REAKSI MAILLARD 1. Dasar Reaksi Maillard
9 fermentasi yang dilakukan pada suhu 35-40
o
C fermentasi dapat berlangsung selama 1 bulan. Pembuatan kecap secara hidrolisis asam merupakan hidrolisis
protein menggunakan asam sehingga dihasilkan peptida dan asam-asam amino. Selama proses hidrolisis dapat terjadi kerusakan asam-asam amino dan gula ,
dan terbentuk senyawa menyimpang off flavor
seperti asam levulinat dan H
2
S Nunomura Sasaki 1986.
Pengaruh peptida dalam proses pencoklatan selama aging sangat besar, namun asam amino lebih aktif daripada peptida dalam proses pencoklatan
kecap. Produk hasil hidrolisa proteolitik baik secara individu maupun kombinasi dengan komponen bahan pangan lainnya, berkontribusi pada flavor dan warna
makanan hasil fermentasi kedele Hashiba 1982
C. REAKSI MAILLARD C.1. Dasar Reaksi Maillard
Reaksi pembentukan warna dan flavor kecap manis terutama terjadi karena reaksi Maillard. Reaksi Maillard merupakan reaksi antara gugus karbonil
terutama dari gula pereduksi dengan gugus amino terutama dari asam amino, peptida dan protein Whistler Daniel 1985. Reaksi awal antara gugus aldehid
atau keton dari molekul gula dan gugus amino bebas dari molekul asam amino atau protein, oleh karena itu sering disebut dengan istilah reaksi gula-amino.
Hasil reaksi yang diinginkan pada produk pangan contohnya pada produk coklat, sedangkan yang tidak diinginkan misalnya pada chips kentang Miller 1998.
Reaksi Maillard dapat dibagi dalam tiga tahapan yaitu tahap awal dimana terbentuk glikosilamin dan
Amadori Rearrangement Product ARP, tahap
intermediet dimana terjadi dekomposisi ARP dan degradasi strecker, dan tahap akhir dimana terjadi perubahan senyawa karbonil furfural, produk fisi,
dehidroredukton atau aldehid hasil degradasi strecker menjadi senyawa yang mempunyai berat molekul tinggi. Produk degradasi ARP selama pemanasan
adalah hidroksimetil furfural HMF yang terbentuk melalui jalur 3 deoksiglukoson yang merupakan prekursor dalam pembentukan melanoidin Yokotsuka 1986.
Browning non enzimatis pada kecap terjadi selama pasteurisasi dan penyimpanan. Hampir semua macam asam amino dan peptida terdapat pada
kecap. Sejumlah pentosa seperti xilosa dan arabinosa yang terdapat pada kecap mampu membentuk senyawa Amadori dengan asam amino tersebut. Hashiba
1978 mendapatkan total konsentrasi senyawa Amadori pada kecap sebanyak
10 4,5 mM. Kato
et al dalam Hashiba 1972 menunjukkan bahwa 3-deoxyozones
dan glukoson merupakan senyawa intermediat yang penting dalam reaksi browning.
Tahap akhir dari reaksi Maillard ini menghasilkan pigmen-pigmen melanoidin yang berwarna coklat. HMF atau furfural, dehidro-redukton maupun
produk-produk fisi yang dihasilkan pada tahap intermediet dapat membentuk aldol dan polimer tanpa N. Aldol kemudian terkondensasi dan dengan adanya
senyawa amino akan membentuk melanoidin Gambar 2.1 . Begitu juga dengan HMF atau furfural, dehdro-redukton, aldehid serta produk-produk fisi dapat
secara langsung bereaksi dengan senyawa amino menghasilkan melanoidin Bailey Won Um 1992. Selain melanoidin, reaksi Maillard juga menghasilkan
flavor pada berbagai produk pangan Gambar 2.2. Secara keseluruhan reaksi Maillard menghasilkan :
a. Pigmen coklat, yang diketahui sebagai melanoidin, mengandung sejumlah nitrogen, berat molekul bervariasi dan larut dalam air.
b. Senyawa volatil yang potensial sebagai substansi aroma c. Agen flavoring
d. Senyawa dengan sifat reduksi tinggi e. Kehilangan asam amino essensial
f. Senyawa dengan sifat mutagen g. Senyawa yang dapat menyebabkan crosslinking protein
Belitz Grosch 1999 Melanoidin terbentuk pada pemanasan sekitar 100
o
C pada kondisi asam. Melanoidin merupakan senyawa dengan berat molekul tinggi yang menunjukkan
absorpsi normal dan tidak mempunyai absorpsi maksimum pada daerah visible. Lignin, tanin,melanin, karamel dan humin adalah senyawa organik yang diketahui
mirip dengan sifat kimia melanoidin. Senyawa ini diklasifikasikan sebagai poikilopolimer yang sulit diidentifikasi dikarenakan sistem polidispersi yang
berpengaruh pada berat molekul dan sifat-sifat elektrik Ikan 1996. Melanoidin mengandung sejumlah perbedaan N tergantung pada kondisi reaksi, sistem
model alami dan produk Rogacheva et al
1998. Beberapa dugaan para ahli mengenai strukturnya melanoidin dapat dilihat pada Tabel 2.2 dan Gambar 2.3.
11
Senyawa amino -H
2
O Amadori rearrangement
-3H
2
O -2H
2
O + asam
amino-
α - CO
2
Degradasi strecker
-senyawa amino
+ H
2
O -2H + 2H
+ senyawa +senyawa +senyawa seny. seny amino amino amino amino amino
Gambar 2.1. Skema Reaksi Maillard Hodge dan Rist 1953. aldosa
Glikosilamin N-substituted
Produk amadori rearrangement 1-amino-1-deoxy-2-ketose
Basa schiff dari hidroksimetilfurfural
atau 2-furaldehid gula
Produk fisi asetol, diasetil, piruvaldehid, dsb
redukton Dehidro-
redukton aldehid
Hidroksimetilfurfural atau 2-furaldehid
Aldol dan polimer bebas nitrogen
Melanoidin
12
Produk Amadori atau Heyns rearrangement pH rendah pH tinggi
1,2-enolisasi 2,3-enolisasi
3-deoksioson 1-deoksioson 1-amino-1,4-dideoksioson fisi asam amino Furfural furanon furan karbonil degradasi
HMF sikloten dikarbonil Strecker + asam piranon
Amino diasetil Senyawa hidroksiaseton +asam amino aldehid
berwarna Piruvaldehid -amino keton Pirazin ammonia
Oxazol merkapto Tiazol aldehid
H
2
S +Prolin asetaldehid
Flavor kulit roti flavor daging + H
2
S Komponen siklik bersulfur
Gambar 2.2. Mekanisme reaksi Maillard pada produk pangan Mlotkeewiez 1998
13
Tabel 2.2 Beberapa pendapat peneliti mengenai struktur melanoidin struktur melanodin
References
C
9.4
H
11.4
NO
4.6
dari sistem model glu-gly Hayase F dan Kato H,
1981
C8.9H10.6NO4.6 dari sistem model xyl-gly
C
12.0
H
14.2
N
5.4
C
27
H
17
N
3
O
13
dan C
27
H
15
N
3
O
12
dalam kecap manis Yokotsuka 1986
Unit pengulangan rantai karbon
Ikan, 1996
Mengandung gugus–OH..O- dari β
-diketon Homma S
et al ,1997
atau kombinasi C=R=R suatu unit pengulangan karbon berikatan rangkap
Belitz Grosch 1999
dan nitrogen tersier. Struktur ini terdiri atas redukton seperti enol atau enaminol
CH = O CH = O CH R C = N – R C – NH – R HC – N - CH R
CH
2
CH CH C - N – CH
2
R HC - OH HC - OH O C – OH CH C - N- CH
2
R HC – OH HC – OH CH C- OH CH
2
C– N - R’ R’ R’ HC – OH O C = O CH
R’ CH C-OH R’ C-OH n
R’
R – NH
2
= amine; R’ = H atau CH
2
H
Gambar 2.3. Unit Pengulangan Melanoidin dan Precursornya Ikan, 1996
14 Dari hasil penelitian Obretenov
et al 1993 menunjukkan bahwa kenaikan
temperatur dan waktu pemanggangan memberikan pembentukan produk dengan massa molekul yang lebih tinggi, kuantitasnya menurun pada suhu
pemanggangan yang lebih tinggi disebabkan pembentukan polimer tidak larut air dan polimerisasi parsial melanoidin. Fraksi dengan massa molekul yang berbeda
mempunyai karakteristik UV yang mirip.
C.2 Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Reaksi Pencoklatan Non Enzimatis
Faktor-faktor yang mempengaruhi reaksi pencoklatan non enzimatis meliputi suhu, kadar air, pH, senyawa kimia seperti sulfur dioksida atau sulfit dan asam-
asam organik Eskin et al
. 1971. Sedangkan menurut Miller 1998 faktor-faktor yang mempengaruhi pencoklatan karena reaksi Maillard meliputi suhu,
konsentrasi gula dan gugus amina, pH dan jenis gula. Peningkatan suhu pada saat proses pemanasan dapat meningkatkan
kecepatan pembentukan warna coklat. Menurut Eskin et al
1971, penurunan suhu selama pengolahan dan penyimpanan dapat memperpanjang fase lag yang
merupakan periode yang dibutuhkan untuk membentuk warna coklat pada produk.
Kadar air dan pH juga mempengaruhi pembentukan warna coklat, dimana pencoklatan akan semakin meningkat dengan bertambahnya kadar air dan
meningkatnya pH Hashiba 1978. Kebanyakan pengaruh pH berhubungan dengan protonasi gugus amino. Pada pH rendah , gugus amino banyak yang di
protonasi sehingga sedikit yang tersedia untuk reaksi Miller 1998. Reaksi secara lambat terjadi pada pangan kering dan dalam larutan dengan
kelarutan yang tinggi. Kebanyakan reaksi browning maksimum terjadi dalam pangan yang mempunyai kelembaban 10-15. Hal ini disebabkan air penting
untuk terjadinya suatu reaksi sehingga reaktan akan mudah dipisahkan. Air juga dapat bertindak sebagai penghambat reaksi disebabkan tahapan yang kompleks
dalam tahapan reaksinya menyebabkan dehidrasi. Konfigurasi stereokimia dan ukuran molekul gula berpengaruh terhadap
reaksi Maillard. Umumnya molekul gula yang lebih kecil bereaksi lebih cepat daripada yang besar. Pentosa bereaksi lebih cepat dibandingkan heksosa dan
heksosa lebih cepat bereaksi dibandingkan disakarida. Galaktosa paling reaktif diantara heksosa pada umumnya. Fruktosa lebih cepat bereaksi dibandingkan
glukosa pada tahap awal, tetapi untuk tahap selanjutnya sebaliknya Miller 1998.
15 Komponen yang berperan pada pencoklatan kecap terbagi menjadi dua yaitu
fraksi kation dan fraksi gabungan antara anion dengan fraksi netral. Fraksi anion terdiri dari asam amino, abu dan senyawa yang belum diketahui. Hanya fraksi
kation yang bertambah gelap selama penyimpanan dengan adanya sedikit gula. Pembentukan warna merupakan proses yang kompleks, diduga dipengaruhi oleh
faktor seperti gula, karbonil, komponen Amadori, redukton, asam organik, besi, tembaga, sodium klorida, total nitrogen, peptida dan asam amino. Senyawa
redukton, komponen karbonil dan 3-DG deoksiglukoson dilaporkan mempunyai peranan penting dalam reaksi pencoklatan. Redukton diperoleh dari fraksi kation
dalam jumlah sedikit dan dapat dielusi dengan HCl, sehingga fraksi kation yang mengandung redukton warnanya gelap Hashiba 1978.
D. ANTIOKSIDAN D.1. Mekanisme oksidasi lemak