Air Dalam Pangan

Peran Air Dalam Sistem Pangan

Air memiliki peranan penting dalam sistem pangan, yaitu (1) memengaruhi kesegaran, stabilitas, dan keawetan pangan, (2) berperan sebagai pelarut universal, (3) berperan dalam reaksi-reaksi kimia, (4) memengaruhi aktivitas enzim, (5) faktor penting untuk pertumbuhan mikroba, (6) menentukan tingkat resiko keamanan pangan, dan (7) sebagai medium pindah panas.

1. Pengaruh kesegaran, stabilitas, dan keawetan pangan

Pada buah-buahan dan sayuran segar, kandungan air mencerminkan kesegarannya. Buah dan sayur yang mengalami penurunan kandungan air akan tampak layu dan tidak segar. Kandungan air dalam pangan juga memengaruhi tingkat stabilitas keawetan pangan. Semakin tinggi kadar air, pangan umumnya semakin mudah rusak, baik karena kerusakan mikrobiologis maupun reaksi kimia. Tomat, susu, daging, dan ikan sangat mudah rusak dan memilki umur simpan pendek karena merupakan bahan pangan segar dengan kadar air tinggi. Sedangkan pangan kering seperti kacang-kacangan, terigu, saus bubuk, dan buah kering lebih awet dan memiliki umur simpan yang lebih lama.

Peningkatan kandungan air dalam beberapa pangan olahan dapat menjadi indikasi penurunan mutu. Produk pangan kering, seperti permen, krupuk, dan biskuit mengandung air yang rendah, namun peningkatan kadar air melalui penyerapan uap air dari lingkungan menyebabkan penurunan mutu pada produk pangan tersebut, misalnya tidak renyah, menggumpal, melunak, lengket, dan sebagainya.

2. Peran air sebagai pelarut universal

Sifat polar air menyebabkan air dapat digunakan sebagai pelarut universal bagi senyawa organik polar dan ionik. Air dapat melarutkan senyawa sakarida rantai pendek (monosakarida, disakarida, & oligosakarida), vitamin larut air (vi. B dan C), dan garam mineral. Sifat melarutkan ini karena pembentukan ikatan hidrogen antara molekul air dengan molekul polar atau molekul interaksi ionik dengan ion bebas.

3.  Peran air dalam reaksi-reaksi kimia

Diantara reaksi-reaksi kimia yang melibatkan air adalah reaksi polimerisasi dan hidrolisis komponen makromolekul (karbo, lemak, protein). Setiap reaksi pembentukan ikatan satu monomer dengan monomer lain akan membebaskan satu molekul air. Sebagai contoh, reaksi pembentukan tripeptida dari dipeptida dan asam amino akan membebaskan satu molekul air pada saat ikatan peptida terbentuk.

 

Sebaliknya, reaksi hidrolisis memerlukan molekul air, dimana setiap pemutusan ikatan memerlukan satu molekul air.

 

Selain terlibat dalam reaksi-reaksi diatas, kandungan air dalam pangan akan mempengaruhi kecepatan beberapa reaksi kimia, seperti reaksi kecoklatan non-enzimatis (Maillard), reaksi oksidasi lemak, reaksi hidrolisis.

4. Pengaruh air terhadap aktivitas enzim

Banyak reaksi kimia dalam sistem pangan/biologis melibatkan aktivitas enzim tertentu, dimana keberadaannya dapat diinginkan atau tidak diinginkan. Contoh yang diinginkan adalah enzim protease dan lipase yang diperlukan dalam proses pematangan keju untuk menghasilkan flavour khas yang diinginkan. Contoh aktivitas enzim yang tidak diinginkan adalah aktivitas enzim lipoksigenase dalam kacang kedelai yang dapat memecah lemak tidak jenuh sehingga membentuk bau langu pada susu kedelai.

5. Peranan air terhadap pertumbuhan mikroba

Air merupakan salah satu komponen penting yang diperlukan untuk pertumbuhan mikroba (kapang, khamir, bakteri), disamping juga komponen nutrisi, suhu, dan pH. Mikroba membutuhkan air bebas karena mikroba tidak dapat menggunakan air yang terikat dalam matriks pangan. Secara umum mikroba dapat tumbuh lebih mudah dalam pangan yang mengandung kadar air tinggi dan sulit tumbuh pada pangan dengan kadar air rendah.

6. Peran air dalam menentukan tingkat resiko keamanan pangan

Karena kandungan air dalam pangan memengaruhi pertumbuhan mikroba, termasuk mikroba pembusuk dan patogen maka pangan memiliki tingkat risiko keamanan pangan yang berbeda-beda. Pangan dengan kandungan air besar umumnya lebih mudah ditumbuhi mikroba sehingga lebih berisiko dari segi keamanan pangan.

7. Peranan air sebagai media pindah panas

Air memiliki koduktivitas panas yang cukup tinggi (0.5984 W/m੦K), yang menyebabkan air dapat menghantarkan panas. Sifat ini menjadikan air dapat menjadi media oindah panas yang baik dalam proses-proses pengolahan panas.

 

Reaksi Reaksi Kimia Dalam Pangan

    Komponen kimia dalam pangan dapat mengalami perubahan/bereaksi dengan melibatkan sisi-sisi reaktifnya, baik karena bereaksi secara kimia dengan komponen kimia lain dalam pangan atau dengan senyawa kimia lain dari lingkungan, misalnya oksigen, uap air, dan sebagainya. Reaksi-reaksi kimia dalam pangan dapat berlangsung dengan melibatkan satu atau lebih reaksi kimia, tergantung komponen kimia yang ada dalam bahan. Mengingat pangan adalah sistem yang kompleks, mengandung senyawa kimia beragam interaksi antarkomponen pangan ini sering kali disertai dengan perubahan karakteristik dan mutu pangan, baik yang diinginkan atau tidak diinginkan.

Reaksi Kecoklatan Enzimatis

   Pembentukan warna cokelat ini dipicu oleh reaksi oksidasi yang dikatalis oleh enzim fenol oksidase/polifenol oksidase. Kedua enzim ini dapat mengkatalis reaksi oksidasi senyawa fenol yang menyebabkan perubahan warna menjadi cokelat. Dalam bahan pangan, seperti apel, pisang, dan kentang, kelompok enzim oksidase tersebut dan senyawa fenol tersedia secara alami. Enzim oksidase akan reaktif dengan adanya oksigen. Ketika bahan pangan tersebut terkelupas / terpotong maka bagian dalam permukaan bahan akan terkontaminasi oleh oksigen sehingga akan memicu reaksi oksidasi senyawa fenol dan mengubah permukaan bahan pangan menjadi cokelat.
    Reaksi kecoklatan enzimatis tidak diinginkan karena pembentukan warna cookelat pada buah atau sayur sering diartikan sebagai bentuk kerusakan / penurunan mutu. Untuk mencegah terjadinya reaksi enzimatis maka enzim oksidase tersebut harus diinaktivasi, misalnya dengan pemanasan, penambahan senyawa antioksidan (misalnya vitamin C dan sulfur dioksida), penambahan sirup gula, atau pemvakuman untuk menghilangkan oksigen.

Reaksi Kecoklatan Non-Enzimatis

    Mengapa cookies yang dipanaskan dalam oven menjadi cokelat ? Mengapa susu steril berangsur-angsur mengalami perubahan warna kecokelatan selama penyimipanan ?
   Fenomena perubahan warna cokelat di atas disebabkan oleh terjadinya reaksi kecokelatan  non-enzimatis. Reaksi kecokelatan non-enzimatis sering juga disebut dengan reaksi Maillard. Reaksi ini terjadi bila dalam pangan terdapat gula pereduksi (gula aldosa) dan senyawa yang mengandung gugus amin (asam amino, protein, atau senyawa lain yang mengandung gugus amin). Reaksi awal antara gula pereduksi dengan gugus aminmembentuk senyawa intermediet N-subtituted glycosylamin. Selanjutnya, senyawa intermediete ini akan membentuk senyawa intermediete berikutnya yang alur reaksinya dipengaruhi oleh jenis gula, jenis senyawa yang mengandung gugus amin, kondisi pH, suhu, dan aktivitas air. Akhir dari reaksi Maillard akan menghasilkan pigmen melanoidin, yang bertangggung jawab pada pembentukan warna cokelat. Reaksi Maillard dapat dipicu oleh pemanasan pada suhu tinggi, seperti proses penyangraian, penggorengan, pemanggangan, dan pemasakan. Reaksi Maillard dapat juga terjadi selama penyimpanan produk pangan, namun dengan laju reaksi yang lebih lambat.

Reaksi Karamelisasi

    Apabila gula sederhana, misal sukrosa, dipanaskan pada suhu tinggi (>170⁰C) maka serangkaian reaksi kimia yang terjadi akan menyebabkan pembentukan warna cokelat karamel dan flavor yang disukai. Reaksi ini disebut dengan reaksi karamelisasi. Karamelisasi melibatkan tahapan reaksi yang kompleks, seperti reaksi inversi dan fragmentasi yang menghasilkan senyawa asam organik, aldehida, dan keton yang bersifat voolatil, serta pigmen karamel yang membentuk warna cokelat.

Reaksi Oksidasi dan Hidrolisis Lemak

    Mengapa minyak goreng yang digunakan untuk memasak lama kelamaan akan rusak dan tengik ? Mengapa minyak ikan harus disimpan dalam kemasan yang gelap ?

    Pembentukan aroma tengik pada minyak atau makanan yang mengandung lemak disebabkan oleh kerusakan lemak/minyak. Reaksi kerusakan yang terjadi dapat disebabkan oleh reaksi oksidasi atau reaksi hidrolisis. Apa perbedaan di antara keduanya ?

   Reaksi oksidasi lemak terutama terjadi pada lemak yang mengandung asam lemak tidak jenuh (unsaturated fatty acid) pada rantai karbonnya, yaitu memiliki ikatan rangkap tunggal. Ikatan rangkap pada asam lemak tidak jenuh bersifat reaktif dan mudah mengalami reaksi oksidasi. Bila lemak menggandung lemak tidak jenuh teroksidasi oleh oksigen maka ikatan rangkap tersebut akan terputus dan oksigen akan menjadi bagian molekul lemak dengan membentuk senyawa radikal peroksida (ROO⦁). Senyawa tersebut bersifat reaktif yang dapat memicu reaksi oksidasi berikutnya. Reaksi oksidasi berikutnya akan membentuk hidroperoksida (ROOH) yang mudah terdegradasi lebih lanjut membentuk senyawa berantai pendek dari golongan aldehida, keton, dan alkohol yang tercium sebagai bau tengik. Reaksi hidrolisis dapat dikatalis oleh adanya cahaya, suhu, oksigen, dan logam. Hal ini menjelaskan mengapa minyak ikan yang banyak mengandung asam lemak tidak jenuh jamak terhadap cahaya. Pengemasan vakum juga dapat menghilangkan oksigen sehingga reaksi oksidasi lemak tidak jenuh dapat dihambat.
    Reaksi hidrolisis lemak terjadi apabila lemak terhidrolisis menjadi asam lemak bebas dan gliserol. Penyebab aroma tengik disebabkan oleh pembentukan asam lemak bebas. Reaksi ini disebut juga dengan istilah lipolisis. Reaksi hidrolisis lemak dapat terjadi baik pada lemak jenuh atau tidak jenuh. Reaksi ini dapat dipercepat oleh aktivitas enzim lipase dan panas. Karena reaksi hidrolisis memerlukan air maka keberadaan air akan mempercepat reaksi. Karena itu, minyak goreng yang digunakan untuk menggoreng bahan pangan yang banyak mengandung air akan cepat megalami ketengikan hidrolitik.

Hidrolisis Pati

    Pati yang disusun oleh amilosa dan amilopektin dapat mengalami hidrolisis oleh adanya asam atau enzim hidrolase (misalnya 𝛂-amilase, 𝛃-amilase, dan glukoamilase). Reaksi hidrolisis yang terjadi adalah pemutusan ikatan-ikatan glikosidik pada struktur amilosa dan amilopektin sehingga terbentuk monosakarida, disakarida, atau polisakarida dengan rantai ynag lebih pendek (misalnya maltodekstrin). Hidrolisis pati menyebabkan pati kehilangan sifat gelatinisasinya dan lebih larut dalam air. Reaksi hidrolisis pati banyak diaplikasikan secara komersial untuk memproduksi glukosa, sirup glukosa, dan maltodekstrin. Reaksi hidrolisis enzimatis lebih banyak dilakukan dibandingkan dengan hidrolisis asam.

Retrogradasi Pati

   Mengapa roti bila dimasukkan ke dalam lemari pendingin menjadi keras dan menjadi masir (grainy)? Fenomena ini disebabkan oleh terjadinya retrogradasi pati. Retrogradasi pati, pembentukan ikatan-ikatan hidrogen yang terbentuk antara gugus hidroksil pada molekul-molekul amilosa dan amilopektin sehingga membentuk tekstur yang keras. Ikatan hidrogen ini semakin menguat bila suhu diturunkan sehingga struktur pati menjadi semakin kompak / padat. Ikatan hidrogen ini akan melemah kembali apabila pati dipanaskan. Fenomena terjadinya retrogradasi pati pada roti disebut dengan bread staling

Oksidasi Vitamin C

    Vitamin C / asam askorbat adalah salah satu vitamin larut air yang mudah mengalami kerusakan oleh reaksi oksidasi. Reaksi oksidasi vitamin C akan membentuk asam L-dehidroaskorbat yang sangat labil dan dapat mengalami perubahan lebih lanjut menjadi asam L-diketogulonat yang memiliki kereaktifan sebagai vitamin C. Reaksi oksidasi vitamin C melibatkan oksigen. Struktur kimia vitamin C mengandung gugus-gugus reaktif yang mudah teroksidasi oleh oksigen. Vitamin C mudah rusak selama pemasakan dan penyimpanan. Reaksi oksidasi vitamin C akan berlangsung lebih cepat oleh adanya pemanasan, cahaya, alkali, keberadaan oksidator dan katalis. Untuk meminimalkan kerusakan vitamin C, pengemasan dan pengendalian suhu pemasakan menjadi sangat penting. Karena sifatnya yang mudah teroksidasi vitamin C merupakan salah satu bahan tambahan pangan yang sering digunakan dalam formulasi produk pangan sebagai antioksidan.