KARAKTERISTIK BIOLOGI DAN FISIOLOGI

Transkripsi

1 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

2 Pendahuluan Buah dan sayur merupakan sumber gizi dan sumber pendapatan bagi petani Praktek budidaya akan mempengaruhi mutunya ketika diolah Jika sudah dipanen, mutunya tidak dapat ditingkatkan lagi sifat perishable nya Mutu dan keamanan adalah 2 aspek penting bagi pangan yang dikonsumsi manusia. Faktor/manajemen pra-panen sangat berpengaruh terhadap mutu buah dan sayur. end Previous NEXT

3 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 CO 2 dan panas Buah dan sayur juga mengalami transpirasi kehilangan air dalam bentuk uap

4 Faktor Prapanen Yang Mempengaruhi Mutu Buah dan sayur Budidaya dan Benih/Bibit Cara Bercocok Tanam Faktor Biologis Faktor Lingkungan

5 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.

6 Faktor prapanen meliputi Budidaya dan bahan tanaman Faktor Biologis, Faktor Lingkungan Faktor pascapanen, yang berkontribusi terhdap mutu produk. 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.

7 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.

8 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

9 FOTOSINTESA Pengertian : proses metabolisme dalam bahan hasil pertanian dengan menggunakan CO 2 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 - H 2 O Klorofil O 2 (elektron) Contoh : pada hasil pertanian yang berklorofil, dan jasad renik tertentu (ganggang biru/hijau)

10 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 O 2 dan dihasilkan CO 2

11 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.

12 Jika substrat yang digunakan adalag glukosa, maka persamaan respirasinya : C 6 H 12 O O 2 6 CO H 2 O 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 CO 2 sehingga diperlukan adanya ventilasi yang cukup selama penyimpanan.

13 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.

14 Pengukuran Proses Respirasi Senyawa yang digunakan : 1. Glukosa 2. ATP 3. CO 2 4. O 2

15 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

16 Pengukuran Proses Respirasi (3) 3. Penyerapan O 2 Jumlah oksigen yang digunakan dalam respirasi relatif sedikit sulit dilaksanakan (butuh alat yang peka seperti GC) 4. Produksi CO 2 Produksi CO 2 selama respirasi cukup besar sehingga mudah diukur Sulit dibedakan antara respirasi anaerob dan aerob Cara yang praktis adalah mengukur produksi CO 2

17

18 Contoh : laju respirasi jeruk = 70 mg CO 2 /kg/jam laju respirasi ercis = 400 mg CO 2 /kg/jam Respiration Quotient (RQ) : perbandingan CO 2 yang dihasilkan dengan O 2 yang digunakan mol CO 2 yang dihasilkan RQ = mol O2 yang digunakan Contoh : C 6 H 12 O O > 6 CO H 2 O + energi QR= 6/6 = 1 2 C 51 H 98 O O > 102 CO H 2 O + energi QR = 102/145 = 0,71

19

20

21

22 KLASIFIKASI PRODUK HORTIKULTURA BERDASARKAN LAJU RESPIRASINYA

23 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

24

25

26 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 (O 2 ) Senyawa organik yang digunakan umumnya glukosa dipecah menjadi : aldehid, alkohol atau asam melalui proses glikolisis C 6 H 12 O 6 + khamir 2C 2 H 5 OH + 2 CO 2 (alkohol) Terjadi jika persediaan oksigen berkurang

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

28 Etilen Etilen (C 2 H 4 ) 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)

29 Jalur Biosintesis Etilen MET (methionine) Methylation Polyamine synthesis SAM synthase SAM (S-adenosyl-methionine) ACC (1-aminocyclopropane-1-carboxylic acid) Ethylene ACC synthase ACC oxidase ACS dan ACO adalah enzim regulator yang penting dalam biosintesis etilen

30 Produksi Autokatalitik dari Etilen Pada buah klimakterik, peningkatan produksi etilen secara alami selama pematangan menstimulasi produksi etilen itu sendiri fenomena ini disebut autokatalitik

31 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!

32 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 O 2 berkurang (<8%) jika konsentrasi CO 2 meningkat (>2%)

33 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.

34 Kehilangan klorofil pada saat panen

35 Perubahan metabolit : Kehilangan gula Kehilangan asam Kehilangan asam amino Kehilangan lipids Kehilangan kandungan vitamin

36 Perubahan Metabolit Selama Pematangan Tomat

37 Perubahan Metablit pada Brokoli yang sudah dipanen Chlorophyll Carotenoids Vitamin C Sugars

38 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.

39 Kehilangan Air dan Kelayuan Apel Peach

40 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)

41 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

42 Berdasarkan laju respirasi buah dan sayur dibedakan atas : o Golongan Klimakterik o Golongan Non Klimakterik Laju respirasi (jumlah CO 2 ) Non Klimakterik Pembelahan sel Pembesaran sel Senescense Skema hubungan antara proses pertumbuhan dengan laju respirasi

43

44 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

45 KLIMAKTERIK Apel Mangga Alpukat Muskmelon Pisang Pepaya Blueberry Peach Jambu Pear Nangka Persimon Kiwifruit Tomat Apricot Semangka end Previous NEXT

46 NON KLIMAKTERIK Blackberry Lime Cacao Orange Cherry Nenas Ketimun Raspberry Terong Strawberry Grape Lemon Leci

47 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 CO 2 yang dihasilkan jumlah CO 2 yang dihasilkan volume ruang bebas

48 Intercellular space (mentah) Free space (matang)

49 Tahap-tahap Klimakterik Proses klimakterik dibagi dalam 3 tahap : A = praklimakterik 1 = klimakterik menaik 2 = puncak klimakterik 3 = klimakterik menurun Produksi CO A 1

50 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

51 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

52 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

53 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

54 Proses Terjadinya Kelayuan Kelayuan terjadi jika terdapat hormon yang menghambat sintesa protein, yaitu : - auxin - giberelin - asam absisat - sitokinin - etilen

55 AUXIN Berperan dalam sintesa etilen (C 2 H 4 ) senescence Pemberian auxin pada pohon induknya menghambat pematangan (stop drop spray) CH 2 - COOH

56 GIBERELIN (GA3) Bekerja spesifik pada tanaman Menghambat pematangan Mencegah pelayuan efektif Efektif pada pisang dan tomat Tidak efektif pada arbei dan apel O OH O=C OH CH 3 COOH CH 2

57 2. ASAM ABSISAT Ditemukan dalam biji kapas Merangsang terjadinya absisi CH 3 H 3 C CH 3 C C CH CH CH H 2 C C OH COOH C C O CH CH 3

58 3SITOKININ Menghambat terjadinya senescence Sitokinin sintesis (N6-benzyladenin) memperlambat degradasi klorofil pada selada dan sayuran hijau CH C 2 NH CH CH 2 OH CH 3 N H

59 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 CO 2 serta pelepasan energi. Substansi seperti asam organik dan portein masuk ke jalur respirasi.

60 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.

61 Perubahan yang Terjadi Setelah Panen 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.

62 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.

63

64 Skema pertumbuhan dan kehidupan tanaman Total Volume Sel ripe Mature Juvenility senescence Perkecembahan

65

66

67

68