Laporan Praktikum Kimia Pangan I, Protein, Gelasi dan Presipitasi Protein Oleh : Melania RJ NIM : A1M011009
ABSTRAK
Protein merupakan zat penting yang dibutuhkan tubuh. Protein ada yang terdapat dalam makanan contohnya pada susu. Protein dapat mengalami gelasi dengan cara memerangkap air ataupun molekul berbobot molekul rendah yang sebelumnya diawali dengan pembentukan ikatan silang tiga dimensi akibat denaturasi parsial. Gelasi protein dipengaruhi oleh panas, enzim, maupun kation divalen. Praktikum gelasi dan presipitasi protein ini bertujuan untuk mengetahui proses gelasi dan presipitasi protein dengan cara mengamati jumlah endapan yang terbentuk dan kekeruhan dari gel yang terbentuk. Pada praktikum ini ditambahkan beberapa jenis zat seperti CaCl2, asam asetat glasial 10%, dan enzim protease komersial untuk mengetahui pengaruh zat tersebut terhadap pembentukan gel pada susu. Pengujian dilakukan dengan menambahkan ketiga zat tersebut ke dalam susu yang telah dipanaskan terlebih dahulu, lalu diaduk. Setelah dibiarkan 10-15 menit, diamati jumlah endapan yang tebentuk dan bandingkan tingkat kekeruhan dari endapan tersebut. Dari zat penguji gelasi protein ini memiliki pengaruh yang berbeda terhadap pembentukan gel dari protein. Endapan paling banyak terbentuk pada susu yang ditambah CaCl 2 dan keruh, pada susu s usu yang ditambah asam asetat glasial cukup banyak terbentuk endapan dan agak keruh , sedangkan pada susu yang ditambah enzim protease sama sekali tidak terbentuk endapan tetapi sangat keruh. Enzim yang digunakan yaitu jenis papain yang kurang bereaksi dengan kasein. Semakin banyak jumlah endapan maka tingkat kekeruhan akan semakin rendah. Kata Kunci : Protein, Gelasi protein, Denaturasi protein, CaCl 2, Enzim protease, asam asetat glasial I.
PENDAHULUAN
Protein merupakan makromolekul yang sangat penting baik peranannya dalam sistem biologis, kontribusinya sebagai sumber nutrisi, maupun dalam mempengaruhi kualitas pangan. Dalam proses pengolahan pangan, protein dapat berperan
dalam
mempengaruhi
karakteristik
produk
pangan,
misalnya
mengentalkan,
membentuk
gel,
menstabilkan
emulsi,
membentuk
buih,
membentuk flavor, dan sebagainya. (Kusnandar, 2010)
Pada susu, protein terbagi menjadi dua kelompok utama yaitu kasein yang dapat diendapkan oleh asam dan enzim renin dan protein whey yang dapat mengalami denaturasi oleh panas pada suhu ± 65ºC. (Buckle, 1985). Protein digunakan sebagai pembentuk gel atau menunjang proses gelasi (gelation). Protein kasein mudah mengalami gelasi pada kondisi pH 4,6 atau dikombinasikan dengan penambahan enzim proteolitik, misalnya renin. Protein whey juga dapat membentuk gel dengan kondisi pH sekitar netral (6,5-8) dan disertai proses pemanasan (> 60ºC), serta bila perlu dengan penambahan garam, baik bervalensi satu atau dua. Berdasarkan sifat ini kasein dapat digunakan untuk pembuatan keju, sedangkan protein whey untuk ingridien produk sosis, keju analog, puding, cake dan confectionary( Legowo, 2010)
Gelasi merupakan proses pembentukan gel. Protein dapat membentuk gel dengan adanya asam, aktivitas enzim, pemanasan dan penyimpanan. Gel tersebut merupakan jaringan protein, yang terbentuk dari interaksi antar protein Dapat juga terjadi suatu struktur yang intermediate atau antara keruh dan bening. Denaturasi protein dapat terjadi secara parsial ditunjukkan dengan larutan yang agak keruh dan terjadi secara keseluruhan ditunjukkan pada larutan keruh. (Itoh,2009)
Mekanisme gelasi atau penggumpalan protein dapat melalui 2 cara. Pertama, akibat denaturasi protein, konformasi molekul protein berubah, baik karena pemanasan atau kimiawi. Kedua, tahap penggumpalan karena peristiwa denaturasi protein merupakan syarat mutlak, dimana penggumpalan akan membuka kesempatan molekul protein saling berinteraksi satu dengan lainnya, sehingga peristiwa gelasi atau terbentuknya gel terjadi. (Widjanarko,2008)
Gel terbentuk dari polimer atau rantai-rantai protein yang berikatan silang (membentuk cross-link) melalui ikatan-ikatan kimia baik kovalen maupun nonkovalen yang selanjutnya membentuk “network” yang mampu memerangkap air dan juga senyawa senyawa dengan bobot molekul rendah. Produk pangan yang bebbasis gelasi protein diantaranya keju, tofu(tahu), dan cakes.
Gel terbentuk ketika sebagian protein
unfolded membentuk segmen
polipeptida uncoiled yang berinteraksi pada titik tertentu membnetuk jaringan tiga dimensi. Formasi gel merupakan hasil dari ikatan hidrogen, interaksi ion dan hidrofobik, ikatan Van der Waals, ikatan kovalen disulfide, serta kekuatan gel hubungannya dengan ukuran dan bentuk polipeptida dalam matriks gel. (Kusnandar, 2010)
Denaturasi dapat diartikan suatu perubahan atau modifikasi terhadap struktur sekunder, tersier, dan kwartener terhadap molekul protein tanpa terjadinya pemecahan ikatan-ikatan kovalen. Oleh sebab itu, denturasi dapat pula diartikan sebagi suatu proses terpecahnya ikatan hidrogen, interaksi hidrofobik, ikatan garam dan terbukanya lipatan molekul. Pemekaran atau pengembangan molekul protein yang terdenaturasi aka membuka gugus reaktif yang ada pada rantai polipeptida. Selanjutnya kan terjadi pengikatan kembali pada gugus reaktif yang sama atau yang berdekatan. Bila unit ikatan yang terbentuk cukup banyak sehingga protein tidak lagi terdispersi sebagai suatu koloid, maka protein tersebut akan mengalami koagulasi. Apabila ikatan-ikatan antara gugus-gugus reaktif protein tersebut menahan selruh cairan, maka akan terbentuklah gel. Sedangkan bila cairan terpisah dari protein yang terkoagulasi itu, maka protein akan mengendap. (Junianto,2010)
II.
A.
METODE PRAKTIKUM
Alat dan Bahan
Alat yang digunakan dalam praktikum kali ini adalah Erlenmeyer 100 ml, waterbath, pipet, pH meter. Dan bahan yang digunakannya seperti Susu sapi (fresh milk), CaCl2, asam asetat glasial 10 %, Protease komersial.
B.
Prosedur Pelaksanaan
Praktikum pengujian gelasi dan presipitasi protein digunakan susu sapi segar sebagai bahan yang proteinnya akan diuji sifat gelasi dan presipitasinya. Dalam praktikum ini digunakan beberapa larutan yang dapat membantu terjadinya pembentukan gel, yaitu CaCl 2, asam asetat glasial 10 %, serta enzim protease komersial. Susu sapi sebanyak 50 ml dimasukkan ke dalam 3 tabung reaksi yang berbeda, lalu panaskan dalam waterbath sampai suhu 70-75ºC dan dipertahankan selama 3 menit. Masukkan 500 mg CaCl 2 ke dalam tabung reaksi 1 saat susu dalam keadaan panas, lalu diaduk. Lalu untuk tabung kedua, susu yang masih panas ditambahkan asam asetat glasial 10 % tetes demi tetes sambil diaduk sampai terbentuk endapan dan pHnya mencapai 4,6-4,7 Dan untuk tabung yang ketiga tambahkan 500 mg enzim protease komersial saat susu masih panas, lalu diaduk. Ketiga tabung reaksi didiamkan 10-15 menit. Selanjutnya bandingkan secara kualitatif jumlah endapan yang terbentuk dan bandingkan juga tingkat kekeruhan dari endapan / gel secara kualitatif.
III.
HASIL DAN PEMBAHASAN
A. Hasil Pengamatan
Pada praktikum gelasi dan presipitasi protein, diperoleh data yang berisi susu yang diberi tiga bahan yang berbeda, dan diamati jumlah endapan serta kekeruhan susu, data hasil pengamatan disajikan dalam tabel di bawah ini.
Perlakuan Parameter
+ CaCl2 500 mg Jumlah
Kekeruhan
Endapan
+ Asam Asetat Glasial Jumlah
Kekeruhan
Jumlah
Endapan
Kelompok
I
IV
I
IV
II
V
Hasil
++
++
++
++
++
++
+
+
Pengamatan
+ Enzim Protease Kekeruhan
Endapan II +
V +
III
VI
III
VI
-
-
++
+++
+
Keterangan :
a.
Jumlah endapan
b.
Kekeruhan
-
: tidak ada endapan
-
: tidak keruh (jernih)
+
: sedikit endapan
+
: agak keruh
++ : banyak endapan
++ : keruh
+++ : sangat banyak endapan
+++ : sangat keruh
B. Pembahasan
Pembentukan gel atau penggumpalan merupakan salah satu sifat susu yang paling khas. Penggumpalan dapat disebabkan oleh kegiatan enzim atau penambahan asam. (Kusnandar, 2010). Pembentukan gel didahului dengan proses pemanasan pada waterbath selama 3 menit, hingga suhu dari susu mencapai 7075ºC. Ketika susu dipanaskan maka akan terjadi denaturasi parsial terhadap
protein. Dengan bantuan pemanasan, protein dapat membentuk matriks gel dengan menyeimbangkan interaksi antara protein-protein dan protein-pelarut. Struktur protein dapat dibagi menjadi empat bentuk antara lain primer, sekunder, tersier dan juga kwartener. Protein dipanaskan agar molekulnya terbuka sehingga mudah terjadi pembentukan gel.
Kasein pada susu merupakan protein yang dapat mengendap. Susu sebelum dipanaskan dan ditambah bahan lain proteinnya tercampur rata. Tetapi setelah diberi perlakuan, protein mengendap yang tadinya larut jadi tidak larut, dan terjadi gelasi atau pembentukan gel dan pengendapan protein atau presipitas i.
Protein yang terdenaturasi berkurang kelarutannya. Lapisan molekul protein bagian dalam yang bersifat hidrofobik berbalik keluar, sedangkan bagian luar yang bersifat hidrofil terlipat ke dalam. Pelipatan ini terjadi khususnya bila larutan protein telah mendekati pH isoelektrik dan akhirnya protein akan menggumpal dan mengendap. Viskositas akan bertambah karena molekul mengembang dan menjadi asimetrik, demikian juga sudut putaran optik larutan protein akan meningkat. Enzim-enzim yang gugus protestiknya terdiri dari protein akan kehilangan aktivitasnya sehingga tidak berfungsi lagi sebagai enzim yag aktif. Senyawa kimia seperti urea dan garam guanidina dapat memecah ikatan hidrogen yang akhirnya menyebabkan denaturasi protein. Dengan cara tersebut, urea dan garam guanidina dapat memecah interaksi hidrofobik dan meningkatkan daya kelarutan gugus hidrofobik dalam air (Winarno , 1982).
Setelah susu dalam ketiga erlenmeyer dipanaskan, susu ditambahkan 3 bahan berbeda , erlenmeyer 1 ditambah 500 mg CaCl 2, diaduk lalu didiamkan 1015 menit. Pada susu yang ditambahkan CaCl 2 endapan yang terbentuk sangatlah banyak dan tingkat kekeruhannya cukup keruh.
Sedangkan pada erlenmeyer 2 susu yang sudah dipanaskan ditambah dengan asam asetat glasial 10% tetes demi tetes sambil diaduk sampai pHnya 4,6-
4,7 (terbentuk endapan), lalu didiamkan 10-15 menit. Pada susu yang ditambah asam asetat glasial 10% endapan yang terbentuk banyak. Pembentukan gel dengan menggunakan asam dikendalikan oleh pH. Partikel kasein berada pada titik isoelektris pH 4,6. Pada pH tersebut afinitas partikel terhadap air menurun, dan oleh karenanya akan terbentuklah gel. Jika ditambahkan asam ke dalam susu, kalsium dalam fosfor makin lama makin terhilangkan, sampai pada titik isoelektrik pH 4,6, kasein sama sekali tidak megandung garam. Partikel-partikel kasein dalam susu dapat dipisahkan dengan penambahan asam. Dengan adanya penambahan asam ini maka akan terjadi pengendapan disertai melarutnya garamgaram kalsium dan fosfor yang semula terikat pada protein secara berangsurangsur. Tingkat kekeruhan susu akibat penambahan asam ini rendah dibandingkan dengan penambahan enzim protease dan juga CaCl2. Hal ini bisa disebabkan karena proteinnya sudah terpisahkan pada bagian dasar segingga yang tersisa adalah whey. Kira-kira 0,5-0,7% dari bahan larut yang dapat tertinggal dalam whey yaitu protein-protein laktalbumin dan laktoglobulin.
Berbeda dengan erlenmeyer 1 dan 2, pada erlenmeyer 3 susu yang telah dipanaskan dicampur dengan 500 mg enzim protease komersial, diaduk lalu didiamkan 10-15 menit. Pada susu yang ditambah enzim protease komersial ini endapan sama sekali tidak terbentuk. Dalam praktikum kali ini protease yang digunakan yaitu protease komersial jenis papain. Namun dapat dilihat bahwa susu tersebut mengalami perubahan yaitu menjadi keruh dengan tingkat kekeruhan paling tiggi dibandingkan dengan penambahan CaCl2 dan asam asetat glasial. Papain stabil terhadap suhu tinggi pada pH mendekati netral. Papain mempunyai pH optimim yang berbeda-beda untuk tiap substratnya. Untuk substrat kasein, pH optimumnya yaitu pada pH 6,5. Hidrolisis kasein secara khusus dan terbatas dengan enzim proteolitik menghasilkan sejumlah polipeptida besar yang tidak dapat dihirolisis lebih lanjut. Tidak terbentuknya endapan protein yang ditambahkan papain dikarenakan papain akan lebih berfungsi apabila protein yang disintesis yaitu protein pada kedelai. Selain itu, pada susu yang ditambah enzim protease komersial malah jadi cair, hal ini dikarenakan enzim protease komersial
bisa meningkatkan kelarutan protein. Pada dasarnya enzim dapat mengendapkan protein, tetapi tergantung jenis enzimnya. Enzim protease berfungsi melakukan lisis pada protein sehingga protein menjadi semakin larut. Sehingga pada susu yang ditambah enzim protease komersial tidak terbentuk endapan. Jenis Enzim yang dapat menurunkan kelarutan protein atau membentuk endapan yaitu renin yang terdapat pada lambung atau yang biasa untuk membuat keju.
Endapan pada susu yang telah ditambahkan tiga bahan tersebut menunjukkan adanya pembentukan gel. Dari ketiga bahan yang ditambahkan, susu yang ditambah CaCl 2 menghasilkan endapan yang paling banyak. Sedangkan pada susu yang ditambah asam asetat glasial endapan terbentuk banyak tetapi tidak sebanyak pada susu yang ditambah CaCl 2 . Pada susu yang ditambah enzim protease justru tidak terbentuk endapan sama sekali.
Menurut teori, tingkat kekeruhan berbanding terbalik dengan banyaknya jumlah endapan. Semakin banyak jumlah endapan, maka tingkat kekeruhan semakin rendah (Buana,2008). Hal ini dikarenakan kasein dan komponen lain dalam susu sudah menggumpal menjadi endapan, sehingga yang tersisa di bagian bawah hanyalah air dan sedikit komponen yang lain. Pada susu yang ditambah asam asetat glasial tingkat kekeruhan susu agak keruh. Sedangkan pada susu yang ditambah enzim protease tingkat kekeruhan susu sangat keruh. Hal ini sesuai dengan teori yaitu susu yang ditambah asam asetat glasial menghasilkan endapan yang banyak dan tingkat kekeruhan agak keruh sedangkan pada susu yang ditambah enzim protease tidak menghasilkan endapan tetapi tingkat kekeruhannya sangatlah keruh.
IV.
KESIMPULAN DAN SARAN
A. Kesimpulan
Dari hasil pengujian sifat pembentukan gel pada susu yang ditambahkan CaCl 2, asam asetat glasial, dan enzim protease dapat disimpulkan : 1. Proses pemanasan susu sebelum susu ditambahkan bahan lain dilakukan agar terjadi denaturasi parsial sehingga molekul protein akan membuka dan memudahkan terbentuknya ikatan silang tiga dimensi antar molekul. 2. Pada susu yang ditambahkan asam asetat glasial 10%, endapan yang terbentuk banyak dengan tingkat kekeruhan yang agak keruh. Hal ini membuktikan bahwa endapan dapat terbentuk karena pengaruh pH, yaitu pH isoelektris sebesar 4,6. 3. Pada susu yang ditambahkan enzim protease endapan sama sekali tidak terbentuk dan tingkat kekeruhannya sangat keruh. Tidak terbentuknya endapan mungkin disebabkan karena enzim protease kurang bereaksi dengan protein susu. 4. Dari hasil pengamatan menunjukkan bahwa jumlah endapan yang terbentuk berbanding terbalik dengan tingkat kekeruhan susu. Semakin banyak jumlah endapan maka tingkat kekeruhannya semakin kecil (semakin jernih). B. Saran
Pada saat melakukan praktikum, praktikan sebaiknya melakukan praktikum dengan lebih teliti agar hasil lebih akurat.
Daftar Pustaka
Buana, Riska Ari.2008.Gelasi dan Presipitasi Protein. http://riskaarybuana.wordpress.com/2008/12/26/kimia-pangan/ diakses pada 22 Desember 2012 Buckle, K.A. dkk. 1985. Ilmu Pangan. Penerjemah Hari Purnomo Adiono. Jakarta : UI-Press. Itoh. 2009. Interaksi komponen bahan pangan. http://itohub.blogspot.com/2009/10/interaksi-komponen-bahan-pangan1.html diakses pada 22 Desember 2012 Junianto, Dwi. 2010. Praktikum Kimia Pangan. http://dwijazz.wordpress.com/2010/04/28/praktikum-kimia-pangan/ diakses pada 24 Desember 2012
Kusnandar, Feri. 2010. Kimia Pangan Komponen Makro. Jakarta:Dian Rakyat. Legowo, Anang M. 2010. Protein Susu sebagai Ingridien Pangan. http://www.foodreview.biz/login/preview.php?view&id=56016 diakses pada 11 Desember 2012 Widjanarko, Simon. 2008. Mekanisme gelasi. http://simonbwidjanarko.wordpress.com/tag/mekanisme-gelasi/ diakses pada 22 Desember 2012 Winarno, F.G. 1986. Enzim Pangan. Jakarta : PT. Gramedia. Winarno, F.G. 1982. Kimia Pangan dan Gizi. Jakarta : Gramedia.
Lampiran
Proses pemanasan pada susu agar terjadi denaturasi pasial
Susu yang telah ditambahkan beberapa jenis bahan
Diagram alir prosedur kerja acara gelasi dan presipitasi protein
3 buah Erlenmeyer 100 ml masing-masing diisi 50 ml susu sapi
Masing- masing dpanaskan dalam waterbath sampai suhu 70 -75ºC dan dipertahankan selama 3 menit
Erlenmeyer 1 dalam kondisi panas, susu ditambahkan 500 mg CaCl2, diaduk dan didiamkan 10-15 menit
Erlenmeyer 2 dalam kondisi panas, susu ditambahkan asam asetat glacial 10% tetes demi tetes sambil diaduk sampai terbentuk endapan dengan pH 4,6 -4,7 kemudian didiamkan 10-15 menit
Erlenmeyer 3 dalam kondisi panas, susu ditambahkan dengan enzim protease komersial sebanyak 500 mg sambil diaduk dan kemudian didiamkan 10-15 menit
Erlenmeyer 1, 2, 3 kemudian diamati dan dibandingkan secara kualitatif jumlah endapan yang terbentuk
