Tujuan Instruksional Khusus : Mahasiswa mampu menjelaskan peran serat sebagai komponen bioaktif pada pangan fungsional
Defenisi : polisakarida dan lignin dari tanaman yang tidak dapat dihidrolisis oleh enzim-enzim pencernaan manusia (Trowel et al., 1976). Serat merupakan campuran dari beberapa bahan organik kompleks yang masing-masing memiliki sifat fisik dan kimia tersendiri. Dinding sel tanaman terdiri dari selulosa, hemiselulosa, komponen pektat dan lignin komponen utama serat pangan. Komponen serat pangan lainnya : mucilages, gum, polisakarida alga dan polisakarida sintetis.
Kecuali lignin, serat pangan secara alami adalah karbohidrat yang digolongkan kepada NONSTARCH POLYSACCHARIDES (NSP) Pati resisten yang secara fisik dan kimia juga tidak dapat dicerna dapat digolongkan kepada serat pangan.
Bahan penyusun utama jaringan serat dan dinding sel tanaman Tdd sejumlah besar mol glukosa dengan ikatan -glukosa dengan gugus hidroksil C4 dari glukosa lainnya. Pada dinding sel terdapat dalam bentuk miofibril yang tdd beberapa rantai molekul dgn konfigurasi yang sangat kokoh krn adanya ikatan H yang kuat di antara molekul2 yg paralel selulosa memiliki kekuatan mekanis yang tinggi dan tahan terhadap reaksi kimia
Derajat polimerisasi < selulosa Polimer dari sejumlah sakarida yang berbeda2 dengna susunan yang sangat tidak teratur Rantai utama : xilosa, manosa, galaktosa dan glukosa Rantai cabang : arabinosa, galaktosa dan asam glukoronat. Rantai bercabang dengan gugus -glukosa pada molekul yang satu berikatan dengan gugus hidroksil C2, C3 atau C4 dari molekul yang satu.
Terdapat dalam dinding sel primer tanaman, khususnya di sela-sela selulosa dan hemiselulosa Polimer dari asam D-galakturonat yang dihubungkan dengan ikatan -1,4-glikosida Rantai cabang tdd : glukosa, galaktosa, rhamnosa, arabinosa, xilosa, fruktosa.
Gum = kelompok polisakarida pembentuk gel dan bahan pengental larut air Istilah lain dari gum : stabilizer, hidrokoloid Jenis : agar, alginat, gum aran, karagenan, guar gum, pektin ddl Gum = polimer heterosakarida dengan rantai utama : galaktosa, asam glukoronat-manosa, asam glukoronat-rhamnosa, rantai cabang : xilosa, fruktosa, galaktosa Gum Vs Mucillage mucillage = berlendir, gum lengket/bergetah sebagian d ari sifat fisik hidrokoloid dapat dimodifikasi atau dihilangkan.
Mucillage dihasilkan oleh tanaman dari bagian ruas, kelenjar atau saluran tertentu, misal : psillum seed, quince seed, flax seed dsb Musilase polimer heterosakarida, dengan rantai utama : galaktosa-manosa, glukosa-manosa, arabinosa-xilosa, asam galakturonat-rhamnosa, dan rantai cabang galaktosa.
Contoh : turunan selulosa, oligosakarida flatulensi dan polidekstrosa. Digunakan sebagai BTP untuk membentuk sifat fisik dan tekstur makanan. Belum banyak diteliti reaksi fisilogisnya di dalam tubuh.
Bagian kecil dari dinding tanaman, tapi dapat memodifikasi sifat dinding sel dan senyawa polisakarida penyusun dinding sel lain. Contoh : lignin, protein, kutin, suberin dan senyawa-senyawa anorganik Lignin bukan karbohidrat, tapi merupakan polimer aromatik kompleks, tersusu dari unit-unit fenil propana seperti koniferil alkohol, sinapil alkohol dan p-kumaril alkohol, dengan ikatan C-O-C dan C- C. Dibandingkan senyawa penyusun dinding sel lain, lignin paling tahan terhadap degradasi. Lignin tidak dapat didegradasi di usus besar.
Serat kasar adalah bagiannyang tidak dapat dihidrolisis oleh bahan kimia yang digunakan untuk penentuan kadar serat kasar yaitu H 2 SO 4 1.25% dan NaOH 1.25%. Serat pangan adalah bagian dari bahan pangan yang tidak dapat dicerna oleh enzim pencernaan.
Metode Serat Kasar : = metode penentuan serat kasar (crude fibre) sebagian besar serat hilang pada saat ekstraksi Serat kasar tidak termasuk hemiselulosa dan serat larut kemungkinan 1/5 dari jumlah serat pangan Serat kasar merendahkan perkiraan jumlah kandungan serat sebesar 80% untuk hemisellulosa, 50-90% untuk lignin dan 20-50% untuk sellulosa
Metode Analisis Serat Yang Baru : Metode deterjen (Goering and van Soest, 1970) Metode Southgate Metode Enzimatik Telah disetujui AOAC
Acid deterjen fiber ( ADF) atau neutral deterjen fiber (NDF) Merupakan metode gravimetrik yang hanya dapat mengukur komponen serat makanan yang tidak larut.
Menggunakan enzim amilase, yang diikuti oleh penggunaan enzim pepsin pankreatik. Dapat mengukur kadar serat makanan total, serat makanan larut dan serat makanan tidak larut secara terpisah.
Karakteristik Fisikokimia : Komponen serat makanan : serat larut (Soluble Dietary Fiber=SDF) serat tidak larut (Insoluble Dietary Fiber=IDF) menentukan mutu serat 1/3 dari Total Serat = SDF dan sisanya IDF
Serat tidak larut : Selulosa, hemiselulosa, lignin Terdapat pada sayuran, buah-buahan, kacang-kacangan Berkontribusi terhadap fecal bulk Mengurangi waktu transit di dalam usus Serat larut : Pektin, musilase, gum Terdapat pada buah-buahan, sayuran dan sereal Gum banyak terdapat pada akasia Highly fermentable Berhubungan dengan metabolisme karbohidrat dan lemak
Karakteristik fisik lain : Ukuran partikel Kapasitas ikat air (water holding capacity) Viskositas Kemampuan pertukaran kation Binding potential Dipengaruhi : Sumber serat Proses pengolahan Proses pencernaan
Karakteristik kimia : Mempengaruhi sifat fisik serat Contoh : Selulosa yang mengandung polisakarida linier bersifat tidak larut dalam air serta resisten terhadap hidrasi dan pengembangan Pektin polisakarida viscous : larut dalam air dan mempunyai kapasitas pengikatan ion yang tinggi. Kapasitas pengikatan (binding capacity) : tergantung pada komponen serat : Lignin dan hemiselulosa mengabsorbsi asam empedu, sedangkan selulosa mempunyai daya adsorpsi yang rendah terhadap asam empedu.
Sifat serat lainnya : molekulnya berbentuk polimer dengan ukuran besar, strukturnya kompleks, banyak mengandung gugus hidroksil dan kapasitas pengikat airnya besar. Senyawa pectin, musilase dan beberapa mengandung residu gula dengan gugus hidroksil bebas.
Gugus hidroksil bebas banyak yang bersifat polar serta struktur matriks yang berlipat-lipat memberi peluang bagi terjadinya pengikatan air melalui ikatan hydrogen. Sifat mengikat air dari serat makanan penting dalam usus kecil dan berhubungan dengan peranan serat makanan dalam gizi dan metabolisme tubuh
Pada jaringan tanaman serat merupakan campuran polisakarida dan lignin sulit menentukan pengaruh fisiologisnya di dalam tubuh. - Pengaruh Oat bran wheat bran - Pengaruh serat pangan tidak selalu berhubungan dengan sifat fisikokimia dari polisakaridanya secara individu.
Dahulu serat pangan dianggap tidak mengandung nilai gizi Saat ini diketahui bahwa banyak serat yang difermentasi di usus besar dan menghasilkan hidrogen, metana, CO 2 dan asam lemak rantai pendek (Short Chain Fatty Acid = SCFA) SCFA diabsorpsi secara cepat dari saluran pencernaan dan berpengaruh terhadap keseimbangan energi di dalam tubuh ratarata energi yang dihasilkan 2 kkal/g serat (Kisarannya : 0-3 kkal/g serat yang tidak dapat dfermentasi dan serat yang dapat difermentasi).
Saluran Gastrointestinal Metabolisme karbohidrat Metabolisme lemak Gangguan gastrointestinal
Usus kecil sisi pencernaan dan absorbsi makanan Serat pangan berpengaruh terhadap laju dan efektivitas absorpsi nutrisi. Jika jaringan tanaman dimakan kebanyakan struktur sel tetap utuh adanya serat menjadi penghalang bagi enzim hidrolitik seperti amilase untuk berhubungan dengan substratnya. Serat dapat berikatan dengan air, enzim, kation dan mineral tidak tersedia di dalam proses pencernaan dan absorpsi.
Di dalam saluran gastrointestinal, serat pangan : dapat mengikat asam mengganggu absorpsi lemak. Mempengaruhi kecepatan pengosongan usus dan waktu transit di dalam saluran pencernaan Peningkatan viskositas intestinal mengurangi laju transport nutrien dan mengurangi akses nutrien terhadap permukaan mukosal gerakan peristaltik menurun, kontak enzimsubstrat, pembentukan misel dan absorbsi juga berkurang
Hampir setengah dari serat makanan akan diurai oleh kerja enzim dan bakteri usus menjadi : 50 % serat tidak tercerna (undigested cellulose). 50 % asam lemak berantai pendek (short chain fatty acid), air, CO2, H dan metana. Dipergunakan oleh tubuh: Sedikit fraksi air akan diserap oleh bakteri usus atau diserap oleh serat melalui hydrophobic binding. Asam empedu deoksikolat (deoxy cholic acid), asam litokolat (litho-colic acid diserap untuk membentuk koloni bakteri kedua asam empedu ini bersifat karsinogenk
Asam lemak volatil (asetat, butirat, propianat) merupakan anion utama di dalam feses mempunyai efek osmotik, dan efek pencahar untuk peristalsis. Hidrogen and CO2, gas metana meningkatkan flatulens, sebagai hidrogen bebas melalui nafas/breath hidrogen Meningkatkan kandungan dan berat/volume feses.
Serat larut air dapat mengurangi kandungan glukosa dan meningkatkan profil insulin contoh : guar gum dapat mengurangi kandungan glukosa darah Pektin, polisakarida kedele berhubungan dengan sifat hipoglisemik diberikan dalam bentuk tepung untuk meningkatkan palatabilitasnya
Mekanisme penurunan kandungan glukosa oleh serat : Peningkatan viskositas intestinal mempengaruhi laju absorpsi glukosa Mempengaruhi jumlah hormon pencernaan absorpsi nutrien dan sekresi insulin
Serat larut air mempunyai efek hipokolestrolemik Serat tidak larut kecil pengaruhnya terhadap metabolisme kolesterol
Masih belum diketahui secara pasti Diduga : Akibat peningkatan viskositas mempengaruhi pembentukan misel dan abosorpsi lemak Meningkatnya pengeluaran sterol Beberapa jenis serat pangan dapat mengikat asam empedu dan sterol netral sehingga meningkatkan pengeluarannya dari tubuh Produk fermentasi bakteri (SCFA) seperti propionat menghambat pembentukan kolesterol
Konsumsi yang berlebihan dapat menyebabkan : Ganguan usus (untuk orang yang sensitif) Dehidrasi (karena ketidak seimbangan cairan) Meningkatkan gas intestinal flatulensi Mengurangi absorbsi vitamin, mineral, protein dan kalori dari usus
Fungsi serat pangan dalam kesehatan : Mengurangi konstipasi Mengurangi sindrom iritasi usus besar Menurunkan kolesterol Mencegah penyakir jantung dan jantung koroner Mencegah obesitas dan diabetes Mencehah kanker kolon Meningkatkan daya tahan terhadap kanker payudara
Kemampuan serat larut air untuk menahan air dan membentuk cairan kental, akan : menunda pengosongan makanan dari lambung menghambat percampuran isi saluran cerna dengan enzim-enzim pencernaan terjadi pengurangan penyerapan zat-zat makanan di bagian proksimal. Makanan yang mengandung serat relatif tinggi akan memberi rasa kenyang sehingga menurunkan konsumsi makanan. Makanan dengan kandungan serat kasar yang tinggi biasanya mengandung kalori rendah, kadar gula dan lemak rendah yang dapat membantu mengurangi terjadinya obesitas.
Penelitian epidemiologi yang dilakukan di Afrika membuktikan bahwa orang-orang Afrika berkulit hitam yang mengkonsumsi makanan tinggi serat dan diet rendah lemak mempunyai angka kematian yang rendah akibat kanker usus besar (kolon) dibandingkan orng Afrika yang berkulit putih dengan diet rendah serat dan tinggi lemak. Hasil penelitian ini membuktikan bahwa diet tinggi serat mempunyai efek proteksi untuk kejadian kanker kolon.
Kanker usus besar disebabkan oleh kontak sel-sel mukosa usus besar dengan zat-zat karsinogen waktu lama dengan konsentrasi senyawa karsinogen yang tinggi. Senyawa karsinogen berasal dari makanan yang mengandung prekursor. Di dalam sistem pencernaan, senyawa prekursor dapat dirubah menjadi senyawa-senyawa karsinogen oleh enzim pencernaan dan aktivitas flora usus
Kontak senyawa karsinogen dengan sel usus, dapat merubah sel-sel usus menjadi sel-sel kanker. Sedikit konsumsi serat feses berukuran kecil dengan tekstur keras konsentrasi zat karsinogenik tinggi, transit makanan (waktu yang dibutuhkan sejak di makan sampai di buang menjadi feses) menjadi lama. Akibatnya akan terjadi kontak antara zat karsinogen, dalam konsentrasi tinggi dan waktu yang lama, dengan dinding usus besar yang dapat menyebabkan terbentuknya selsel kanker.
Serat makanan mempunyai daya serap air yang tinggi feses dapat menyerap air yang banyak sehingga volumenya menjadi besar dan teksturnya menjadi lunak. mempercepat konstraksi usus untuk lebih cepat buang air waktu transit makanan lebih cepat, mengencerkan senyawa karsinogen yang terkandung di dalamnya, sehingga konsentrasinya jauh lebih rendah. kontak antara zat karsinogenik dengan konsentrasi yang rendah dengan usus besar terjadi dalam waktu yang lebih singkat, sehingga tidak memungkinkan terbentuknya sel-sel kanker.
Penelitian pada para vegetarian menunjukkan, konsentrasi kolesterol serum lebih rendah dan tingkat terjadinya penyakit jantung koroner pada kelompok ini lebih rendah daripada kelompok penyantap daging. Asam dan garam empedu diikat oleh serat bijibijian. Penggemar biji-bijian berserat tinggi akan mengalami penurunan kemungkinan serangan jantung koroner.
Kemampuan serat larut air menjerat lemak dalam usus mencegah penyerapan lemak oleh tubuh. membantu mengurangi kadar kolesterol dalam darah Serat larut air menurunkan kadar kolesterol darah hingga 5% atau lebih Serat larut terdapat dalam buah, sayuran, biji-bijian (gandum), dan kacang-kacangan (buncis). Pektin (serat larut air dari buah) menurunkan kadar kolesterol LDL.
Di AS, oat bran (mirip dedak bekatul) dikenal sebagai makanan penurun kolesterol. Konsumsi oat bran 50 g per hari menurunkan kolesterol total 19% dan LDL 23% kadar serat larut oat bran 14,0% Konsumsi oat bran atau oatmeal setiap hari mampu menurunkan kolesterol hingga 3%.
Kardiovaskular : penyumbatan pembuluh darah jantung Penyebab utamanya : kolesterol. Di dalam tubuh, salah satu fungsi kolesterol adalah sebagai bahan dasar pembentukkan asam empedu. Serat makanan bersifat menyerap asam empedu, yang kemudian akan terbuang bersama-sama dengan feses. Asam empedu mengemulsikan lemak hingga terurai menjadi asam lemak yang akan diserap tubuh. Supaya sistem metabolisme lemak tidak terganggu, harus tersedia asam empedu di dalam sistem pencernaan Diikatnya asam empedu oleh serat menyebabkan jumlah asam empedu berkurang dibentuk kembali dari kolesterol yang ada di dalam darah
Penelitian di Amerika membuktikan bahwa diet serat yang tinggi yaitu 25 gram/hari mampu memperbaiki pengontrolan gula darah, menurunkankan pening-kantan insulin yang berlebihan didalam darah serta menurunkan kadar lemak darah. Hasil penelitian pada hewan percobaan maupun pada manusia mengungkapkan bahwa kenaikan kadar gula darah dapat ditekan jika karbohidrat dikonsumsi bersama serat makanan bermanfaat bagi penderita diabetes, baik tipe I maupun tipe II
Tabel 1. Bahan Pangan Yang Berpotensi Sebagai Dietary Fiber di Negara-Negara ASEAN Bahan Pangan Total Dietary Fiber (g/100 g) Leguminosa, Kacang-Kacangan dan Biji-Bijian Kacang Kuning 15.1 Kacang Hitam 21.3 Kacang Merah 26.3 Kacang Mete 16.1 Kacang Hijau 26.1 Kacang Tanah 18.0 Beras 27.8 Biji Wijen 21.6 Kedele Kuning 22.0 Serealia Jagung 10.0 Beras Pecah Kulit 23.7 Umbi-Umbian Talas 8.6 Ubi Jalar 4.0 Sayur-Sayuran Rebung 36.0 Nangka 7.6 Jamur 48.4 Asam Jawa 23.0 Elisa Julianti - THP FP USU
Serat makanan yang larut (soluble fiber) cocok untuk digunakan dalam : makanan-makanan cair seperti minuman, sup dan pudding. Sebagai senyawa pengental terutama sebagai pengganti pati. Subsitusi pati dengan serat larut meningkatkan kadar serat, menurunkan kandungan kalori makanan. misalnya : produk-produk minuman diet saat ini yang menggunakan serat larut untuk menggantikan kekentalan yang hilang akibat penggantian gula pasir dalam formula.
Serat makanan yang tidak larut (insoble fiber) biasanya digunakan dalam makananmakanan padat dan produk panggangan
Belum ada patokan baku US FDA : Total Dietary Fiber (TDF) 25 g/2000 kalori atau 30 g/2500 kalori. The American Cancer Society, The American Heart Association dan The American Diabetic Association : 25-35 g fiber/hari Konsensus nasional pengelolaan diabetes di Indonesia : 25 g/hari bagi orang yang berisiko menderita DM. PERKI (Perhimpunan Kardiologi Indonesia) 2001 menyarankan 25-30 g/hari untuk kesehatan jantung dan pembuluh darah. American Academy of Pediatrics : kebutuhan TDF sehari untuk anak adalah jumlah umur (tahun) ditambah dengan 5 (g).