaman itu. Walaupun kemampuan mensintesis senyawa ini dikendalikan oleh faktor genetik, jumlah faktor ini dalam jaringan tanaman dipengaruhi juga oleh faktor lingkungan ( cahaya. Panas, air susunan, tanah ).

Sejumlah kecil zat gizi dapat diukur dengan metode kimia dan biologi. Kerjasama antara ahli pemuliaan tanaman dan ahli biokimia gizi meningkatkan secara nyata nilai gizi bahan pangan utama, sayuran, dan buah. Faktor genetik yang berbeda mungkin menentukan perkembangan sampai ukuran yang diinginkan, warna, atau kandungan zat gizi hasil tanaman pangan.Tidaklah dapat memperoleh semua mutu yang baik dari tanaman, karena itu perlu dipilih diantara nilai gizi, warna, ukuran dan lain-lain. Bahkan diperlukan juga mendidik masyarakat untuk dapat menerima bahan pangan yang agak berbeda dari biasanya namun nilai gizinya lebih tinggi..

Sudah cukup banyak kemajuan yang diperoleh dalam usaha meningkatkan kandungan zat gizi secara genetik. Kadar asam askorbat dalam buah tomat berhasil dilipat duakan sampai 50 mg/100g bahan, sehingga buah ini mengandung asam askorbat setara dengan buah jeruk. Kadar karoten dalam buah tomat dengan cara serupa berhasil dinaikkan sampai sama dengan wortel .

Jagung yang ada sekarang tidak sama dengan jagung 50, 500 tahun yang lalu. Menurut hasil suatu penelitian ternyata 50 generasi dari suatu seleksi menghasilkan jagung dengan kadar protein maksimum 19,5% dan minimum 4,9%. Namun jagung dengan kadar protein tinggi secara proporsional mengandung lebih sedikit lisina dan triptopan ( dua asam amino esensial yang jumlahnya sedikit dalam protein jagung ), karena itu nilai hayatinya lebih rendah. Jagung protein tinggi ini juga lebih kaya akan leusina yaitu asam amino yang sudah berlebihan dalam protein jagung. Walaupun kandungan asam amino pada jagung protein tinggi lebih tidak seimbang dibandingkan dengan jagung biasa, ada kemungkinan untuk mengembangkan jagung dengan protein mutu gizinya lebih tinggi dari varietas tersebut.

Meskipun asam askorbat terdapat dalam semua jaringan tanaman, konsentrasinya sangat beragam. Mutu asam askorbat dalam tiap galur tanaman dikendalikan oleh faktor keturunan, tetapi juga dipengaruhi oleh suhu, intensitas sinar, dan kadar air. Kadar zat gizi hasil tanaman pangan sebagian besar di bawah kendali genetik. Dalam beberapa hal, beda antara galur tanaman yang sama, cukup besar . Lebih mudah meningkatkan kadar zat gizi hasil tanaman pangan secara genetik dibandingkan dengan pendekatan lain.

Peranan faktor lingkungan

Jumlah dan Intentitas cahaya

Asam askorbat

Cahaya mempengaruhi susunan sayuran dan buah. Penelitian yang dilakukan terhadap tanaman tomat menunjukkan bahwa, tomat yang ditumbuhkan di luar mengandung asam askorbat lebih besar daripada yang ditumbuhkan di bawah naungan.        Beberapa sayuran yang diteliti pada sore hari mengandung asam askorbat lebih besar daripada pagi hari. Dari beberapa penelitian yang telah dilakukan terdapat hubungan yang erat antara penyinaran matahari dengan kadar asam askorbat dalam tanaman.

Jumlah dan intensitas cahaya mempengaruhi susunan tanaman, terutama asam askorbatnya.

Suhu

Suhu optimum untuk laju pertumbuhan maksimum setiap spesies tanaman biasanya  bukan merupakan suhu optimum untuk sintesis dan penyimpanan zat gizi dalam jaringan. Kondisi suhu yang dapat memacu penyimpanan suatu zat gizi tertentu sampai mencapai maksimum sering berbeda dengan suhu untuk zat gizi lain.

Asam askorbat

Penelitian yang telah dilakukan bahwa terjadi penurunan kadar asam askorbat pada daun yang belum dipetik dari tanaman bayam, tomat, dll yang ditempatkan dalam keadaan gelap pada suhu 5 dan 15⁰C. Kadar asam askorbat pada semua daun menurun bila daun ditempatkan dalam gelap, namun penurunannya lebih lambat pada suhu 5⁰C dibandinkan dengan 15⁰C .

Karoten

Warna lebih cepat berkembang padan wortel yang ditumbuhkan pada suhu 15-21⁰C dibandingkan suhu yang tinggi atau lebih rendah.

Suhu optimum untuk pertumbuhan tercepat bervariasi menurut spesies tanaman, dan suhu ini tidak selalu merupakan suhu optimum untuk kandungan zat gizi terbesar dari jaringan tanaman.

Musim

Pengamatan menunjukkan bahwa  susunan hasil tanaman pangan yang diperoleh dari biji-bijian dan tanaman yang sama pada musim panas ternyata berbeda dengan hasil pada awal atau akhir musim. Hal ini kemunginan besar disebabkan oleh perbedaan suhu, lamanya siang hari, intensitas dan spektrum cahaya, serta faktor kecil lainnya.

Beberapa sayuran dan buah menunjukkan kadar zat gizi terbesar bila dipenen pada musim semi, tanaman lain pada musim panas, adapula yang jika dipanen pada akhir musim, sedangkan beberapa tanaman tidak menunjukkan perbedaan akigat musim.

Pengaruh lokasi

Sejumlah penelitian memperlihatkan bahwa lokasi tumbuh dapat secara nyata mempengaruhi kadar zat gizi dalam jaringan tanaman. Lokasi tumbuh dapat mempengaruhi kandungan zat gizi tanaman tetapi pada umumnya pengaruhnya kecil.

Peranan kesuburan tanah

Peningkatan kesuburan tanah lebuh condong menaikkan hasil daripada meningkatkan mutu gizi tanaman. Pengaruh yang kecil terhadap susunan tanaman pernah dilaporkan. Salah gizi yang terdapat pada hewan memamah biak yang memakan tanaman yang kekurangan unsur mikro membuktikan bahwa tanah dapat mempengaruhi kadar unsur mikro pada tanaman. Adanya gondok endemik merupakan satu-satunya bukti adanya hubungan langsung antara kekurangan unsur pada tanah dan salah gizi yang menimpa populasi manusia. Hubungan antara kesuburan tanah dengan gizi tanaman masih ada kesimpang siuran, hal ini disebabkan oleh keterkaitan yang rumit antara unsur dalam tanah. Pemberian satu macam unsur dapat mempengaruhi ketersediaan unsur lain. Penambahan campuran unsur dapat mengakibatkan berbagai pengaruh terhadap tanaman yang tumbuh pada tanah tersebut.

Pengaruh pupuk Nitrogen

Nitrogen merupakan unsur hara yang paling sedikit terdapat dalam tanah. Tanaman ynag tumbuh di tanah yang kekurangan Nitrogen menunjukkan pertumbuhan yang lambat, daunnya kuning, hasilnya rendah, dan kadang-kadang proteinnya rendah.

Dari hasil penelitian pengaruh nitrogen terhadap beberapa komponen gizi seperti, asam askorbat, karoten, tiamin, dan mineral besi terbukti bahwa pupuk nitrogen pada tanah berpengaruh nyata terhadap kuantitas hasil tanaman, namun tidak berpengaruh nyata terhadap susunan zat gizi.

           

Pengaruh pupuk kalsium

Jumlah kalsium (Ca) dan magnesium (Mg) dalam tanah berpengaruh penting terhadap pH tanah. Akar tanaman yang tumbuh pada tanah yang kekurangan kalsium ukurannya pendek dan membesar seperti umbi serta kurang mampu menyerap dan mengasimilasi senyawa nitrat. Akibatnya gula akan terakumulasi dalam jaringan. Dari beberapa penelitian melaporkan bahwa tidak ada pengaruh kalsium terhadap kandungan gizi tanaman pangan.

Dari beberapa penelitian yang telah dilaporkan pengaruh pupuk terhadap kadar zat gizi umumnya bertentangan satu sama lain, umumnya pengaruh yang nyata adalah pada peningkatan produksi sedangkan pengaruhnya terhadap zat gizi tidak nyata.

Pengaruh ukuran

Kobis yang ukurannya kecil lebih kaya asam askorbat daripada yang ukurannya besar, dan asam ini terutama terdapat dibagian tengah. Kentang yang dihasilkan tanaman berukuran besar lebih kaya asam askorbat dibandingkan tanaman kecil, namun kadar asam askorbat bagian kulit sama saja dengan bagian dalam.

Kadar asam askorbat buah persik terbesar di bawah kulitnya dan terkecil di sekeliling bijinya. Vitamin dan mineral dari biji terdapat dalam jumlah lebih besar pada lapisan kulit. Buah dan biji yang ukurannya lebih kecil cenderung lebih kaya zat gizi karena zat gizi terkumpul dekat permukaan. Bahan berukuran kecil mempunyai luas permukaan persatuan berat yang lebih besar.

Pengaruh derajat kemasakan

Dari beberapa hasil penelitian dilaporkan bahwa beberapa hasil tanaman pangan mencapai nilai tertinggi pada saat belum masak. Selain itu tingkat kadar suatu zat gizi mencapai maksimum berbeda-beda, bergantung kepada macam zat gizi dan spesies tanaman.