Perubahan Karakteristik dan Mutu 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. Seberapa cepat reaksi kimia berlangsung akan sangat dipengaruhi oleh karakteristik bahan (misal pH, aktivitas air, enzim, atau katalsator), kondisi proses pengolahan (suhu, tekanan, dan homogenisasi), atau kondisi penyimpanan (misalnya suhu, waktu, kelembapan udara, keberadaan oksigen, cahaya, jenis kemasan, aktivitas mikroba).
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. Sebagai contoh:

1. Pembentukan bau langu pada susu kedelai akibat adanya reaksi oksidasi lemak tak jenuh oleh aktivitas enzim.
2. Penggumpalan putih telur karena pemanasan menyebabkan terjadinya denaturasi protein, dimana terjadi perubahan struktur protein dari struktur tersier ke sekunder. 
3. Aroma khas pada tempe disebabkan adanyabreaksi hidrolisis protein membentuk peptida-peptida rantai pendek yang mengandung   residu asam glutamat yang berkontribusi pada pembentukan flavor yang disukai.
4. Reaksi lanjut hidrolisis lemak tak jenuh dapat menyebabkan perubahan fisik dan sensori lemak, yaitu lemak menjadi gelap dan tercium bau tengik yang tidak diinginkan. 
5. Reaksi Maillard yang terjadi pada roti dapat menyebabkan pembentukan warna cokelat yang diinginkan.

    Reaksi kecoklatan enzimatis tidak diinginkan karena pembentukan warna cokelat pada buah atau sayur banyak diartikan sebagai kerusakan/penurunan mutu. Untuk mencegah reaksi enzimatis maka enzim oksidase tersebut harus diinaktivasi, misalnya dengan pemanasan (blansir), penambahan senyawa antioksidan (misal vitamin C dan sulfur dioksida), penambahan sirup gula, atau pemvakuman untuk menghilangkan oksigen.

Reaksi Kimia yang Terjadi	Komponen Kimia yang Terlibat	Faktor yang Mempengaruhi	Atribut Mutu yang Dipengaruhi
Reaksi Oksidasi	Lemak tidak jenuh	Suhu tinggi, oksigen, cahaya, katalisator (metal)	Kerusakan lemak, pembentukan bau tengik (off-flavour), perubahan warna dan rasa, penurunan nilai gizi, dan pembentukan komponen toksik.
	Vitamin C, klorofil	Oksigen, cahaya	Kerusakan vitamin C dan klorofil
Reaksi Hidrolisis	Lemak jenuh/tidak jenuh	Air, suhu tinggi	Kerusakan lemak, pembentukan bau tengik, serta peerubahan tekstur dan nilai gizi.
	Pati (amilosa dan amilopektin), enzim amilase	Air, suhu, asam, jenis enzim	Kehilangan sifat gelatinisasi, kehilangan kemampuan membentuk gel, dan peningkatan sifat kelarutan dalam air
Reaksi Kecoklatan	Non-enzimatis: Gula pereduksi dan gugus amin pada asam amino/protein	Suhu tinggi, pH, aktivitas air, katalisator	Pembentukan warna cokelat dan perubahan flavour
	Enzimatis: polifenol oksidasi, fenol oksidase, senyawa fenolik	Oksigen, cahaya, suhu	Pembentukan warna cokelat, perubahan flavour, dan tekstur
	Karamelisasi: gula sederhana (sukrosa, glukosa, fruktosa)	Pemanasan pada suhu tinggi	Pembentukan warna cokelat dan flavour
Denaturasi	Protein	Suhu tinggi, alkohol, asam/basa, logam berat	Perubahan tekstur, penggumpalan protein, dab kehilangan sifat kelarutan
Gelatinisasi	Pati (amilosa dan amilopektin)	Suhu, air, komponen lain (asam, gula, enzim)	Kehilangan sifat kristal pati, dan memengaruhi kelarutan dalam air, kekentalan dan kekuatan gel
Retrogradasi	Pati (amilosa dan amilopektin)	Suhu dingin	Sineresis, perubahan tekstur, dan penurunan daya cerna pati

Kimia Komponen Pangan

     Pangan dapat disusun oleh komponen makro (air, karbohidrat, lemak, dan protein) dan komponen mikro (vitamin, mineral, pigmen, dan komponen organik lainnya). Bahan tambahan pangan tidak termasuk ke dalam komposisi kimia pangan segar karena bahan ini ditambahkan ke dalam formulasi pangan pada saat proses pengolahan pangan. Enam komponen pertama, yaitu air, karbohidrat, lemak, protein, vitamin, dan mineral disebut dengan komponen gizi yang merupakan komponen utama agar manusia dapat mempertahankan hidup. Komponen kimia mikro (vitamin dan mineral) lebih banyak berperan dalam memelihara kesehatan dan kebugaran tubuh.

Air

    Air adalah senyawa kimia penting yang menyusun pangan. Air tersusun oleh atom hidrogen (H) dan oksigen (O) yang berikatan membentuk molekul H₂O. Pangan seluruhnya mengandung air dengan jumlah yang berbeda-beda. Air dalam pangan berperan dalam memengaruhi tingkat kesegaran, stabilitas, keawetan, dan kemudahan terjadinya reaksi-reaksi kimia, aktivitas enzim, serta pertumbuhan mikroba. Air dalam pangan ada yang berada dalam keadaan bebas (free water), terserap dalam jaringan pangan (adsorbed water), atau terikat secara kimia pada senyawa lain (bound water).
    Air dalam pangan dapat dinyatakan dalam bentuk kadar air dan aktivitas air. Kadar air menyatakan jumlah absolut air dalam pangan sebagai komponen pangan. Aktivitas air menunjukkan bagaimana air dapat berperan pada suatu reaksi kimia dan biologi pada pangan tersebut.

Karbohidrat

    Karbohidrat adalah senyawa organik yang diperoleh dari hasil fotosintesis tanaman. Karbohidrat disusun oleh tiga atom yaitu, karbon (C), hidrogen (H), dan oksigen (O) dan dikenal dengan rumus Cx(H₂O)y. Dari tiga atom penyusun tersebut, karbohidrat dapat disintesis dalam jumlah yang besar dan beragam, yang dikelompokkan menjadi karbohidrat sederhana (monosakarida dan disakarida), oligosakarida, dan polisakarida kompleks.

    Selain pengelompokkan itu, karbohidrat juga dapat dikelompokkan menjadi karbohidrat yang dapat dicerna (digestible carbohydrate) dan karbohidrat yang tak dapat dicerna (non-digestible carbohydrate). Karbohidrat dapat dicerna adalah kelompok karbohidrat yang dapat dimanfaatkan oleh manusia sebagai sumber energi, dimana karbohidrat tersebut dapat dipecah enzim dalam sistem pencernaan manusia, diantaranya adalah monosakarida (glukosa, galaktosa, fruktosa), disakarida (maltosa, laktosa, dan sukrosa), dan poli sakarida (maltodekstrin, amilosa, dan amilopektin). Karbohidrat tak dapat dicerna tidak dapat menjadi sumber energi karena tidak dapat dihidrolisis oleh enzim dalam sistem pencernaan manusia. Karbohidrat ini sering juga disebut dengan serat pangan (dietary fiber). Karbohidrat seperti oligosakarida (rafinosa, stakiosa, dan verbakosa) dan plisakarida (selulosa, hemiselulosa, lignin, pektin, dan pati resisten) adalah contoh karbohidrat tak dapat dicerna.

Lemak

    Lemak adalah satu kelompok lipid sederhana yang disintesis dari asam lemak dan gliserol. Lemak tersusun oleh atom utama karbon (C), hidrogen (H), dan oksigen (O). Dibandingkan dengan karbohidrat, jumlah atom hidrogen struktur lemak lebih banyak, sedangkan jumlah atom oksigennya lebih sedikit. Asam lemak penyusun lemak dapat dikelompokkan menjadi asam lemak esensial dan non-esensial. Lemak yang dibutuhkan manusia adalah asam lemak esensial, yaitu asam lemak yang tidak dapat disintesis oleh tubuh manusia sehingga harus disuplai dari pangan, misalnya asam oleat, asam linoleat, dan asam linilenat.

    Gliserol dapat mengikat maksimal tiga molekul asam lemak. Berdasarkan jumlah asam lemak yang terikat pada gliserol, asam lemak dapat dikelompokkan menjadi monogliserida, digliserida, dan trigliserida. Istilah lemak/minyak biasanya merujuk pada kelompok trigliserida. Monogliserida dan digliserida banyak digunakan sebagai emulsifier karena memiliki struktur gugus polar dan non-polar, yang bersifat hidrofilik (dapat mengikat air) dan hidrofobik (dapat mengikat lemak).

    Lemak dapat dibedakan dari minyak berdasarkan pada asam lemak yang terikat dan wujudnya pada suhu ruang. Lemak banyak mengandung asam lemak jenuh (saturated fatty acid), sadangkan minyak banyak mengandung asam lemak tak jenuh (unsaturated fatty acid). Lemak memiliki titik leleh lebih tinggi sehingga lemak umumnya berwujud padat pada suhu ruang, sedangkan minyak berwujud cair. Butter, lard, dan margarin adalah contoh lemak padat, sedangkan minyak sawit minyak kedelai, dan minynak kanola adalah contoh minyak cair.

Protein

    Protein adalah makromolekul yang mengandung atom karbon (C), oksigen (O), hidrogen (H), dan nitogen (N). Beberapa rantai protein juga mengandung atom sulfur (S). Protein disusun oleh beragam monomer asam amino yang berikatan satu sama lain melalui ikatan peptida.

    Sumber protein dapat berasal dari tanaman (misal kedelai, gandum, jagung) dan hewan (susu, telur, daging, dan ikan). Protein dapat dibedakan berdasarkan struktur fisik molekul kimianya (struktur premier, sekunder, tersier, dan kuartenener), sifat kelarutannya (albumin, globulin, prolamin, dan glutelin), atau fungsinya dalam sistem tubuh (protein fibrous dan protein glubular). Disamping sebagai sumber gizi, protein memiliki sifat fungsional dalam proses pengolahan pangan, yaitu sebagai emulsifier, pembentuk busa, pengental, dan pembentuk gel. Protein tertentu juga berfumgsi sebagai enzim yang dapat mengkatalis reaksi-reaksi kimia dalam sistem biologis.

    Sebagaimana protein, asam amino juga mengandung atom C, H, O, dan N, dan ada pula asam amino yang mengandung atom S, yaitu metionin. Terdapat 20 jenis asam amino di alam yang dapat membentuk struktur protein. Sembilan diantaranya adalah asam amino esensial yang tidak dapat disintesis oleh manusia sehingga harus disuplai dari pangan, yaitu asam amino isoleusin, leusin, metionin, fenilalanin, treonin, valin, lisin, histidin (diperlukan bayi dan anak-anak), dan arginin (diperlukan oleh bayi). Asam amino memiliki dua gugus fungsional yang terikat pada atom karbon α, yaitu gugus amin (NH₂) yang bersifat basa dan gugus karboksil (-COOH) yang bersifat asam. Sehingga asam amino bersifat amfoterik  yang artinya dapat bersifat asam atau basa tergantung pada kondisi pH lingkungan.

Vitamin

    Vitamin adalah komponen mikro yang terdapat dalam pangan, baik ada secara alami maupun ditambahkan secara sengaja untuk memberikan sifat fungsional tertentu (misal vit C dan tokoferol sebagai antioksidan). Vitamin adalah senyawa organik berantai pendek yang diperlukan tubuh manusia untuk mempertahankan kesehatan dan kebugaran. Vitamin berfungsi sebagai antioksidan, pencegah timbulnya penyakit, pembentukan sel darah, atau pembentukan koenzim untuk memfasilitasi reaksi enzimatis. Vitamin dikelompokkan berdasar kelarutannya, yaitu vitamin larut air, vitamin B dan C, dan vitamin larut lemak, vitamin A, D, E, dan K. Vitamin B sering disebut B kompleks karena terdiri atas berbagai jenis vitamin, yaitu B1 (thiamin), B2 (riboflavin), B3 (niacin), B4 (kolin), B5 (asam pantotenat), B6 (pirodoksin), vitamin B12 (sianokobalamin), serta biotin dan folasin (asam folat).

 

Mineral Esensial

    Mineral adalah komponen anorganik yang terdapat dalam periodik unsur. Di antara mineral yang ada di alam, hanya sekitar 17 mineral yang diperlukan oleh tubuh manusia, disebut dengan mineral esensial. Mineral esensial dapat dikelompokkan menjadi mineral mikro, diperlukan dalam jumlah yang sedikit, yaitu iodin (I), seng (Zn), besi (Fe), tembaga (Cu), flor (F), selenium (Se), molibdenum (Mo), mangan (Mn), dan cobalt (Co). Mineral makro, diperlukan dalam jumlah yang lebih besar, yaitu kalsium (Ca), fosfor (P), magnesium (Mg), sodium (Na), klor (Cl), potasium (K), dan sulfur (S). 

Bahan Tambahan Pangan

    Bahan tambahan pangan (BTP) adalah senyawa kimia yang diizinkan secara sengaja ditambahkan kedalam pangan agar dapat memperbaiki sifat/mutu produk olahan pangan, seperti memperpanjang umur simpan produk pangan, mencegah pengumpalan, memperbaiki warna, memperbaiki tekstur dan kekentalan, menstabilkan emulsi, serta meningkatkan intensitas kemanisan dan aroma. BTP dapat ditambahkan ke dalam pangan pada saat proses pengolahan, pengemasan, distribusi, atau penyimpanan. Berdasarkan fungsinya, BTP dapat dikelompokkan menjadi kelompok pemanis, pewarna, pengemulsi, pengawet, antioksidan, flavor, pengatur keasaman, penstabil, pengental, pengkelat logam, dan lain-lain.

    BTP yang ditambahkan dalam formulasi pangan harus dinyatakan aman untuk dikonsumsi manusia berdasarkan hasil kajian ilmiah. Penambahan BTP tidak boleh melampaui batas-batas maksimum yang diizinkan dan pengunaannya harus mengikuti peraturan penggunaan BTP yang ditetapkan oleh pemerintah. Penetapan batas maksimum BTP tersebut harus mempertimbangkan asupan harian yang dapat  diterima (acceptable daily intake/ADI) untuk masing-masing jenis BTP. 

Komponen Organik Mikro Lain

    Disamping komponen-komponen utama di atas, beberapa sumber pangan, terutama dari bagian tanaman, dapat menganadung komponen-komponen kimia mikro yang mempunyai sifat fungsional tertentu yang berguna bagi kesehatan kita, seperti hubungannya dalam menurunkan resiko jantung koroner, kanker, dan lain-lain. Komponen mikro ini disebut komponen bioaktif. Atau sering juga disebut komponen fitokimia karena berasal dari tanaman. Diantara komponen fitokimia yang banyak memperoleh perhatian para peneliti, di antaranya senyawa karotenoid, flavonoid, isoflavon, isoprenoid, allicin, terpen. Komponen fitokimia dapat dikonsumsi dalam bentuk pangan segar atau dalam bentuk ekstrak yang ditambahkan ke dalam produk olahan. Pangan olahan dengan fungsi kesehatan tertentu yang terdapat kandungan komponen bioaktif sering disebut dengan pangan fungsional.

    Bahan pangan segar juga secara alami dapat mengandung koponen toksik dalam jumlah kecil, misal asam sianida pada ketela, asam jengkolat pada jengkol, solanin pada kentang, asam oksalat pada bayam. Beberapa bahan pangan, terutama biji-bijian, mengandung antinutrisi yang dapat menghambat daya cerna/pennyerapan zat nutri, misalnya tripsin inhibitor (menghambat daya cerna protein), dan hemaglutin, fitat, dan tanin (mengikat mineral). Komponen toksik dan antinutrisi ini pada proses pengolahan harus dapat dihilangkan agar tidak memberikan efek buruk bagi kesehatan manusia.