KARAKTERISTIK BIOLOGI

DAN FISIOLOGI

Kemampuan Akhir yang Diharapkan :

•Mahasiswa PS ITP semester 3 mampu menjelaskan karakteristik biologi dan fisiologi bahan pangan serta hubungannya dengan mutu dan pengolahan.

NEXT

Buah dan sayur merupakan sumber

gizi dan sumber pendapatan bagi

petani

Jika sudah dipanen, mutunya tidak

dapat ditingkatkan lagi � sifat

perishable nya

Praktek budidaya akan

mempengaruhi mutunya ketika

diolah

NEXT

Mutu dan keamanan adalah 2 aspek

penting bagi pangan yang dikonsumsi

manusia.

Faktor/manajemen pra-panen sangat

berpengaruh terhadap mutu buah dan

sayur.

Pendahuluan

Previous end

Pendahuluan

• Buah dan sayuran saat dipanen dari induknya merupakan struktur yang masih hidup � melanjutkan reaksi metabolisme dan melanjutkan proses fisiologis selama waktu tertentu

• Buah dan sayuran berespirasi dengan cara mengambil oksigen dna melepaskan CO2 dan panas

• Buah dan sayur juga mengalami transpirasi � kehilangan air dalam bentuk uap

Faktor Prapanen Yang Mempengaruhi Mutu

Buah dan sayur

Budidaya dan Benih/Bibit

Faktor Lingkungan

Cara Bercocok Tanam

Faktor Biologis

Faktor Prapanen Yang Mempengaruhi Mutu

Buah dan sayur

Produk yang sehat hanya berasal dari

bahan tanaman yang sehat dan baik.

Pemilihan kultivar yang baik akan

menghasilkan tanaman dengan mutu yang

baik, umur simpan yang panjang.

Faktor prapanen meliputi

Budidaya dan bahan tanaman

Faktor pascapanen, yang berkontribusi terhdap mutu produk.

Faktor Biologis,

Faktor Lingkungan

Karakteristik Mutu meliputi

Warna dan penampakan

Viskositas dan konsistensi

Ukuran dan bentuk

Tekstur dan flavor

Nilai gizi (vitamin, mineral,dll), atau sifat tersembunyi lainnya serta keamanan dan kesehatan produk.

• Pada saat buah dan sayuran masih berada pada tanaman induknya, kehilangan air akibat respirasi dan transpirasi dapat diganti, karena tanaman masih dapat menyerap air, melakukan fotosintesa dan memperoleh mineral dari tanah

• Setelah panen sumber air, fitosintat dan mineral tidak akan ada lagi sehingga buah dan dan sayur akan masuk pada fase kerusakan.

PROSES METABOLISME

� Bahan hasil pertanian �bahan hidup � melakukan proses metabolisme selama bahan tersebut hidup

�

terjadi perubahan � bahan rusak

perlu penanganan untuk menghambat kerusakan

� Metabolisme : usaha untuk memenuhi kebutuhan hidup bahan terutama energi

� Energi diperoleh dengan cara : - fotosintesa

- respirasi

- fermentasi

FOTOSINTESA

� Pengertian : proses metabolisme dalam bahan hasil pertanian dengan menggunakan CO2 dari udara, air dari dalam tanah dengan bantuan sinar matahari dan klorofil untuk menghasilkan karbohidrat.

Sinar matahari e- e-

menaikkan tingkat energi

elektron energi

e- e-

(elektron)

Klorofil O2

H2O

� Contoh : pada hasil pertanian yang berklorofil, dan jasad renik tertentu (ganggang biru/hijau)

RESPIRASI AEROB KARBOHIDRAT, LEMAK, PROTEIN

� Respirasi adalah proses dimana bahan-bahan organik (karbohidrat,

protein, lemak) diuraikan menjadi bentuk yang lebih sederhana

dengan melepaskan sejumlah energi.

� Dalam proses respirasi digunakan O2 dan dihasilkan CO2

Proses respirasi meliputi degradasi bahan

organik di dalam bahan pangan, khususnya

gula, untuk menghasilkan energi kimia (dalam

bentuk ATP dan NADH) yang dibutuhkan untuk

aktivitas metabolik seluler.

Jika substrat yang digunakan adalag glukosa,

maka persamaan respirasinya :

C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O + 686 kcal heat

Respirasi menyebabkan terjadinya kehilangan

komponen-komponen pangan, flavor,

khususnya kemanisan, kehilangan bahan

terlarut, dan dihasilkannya panas yang dapat

meningkatkan biaya refrigerasi, serta

dihasilkannya CO2 sehingga diperlukan adanya

ventilasi yang cukup selama penyimpanan.

Laju kerusakan komoditi hasil pertanian

proporsional dengan laju respirasinya rate:

Komoditi dengan laju respirasi tinggi memiliki

umur simpan yang pendek.

Komoditi dengan laju respirasi rendah memiliki

umur simpan yang panjang.

Pengukuran Proses Respirasi

� Senyawa yang digunakan :

1. Glukosa

2. ATP

3. CO2

4. O2

Pengukuran Proses Respirasi (2)

1. Perubahan Kandungan Gula

� Secara teoritis dapat dilakukan, secara praktis sulit, karena :

� Jumlah gula yang terdapat dalam bahan tidak tetap

� Pembentukan gula dari sukrosa dan penggunaan gula untuk respirasi sering terjadi bersamaan

2. Kandungan ATP

� Secara praktek sulit

� Butuh waktu yang lama, ketelitian yang tinggi dan alat yang canggih

Pengukuran Proses Respirasi (3)

3. Penyerapan O2

� Jumlah oksigen yang digunakan dalam respirasi relatif sedikit � sulit dilaksanakan (butuh alat yang peka seperti GC)

4. Produksi CO2

� Produksi CO2 selama respirasi cukup besar sehingga mudah diukur

� Sulit dibedakan antara respirasi anaerob dan aerob

Cara yang praktis adalah mengukur produksi CO2

Contoh : laju respirasi jeruk = 70 mg CO2/kg/jam laju respirasi ercis = 400 mg CO2/kg/jam

� Respiration Quotient (RQ) : perbandingan CO2 yang

dihasilkan dengan O2 yang digunakan

mol CO2 yang dihasilkan RQ = mol O2 yang digunakan

Contoh : C6H12O6 + 6 O2 ----> 6 CO2 + 6 H2O + energi

QR= 6/6 = 1

2 C51H98O6 + 145 O2 ----> 102 CO2 + 98 H2O + energi QR = 102/145 = 0,71

KLASIFIKASI PRODUK HORTIKULTURA BERDASARKAN LAJU

RESPIRASINYA

Faktor-Faktor Yang Mempengaruhi Laju Respirasi

• Suhu dan Lama penyimpanan � peningkatan suhu dan lama penyimpanan menyebabkan peningkatan laju respirasi

• Tetapi pada suhu yang sangat tinggi dan penyimpanan yang

• Laju respirasi juga dipengaruhi oleh : varietas

FERMENTASI

� Merupakan reaksi oksidasi reduksi

� Zat yang dioksidasi (pemberi elektron) dan zat yang direduksi (penerima elektron) adalah zat organik

� Pada respirasi zat yang direduksi adalah zat anaorganik (O2)

� Senyawa organik yang digunakan umumnya glukosa � dipecah menjadi : aldehid, alkohol atau asam melalui proses glikolisis

C6H12O6 + khamir 2C2H5OH + 2 CO2

(alkohol)

� Terjadi jika persediaan oksigen berkurang

� Pada fermentasi energi yang dihasilkan relatif kecil dibandingkan substrat yang digunakan � persediaan substrat lebih cepat habis dan bahan menjadi busuk atau mati

Etilen

Etilen (C2H4) adalah molekul gas organik

sederhana.

Sebagai hormon tanaman, berperan dalam

mengatur pertumbuhan, pemasakan, senesens,

dan proses absisi.

Etilen disintesis secara alami di dalam tanaman,

tapi juga dapat dihasilkan dari mesin dan asap.

Aktif pada konsentrasi yang sangat rendah

(kisaran ppm)

MET

(methionine)

SAM

(S-adenosyl-methionine)

ACC

(1-aminocyclopropane-1-carboxylic acid)

Ethylene

Jalur Biosintesis Etilen

SAM synthase

ACC synthase

ACC oxidase

Methylation

Polyamine synthesis

ACS dan ACO adalah enzim regulator yang penting dalam biosintesis

etilen

Produksi Autokatalitik dari Etilen

Pada buah klimakterik, peningkatan produksi etilen

secara alami selama pematangan menstimulasi

produksi etilen itu sendiri – fenomena ini disebut

autokatalitik

Pada beberapa buah klimakterik, seperti

alpukat, pisang, melon, pir, dan tomat,

“autocatalytic positive feedback” dapat

meningkatkan laju produksi etilen 1000x selama

pematangan buah.

Exposure to external ethylene also enhances

autocatalytic production of ethylene and

ripening!

Regulasi Biosintesis Etilen

Secara umumproduksi etilen meningkat :

•••• Pada saat pematangan

• jika ada kerusakan fisik (memar, luka)

• pada buah yang busuk

• jika suhu meningkat hingga 30°°°°C

• jika terjadi stress (stress air, pendinginan dll)

Produksi etilen akan menurun :

• pada suhu penyimpanan yang rendah

• jika konsentrasi O2 berkurang (<8%)

• jika konsentrasi CO2 meningkat (>2%)

Perubahan Komposisi

Perubahan komposisi yang terjadi selama

proses pematangan dan setelah panen:

● Perubahan pigmen:

Kehilangan klorofil (warna hijau) – pada buah diinginkan, tapi tidak pada sayuran.

Perkembangan karotenoid (warna kuning dan orange) – diinginkan pada beberapa buah seperti aprikot, peach, jeruk, tomat dll.

Perkembangan antosianin (merah dan biru) – diinginkan pada beberapa jenis buah seperti cherry, strawberry dll.

Kehilangan klorofil pada saat panen

Perubahan metabolit :

� Kehilangan gula

� Kehilangan asam

� Kehilangan asam amino Kehilangan lipids

� Kehilangan kandungan vitamin

Perubahan Metabolit Selama Pematangan Tomat

Chlorophyll

Vitamin C

Carotenoids

Sugars

Perubahan Metablit pada Brokoli yang sudah dipanen

Kehilangan Air

Kehilangan air secara langsung mengakibatkankehilangan berat serta kehilangan mutu meliputi : � Mutu penampilan – layu, mengekrut dan mempercepat kerusakan.

� Mutu tekstural– kehilangan sifat krispo, juiciness dll

� Mutu Gizi– contoh : vitamin A & C. Laju kehilangan air dipengaruhi oleh : • Faktor lingkungan– contoh kelembaban relatif (RH) • Faktor anatomi – stomata, rambut dll.

Kehilangan Air dan Kelayuan

Apel Peach

Perubahan Morfologi Setelah Panen

• Komoditi hortikultura karena masih merupakan bahan hidup � setelah dipanen kadang2 masih mengalami pertumbuhan � mengurangi mutunya

Perubahan meliputi :

• Bertunas (bawang, umbi2an, tanaman akar)

• Berakar (bawang, tanaman akar lainnya)

• Bertambah panjang (asparagus, gladiolus)

• Perkecambahan biji (lemon, tomat, lada)

KLIMAKTERIK DAN KELAYUAN

� Buah : hasil dari beberapa jenis bentuk pertumbuhan :

- pembesaran bakal buah

- pembesaran jaringan

� Tahap-tahap pertumbuhan buah dan sayur :

o Pembelahan sel

o Pendewasaan sel (maturation)

o Pematangan sel (ripening)

o Pelayuan (senescence)

o Pembusukan (deterioration)

Pada setiap proses pertumbuhan terjadi proses

respirasi

� Berdasarkan laju respirasi buah dan sayur dibedakan atas :

o Golongan Klimakterik

o Golongan Non Klimakterik

Skema hubungan antara proses pertumbuhan dengan laju respirasi

Non Klimakterik

Pembelahan sel

Pembesaran sel

Senescense

Laju respirasi (jumlah CO2)

� Pengertian klimakterik :

= suatu fase kritis dalam kehidupan buah

= suatu keadaan auto stimulation dari dalam buah sehingga

buah menjadi matang disertai dengan peningkatan laju

respirasi

= masa peralihan dari proses pertumbuhan menjadi layu

KLIMAKTERIK = suatu periode mendadak yang khas pada

buah-buahan tertentu, dimana pada proses

tersebut terjadi serangkaian perubahan

biologis diawali dengan proses pembuatan

etilen yang ditandai dengan terjadinya

proses pematangan

KLIMAKTERIK

Apel Mangga

Alpukat Muskmelon

Pisang Pepaya

Blueberry Peach

Jambu Pear

Nangka Persimon

Kiwifruit Tomat

Apricot Semangka

NEXT Previous end

NON KLIMAKTERIK

Blackberry Lime

Cacao Orange

Cherry Nenas

Ketimun Raspberry

Terong Strawberry

Grape Lemon

Leci

Proses Terjadinya Klimakterik

a. Perubahan Fisik � Contoh : apel, pisang

� Apel : � perubahan permeabilitas sel

�

enzim-enzim + substrat dalam sel � normal : terpisah

�

bergabung � klimakterik

� Pisang : perubahan volume ruang bebas di dalam sel (free space)

(pisang muda, mentah, matang) diiris dan direndam dalam air

���� jumlah air yang berdiffusi pada irisan pisang matang > mentah > muda

���� jumlah air yang berdiffusi ≈ jumlah CO2 yang dihasilkan

���� jumlah CO2 yang dihasilkan ≈ volume ruang bebas

Intercellular space (mentah)

Free space (matang)

Tahap-tahap Klimakterik

� Proses klimakterik dibagi dalam 3 tahap :

A = praklimakterik

1 = klimakterik menaik

2 = puncak klimakterik

3 = klimakterik menurun

A 1

2

3

Produksi CO2

b. Perubahan Kimia � Pearson& Robertson (1954) : pada apel � disebut : RESPIRATION CONTROL THEORY � Pada saat pematangan : aktivitas sel meningkat � perlu energi (ATP) yang tinggi � mitokondria bekerja lebih berat � respirasi meningkat � terjadi klimakterik

� Frenkel et al., (1968) : pada buah pear � Pada awal klimakterik ditambah substrat penghambat sintesa protein � tidak terjadi puncak klimakterik � tidak terjadi pemasakan

� Jika ekstrak protein dari buah diisolasi pada fase klimakterik � ditemukan enzim yang aktif dalam pematangan : enzim malat

� Pada fase pra klimakterik �sintesa lemak, etilen dan protein meningkat

� Pada fase puncak klimakterik : dekarboksilasi asam malat meningkat

� Klimakterik : hasil perubahan kimia dalam jaringan

secara alami dan biologis

KELAYUAN (SENESCENCE)

� Suatu tahap normal yang selalu terjadi dalam siklus kehidupan tanaman

� Dapat terjadi setiap saat

� Gejala-gejala :

�Abscision pada daun, buah/bunga

� Pematangan buah

�Daya tahan terhadap penyakit

�Menguningnya daun dan buah

� Perubahan dalam sel waktu proses senescence :

� Dinding sel menipis

� Khloroplast pecah

� Endoplasmik retikula rusak

� Sitoplasma kotor

� Mitokondria masih utuh

� Permeabilitas membran sel berubah karena jaringan sel melemah

� Hilangnya klorofil

� Protein menurun

Proses Terjadinya Kelayuan

� Kelayuan terjadi jika terdapat hormon yang menghambat sintesa protein, yaitu :

- auxin

- giberelin

- asam absisat

- sitokinin

- etilen

AUXIN

� Berperan dalam sintesa etilen (C2H4) � senescence

� Pemberian auxin pada pohon induknya � menghambat pematangan (stop drop spray)

CH2 - COOH

GIBERELIN (GA3)

� Bekerja spesifik pada tanaman

� Menghambat pematangan

� Mencegah pelayuan efektif

� Efektif pada pisang dan tomat

� Tidak efektif pada arbei dan apel

OH

CH2 COOH

OH

O

O=C

CH3

2. ASAM ABSISAT

� Ditemukan dalam biji kapas

� Merangsang terjadinya absisi

CH3

H3C CH3 C

C CH CH CH

H2C C COOH

C C

O CH CH3

OH

3SITOKININ

� Menghambat terjadinya senescence

� Sitokinin sintesis (N6-benzyladenin) memperlambat degradasi klorofil

pada selada dan sayuran hijau

CH2

N

H

NH CH

C CH2OH

CH3

Perubahan yang Terjadi Setelah Panen

� Perubahan komposisi dan struktur dinding sel � menyebabkan terjadinya pelunakan pada buah dan sayur

� Perubahan warna � klorofil didegradasi dan terjadi peningkatan jumlah pigmen yang menyebabkan warna kuning seperti karotenoid, antosianin dan xantofil pada kulit dan daging buah

� Respirasi yang melibatkan oksidasi enzimatis dari gula2 menghasilkan air dan CO2 serta pelepasan energi.

� Substansi seperti asam organik dan portein masuk ke jalur respirasi.

� Buah apel, plum, labu, pisang, mangga dll � mengalami perubahan warna selama penyimpanan baik yang dikemas maupun dalam refrigerator.

� Terbentuknya lapisan lilin pada kulit buah setelah panen � penampilan menjadi menarik dan mengurangi laju transpirasi.

� Penurunan kandungan pati pada buah dan sayuran dan peningkatan kandungan gula serta asam organik.

� Perubahan jenis asam organik pada buah.

� Pada jenis buah tertentu selama pematangan terjadi penurunan astrigency (rasa sepat) � rasa sepat disebabkan oleh tanin atau polifenol.

� Komponen volatil dan aroma terbentuk pada saat buah matang atau masak.

� Tetapi jika buah dipanen pada kondisi yang belum matang atau pada tahap “matang hijau” aroma ini tidak terbentuk.

Perubahan yang Terjadi Setelah Panen

� Etilen merupakan komponen volatil yang disintesis pada buah dan sayuran tertentu saat tahap pematangan dan perkembangan � jika konsentrasinya sudah maksimum maka akan memacu pematangan

� Pertumbuhan, perkembangan, pra maturasi, maturasi, pemasakan (ripening) dan senesen (Gambar 1) � fase2 pertumbuhan pada buah dan sayuran

� Perttumbuhan buah dan sayur dimulai dari pembelahan dan pembesaran sel hingga tercapai ukuran yang maksimum.

Perubahan yang Terjadi Setelah Panen

ripe

Mature

senescence Juvenility

Total Volume Sel

Perkecembahan

Skema pertumbuhan dan kehidupan tanaman