Pigmen Klorofil

2.1    Pigmen dan Warna

Warna  adalah zat yang terdapat di permukaan suatu benda sehingga bila disinari dengan cahaya putih sempurna akan memberikan sensasi warna tertentu yang mampu ditangkap mata. Proses secara fisik sangatlah berbeda dengan fluorescent, phosphorescence dan bentuk lain dari luminescence, yang mana materi tersebut dapat mengeluarkan cahaya dengan sendirinya.
Berkebalikan dengan teori warna cahaya, di dalam teori pigmen sensasi putih dianggap sebagai absennya seluruh pigmen.

Suatu bahan pangan sebenarnya terdiri dari berbagai jenis pigmen, namun warna yang akhirnya muncul adalah warna pigmen yang paling dominan diantara yang lainnya. Sebuah warna dihasilkan karena adanya kemampuan ikatan kimia suatu pigmen untuk menyeleksi gelombang cahaya yang diserap dan dipantulkan. Sebagai contoh, warna merah yang pada buah apel adalah warna yang dipantulkan oleh pigmen tersebut, sedangkan warna-warna lainnya hanya diserap saja, tidak dipantulkan (Marvel, 2010).

Warna bahan pangan dari makanan dapat disebabkan oleh beberapa sumber, dan salah satu yang terpenting disebabkan oleh pigmen yang ada didalam bahan nabati atau bahan hewani. Sebagai contoh misalnya khlorofil yang memberikan warna hijau pada daun selada atau buncis, karoten yang memberikan warna jingga pada wortel dan jagung, likopen yang memberikan warna mearh pada buah tomat dan semangkan, antosianin memberikan warna ungu pada bit dan buah kopi, dan mioglobin yang memberikan warna merah pada daging.

Pigmen-pigmen alam biasanya akan mengalami perubahan kimia, misalnya yang terjadi pada pematangan buah-buahan atau “curing” daging. Pigmen juga sangat sensitif terhadap pengaruh kimia dan fisik selama pengolahan. Terutama panas sangat berpengaruh terhadap pigmen bahan pangan, juga pukulan mekanik dan penggilingan biasanya menyebabkan perubahan warna bahan pangan.Hal ini disebabkan karena sebagian besar pigmen tanaman dan hewan terkumpul didalam sel-sel tenunan dan dalam “pigmen body”, misalnya klorofil yang terdapat di dalam kloroplas;jika sel-sel ini pecah karena penggilingan atau pukulan, maka pigmen akan keluar dan sebagian akan rusak atau teroksidassi karena kotak dengan udara.

Tidak semua warna disebabkan oleh pigmen alamiah dari tanaman atau hewan. Selain karena pigmen, warna juga dapat disebabkan oleh pengaruh faktor lain misalnya proses karamelisasi gula menyebabkan warna coklat tua. Beberapa contoh yang termasuk karamelisasi adalah warna gelap pada gula tebu karena kepanasan, warna roti panggang dan warna coklat dari caramel kembang gula.

Warna makanan juga dapat disebabkan oleh penambahan zat-zat warna alam atau buatan, misalnya pada penambahan kunyit dalam pembuatan tahu, penambahan ekstrak daun pandan pada kue pisang atau penambahan zat warna asal tumbuh-tumbuhan kedalam salah satu jenis keju supaya berwarna kejinggaan (Winarno, 1980).

2.2    Pewarna Bahan Pangan

Penentuan mutu bahan pangan pada umumnya sangat tergantung pada beberapa factor, seperti cita rasa, tekstur, dan nilai gizinya, juga sifat mikrobiologisnya.Tetapi, sebelum factor-faktor lain dipertimbangkan, secara visual factor warna tampil lebih dahulu dan kadang-kadang sangat menentukan.

Selain sebagai faktor yang ikut menentukan mutu, warna juga dapat digunakan sebagai indicator kesegaran atau kematangan. Baik tidaknya cara pencampuran atau cara pengolahan dapat ditandai dengan adanya warna yang seragam dan merata.

Zat warna yang sudah sejak lamadikenal dan digunakan, misalnya daun pandan atau daun suji untuk warna hijau dan kunyit untuk warna kuning. Kini berkembangnya ilmu pengetahuan dan teknologi telah ditemukan zat warna sintetis, karena penggunaannya lebih praktis dan harganya lebih murah.

Ada beberapa hal yang dapat menyebabkan suatu bahan pangan berwarna antara lain dengan penambahan zat warna.Secara garis besar, berdasarkan sumbernya dikenal dua jenis zat pewarna yang termasuk dalam golongan bahan tambahan pangan, yaitu pewarna alami dan pewarna sintetis.(Cahyadi, 2006)

Warna makanan disebabkan oleh pigmen alam atau pewarna yang ditambahkan. Pigmen alam adalah segolongan senyawa yang terdapat dalam produk yang berasal dari hewan atau tumbuhan. Pewarna tambahan diatur sebagai tambahan makanan, tetapi beberapa warna sintetik, terutama karotenoid, dianggap sama dengan pewarna alam dan karena itu tidak perlu pemeriksaan toksikologi secara ketat seperti tambahan lain.

Pigmen alam mencakup pigmen yang sudah terdapat dalam makanan dan pigmen yang terbentuk pada pemanasan, penyimpanan, atau pemrosesan. Antosianin dan flavonoid terdapat dalam sayur yang berasal dari akar dan buah-buahan seperti beri dan anggur. Warna daging disebabkan oleh adanya dua pigmen myoglobin dan hemoglobin. Klorofil adalah pigmen hijau yang menjdai penyebab warna sayuran berdaun dan beberapa buah. Dalam daun hijau, klorofil terurai pada saat senses dan warna hijau cenderung hilang. Dalam banyak buah klorofil terdapat pada buah yang belum masak dan hilang secara perlahan-lahan ketika karotenoid kuning dan merah menggantikannya selama pemasakan. Dalam tumbuhan, klorofil terisolasi dalam kloroplastid. Kloroplastid merupakan partikel-partikel sangat renik yang terdiri atas satuan-satuan yang lebih kecil lagi, disebut grana, yang berukuran biasanya lebih kecil dari 1 mikrometer dan pada batas resolusi mikroskop cahaya. Grana sangat terstruktur dan mengandung lamina dan di antara lamina-lamina ini terletak molekul klorofil (Deman, 1997).

Menurut Winarno (1980), ada lima sebab yang dapat menyebabkan suatu bahan makanan berwarna yaitu :

a.  Pigmen yang secara alami terdapat pada tanaman dan hewan misalnya klorofil berwarna hijau, karotein berwarna jingga, dan mioglobin menyebabkan warna merah pada daging.

b.  Reaksi karamelisasi yang timbul bila gula dipanaskan membentuk warna coklat,misalnya warna coklat pada kembang gula karamel atau roti yang dibakar.

c.   Warna gelap yang timbul karena adanya reaksi maillard,yaitu antara gugus amino protein dengan gugus karbonil gula pereduksi; misalnya susu bubuk yang disimpan lama akan berwarna gelap.

d.  Reaksi antara senyawa organik dengan udara menghasilkan warna hitam, atau coklat gelap. Reaksi oksidasi ini dipercepat oleh adanya logam serta enzim; misalnya warna gelap permukaan apel atau kentang yang dipotong.

e.  Penambahan zat warna, baik zat warna alami maupun zat warna sintetik, yang termasuk dalam golongan bahan aditif makanan.

2.3  Pewarna Alami

Banyak warna cemerlang yang dipunyai oleh tanaman dan hewan dapat digunakan sebagai pewarna untuk makanan. Beberapa pewarna alami ikut menyumbangkan nutrisi (karotenoid, riboflavin, dan kobalamin), merupakan bumbu (kunir dan paprika) atau pemberi rasa (caramel) ke bahan olahannya. Konsumen dewasa ini banyak menginginkan bahan alami yang masuk kedalam daftar diet mereka. Sebagai contohnya serbuk beet menggantikan pewarna merah sintetik FD & C No. 2. Namun, penggantian dengan pewarna alami secara keseluruhan masih harus menunggu para ahli untuk dapat menghilangkan kendala, seperti bagaimana menghilangkan rasa beet-nya, mencegah penggumpalan dalam penyimpanan, menjaga kestabilan dalam penyimpanan. Beberapa pewarna alami yang berasal dari tanaman dan hewan, diantaranya adalah klorofil, mioglobin dan hemoglobin, anthosianin, flavonoid, tannin, quinon dan xanthon, serta karotenoid.

 Pigmen-pigmen alam biasanya akan mengalami perubahan kimia, misalnya yang terjadi pada pematangan buah-buahan atau “curing” daging. Pigmen juga sangat sensitif terhadap pengaruh kimia dan fisik selama pengolahan. Terutama panas sangat berpengaruh terhadap pigmen bahan pangan, pukulan mekanik dan penggilingan juga mempengaruhi perubahan warna bahan pangan. Hal ini disebabkan karena sebagian besar pigmen tanaman dan hewan terkumpul di dalam sel-sel tenunan dan dalam pigment body, misalnya klorofil yang terdapat dalam kloroflast. Jika sel-sel ini pecah karena penggilingan atau pukulan, maka pigmen akan keluar dan sebagian akan teroksidasi karena kontak dengan udara.

Setiap pigmen mempunyai kestabilan yang berlainan terhadap berbagai kondisi pengolahan.

2.3.1  Klorofil

 Istilah klorofil berasal dari bahasa Yunani yaitu chloros artinya hijau dan Phyllos artinya daun. Ini diperkenalkan pada tahun 1818, dimana pigmen tersebut diekstrak dari tumbuhan dengan menggunakan pelarut organik. Hans Fischer peneliti klorofil yang memperoleh nobel prize winner pada tahun 1915 berasal dari technishe hochschule, munich germany. Klorofil adalah pigmen pemberi warna hijau pada tumbuhan, alga dan bakteri fotosintetik. Senyawa ini yang berperan dalam proses fotosintesis tumbuhan dengan menyerap dan mengubah tenaga cahaya matahari menjadi tenaga kimia. Dengan proses fotosintesis, terdapat 3 fungsi utama dari klorofil yaitu yg pertama memanfaatkan energy matahari, kedua memicu fiksasi CO2 menjadi karbohidrat dan yang ketiga menyediakan dasar energetik bagi ekosistem secara keseluruhan. Dan karbohidrat yang dihasilkan fotosintesis melalui proses anabolisme diubah menjadi protein, lemak, asam nukleat, dan molekul organik lainnya. Pada tanaman tingkat tinggi ada 2 macam klorofil yaitu klorofil-a (C55H72O5N4Mg) yang berwarna hijau tua dan klorofil-b (C55H70O6N4Mg) yang berwarna hijau muda. Klorofil-a dan klorofil-b paling kuat menyerap cahaya di bagian merah (600-700 nm), sedangkan yang paling sedikit cahaya hijau (500-600 nm). Sedangkan cahaya berwarna biru dari spektrum tersebut diserap oleh karotenoid.

Klorofil atau pigmen utama tumbuhan banyak dimanfaatkan sebagai food suplement yang dimanfaatkan untuk membantu mengoptimalkan fungsi metabolik, sistem imunitas, detoksifikasi, meredakan radang (inflamatorik) dan menyeimbangkan sistem hormonal (Limantara, 2007, dalam Agustian, 2011).

Klorofil berwarna hijau karena menyerap cahaya dengan kuat di daerah biru (430 nm) dan merah (662 nm) pada spektrum tampak. Klorofil b berbeda dari klorofil a karena adanya gugus aldehid pada posisi 3. Perbedaan struktur klorofil a dan b menghasilkan perbedaan spektrum serapan klorofil. Kenyataan tersebut mengakibatkan perbedaan warna hijau pada kedua klorofil, klorofil a berwarna hijau-biru sedangkan klorofil b berwarna hijau-kuning. Panjang gelombang maksimum bervariasi tergantung pada pelarut yang digunakan (Gross, 1991, dalam Agustian, 2011).

Klorofil menyebabkan cahaya berubah menjadi radiasi elektromagnetik pada spektrum kasat mata(visible). Misalnya, cahaya matahari mengandung semua warna spektrum kasat mata dari merah sampai violet, tetapi seluruh panjang gelombang unsurnya tidak diserap dengan baik secara merata oleh klorofil. Klorofil dapat menampung energi cahaya yang diserap oleh pigmen cahaya atau pigmen lainnya melali fotosintesisi, sehingga fotosintesis disebut sebagai pigmen pusat reaksi fotosintesis. Dalam proses fotosintesis tumbuhan hanya dapat memanfaatkan sinar matahari dengan bentuk panjang gelombang antara 400 – 700 nm (Anonim, 2000).

Cahaya matahari yang sampai kebumi, sekitar 23% digunakan untuk daur hidrologi, 46% untuk pemanasan atmosfir, permukaan bumi serta lautan, dan sekitar 30% dipantulkan kembali ke luar angkasa. Cahaya matahari kurang dari 1% digunakan untuk proses fotosintesis tumbuhan (Wirahadikusumah, 1985).

Menurut Dwidjoseputro (1994), pada tanaman tinggi ada 2 macam klorofil, yaitu:Klorofil a : C55 H72 O5 N4 Mg (berwarna hijau tua) dan Klorofil b : C55 H70 O6 N4 Mg (berwarna hijau muda). Rumus bangunnya berupa satu cincin yang terdiri atas 4 pirol dengan Mg sebagai inti. Rumus bangun ini hamper serupa dengan rumus bangun haemin (zat darah), dimana intinya bukan Mg, melainkan Fe. Pada klorofil terdapat suatu rangkaian yang disebut fitil yang terlepas menjadi fitol C20 H39 OH, jika terkena air (hidrolisis) dan pengaruh enzim klorofilase. Fitol itu lipofil (suka akan lemak), sedang sisanya disebut rangka porfin, sifatnya hidrofil (suka akan air) (Dwidjoseputro, 1994).

Klorofil itu fluoresen, artinya dapat menerima sinar dan mengembalikannya dalam gelombang yang berlainan. Klorofil-a tampak hijau tua, tetapi jika sinar direfleksikan, tampaknya lalu merah darah. Klorofil-b berwarna hijau cerah tampak merah coklat pada fluoresensi. Klorofil banyak meresap sinar merah dan nila (Dwidjoseputro, 1994).

Perbedaan keduanya terletak pada atom C no. 3 dimana metil pada klorofil a diganti dengan aldehida pada klorofil b. Pada hakikatnya klorofil merupakan senyawa yang tidak stabil sehingga sulit untuk menjaga agar molekulnya tetap utuh dengan warna hijau yang menarik. Beberapa peneliti berpendapat bahwa dalam peranannya klorofil pecah dan kloroplas keluar. Klorofil dalam daun masih berikatan dengan protein ketika proses pemanasan, protein terdenaturasi dan klorofil lepas. Sehingga warna klorofil menjadi coklat atau pudar.

v  Sumber klorofil

Sumber klorofil yang paling nyata adalah sayuran hijau. Akan tetapi, lebih baik dikonsumsi dalam keadaan masih mentah. Proses pemanasan saat memasak merusak hampir semua kandungan klorofilnya (Al-Faqir,S, 2010).

v  Pembentukan klorofil

Menurut Dwidjoseputro (1994), faktor-faktor yang mempengaruhi pembentukan klorofil antara lain :

1.    Pembawa faktor, dimana pembentukan klorofil misalnya pada pembentukan pigmen-pigmen lain seperti hewan dan manusia yang dibawah oleh suatu gen tertentu di dalam kromosom. Begitu pula dengan tanaman, jika tidak ada klorofil maka tanaman tersebut akan tampak putih (albino), contoh seperti tanaman jagung.

2.    Sinar matahari, dimana klorofil dapat terbentuk dengan adanya sinar matahari yang mengenai langsung ketanaman.

3.    Oksigen, pada tanaman yang dihasilkan dalam keadaan gelap meskipun diberikan sinar matahari tidak dapat membentuk klorofil, jika tidak diberikan oksigen.

4.    Karbohidrat ternyata dapat membantu pembentukan klorofil dalam daun-daun yang mengalami pertumuhan. Tanpa adanya karbohidrat, maka daun-daun tersebut tidak mampu mengahasilkan klorofil.

5.    Nitrogen, Magnesium, dan Besi merupakan suatu keharusan dalam pembentukan klorofil, jika kekurangan salah satu dari zat-zat tersebut akan mengakibatkan klorosis pada tumbuhan.

6.    Unsur Mn, Cu, dan Zn meskipun jumlah yang dibutuhkan hanya sedikit dalam pembentukan klorofil. Namun, jika tidak ada unsur-unsur tersebut maka tanaman akan mengalami klorosis juga.

7.    Air, kekurangan air pada tumbuhan mengakibatkan desintegrasi dari klorofil seperti terjadi pada rumput dan pohon-pohon dimusim kering.

8.    Temperatur 30-40^oC merupakan suatu kondisi yang baik untuk pembentukkan klorofil pada kebanyakkan tanaman, akan tetapi yang paling baik ialah pada temperatur antara 26-30^oC.

v  Fungsi Klorofil

Klorofil merupakan salah satu metabolism sekunder yang potensial. Zat hijau daun ini tak hanya penting, dalam proses fotosintesis tumbuhan saja, tetapi juga sangat berguna untuk menunjang kesehatan bagi yang mengkonsumsinya. Seorang penelitian bernama Franz Miller menganjurkan penggunakan klorofil sebagai obat istimewa kerena keberadaannya dapat memperbaiki kondisi kesehatan yang buruk. Selain itu klorofil juga merupakan zat pewarna hijau bagi tumbuhan. (Campbell, 2004)

Klorofil atau yang biasa dikenal dengan zat hijau daun, sama sperti namanya merupakan kandungan yang menyebabkan warna hijau pada tanaman. Apa yang dilakukan klorofil? Klorofil ini akan menyerap energi dari matahariuntuk memfasilitasi berlangsungnya proses fotosintesis pada tumbuhan. Klorofil ini dalam tanaman sama seperti darah pada manusia. Zat ini sangat berperan dalam fungsi metabolism seperti pertumbuhan dan respirasi (pernapasan) tumbuhan. Yang lebih menarik lagi, komposisi kimia klorofil hamper sama dengan komposisi darah manusia. Bedanya, atom sentral klorofil adalah magnesium sedangkan atom sentral manusia adalah besi. Hal ini, ditambahkan dengan pentingnya klorofil dalam proses metabolism tumbuhan menarik perhatian ilmuan untuk mencari tahu kemungkinan apakah klorofil bisa mendatangkan manfaat yang sama pula pada manusia. Hasilnya, banyak penelitian yang telah menemukan manfaat dari klorofil bagi kesehatan manusia yang mengkonsumsinya.

v  Sifat fisik

1.  Klorofil a dan pheophytin a

•         Larut dalam alkohol, eter, benzena, danaseton

•         Dalam bentuk murni sedikit larut dalam petroleum eter

•         Tidak larut air

2.  Klorofil b dan pheophytin b

•         Larut dalam alkohol, eter, benzena, dan aseton

•         Dalam bentuk murni tidak larut dalam petroleum eter

•         Tidak larut dalam air

3.  Chlorophyllide dan pheophorbide

•         Tidak mengandung rantai samping phytol

•         Tidak larut minyak

•         Larut dalam air

v  Sifat kimia klorofil

Klorofil memiliki struktur kimia yang sangat mirip dengan struktur kimia yang ditemukan dalam sel darah merah kita. Perbedaan mendasar adalah fakta bahwa struktur (disebut sebuah cincin porfirin) mengandung sebuah atom besi di pusatnya ketika ditemukan dalam sel-sel darah merah kita, tetapi jika ditemukan pada tumbuhan, mengandung sebuah atom magnesium di pusat .

Ketika tanaman yang dipanaskan dan terkena asam (dan ketika sayuran hijau yang dimasak dan terkena asam), magnesium akan dihapus dari pusat struktur cincin ini dan diganti dengan sebuah atom hidrogen. (Dalam biokimia, klorofil mendapat berubah menjadi molekul yang disebut pheophytin, dan klorofil b akan berubah menjadi pheophytin b). Dengan perubahan ini sederhana, warna perubahan sayuran dari hijau cerah untuk zaitun-abu-abu. (Pheophytin memberikan warna hijau-abu-abu, dan b pheophytin menyediakan zaitun warna hijau).

Pheophytinisasi adalah proses dimana klorofil mengalami perubahan selama pengolahan pangan dengan mengganti ion Mg menjadi H. Dampak terbentuknya pheophytin adalah perubahan bahan pangan menjadi warna coklat zaitun kusam.

Chlorophyllideter terbentuk dengan menghilangkan rantai samping phytol. Chlorophyllide berwarna hijau seperti klorofil. Jika Mg diambil dari chlorophyllide maka akan terbentuk pheophorbide dengan warna seperti pheophytin.

Klorofilase merupakan satu-satunya enzim yang dapat mengatalis degradasi klorofil. Derivat klorofil yang terbentuk ketika dilakukan proses pemanasan dapat dikelompokkan menjadi dua, berdasarkan ada/tidaknya atom magnesium di tengah tetrapirol. Derivat yang mengandung Mg berwarna hijau, sedangkan yang tidak mengandung Mg berwarna kecoklatan. Jika ada ion seng atau tembaga, akan terbentuk kompleks seng atau tembaga yang berwarna hijau. Atom magnesium pada klorofil mudah digantikan oleh ion hidrogen, yang akan menghasilkan warna coklat feofitin. Reaksi ini merupakan reaksi irreversible dalam larutan air (Fennema, 1996).

Degradasi klorofil pada jaringan sayuran dipengaruhi oleh pH. Pada media basa (pH 9), klorofil sangat stabil terhadap panas, sedangkan pada media asam (pH 3) tidak stabil. Penurunan satu nilai pH yang terjadi ketika pemanasan jaringan tanaman melalui pelepasan asam, hal ini mengakibatkan warna daun memudar setelah pemanasan. Penambahan garam klorida seoerti sodium, magnesium, atau kalsium menurunkan feofitinisasi, karena terjadi pelapisan elektrostatik dari garam (Fennema 1996). Pigmen klorofil bisa digunakan untuk memberi warna pada bahan pangan tanpa adanya efek negatif yang ditimbulkan.

Jika kita amati lebih lanjut dalam tingkatan struktur kimiawi, akan kita jumpai keunikan dari klorofil. Struktur dari klorofil memiliki kesamaan struktur dengan hemoglobin. Perbedaannya hanyalah terletak pada atom pusat dari molekul. Atom pusat klorofil adalah magnesium (Mg) sedangkan atom pusat hemoglobin adalah besi (Fe). Jika hemoglobin diidentikan sebagai darah merah manusia, maka klorofil dapat diidentikan sebagai darah hijau manusia. Karena kemiripan struktur inilah, maka klorofil adalah satu-satunya molekul di dunia ini yang secara alamiah dapat diterima oleh tubuh dan menjadi nutrisi vital bagi tubuh manusia.

v  Mempertahankan Warna Hijau Klorofil

Berbagai upaya dilakukan untuk mempertahankan warna hijau klorofil, berikut adalah beberapa metode yang dapat dilakukan untuk mempertahankan stabilitas warna hijau dari klorofil:

Ø  Mengubahnya kedalam bentuk chlorophyllide karena sifatnya yang lebih stabil dari pada klorofil

•         Enzim yang mengubah klorofil menjadi chlorophyllide diaktifkan yaitu suatu esterase yang bernama klorofilase

•         Untuk mengaktifkan klorofilase dibutuhkan suhu 60-65°C

Ø  Alkalinisasi

•         Tujuan: meningkatkan pH sehingga pembentukan pheophytin dapat diminimumkan

•         Menggunakan Ca(OH)₂ atau Mg(OH)₂

Ø  High Temperature Short Time (HTST)

Ø  Kombinasi alkalinisasi dan HTST