KARAKTERISTIK BIOLOGI DAN FISIOLOGI Kemampuan Akhir yang Diharapkan : Mahasiswa PS ITP semester 3 mampu menjelaskan karakteristik biologi dan fisiologi bahan pangan 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 RESPIRASI 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) Proses metabolisme biologis dengan menggunakan oksigen dalam pembakaran senyawa makromolekul (karbohidrat, protein, lemak) untuk menghasilkan CO 2, air dan sejumlah besar elektron. oksidasi MAKROMOLEKUL NADH + H + flavoprotein dan sistem sitokrom mereduksi oksigen H 2 O + 30 mol ATP Jika senyawa makromolekul = glukosa maka : enzim C 6 H 12 O 6 + 6O 2 6H 2 O +6CO 2 1
Pengukuran Proses Respirasi Pengukuran Proses Respirasi (2) Senyawa yang digunakan : 1. Glukosa 2. ATP 3. CO 2 4. O 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 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 2
FERMENTASI 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 O 2 yang digunakan Contoh : C 6 H 12 O 6 + 6 O 2 ----> 6 CO 2 + 6 H 2 O + energi QR= 6/6 = 1 2 C 51 H 98 O 6 + 145 O 2 ----> 102 CO 2 + 98 H 2 O + energi QR = 102/145 = 0,71 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 KLIMAKTERIK DAN KELAYUAN Pada fermentasi energi yang dihasilkan relatif kecil dibandingkan substrat yang digunakan persediaan substrat lebih cepat habis dan bahan menjadi busuk atau mati 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 3
Berdasarkan laju respirasi buah dan sayur dibedakan atas : o Golongan Klimakterik o Golongan Non Klimakterik Laju respirasi (jumlah CO 2 ) 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 Pembelahan sel Non Klimakterik Pembesaran sel Senescense Skema hubungan antara proses pertumbuhan dengan laju respirasi 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 Alpukat Pisang Blueberry Jambu Nangka Kiwifruit Apricot Mangga Muskmelon Pepaya Peach Pear Persimon Tomat Semangka NON KLIMAKTERIK Blackberry Cacao Cherry Ketimun Terong Grape Leci Lime Orange Nenas Raspberry Strawberry Lemon 4
Tahap-tahap Klimakterik Proses klimakterik dibagi dalam 3 tahap : A = praklimakterik 1 = klimakterik menaik Produksi 2 = puncak klimakterik CO 2 3 = klimakterik menurun A 1 2 3 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 KELAYUAN (SENESCENCE) 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 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 5
Skema pertumbuhan dan kehidupan tanaman Total Volume Sel ripe Mature Juvenility senescence Perkecembahan 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 AUXIN Kelayuan terjadi jika terdapat hormon yang menghambat sintesa protein, yaitu : - auxin - giberelin - asam absisat - sitokinin - etilen Berperan dalam sintesa etilen (C 2 H 4 ) senescence Pemberian auxin pada pohon induknya menghambat pematangan (stop drop spray) CH 2 - COOH 6
GIBERELIN (GA3) Bekerja spesifik pada tanaman Menghambat pematangan Mencegah pelayuan efektif Efektif pada pisang dan tomat Tidak efektif pada arbei dan apel OH O O=C CH 3 COOH CH 2 OH Ditemukan dalam biji kapas Merangsang terjadinya absisi 2. ASAM ABSISAT CH 3 H 3 C CH 3 C C CH CH CH H 2 C C OH COOH C C O CH CH 3 3SITOKININ Menghambat terjadinya senescence Sitokinin sintesis (N6-benzyladenin) memperlambat degradasi klorofil pada selada dan sayuran hijau CH 2 OH CH C 2 NH CH CH 3 N H 7