oligosakarida sebagai pangan fungsional

14/04/2014
Klasifikasi Karbohidrat
OLIGOSAKARIDA SEBAGAI
PANGAN FUNGSIONAL
Tujuan Instruksional Khusus
dapat menjelaskan jenis-jenis
oligosakarida, sifat-sifatnya, manfaatnya bagi
kesehatan serta pemanfaatannya dalam bahan
pangan:
• Mahasiswa
Gula Sederhana
Disaccharides
1
14/04/2014
Oligosakarida
OLIGOSAKARIDA.........................
• Umumnya terdapat secara alami sebagai bagian dari
tanaman.
• Saat ini diproduksi secara massal dari :
 Sukrosa
 Laktosa
dengan enzim dari bakteri
 Glukosa
 Turunan pati
• Gula
alkohol (kecuali eritritol) diproduksi melalui
hidrogenasi mono atau disakarida seperti glukosa,
maltosa, laktosa serta hidrolisis sebagai derivatif pati.
OLIGOSAKARIDA .....................
• Mono dan oligo sakarida dikembangkan di Jepang sebagai
substitusi sukrosa.
• Aplikasi pada :
• Semakin
besar BM oligosakarida maka
intensitas kemanisannya semakin rendah.
• Tingkat kemanisan oligosakarida < ½ kali
sukrosa, dan umumnya < 1/3 kali kemanisan
sukrosa.
• Oligosakarida diklasifikasikan menjadi 2
group :
1. Derivatif sukrosa dan laktosa
2. Derivatif lainnya
OLIGOSAKARIDA........
• Umumnya terdapat secara alami sebagai bagian dari
tanaman.
 Cookies
• Saat ini diproduksi secara massal dari :
 Sukrosa
 Laktosa
dengan enzim dari bakteri
 Glukosa
 Turunan pati
 Cake
• Gula alkohol (kecuali eritritol) diproduksi melalui
 Soft drinks
 Candies
 Caramels
 Chocolate
 Breads
 Canned fruits
 Soft creams
 Jam dan jelly
hidrogenasi mono atau disakarida seperti glukosa,
maltosa, laktosa serta hidrolisis sebagai derivatif
pati.
 puding
2
14/04/2014
OLIGOSAKARIDA.........................
• Semakin besar BM oligosakarida maka intensitas
kemanisannya semakin rendah.
• Tingkat kemanisan oligosakarida < ½ kali
sukrosa, dan umumnya < 1/3 kali kemanisan
sukrosa.
• Oligosakarida diklasifikasikan menjadi 2 group :
1. Derivatif sukrosa dan laktosa
2. Derivatif lainnya
Prebiotik
• Nondigestible carbohydrate yang mempunyai
pengaruh baik terhadap host dengan memicu
aktivitas, pertumbuhan yang selektif, atau keduanya
terhadap satu jenis atau lebih bakteri penghuni kolon
OLIGOSAKARIDA
• Digolongkan kepada “PREBIOTIK” : komponen pangan
yang tidak dapat dicerna dan dapat merangsang
pertumbuhan mikroflora yang menguntungkan bagi
sistem pencernaan (umumnya dari kelompok
Bifidobacterium)  bifidogenic factors
• Prebiotik :
• Dapat difermentasi oleh bakteri
menguntungkan di dalam saluran
pencernaan
• Mengurangi pelekatan bakteri berbahaya
pada dinding saluran pencernaan
• Oligosakarida (2-20 monosakarida)
 FOS (fructooligosaccharides) (sereralia)
Inulin
GOS (galacto-oligosaccharides) (biji leguminosa)
Mananoligosakarida (MOS) (dinding sel khamir)
3
14/04/2014
• Keberhasilan dari prebiotik dilihat dari karakternya
• Pengaruh positif dari prebiotik terhadap kesehatan :
Antimicrobial
Anticarcinogenic
Hypolipidemic
 Glucosemodulatory
Anti-osteoporotic activities
yaitu :
Tidak dapat dihidrolisis oleh enzim dan tidak
diserap
Memperkaya bakteri yang menguntungkan
(apatogen)
Memberikan keuntungan bagi mikroflora usus dan
membantu aktivitasnya
Menurunkan populasi bakteri patogen
Meningkatkan imunitas tubuh secara tidak
langsung
Membantu meningkatkan dan memperbaiki
morfologi saluran cerna dengan meningkatkan area
permukaan dalam proses penyerapan dan
memperbaiki struktur mikrovili
FRUKTOOLIGOSAKARIDA
Tabel 1. Jenis-Jenis Mono dan Oligosakarida
 Banyak terdapat pada tanaman tanaman ataupun sayuran termasuk
diantaranya gandum, pisang dan bawang putih
 Secara komersial disintesis dari sukrosa atau dari ekstrak tanaman
Cichorium intybus
Oligosakarida
1. Neosugar
2. Galakto-oligosakarida
3. Xylo-oligosakarida
4. Isomalto-oligosakarida
5. Oligosakarida kedelai
6. Laktosukrosa
7. Laktulosa
8. Gula majemuk
9. Palatinosa
2.
Disakarida alkohol
1. Maltitol
2. Laktitol
3. Palatinit
80 – 95
30 – 40
30 - 40
Monosakarida
1. Eritritol (tetrosa alkohol)
2. Sorbitol (heksosa alkohol)
3. Manitol (heksosa alkohol)
4. Sorbosa (heksosa)
75 – 85
60 – 70
ca. 50
55 - 65
 Sifat2 FOS :
 Mempunyai sifat fungsional Yang mirip
gula
 Menurunkan titik beku dari dessert yang
beku
 Memberikan tekstur krispi pada
cookies rendah lemak
 Bertindak sebagai binder
(pengikat)
 Lebih larut dibanding sukrosa
 Kemanisan 30-50%
 Bertindak sebagai humektan pada
produk bakery
Kemanisan
(% Sukrosa)
30 – 60
20 – 40
ca. 50
ca. 50
ca. 70
35 – 60
60 – 70
50 – 60
37 - 45
1.
3.
4
14/04/2014
• Neo sugar :
• Oligosakarida kedele :
Campuran frukto oligosakarida dimana
 Komponen utama : rafinosa dan stakiosa  1
2 atau 3 molekul fruktosa berikatan
dengan residu fruktosa dari sukrosa
melalui ikatan -2,1
Diproduksi secara enzimatis dari
sukrosa
atau 2 molekul galaktosa berikatan dengan
residu glukosa dari sukrosa melalui ikatan 1,6
 Tdd : 30 % rafinosa dan stakiosa, 50%
sukrosa dan 20% monosakarida serta
komponen lainnya.
• Palatinosa
• Laktosukrosa (Galaktosil – sukrosa)
Mempunyai struktur mirip dengan rafinosa
tetapi ikatan galaktosa dengan glukosa berupa
ikatan -1,4
Isomer struktur dari sukrosa, mengandung
residu glukosa dan fruktosa dengan ikatan -1,6.
• Galakto-oligosakarida :
Polimer tdd 1 – 4 molekul galaktosa berikatan
• Coupling Sugar (Gula Majemuk)
Campuran glukosil-sukrosa dan maltosil-
sukrosa dimana 1 atau 2 molekul glukosa
berikatan dengan residu glukosa dari sukrosa
melalui ikatan -1,4.
dengan residu galaktosa dari laktosa
2 tipe galakto-oligosakarida :
1. Tdd galaktosa dengan ikatan -1,4
2. Tdd galaktosa dengan ikatan -1,6
 diproduksi secara terpisah melalui proses
yang berbeda
5
14/04/2014
• Laktosa :
FUNGSI FISIOLOGIS DARI MONO DAN OLIGOSAKARIDA
Derivatif laktosa, dimana residu
glukosa dari laktosa digantikan oleh
fruktosa.
• Pengaruh menguntungkan terhadap kesehatan :
 Pencernaan
 Absorpsi
 Fermentasi
• Xylo-oligosakarida :
Tdd pentosa
• Isomalto oligosakarida :
Tdd : isomaltotriosa dan panosa.
 Metabolisme
• Dari sisi proses metabolisme di dalam tubuh ada 2 tipe oligosakarida :
yang tidak dapat atau sedikit dihidrolisis oleh enzim pencernaan di
usus halus
2. yang dapat dicerna secara sempurna dan diabsorpsi oleh usus
halus
• Monosakarida juga ada 2 tipe :
1. Poorly absorbable dan dapat dimetabolisme
2. Dapat diabsorbsi tapi tidak dapat dimetabolisme
1.
• Berdasarkan fungsinya di dalam kesehatan,
• Mono dan oligosakarida yang tidak diabsorbsi
dan/atau dicerna di dalam usus halus akan
masuk ke usus besar, kemudian didegradasi
oleh bakteri kolon
mono dan oligosakarida diklasifikasikan atas 4
kelompok :
1. Menghasilkan energi yang lebih rendah dari
energi sukrosa
2. Tidak mempengaruhi sekresi insulin dari
pankreas
3. Meningkatkan mikroflora intestinal
4. Mencegah carries gigi
6
14/04/2014
Menghasilkan energi yang lebih rendah dari energi
sukrosa
Tidak mempengaruhi sekresi inulin dari pankreas
a. Oligosakarida yang tidak dapat dicerna tapi dapat
Neosugar
difermentasi : neosugar, rafinosa, stakiosa,
4-galaktosil-laktosa,
6-galaktosil-laktosa,
xylo-oligosakarida, maltitol, laktitol, palatinit,
laktulosa.
b. Monosakarida yang dapat diabsorpsi tapi tidak
dapat dimetabolisme : eritritol
c. Monosakarida yang “poorly abosrable” dan dapat
dimetabolisme : sorbitol dan manitol
Rafinosa
Stakiosa
4-galaktosil-laktosa
6-galaktosil-laktosa
Xylo-oligosakarida
Maltitol
Laktitol
Sorbitol
Palatinit
Laktolusa
Eritritol
Mencegah carries gigi
Meningkatkan mikroflora intestinal :
a.
• Neosugar
• Rafinosa
Oligosakarida yang dapat dicerna (digestable) :
 Coupling sugar
 Palatinosa
b.
Mono dan oligosakarida dengan kandungan energi rendah :
• Stakiosa
 Neosugar
 Maltitol
• 4-galaktosil-laktosa
 Rafinosa
 Laktitol
 Stakiosa
 Sorbitol
 4-galaktosil-laktosa
 Palatinit
 6 galaktosil-laktosa
 Laktulosa
 Xylo-oligosakarida
 eritritol
• 6-galaktosil-laktosa
• Xylo-oligosakarida
• laktulosa
7
14/04/2014
METABOLISME OLIGOSAKARIDA YANG
NONDIGESTABLE, NEOSUGAR
• Hasil studi terakhir mengenai metabolisme oligosakarida :
 Oligosakarida dan serat pangan tidak dapat dicerna dan diabsorbsi
, tapi dapat dimetabolisme oleh bakteri intestinal
PENELITIAN TENTANG METABOLISME OLIGOSAKARIDA
(NEOSUGAR)
• Komponen neosugar : 1-kestosa (GF2) dan nistosa (GF3)
tidak dihidrolisis oleh enzim pencernaan.
• Pemberian 14C-neosugar melalui intravenous tidak
didegradasi oleh enzim-enzim dan dikeluarkan melalui
urin tanpa mengalami dekomposisi
 Hasil ini menunjukkan bahwa neosugar tidak
dimetabolisme (tidak mempunyai fungsi fisiologis ???
Gambar 1. Jalur Produksi energi dari sakarida Nondigestable dan Nonabsorbable
PENELITIAN TENTANG METABOLISME OLIGOSAKARIDA
(NEOSUGAR)..........................
•
Jika 14C- neosugar diberikan secara oral kepada tikus
percobaan, maka 60% dari gula akan diubah menjadi 14CO2
dalam waktu 24 jam
 Hasil yang sama juga diperoleh pada pemberian 14Csukrosa, tetapi ada perbedaan waktu 3 jam lebih lama
dalam hal produksi 14CO2 pada tikus yang diberi 14Cneosugar daripada tikus yang diberi 14C-sukrosa.
 Hasil ini menunjukkan bahwa :
neosugar tidak dicerna dan tidak diabsorbsi oleh usus kecil
dan masuk ke usus besar kemudian difermentasi oleh
bakteri intestinal
SCFA yang dihasilkan diabsorbsi dan selanjutnya
dimetabolisme membentuk CO2 dan energi
Nondigestible and/or Nonabosbable Saccharides
(neosugar, raffinose,maltitol,lactitol,etc)
Intake
Digestion
Fermentation
Small Intetsine
Large Intetsine
Monosaccharide
SCFA
Absorption
Enzymatic Degradation
Available energy
•
8
14/04/2014
• Dari hasil penelitian di atas juga diperoleh : terjadi
Metabolisme Eritritol dan Energi yang Dihasilkan
perubahan komposisi mikroba intestinal ;
 % bakteri menguntungkan seperti bifidobakteri meningkat
• Eritritol :
 % bakteri berbahaya seperti Clostridium menurun
monosakarida yang dapat diabsorbsi tapi tidak
dimetabolisme  energinya rendah
 baik untuk mengintrol BB dan mencegah
obesitas
Tetrosa alkohol
Kemanisannya 75% dari sukrosa
Disintesis selama kultivasi Aureobasidium sp
(mutan yeast) di dalam media glukosa

FUNGSI FISIOLOGIS OLIGOSAKARIDA : MEMPERBAIKI
MIKROFLORA USUS
•
Metabolisme Eritritol dan Energi yang Dihasilkan ...
Metabolisme Eritritol dan Energi yang Dihasilkan ...
• Jika 14C-eritritol diberikan secara oral kepada tikus, maka
• Kesimpulan hasil penelitian di atas :
 >90% eritritol yang diberikan secara oral segera diabsorbsi oleh
usus besar dan diekskresikan ke dalam urin tanpa mengalami
degradasi
 Sisa eritritol (<10%) difermentasi di dalam usus besar, dan energi
yang dihasilkan : ±0,2-0,3 kkal/g (hanya 10% dari energi yang
dihasilkan sukrosa).
>90% eritritol yang diberikan akan diekskresikan melalui
urin tanpa mengalami degradasi dalam waktu 24 jam, dan
±6% diekskresikan dalam bentuk 14CO2; <1%
diekskresikan melalui feses.
• Tapi jika 14C-gliserol (triosa alkohol yang dapat
dimetabolisme dan diabsorbsi) diberikan secara oral
kepada tikus, maka 60% dikeluarkan dalam bentul 14CO2,
2% melaui urin sebagai metabolit dalam waktu 24 jam.
• Penelitian dengan hewan percobaan dan manusia : >90%
eritritol diekskresikan ke dalam urin dalam bentuk asalnya
selama 24 atau 48 jam.
•
9
14/04/2014
14C-Eritritol
Mono dan oligosakarida Tidak Mempengaruhi
Sekresi Insulin dari pankreas
Stomach
• Neosugar tidak dicerna di usus halus dan tidak menghasilkan
urine
Cecum and colon
More than 90%
Less than 10%
Fermentation
Feses
14
CO2
14CH
4
Few
Breath
SCFA
Absorbed
Flatus
Enzymatic Degradation
monosakarida  neosugar tidak mempengaruhi sekresi insulin
dari pankreas
• Pemberian neosugar kepada manusia secara oral tidak
mempengaruhi kadar gula darah dan kadar insulin.
• Hasil yang sama diperoleh dengan pemberian xylooligosakarida, galakto-oligosakarida, galaktosil-laktosil, maltitol,
laktitol, palatinit dan eritritol.
•
•
Mono dan oligosakarida dapat diberikan kepada penderita
diabetes melitus
14CO
2
Mono dan oligosakarida Tidak Mempengaruhi
Sekresi Insulin dari pankreas......................
Tabel 2. Dosis Maksimum Yang Diizinkan Pemberian Oligosakarida Agar
Tidak Menyebablan Diare pada Orang Dewasa Di Jepang
Sakarida
• Yang perlu diperhatikan :
Oligosakarida dapat memberikan energi sebesar 2
kkal/g
Pemberian dalam jumlah besar dapat mengakibatkan
diare, serta adanya gejala lain seperti flatulensi
Diare ini disebabkan oleh retensi osmogenik dari fluida
pada usus besar dan usus kecil  dapat diatasi dalam
beberapa hari (karena sakarida ini dapat digunakan
oleh bakteri intestinal).
•
Neosugar
4 Galaktosil-sukrosa
4-galakto-oligosakarida
6-galaktosil-laktosil
Xylo-oligosakarida
Maltitol
Palatinit
Eritritol
Sorbitol
Dosis Maksimum
(g/kg berat badan/hari)
Male
Female
0,3
0,4
0,6
0,6
0,28
0,28
0,3
0,3
0,12
0,12
0,3
0,3
0,3
0,3
0,66
0,8
0,17
0,24
10
14/04/2014
Pengganti Sukrosa Dapat Mencegah Carries Gigi
Pengganti Sukrosa Dapat Mencegah Carries Gigi......
• 3 penyebab terjadinya carries gigi :
1. konsumsi gula yang dapat difermentasi
2. Infeksi oleh bakteri
3. Kerusakan gigi
• 2 tipe pengganti gula yang noncariogenic :
1. Yang dapat dicerna di usus halus : coupling sugar, paltinosa
2. Yang tidak dapat dicerna : eritritol, sorbitol, neosugar, maltitol,
laktitol, palatinit.
• Akumulasi Streptococcus mutans pada gigi difasilitasi
• S.mutan tidak dapat memetabolisme coupling sugar dan
oleh biosintesis glukan tidak larut dari sukrosa secara
ekstraseluler sehingga menyebabkan timbulnya plaque.
 konsumsi sukrosa : penyebab carries gigi
palatnose, sehingga tidak dihasilkan glukan yang tidak
larut dan SCFA  pH menjadi < 5,5  menyebabkan
terjadinya demineralisasi enamel gigi.
•
OLIGOSAKARIDA MEMPERBAIKI MIKROFLORA
USUS
OLIGOSAKARIDA MEMPERBAIKI MIKROFLORA
USUS .......
• Neosugar, oligosakarida kedelai yang mengandung
• Bakteri intestinal memetabolisme oligosakarida dan
rafinosa dan stakiosa, xylo-oligosakarida, 4-galaktosil
laktosa, 6 galaktosil laktosa, 4 galaktosil-sukrosa dan
laktulosa  tidak dapat dicerna di usus halus tapi
difermentasi oleh bakteri di usus besar.
• Maltosa, sukrosa dan glukosa dicerna dan/atau
diabsorbsi di usus halus  tidak mempengaruhi
komposisi mikroflora usus.
menghasilkan SCFA  pH usus besar menurun (menjadi
asam)
•

 Bakteri menguntungkan yang resisten terhadap kondisi asam seperti
Bifidobacterium sp dan Lactobacillus sp meningkat.
 Bakteri berbahaya seperti Clostridium sp yang sensitif terhadap
kondisi asam menurun.
 Pertumbuhan Bifidobacterium sp berhubungan dengan produksi
amonia, indole, penol dan stakol, serta mengeliminasi komponen yang
bersifat karsinogenik selama fermentasi.
 Untuk memperbaiki mikroflora usus, biasanya diberika
derivatif laktosa dalam bentuk obat.
11
14/04/2014
FUNGSI OLOGISAKARIDA UNTUK MENINGKATKAN
ABSORBSI KALSIUM DAN MENCEGAH OSTEOPOROSIS
• In-vivo rat study :
 Short-chain fructooligosaccharide
 Difructose anhydride III and IV
 Galactooligosaccharides (transgalactosylated oligosacharide)
Usus Halus
Garam Ca
dilarutkan oleh
asam gastrat
Absorbsi Ca
Presipitasi Ca dengan
meningkatnya pH
Ca yang tidak
larut
Meningkatnya laju
absorbsi akan
mencegah presipitasi
 Maltitol
Promosi absorbsi Ca oleh
Asam Lemak Rantai Pendek
 Lactulose
 Polydextrose
 Guar gum hydrolysate (guar gum)
 Phosphorylated guar gum hydrolysate
 Water-soluble soybean fiber
 Resistant starch
Resolubilisasi garam
Ca dengan
menurunnya pH
Usus Besar
• Human study :
 Short-chain fructooligosaccharide
 Difructo anhydride III (DFA III)
Induksi aktivitas absorbsi
Ca (perubahan dalam
mukosa)
Gambar : kemungkinan mekanisme peningkatan aborsbsi Ca
DFA III
SIFAT DFA III SEBAGAI BAHAN PANGAN
• Diproduksi dari inulin yang terdapat pada “chicory root”
• Sangat stabil dalam asam, panas dan selama
dengan menggunakan enzim fruktotransferase dari
Arthrobacter atau Corynobacterium.
• Dari hasil penelitian : pengaruh DFA III terhadap absorpsi
Ca > FOS
penyimpanan
• Kurang rentan terhadap reaksi Maillard (Browning)
• Absorbsi air rendah
• Kelarutannya sangat mirip dengan sukrosa
• Kemanisan setengah dari sukrosa
12