BAB II - Ir. Ellen Lumisar Panggabean, MP.

Perubahan Biokimia Pada
Sayuran dan Buah-buahan
Pendahuluan
Sayuran dan buah-buahan segar
merupakan komoditas hidup
Tiap komoditas horti memiliki bentuk,
ukuran, cita rasa dan warna tertentu
Konsumen mensyaratkan komoditas
dengan ciri khas tersebut dan bebas
dari cacat.

Perubahan biokimia setelah panen dan dalam
penyimpanan sangat berpengaruh terhadap
karakteristik komoditas sayuran dan buah segar,
meliputi terutama :
• Respirasi
• Transpirasi
• Perubahan warna
• Perubahan tekstur
• Perubahan cita rasa
Pada tanaman, Fase Pertumbuhan = Maturasi
Faktor yang mempengaruhi
fase pertumbuhan :
Fotosintesis
Absorbsi air + mineral dari tanah
Substrat untuk metabolisme dihasilkan
sendiri melalui proses ini
Setelah panen
Fase Pematangan dan Senesensi
Faktor yang mempengaruhi :
1. Respirasi , Transpirasi
2. Perubahan biokimia = fisiologi pasca
panen
Hidup dipertahankan, dengan menggunakan
persediaan makanan + air yang masih ada
dalam sel, sampai habis
Mati
2.2. Fase Hidup Sayuran dan Buah-buahan Segar
1
Perkembangan
2
Pre Maturasi
Keterangan :
1. Pembentukan organ yg dpt di makan
2. Terminasi pertumbuhan alami dari organ
3. Awal dr periode kegunaan tapi umumnya
masih terlalu muda utk konsumsi rata2
4. Periode dayaguna maksimum
5. Perubahan degradatif menonjol
6. Akhir masa daya guna utk konsomsi manusia
3
Maturasi
4
Pematangan
Senesensi
5
Perkembangan
Degradasi
Waktu
Kematian
6
Kematangan Fisiologis Komoditas
Pada Berbagai Tk. Kematangan Komersial
Perkembangan
Kematian
Degradasi
Pertumbuhan
Maturasi
Pematangan
Senesensi
K.Polong
Melon
Pir
Squash
Ketimun
Apel
Tomat matang
Fase Hidup Utama
Pertumbuhan
Maturasi
Senesensi
Batas tidak bisa dibedakan dengan jelas,
Tumpang tindih
1. Fase Pertumbuhan
Pre maturasi
Pembelahan dan pembesaran
sel
menentukan ukuran akhir
produk
2. Fase Maturasi
Mulai sebelum fase pertumbuhan
berakhir
Aktivitas berbeda-beda tergantung
pada komoditas
Fase pertumbuhan/prematurasi +
maturasi = Fase perkembangan
3. Fase Senesensi
Fase dimana proses-proses katabolisme
(degradasi) lebih dominan daripada
proses anabolisme (sintesis) dengan
akibat terjadi penuaan (pelayuan) dan
berakhir dengan kematian
Fase pematangan (ripening) hanya
dijumpai pada buah-buahan ; fase akhir
maturasi atau fase awal senesensi
2.3. Respirasi (Oksidasi Biologis)
Definisi 1 : Proses hidup yang dilakukan oleh
setiap organisme hidup, dimana enargi
potensial diubah menjadi energi kinetik
dengan pembebasan panas.
Definisi 2 : Proses penguraian bahan
kompleks yang ada dalam sel (pati, gula,
asam organik) menjadi molekul yang lebih
sederhana seperti CO2, H2O disertai
pembebasan energi dan molekul lain yang
akan digunakan untuk reaksi sintetis dari sel
C6H12O6 + 6O2
Glukosa
Pati
Sakarida
Asam organik
6CO2 + 6H2O + Energi
Energi :
ATP 42 %
Panas sisanya
ATP disimpan dalam sel, panas dibebaskan ke lingkungan
Respirasi bisa dalam keadaan :
1. Aerob : glikolisis + TCA + Rantai pernafasan
2. Anaerob : glikolisis jalur PP
Laju Respirasi dipakai sebagai
:
Indikator aktivitas metabolisme dalam
jaringan sehingga dapat ditentukan
umur simpan potensial komoditas
Satuan ukuran
ml atau mg CO2.Kg-1.jam-1
ml atau mg O2.Kg-1.jam-1
Pola Respirasi
Kurva yang menggambarkan hubungan
antara laju respirasi terhadap waktu
selama periode perkembangan,
maturasi, pematangan dan senesensi
Pola respirasi pada buah ada 2 tipe :
1. Klimaterik
:tomat, mangga,
pisang, apel
2. Non-klimaterik : jeruk lemon, anggur
Laju respirasi buah klimaterik umumnya lebih tinggi
daripada buah non klimaterik
Pola Respirasi Klimaterik Beberapa Jenis Buah
Pola respirasi sayuran tidak
menunjukan ada klimaterik
Umumnya
sayuran
buah
bersifat non-klimaterik kecuali
tomat
Sayuran dari jaringan lain
hanya menunjukan penurunan
laju respirasi
Laju Respirasi Sayuran
dibedakan atas :
Laju respirasi tinggi : umumnya
jaringan muda yg aktif tumbuh, contoh
: mangga, asparagus, kapri
Laju respirasi rendah : umumnya
jaringan penyimpanan, contoh :
kentang, ubi, bawang
Laju respirasi sedang : antara lain
sayuran daun, contoh : kubis
Teori tentang pengendalian
klimaterik:
Teori menurunnya permeabilitas sel
Teori peningkatan sintetis protein
Teori perubahan pada rantai pernafasan
dalam hubungan dengan kegiatan sitokhrom
Teori perubahan aktivitas enzim pada masa
transisi pra hingga pasca klimaterik antara
lain Malat dehidrogenase dan Fosfo
fruktokinase
2.4. Inisiasi/pemicu Pematangan
ETILEN (CH2=CH2)
Bahan volatil yang dihasilkan sendiri oleh
sayuran, buah, bakteri dan fungi
Berfungsi sebagai hormon tumbuhan yang
mengatur :
1. Berbagai aspek pertumbuhan,
pekembangan dan senesensi
2. Pematangan buah (konsentrasi etilen
0,1-1 ppm)
Peranan Etilen Dalam
Pematangan Buah
Menstimulasi
aktivitas
respirasi,
absorbsi O2 naik : pada sayuran +
bahan non-klimaterik
Merangsang proses pematanagn
Mempercepat terjadinya klimaterik
menstimulasi biosintesis etilen pada
buah klimaterik dalam fase pematangan
Bila Etilen Diturunkan
Maka:
Pada bahan non-klimaterik,
laju respirasi juga turun
kembali
Pada bahan klimaterik, laju
respirasi tetap
Konsentrasi Etilen Sebagai
Hormon Pematangan :
Respon sudah tampak pada 10-20
ppm
Dalam praktek : 200 - 500 ppm
(0,5%)
Jangan gunakan >500 ppm,
karena :
1. Penghamburan = tidak efektif
2. Etilen eksplosif pada 3-30%
Kondisi pemeraman dengan etilen :
Suhu : 21-240C (suhu min. 15.50C)
Rh
: 85 - 90 %
Bahaya gas toksik etilen :
Tidak sadar/pingsan
Sulit bernafas
Bentuk cair :
Iritasi kulit/mata
Kulit terbakar
Absorbsi O2 Oleh Bahan Klimaterik
dan Non klimaterik
Produksi etilen dalam
jaringan buah
Klimaterik : Berfluktuasi
Non-klimaterik : Konstan
Prekursor untuk sintesis
etilen :
Metionin
Lipida
Biokimia Respirasi
Tujuan Respirasi
Mendapatkan sumber energi ATP untuk reaksi
metabolisme yang memungkinkan :
a. Mempertahankan keutuhan sel
b. Transportasi metabolit keluar masukl sel
c. Mempertahankan permeabilitas
Mendapatkan prekursor untuk reaksi sintetis
Jalur respirasi : aerob dan anaerob
Substrat untuk respirasi :glukosa dan pati
(utama), asam organik, asam lemak
Pati/Sukrosa
G-6-P
Jalur Glikolisis
(Utama)
Jalur Pentose-Fosfat
(Minor 30%)
CO2
F-6-P
F-1,6-Di P
Ribulose - 5-P
Triose-P
3-Fosfo-Gliserat
Jalur Aerob
CO2
CO2
Jalur Anaerob
Asam Piruvat
Asetaldehide
Acetil - CoA
As.Laktat
CO2
TCA
ATP
Etanol
Rantai Pernafasan
Laju respirasi dapat dipengaruhi oleh beberapa faktor, yaitu:
a. Ketersediaan substrat
b. Ketersediaan Oksigen
c. Suhu
Umumnya, laju reaksi respirasi akan meningkat untuk
setiap kenaikan suhu sebesar 100C. Namun, hal ini
tergantung pada masing-masing spesies.
d. Tipe dan umur tumbuhan
Masing-masing spesies tumbuhan memiliki perbedaan
metabolisme sehingga kebutuhan tumbuhan untuk
berespirasi akan berbeda pada masing-masing spesies.
Tumbuhan muda menunjukkan laju respirasi yang lebih tinggi
dibandingkan tumbuhan yang tua.
Respiration Quotient (RQ)
Produksi CO 2 (ml)
RQ 
Konsumsi O 2 (ml)
Perbedaan antara jumlah CO2 yang dilepaskan
dan jumlah O2 yang digunakan biasa dikenal
dengan Respiratory Ratio atau Respiratory
Quotient dan disingkat RQ. Nilai RQ ini
tergantung pada bahan atau subtrat untuk
respirasi
Diketahui nilai RQ untuk karbohidrat = 1,
protein < 1 (= 0,8 – 0,9), lemak 1 (1,33).
Vakuola
mangandung
persediaan,
asam-asam
organik
yang
dapat
digunakan sebagai substrat oksidari
dalam mitokhondria yaitu dalam siklus
Krebs (TCA)
CONTOH :
C4H6O5 + 3O2
4CO2 + 3H2O
Asam Malat
RQ Asam Malat = 1.3
RQ Glukosa = 1.0
RQ Asam Stearat = 0.7
Kesimpulan :
• RQ rendah, substrat umumnya asam lemak,
• RQ tinggi asam organik
 KLIMAKTERIK
 Klimakterik didefinisikan sebagai suatu fase yang
kritis dalam kehidupan buah, dan selamanya
terjadinya proses ini banyak sekali perubahan
yang berlangsung.
 Disamping itu juga dapat diartikan sebagai suatu
keadaan “autosimulation” dari dalam buah
sehingga buah menjadi matang yang disertai
dengan adanya peningkatan proses respirasi.
 Selain itu klimakterik dapat diartikan sebagai
suatu masa peralihan proses pertumbuhan
menjadi layu.
Buah klimaterik adalah buah yang banyak
mengandung amilum. Buah klimaterik
ditandai dengan peningkatan CO2 secara
mendadak, yang dihasilkan selama
pematangan.
Buah-buahan klimakterik yang sudah
mature, selepas dipanen, secara normal
memperlihatkan suatu laju penurunan
pernafasan sampai tingkat minimal, yang
diikuti oleh hentakan laju pernafasan yang
cepat sampai ke tingkat maksimal, yang
disebut puncak pernafasan klimakterik
Menurut Lord Broken (2011) pada buah
klimaterik, jumlah gas CO2 yang diproduksi
akan terus menurun, kemudian mendekati
pelayuan tiba-tiba produksi gas CO2
meningkat, dan selanjutnya menurun lagi.
Berdasarkan pola produksi gas CO2
nya,buah-buahan diklasifikasikan menjadi
tiga pola pernafasan :
1.
Gradual Decrease Type, yaitu jenis
yang menurun secara perlahan, dimana
kecepatan
respirasi
menurun
secara
perlahan selama proses pematangan.
Contoh : jeruk.
2. Temporary Rise Type, yaitu jenis yang
meningkat secara temporer, dimana
kecepatan respirasi meningkat secara
temporer dan pematangan penuh akan
terjadi setelah puncak respirasi tercapai.
Contoh : avokad, pisang, mangga.
3. Late Peak Type, yaitu jenis yang
mencapai
puncak
pernafasan
terlambat,dimana kecepatan maksimum
respirasi terjadi mulai dari keadaan
matang penuh sampai saat sangat matang
(over ripe). Contoh : stroberi.
Dari semua pengertian tersebut dapat
disimpulkan bahwa klimakterik adalah suatu
periode mendadak yang unik bagi buah-buahan
tertentu dimana selama proses itu terjadi
serangkaian perubahan biologis yang diawali
dengan proses pembuatan etilen. Proses ini
ditandai dengan mulainya proses pematangan.
Contoh buah klimaterik : mangga, pisang, apel
NON KLIMAKTERIK
Non-klimakterik didefinisikan sebagai kelompok
buah-buahan yang selama proses pematangan
tidak terjadi lonjakan drastis kecepatan respirasi,
sehingga karena tidak terjadi percepatan
kecepatan respirasi maka memungkinkan daya
simpan produk lebih lama. Buah-buahan yang
tidak pernah mengalami periode tersebut
digolongkan ke dalam golongan non klimakterik
seperti semangka; jeruk; nanas; dan anggur.
2.6 Perubahan Warna Pada
Buah-buahan
Buah-buahan matang penuh, umumnya
setelah mencapai puncak klimaterik, tetapi
konsumen mengasosiasikan matang dengan
ciri-ciri buah akibat aktivitas etilen yaitu :
a. Perubahan warna : perubahan pigmen
b. Perubahan tekstur : perubahan komponen
dinding sel
c. Perubahan rasa
d. Perubahan aroma
e. Perubahan pada protein
Peranan Etilen Pada Proses Pematangan
Buah-Buahan
 Etilen merupakan senyawa hidrokarbon tidak
jenuh pada suhu ruang
berbentuk gas, dapat
dihasilkan oleh jaringan tanaman hidup pada
waktu
tertentu. Etilen dapat menyebabkan
terjadinya perubahan-perubahan yang penting
dalam proses pertumbuhan dan pematangan hasil
pertanian.
 Etilen dalam kehidupan tanaman dapat
digolongkan sebagai hormon yang aktif dalam
proses pematangan. Disebut hormon karena
dapat memenuhi criteria sebagai hormon
tanaman,
 bersifat mobil (mudah bergerak) dalam
jaringan tanaman dan merupakan
senyawa organik.
 Etilen merupakan senyawa hidrokarbon tidak
jenuh pada suhu ruang
berbentuk gas,
dapat dihasilkan oleh jaringan tanaman hidup
pada waktu
tertentu. Etilen dapat
menyebabkan terjadinya perubahan-perubahan
yang penting dalam proses pertumbuhan dan
pematangan hasil pertanian.
 organic.
Etilen dalam kehidupan tanaman dapat
digolongkan sebagai hormon yang aktif
dalam proses pematangan. Disebut
hormon karena dapat memenuhi
kriteria sebagai hormon tanaman,
bersifat mobil (mudah bergerak) dalam
jaringan tanaman dan merupakan
senyawa
Etilen disamping dapat memulai proses
klimakterik, juga dapat mempercepat
terjadinya klimakterik
 Misalnya pada buah alpukad yang
disimpan
dalam udara biasa akan matang setelah 11 hari,
tetapi apabila
disimpan pada udara yang
mengandung etilen 10 ppm etilen selama 24
jam, maka buah alpukad akan matang selama 6
hari penyimpanan.
 Pada
buah-buahan
non
klimakterik,
penambahan etilen dalam konsentrasi tinggi
akan menyebabkan terjadinya klimakterik pada
buah tersebut, seperti pada jeruk.
Perubahan Warna
Pada buah matang penuh tampak :
Hilangnya warna hijau = Khlorofil,
terkecuali : alpukat, apel granny Smith.
Pada buah lain a.l. jeruk juga terjadi
degradasi khlorofil akibat suhu rendah
Timbul warna hijau lain (sintetis atau
penampakan) terutama karotenoida
yang berwarna kuning sampai merah
Degradasi khlorofil
disebabkan:
Perubahan pH (kebocoran membran
vakuola)
Oksidasi
Aktivitas enzim khlorofilase
Umumnya ketiga faktor ini bekerja
berurutan
Warna kuning-merah dari pigmen karotenoida
timbul karena :
a. Khlorofil yang menutupi warna tersebut terurai
b. Sintetis pigmen karotenoida dalam khromoplast
Pigmen karotenoid (C40 + >ikatan rangkap)
a. Karoten : -karoten, -karoten, likopen
b. Xantofil : capsantin (cabe) dan Capsorubin
(cabe)
Pigmen antosianin (merah-ungu kebiruan)
a. Ada di vakuola, terutama pada sel epidermis
b. Warnanya sering menutup warna pigmen
karotenoida dan khlorofil
Perubahan Pada Karbohidrat
Pati
Gula
pada pematangan pisang (pati) turun : 22%
1%
Akumulasi gula menimbulkan rasa manis
Terjadi pada buah klimaterik dan non
klimaterik
Melibatkan enzim amilase dan fosforilase
Amilase
Pati
H2O
Fosforilase
H3PO4
Maltosa
Maltosa
G-1-P
+UTP
Glukosa
Fosfo-Gluko
molase
G-6-P
Fosfo-hekso
isomerase
ADP
UDP-G+PPi
F-6-P
ATP
Sukrosa-P +
UDP
Pi
Sukrosa
H2O
Invertase
Sukrosa + Fruktosa
Bagan Konversi Pati
Gula
Senyawa Pektat Dalam
Hemiselulosa
Penguraian senyawa pektat dan hemiselulosa
mengakibatkan :
a. Dinding sel menjadi lemah
b. Gaya kohesi yang mengikat sel berkurang
Akibatnya :
a. Mula-mula tekstur menjadi lebih disukai
b. Bila sudah berlanjut terjadi disintegrasi
jaringan = bonyok
Protopektin adalah bahan induk dari
senyawa Pektat
Protopektin adalah molekul besar
Protopektin terikat satu sama lain dengan
ikatan Ca, dan dengan gula/sakarida serta
derivat posfat dari sakarida sehingga
terbentuk molekul yang sangat besar
Selama pematangan
Protopektin
Senyawa Pektat
(Tidak larut dalam air)
(larut dalam air)
Laju degradasi sebanding dg laju pelunakan buah
Perubahan Pada Asam Organik
(Sumber Enargi Lain)
Umumnya
selama
pematangan/maturasi
kadar asam organik berkurang, karena
diubah menjadi glukosa
Kadar asam organik mencapai maksimum
pada fase pertumbuhan dan perkembangan,
kemudian menurun pada fase pematangan
dan dalam penyimpanan
kecuali :pisang dan nenas, kadar maksimum
dijumpai pada saat matang penuh
Asam organik utama :
a. As. Sitrat : jeruk, lemon,
strawberry
b. As. Malat : apel, pir, plum
c. As. Askorbat
Biasanya pada pemotongan terjadi
penurunan kadar asam organik
bersamaan dengan menurunnya
kadar pati dan meningkatnya
kadar asam.
Perubahan Pada Aroma
Zat aroma bersifat volatil (BM<250),
terbentuk pada fase pematangan
Zat volatil yang dihasilkan :
a. Etilen (sebagian besar)
b. Zat aroma (1090 mg/g bahan basah)
umumnya zat-zat aroma bahan klimaterik
lebih aromatis daripada buah non klimaterik
Perubahan Pada Sayuran
Pada sayuran tidak ada peningkatan aktivitas
metabolisme setara dengan klimaterik pada
buah
Perubahan pada sayuran kecambah (taoge):
a. Perubahan anatomi
b. Perubahan komposisi : kadar gula naik,
hasil penguraian lemak atau KH
Perubahan Pada Sayuran Biji
dan Polong
Polong-polongan yang dikonsumsi sbg bahan
makanan pokok memiliki kadar air rendah shg
aktivitas metabolisme rendah. Panen pada
umumnya pada k.a 15%
Biji-bijian
dan
polong-polongan
yang
dikonsumsi sebagai sayuran antara lain sweet
corn,
kapri,
buncis,
memiliki
aktivitas
metabolisme yang tinggi
Kualitasnya ditentukan oleh citarasa dan
tekstur (bukan umur fisiologisnya)
umumnya ketika masih muda lebih manis dan
empuk
Panen pada sayuran umumnya pd k.a 70%
Sayuran Akar dan Umbi
Organ ini adalah organ persediaan
makanan untuk pertumbuhan
Laju metabolisme saat panen memang
rendah dan selama penyimpanan,
dengan kondisi penyimpanan tertentu
dormansi dapat diperpanjang
Sayuran batang, daun, tunas
dan bunga
Aktivitas metaboliknya sangat berbeda,
karena itu umur simpannya juga berbeda
Sayuran batang dan daun cepat mengalami
senesensi, sehingga nilai inderawi dan nilai
gizinya berkurang
Umumnya tekstur merupakan faktor penentu
untuk saat panen dan kualitas
Cita rasa alami komoditas ini kurang
diperhatikan
karena
pada
umumnya
dikonsumsi setelah dimasak dan diberi
bumbu
TEKNOLOGI PENANGANAN
PROSES
A. Prapendinginan
 Istilah tersebut berasal dari precooling
yang
dapat
diartikan
sebagai
pemindahan panas respirasi atau panas
lapangan dari sekitar buah-buahan dan
sayur-sayuran segar selama pemasaran
atau sebelum pengolahan lanjutan. Ada
beberapa
metode
precooling
,
diantaranya adalah :
1). Hidrocooling
2). Vacuum cooling
3). Pendinginan dengan es
4). Precooling dengan udara dingin
 Pemilihan metode pendinginan tersebut
tergantung dari beberapa
pertimbangan, diantaranya meliputi :
perishability dari product; kebutuhan
produk akan suhu rendah dan fasilitas
yang dimiliki.
Penyimpanan Sayur dan Buah-buahan
Tujuan : menyediakan suplai yang
cukup sepanjang tahun untuk
konsumen dan industri
pengolahan
Cara
penyimpanan
:
Refrigerasi,
Controlled Atmosphere Storage (CAS)
Micro-environment Packaging
Refrigerasi
Metode yang sudah dikenal
lama
Tiap komoditas mempunyai
suhu dan Rh optimal sendirisendiri
Suhu rendah
Controlled Atmosphere
Komposisi atmosphere diubah untuk
memperlambat respirasi dan proses biokimia
lain
Pada apel :
O2 diturunkan
O2 = 1-3%
CO2 dinaikan
CO2 = 1-5%
Catatan udara :
Na
78.08%
O2
20.95%
CO2
0.03%
Sayuran yang disimpan dengan CA :
Apel (50% produksi), Alpukat, Pisang
Sayuran yang disimpan dengan CA :
Kol, Lettuce dan Asparagus
Catatan :
Refrigerasi dan CA memerlukan
fasilitas yang mahal
Micro-environment Packaging
Pengemasan bahan satu per satu dengan :
PE densitas tinggi atau PVC
Sering juga diberi pelapisan dengan
lilin/minyak
Efek :
a. Mengurangi keriput
b. Mengurangi susut berat
c. Mengurangi cacat