A. Karbohidrat
Kebanyakan ahli kimia kesulitan dalam
mengelompokkan bahan apa saja yang termasuk ke dalam karbohidrat. Definisi
klasik karbohidrat berdasarkan asal katanya yaitu carbo dari bahasa
Latin dan hydros dari bahasa Yunani adalah ‘hidrat dari karbon’ yang
mengandung hidrogen dan oksigen dengan perbandingan 2:1 (Southgate 1978) atau
elemen yang terdiri dari air dan karbon dengan perbandingan 1:1 (Kennedy dan
White 1988). Karbohidrat adalah senyawa organik yang mengandung karbon,
hidrogen dan oksigen baik dalam bentuk molekul sederhana maupun kompleks
(Christian dan Vaclavik 2003).
Karbohidrat telah menjadi sumber energi utama
untuk metabolisme pada manusia dan sarana untuk memelihara kesehatan saluran
pencernaaan manusia. Karbohidrat adalah penyumbang utama dari komponen yang
membentuk produk pangan baik sebagai komponen alami maupun bahan yang
ditambahkan. Karbohidrat meliputi lebih dari 90% dari berat kering tanaman.
Karbohidrat banyak tersedia dan murah. Penggunaannya sangat luas dan jumlah
penggunaannya cukup besar (Fennema 1996) baik untuk pemanis, pengental,
penstabil, gelling agents dan fat replacer (Christian dan
Vaclavik 2003). Karbohidrat dapat dimodifikasi baik secara kimia dan biokimia
dan modifikasi itu digunakan untuk memperbaiki sifat dan memperluas
penggunaannya.
B. Struktur karbohidrat
Karbohidrat digunakan dalam kimia untuk
senyawa dengan formula Cm(H2O)n, tetapi kini rumus molekul itu tidak secara
kaku digunakan untuk mendefinisikan karbohidrat (Kennedy dan White 1988).
Sebelumnya beberapa ahli kimia memasukkan formaldehid dan glikoaldehid sebagai
karbohidrat, namun sekarang istilah karbohidrat dalam biokimia, tidak
mengikutsertakan senyawa yang kurang dari tiga atom karbon. Southgate (1978) menggunakan
definisi karbohidrat sebagai
senyawa yang tersusun oleh polihidroksi
aldehid, keton, alkohol, asam dan turunan sederhananya serta polimernya yang
memiliki ikatan polimer tipe asetal. Menurut strukturnya karbohidrat dapat
dibagi menjadi kelompok sakarida: monosakarida,
oligosakarida dan polisakarida. Monosakarida
adalah gula sederhana yang tidak dapat dipecah lagi menjadi molekul yang lebih
kecil dan monosakarida inilah yang menjadi unit penyusun dari oligosakarida dan
polisakarida. Oligosakarida dan polisakarida tersusun dari monosakarida yang
dihubungkan dengan ikatan glikosidik.5
a. Monosakarida
Monosakarida terdiri dari tiga sampai delapan
karbon atom, tetapi umumnya hanya lima atau enam yang biasa ditemukan. Biasanya
monosakarida digolongkan berdasarkan jumlah atom karbonnya, misalnya triosa
(C3H6O3), tetrosa (C4H8O3), pentosa (C5H10O5) dan heksosa (C6H12O6).
Dari golongan tersebut dapat dibagi lagi
berdasarkan gugus fungsional yang ada, misalnya dari golongan heksosa ada
aminoheksosa (C6H13O5N), deoksiheksosa (C6H12O5) dan asam heksuronat (C6H10O7).
Contoh monosakarida adalah glukosa dan fruktosa.
b. Oligosakarida
Oligosakarida terdiri dari beberapa
monosakarida (2-10) yang saling terikat oleh ikatan glikosidik. Tetapi ada juga
yang mengklasifikasikan sendiri karbohidrat dengan dua gugus gula sebagai
disakarida. Menurut Christian dan Vaclavik (2003) disakarida terdiri dari dua
molekul monosakarida yang bergabung dengan ikatan glikosidik. Contoh disakarida
di pangan adalah maltosa, selubiosa, dan sukrosa. Oligosakarida yang memiliki
lebih dari tiga gugus gula contohnya adalah rafinosa dan stakiosa.
c. Polisakarida
Polisakarida merupakan polimer dari gula
sederhana yang tersusun atas lebih dari sepuluh monomer gula sederhana. Contoh
polisakarida di makanan adalah pati, pektin dan gum. Ketiganya adalah polimer
karbohidrat kompleks dengan sifat yang berbeda, tergantung unit gula
penyusunnya, tipe ikatan glikosidik dan derajat percabangan molekul.
C. Pentingnya Analisis Total Karbohidrat
Total karbohidrat yang ada dalam bahan pangan
perlu diketahui dengan alasan: standards of identity (pangan harus
memiliki komposisi yang sesuai dengan regulasi pemerintah); nutritional
labelling (menginformasi konsumen mengenai kadar nutrisi dalam bahan
pangan); detection of adulteration (tiap tipe pangan memiliki 'fingerprint'
karbohidrat); food quality (sifat fisikokimia dari pangan seperti
kemanisan, penampakan, stabilitas dan tekstur tergantung tipe dan stabilitas
karbohidrat yang ada); ekonomi (agar lebih
dapat menghemat biaya produksi bahan yang digunakan pada industri) dan food
processing (efisiensi dari proses pangan banyak tergantung pada jenis dan
kadar karbohidrat). Dalam berbagai studi mengenai bahan makanan penting untuk
mengetahui persentasi kadar karbohidrat pada pangan yang diujikan sehingga
nilai karbohidrat pada bahan lain dapat dikonversi menjadi nilai total pangan.
Total
Karbohidrat dalam Bahan Pangan dan Metode Analisisnya
a.Definisi total karbohidrat
Total karbohidrat atau total karbohidrat
menurut Badan Pengawasan Obat dan Makanan (2005) meliputi gula, pati, serat
pangan dan komponen karbohidrat lain. Pernyataan jumlah total karbohidrat dalam
gram penyajian yang dinyatakan dengan nilai gram terdekat, jika penyajian
kurang dari 0,5 gram, jumlah kadarnya dapat dinyatakan sebagai nol dan jika
penyajian lebih dari 0,5 gram dibulatkan ke kelipatan 1 gram terdekat. Total
karbohidrat dapat dinyatakan dengan total
karbohidrat by difference. Total
karbohidrat dalam pengukuran karbohidrat dengan metode langsung dinyatakan
dalam bentuk persen yang setara dengan glukosa. Satuan glukosa (glucose
equivalent) juga dapat diganti dengan larutan gula lain yang
dijadikan sebagai larutan standar.
b.Metode analisis total karbohidrat
Sejumlah teknik analisis telah dikembangkan
untuk mengukur jumlah dan tipe karbohidrat yang ada di bahan pangan. Kadar
karbohidrat di bahan pangan dapat diketahui dengan menghitung persentase yang
tersisa setelah semua komponen lain telah diukur (total carbohydrate by difference),
yaitu dengan persamaan (1.1) (SNI 01-2891-1992):
(1.1)
Metode by
difference ini masih digunakan oleh FDA, tetapi metode ini dapat
menghasilkan nilai yang salah karena ada kemungkinan terjadi akumulasi
kesalahan dari metode-metode yang digunakan untuk mengukur komponen lain, dan
kemungkinan adanya komponen non karbohidrat yang terukur sebagai karbohidrat
menyebabkan penyimpangan yang lebih besar. Pengukuran kadar karbohidrat secara
langsung lebih baik karena didapat hasil lebih yang akurat.
2.3.2.1. Analisis karbohidrat langsung
Metode yang telah dikembangkan untuk analisis
karbohidrat sangat banyak, dan tergantungjuga oleh jenis analisis (kuantitatif
atau kualitatif) dan tipe karbohidrat yang dianalisis. Sehingga metode
pengukuran karbohidrat sangat beragam mulai dari metode kromatografi dan
elektroforesis (Kromatografi Lapis Tipis, Kromatografi Likuid Kinerja Tinggi
dan Kromatografi Gas); metode kimia (metode titrasi Lane Eynon, metode
gravimetri Munson Walker, metode Luff Schoorl, metode kolorimetri seperti anthrone
sulfat dan fenol sulfat); metode enzimatis; metode fisik (polarimetri, indeks
refraktif, densitas dan infra merah) serta metode immunoassay. Uji
karbohidrat yang resmi ditetapkan oleh BSN dalam SNI 01-2891-1992 yaitu
analisis total karbohidrat dengan menggunakan metode Luff Schoorl. Pada tahun
1936 International Commission for Uniform Methods of Sugar Analysis
mempertimbangkan Metode Luff-Schoorl sebagai salah satu metode yang digunakan
untuk menstandarkan analisis gula pereduksi karena
metode Luff Schoorl saat itu menjadi metode
yang resmi dipakai di pulau Jawa, di samping nominator lainnya yaitu metode
Lane-Eynon. Tetapi pada saat itu metode kolorimetri belum banyak berkembang dan
dalam catatan komisi itu terdapat agenda untuk melakukan penyeragaman analisis
gula dengan metode kolorimetri.
Berikut ini adalah beberapa jenis analisis
total karbohidrat langsung:
1. Analisis total karbohidrat dalam SNI
01-2891-1992
Seluruh senyawa karbohidrat yang ada dipecah
menjadi gula-gula sederhana (monosakarida)
dengan bantuan asam yaitu HCl dan panas.
Monosakarida yang terbentuk kemudian dianalisis dengan Metode Luff-Schoorl.
Prinsip analisis dengan Metode Luff-Schoorl yaitu reduksi Cu2+ menjadi Cu 1+
oleh monosakarida. Monosakarida bebas akan mereduksi larutan basa dari garam logam
menjadi bentuk oksida atau bentuk bebasnya. Kelebihan Cu2+ yang tidak tereduksi
kemudian dikuantifikasi dengan titrasi iodometri (SNI 01-2891-1992).
Reaksi yang terjadi (1.2):
Karbohidrat kompleks → gula sederhana (gula
pereduksi)
Gula pereduksi+ 2 Cu2+→ Cu2O(s)
2 Cu2+ (kelebihan) + 4 I-→ 2 CuI2 → 2 CuI- +
I2
I2 + 2S2O3
2-→ 2 I- + S4O6
2-
Osborne dan Voogt (1978) mengatakan bahwa
Metode Luff-Schoorl dapat diaplikasikan untuk produk pangan yang mengandung
gula dengan bobot molekuler yang rendah dan pati alami atau modifikasi.
Kemampuan mereduksi dari gugus aldehid dan
keton digunakan sebagai landasan dalam mengkuantitasi gula sederhana yang
terbentuk. Tetapi reaksi reduksi antara gula dan tembaga sulfat sepertinya
tidak stoikiometris dan sangat tergantung pada kondisi reaksi. Faktor utama
yang mempengaruhi reaksi adalah waktu pemanasan dan kekuatan reagen. Penggunaan
luas dari metode ini dalam analisis gula adalah berkat kesabaran para ahli
kimia yang memeriksa sifat empiris dari reaksi dan oleh karena itu dapat
menghasilkan reaksi yang reprodusibel dan akurat (Southgate 1976).
Pada
metode Luff Schoorl terdapat dua cara pengukuran yaitu
1.
Penentuan Cu tereduksi dengan I2
2.Menggunakan
prosedur Lae Eynon
Metode
LuffSchoorl mempunyai kelemahan yang terutama disebabkan oleh komposisi yang
konstan. Hal ini diketahui dari penelitian A.M Maiden yang menjelaskan bahwa
hasil pengukuran yang diperoleh dibedakan oleh pebuatan reagen yang berbeda.
-Monosakarida
akan mereduksikan CuO dalam larutan Luff menjadi Cu2O. Kelebihan CuO akan
direduksikan dengan KI berlebih, sehingga dilepaskan I2. I2 yang dibebaskan
tersebut dititrasi dengan arutan
Na2S2O3. Pada dasarnya prinsip metode analisa yang digunakan adalah Iodometri
karena kita akan menganalisa I2 yang bebas untuk dijadikan dasar penetapan
kadar. Dimana proses odometri adalah
proses titrasi terhadap iodium (I2) bebas dalam larutan. Apabila terdapat zat
oksidator kuat (missal H2SO4) dalam larutannya yang bersifat netral atau
sedikit asam penambahan ion iodide berlebih akan membuat zat oksidator tersebut
tereduksi dan membebaskan I2 yang setara jumlahnya dengan dengan banyaknya
oksidator. I2 bebas ini selanjutnya akan dititrasi dengan larutan standar
Na2S2O3 sehinga I2 akan membentuk kompleks iod-amilum yang tidak larut dalam
air. Oleh karena itu, jika dalam suatu titrasi membutuhkan indicator amilum,
maka penambahan amilum sebelum titik ekivalen.Metode Luff Schoorl ini baik
digunakan untuk menentukan kadar karbohidrat yang berukuran sedang. Dalam penelitian
M.Verhaart dinyatakan bahwa metode Luff Schoorl merupakan metode tebaik untuk
mengukur kadar karbohidrat dengan tingkat kesalahan sebesar 10%.
Dalam
proses pengujian ini yang menjadi indikator proses analisa berhasil atau tidak
yaitu saat penambahan larutan sampel dengan amilum. Bila terbentuk warna biru
tua maka prosesnya benar, namun bila tidak terbentuk warna biru tua berarti
larutan KI yang telah ditambahkan telah menguap dan proses dikatakan salah.
Pada sampel yang kelompok kami uji, yaitu larutan pisang, setelah melalui
serangkaian tahap dan pada saat penambahan KI 20% mengalami perubahan warna
menjadi biru tua hampir hitam. Hal ini menandakan proses analisa yang kami
lakukan benar dan sesuai dengan teori.
Untuk mengetahui kadar I2 yang bebas dilakukan titrasi dengan Natrium
Thiosulfat karena banyaknya volume Na.Thiosulfat yang digunakan sebanding
dengan banyaknya I2 bebas yang dianggap sebagai kadar gula. Titrasi ini
dihentikan hingga warna biru tua hilang dan larutan berubah warna menjadi putih..
2. Analisis total karbohidrat dengan Metode Anthrone sulfat
Penggunaan Metode Anthrone untuk analisis
total karbohidrat mulai berkembang sejak penggunaan pertama kali oleh Dreywood
pada tahun 1946 untuk uji kualitatif. Dasar dari reaksi ini adalah kemampuan
karbohidrat untuk membentuk turunan furfural dengan keberadaan asam dan panas,
yang kemudian diikuti dengan reaksi dengan anthrone yang menghasilkan warna
biru kehijauan (Sattler dan Zerban 1948) dalam Brooks et al (1986).
Anthrone, C6H4COC6H4CH2, adalah turunan dari
anthraquinone. Senyawa ini diproduksi oleh reduksi katalitik dari anthraquinone
oleh asam hidroklorat dengan keberadaan logam timah. Senyawa ini mungkin ada
dalam bentuk keto atau enol, yang masing-masing dikenal dengan nama anthrone
and anthranol. Reaksinya dapat dilihat pada persamaan (1.3):
(1.3)
Mekanisme pembentukan warna anthrone dengan
gula telah diteliti. Hurd dan Isenhour (1932) dan Wolfrom et al (1948)
mempostulasikan bahwa karbohidrat dan turunannya mengalami pembentukan cincin
dalam keberadaan asam kuat dari mineral, seperti yang ditunjukkan untuk glukosa
(1.4):
(1.4)
Tiap tahap adalah pemecahan dari glukosa(I)
menjadi 5-(hydroxymethyl)-2-furaldehyde(IV) menunjukkan dehidrasi baik pada
double bond atau pembentukan cincin. Wolfrom et al. (1948) menunjukkan bukti
spektroskopik untuk senyawa intermediate (II) dan (III) pada reaksi ini
Sattler and Zerban (1948) menyarankan bahwa pembentukan warna hijau pada reaksi
anthrone tergantung oleh keberadaan 5-(hidroksimetil)-2-furaldehid, atau
senyawa furfural yang mirip, yang dibentuk
oleh reaksi asam sulfat pada karbohidrat. Momose
et al. (1957) melakukan kromatografi pada ekstrak benzene dari pewarna terhadap
alumina dan menunjukkan bahwa bagian yang dapat larut dari benzene-terdiri dari
beberapa
pewarna yang memberikan pewarnaan yang
berbeda dengan asam sulfat. Mereka menentukan berat molekul dari salah satu
pewarna utama yaitu kurang lebih 530, dan mempostulasikan formula dari pewarna
itu (C47H30O3). Mereka menyimpulkan bahwa 3 mol anthrone bereaksi dengan 1 mol
glukosa, yang digambarkan dalam persamaan (1.5):
3C14H10O + C6H12O6 C47H3O30 + 5H2O + CH2O
(1.5)
Dari data analisis dan spektrum inframerah
dari pewarna, dan mekanisme reaksinya dipertimbangkan, mereka menduga struktur
yang mungkin adalah 1,2,5,- atau 1,3,5,-trianthronylidenepentane. Ludwig dan
Goldberg (1956) melaporkan adaptasi dari Metode Anthrone kolorimetri untuk analisis
total karbohidrat secara kuantitatif pada pangan. Metode yang digunakan relatif
cepat dan akurat serta lebih baik daripada metodologi analisis karbohidrat
sebelumnya, yaitu metode
Somogyi-Shaffer-Hartmann yang menggunakan
teknik teknik iodometri dan prinsip gula pereduksi. Mereka menunjukkan bahwa
persiapan hidrolisis dan deproteinisasi tidak perlu dilakukan ketika teknik
anthrone digunakan.
Uji Anthrone ini memiliki kelebihan dalam hal
sensitifitas dan kesederhanaan ujinya (Koehler 1952).Sejumlah kecil karbohidrat
dapat memberikan warna yang terdeteksi dengan menggunakan spektrofotometer.
Dreywood (1946) melakukan uji spesifisitas dari reaksi dan membuat daftar 18
jenis karbohidrat, termasuk beberapa turunan selulosa, yang memberikan hasil positif.
Dia juga melaporkan hasil negatif terhadap kelompok besar nonkarbohidrat,
termasuk sejumlah resin sintetik nonselulosa, asam organik, aldehid, fenol,
lemak, terpena, alkaloid, dan
protein. Nonkarbohidrat yang menunjukkan
hasil positif hanya furfural, tetapi hasil positif ini cepat menghilang karena
warna hijau dikaburkan oleh presipitat coklat. Morris (1948) juga menunjukkan
spesifisitas anthrone untuk karbohidrat sangat tinggi, dan dia melaporkan
reaksi positif untuk semua mono-, di-, dan polisakarida murni yang diujikan,
juga sampel of dekstrin, dekstran, pati, polisakarida tumbuhan dan gum,
polisakarida tipe II dan II dari pneumococcus, glukosida, dan senyawa asetat
dari mono-, di-, dan polisakarida. Kekurangan dari Metode Anthrone adalah
ketidakstabilan dari reagen (anthrone yang dilarutkan dalam asam sulfat),
sehingga perlu dilakukan persiapan reagen yang baru setiap hari.
Dreywood (1946) memperhatikan bahwa panas
yang dihasilkan oleh pelarutan asam sulfat merupakan bagian yang penting dalam
uji. Morris (1948) melihat signifikansi dari panas pada reaksi anthrone dan
menunjukkan bahwa pada sejumlah karbohidrat yang diberikan, intensitas warna
bervariasi dengan jumlah panas yang dihasilkan. Oleh karena itu kurva standar
juga perlu dibuat setiap hari.
Nilai total karbohidrat tidak dapat
dinyatakan dalam persen karbohidrat, tetapi lebih baik dinyatakan dengan
istilah glucose equivalents per cent, karena kepekatan warna yang
dihasilkan dari reaksi anthrone bervariasi dengan tipe gula yang ada. Kepekatan
warna yang sama contohnya, ditunjukkan oleh 100 μg. glukosa, 105 μg. maltosa,
dan 111 μg glikogen. Gula murni lain selain glukosa dapat dikalkulasi dengan
faktor konversi. Tetapi jika terdapat campuran karbohidrat yang tidak diketahui
pada bahan pangan faktor konversi itu tidak dapat digunakan, dan hasilnya bukan
persentase karbohidrat absolut, melainkan ekuivalen glukosa, yang dapat
bervariasi dari nilai persentasi karbohidrat yang sebenarnya dengan jumlah yang
tidak dapat ditentukan. Keganjilan ini tidak signifikan ketika nilai glucose
equivalents per cent digunakan hanya sebagai basis untuk mengkonversi nilai
total karbohidrat menjadi nilai total pangan (Beck dan Bibby 1961). Untuk tujuan
ini glucose equivalents per cent hanya sebagai indeks dari persentasi
absolute dari masing-masing karbohidrat dalam pangan.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar