14/04/2014
Klasifikasi Karbohidrat
OLIGOSAKARIDA SEBAGAI PANGAN FUNGSIONAL Tujuan Instruksional Khusus dapat menjelaskan jenis-jenis oligosakarida, sifat-sifatnya, manfaatnya bagi kesehatan serta pemanfaatannya dalam bahan pangan:
• Mahasiswa
Gula Sederhana
Disaccharides
1
14/04/2014
Oligosakarida
OLIGOSAKARIDA.........................
• Umumnya terdapat secara alami sebagai bagian dari
tanaman. • Saat ini diproduksi secara massal dari : Sukrosa Laktosa dengan enzim dari bakteri Glukosa Turunan pati • Gula
alkohol (kecuali eritritol) diproduksi melalui hidrogenasi mono atau disakarida seperti glukosa, maltosa, laktosa serta hidrolisis sebagai derivatif pati.
OLIGOSAKARIDA ..................... • Mono dan oligo sakarida dikembangkan di Jepang sebagai
substitusi sukrosa. • Aplikasi pada :
• Semakin
besar BM oligosakarida maka intensitas kemanisannya semakin rendah. • Tingkat kemanisan oligosakarida < ½ kali sukrosa, dan umumnya < 1/3 kali kemanisan sukrosa. • Oligosakarida diklasifikasikan menjadi 2 group : 1. Derivatif sukrosa dan laktosa 2. Derivatif lainnya
OLIGOSAKARIDA........ • Umumnya terdapat secara alami sebagai bagian dari
tanaman.
Cookies
• Saat ini diproduksi secara massal dari : Sukrosa Laktosa dengan enzim dari bakteri Glukosa Turunan pati
Cake
• Gula alkohol (kecuali eritritol) diproduksi melalui
Soft drinks Candies Caramels Chocolate
Breads Canned fruits Soft creams Jam dan jelly
hidrogenasi mono atau disakarida seperti glukosa, maltosa, laktosa serta hidrolisis sebagai derivatif pati.
puding
2
14/04/2014
OLIGOSAKARIDA......................... • Semakin besar BM oligosakarida maka intensitas
kemanisannya semakin rendah. • Tingkat kemanisan oligosakarida < ½ kali sukrosa, dan umumnya < 1/3 kali kemanisan sukrosa. • Oligosakarida diklasifikasikan menjadi 2 group : 1. Derivatif sukrosa dan laktosa 2. Derivatif lainnya
Prebiotik • Nondigestible carbohydrate yang mempunyai
pengaruh baik terhadap host dengan memicu aktivitas, pertumbuhan yang selektif, atau keduanya terhadap satu jenis atau lebih bakteri penghuni kolon
OLIGOSAKARIDA • Digolongkan kepada “PREBIOTIK” : komponen pangan
yang tidak dapat dicerna dan dapat merangsang pertumbuhan mikroflora yang menguntungkan bagi sistem pencernaan (umumnya dari kelompok Bifidobacterium) bifidogenic factors
• Prebiotik : • Dapat difermentasi oleh bakteri
menguntungkan di dalam saluran pencernaan • Mengurangi pelekatan bakteri berbahaya pada dinding saluran pencernaan
• Oligosakarida (2-20 monosakarida) FOS (fructooligosaccharides) (sereralia) Inulin GOS (galacto-oligosaccharides) (biji leguminosa) Mananoligosakarida (MOS) (dinding sel khamir)
3
14/04/2014
• Keberhasilan dari prebiotik dilihat dari karakternya
• Pengaruh positif dari prebiotik terhadap kesehatan : Antimicrobial Anticarcinogenic Hypolipidemic Glucosemodulatory Anti-osteoporotic activities
yaitu : Tidak dapat dihidrolisis oleh enzim dan tidak diserap Memperkaya bakteri yang menguntungkan (apatogen) Memberikan keuntungan bagi mikroflora usus dan membantu aktivitasnya Menurunkan populasi bakteri patogen Meningkatkan imunitas tubuh secara tidak langsung Membantu meningkatkan dan memperbaiki morfologi saluran cerna dengan meningkatkan area permukaan dalam proses penyerapan dan memperbaiki struktur mikrovili
FRUKTOOLIGOSAKARIDA
Tabel 1. Jenis-Jenis Mono dan Oligosakarida
Banyak terdapat pada tanaman tanaman ataupun sayuran termasuk
diantaranya gandum, pisang dan bawang putih Secara komersial disintesis dari sukrosa atau dari ekstrak tanaman Cichorium intybus
Oligosakarida 1. Neosugar 2. Galakto-oligosakarida 3. Xylo-oligosakarida 4. Isomalto-oligosakarida 5. Oligosakarida kedelai 6. Laktosukrosa 7. Laktulosa 8. Gula majemuk 9. Palatinosa
2.
Disakarida alkohol 1. Maltitol 2. Laktitol 3. Palatinit
80 – 95 30 – 40 30 - 40
Monosakarida 1. Eritritol (tetrosa alkohol) 2. Sorbitol (heksosa alkohol) 3. Manitol (heksosa alkohol) 4. Sorbosa (heksosa)
75 – 85 60 – 70 ca. 50 55 - 65
Sifat2 FOS : Mempunyai sifat fungsional Yang mirip
gula Menurunkan titik beku dari dessert yang
beku Memberikan tekstur krispi pada
cookies rendah lemak Bertindak sebagai binder (pengikat) Lebih larut dibanding sukrosa Kemanisan 30-50% Bertindak sebagai humektan pada produk bakery
Kemanisan (% Sukrosa) 30 – 60 20 – 40 ca. 50 ca. 50 ca. 70 35 – 60 60 – 70 50 – 60 37 - 45
1.
3.
4
14/04/2014
• Neo sugar :
• Oligosakarida kedele :
Campuran frukto oligosakarida dimana
Komponen utama : rafinosa dan stakiosa 1
2 atau 3 molekul fruktosa berikatan dengan residu fruktosa dari sukrosa melalui ikatan -2,1 Diproduksi secara enzimatis dari sukrosa
atau 2 molekul galaktosa berikatan dengan residu glukosa dari sukrosa melalui ikatan 1,6 Tdd : 30 % rafinosa dan stakiosa, 50% sukrosa dan 20% monosakarida serta komponen lainnya.
• Palatinosa • Laktosukrosa (Galaktosil – sukrosa) Mempunyai struktur mirip dengan rafinosa
tetapi ikatan galaktosa dengan glukosa berupa ikatan -1,4
Isomer struktur dari sukrosa, mengandung
residu glukosa dan fruktosa dengan ikatan -1,6.
• Galakto-oligosakarida : Polimer tdd 1 – 4 molekul galaktosa berikatan
• Coupling Sugar (Gula Majemuk) Campuran glukosil-sukrosa dan maltosil-
sukrosa dimana 1 atau 2 molekul glukosa berikatan dengan residu glukosa dari sukrosa melalui ikatan -1,4.
dengan residu galaktosa dari laktosa 2 tipe galakto-oligosakarida : 1. Tdd galaktosa dengan ikatan -1,4 2. Tdd galaktosa dengan ikatan -1,6 diproduksi secara terpisah melalui proses yang berbeda
5
14/04/2014
• Laktosa :
FUNGSI FISIOLOGIS DARI MONO DAN OLIGOSAKARIDA
Derivatif laktosa, dimana residu
glukosa dari laktosa digantikan oleh fruktosa.
• Pengaruh menguntungkan terhadap kesehatan : Pencernaan Absorpsi Fermentasi
• Xylo-oligosakarida : Tdd pentosa • Isomalto oligosakarida : Tdd : isomaltotriosa dan panosa.
Metabolisme • Dari sisi proses metabolisme di dalam tubuh ada 2 tipe oligosakarida :
yang tidak dapat atau sedikit dihidrolisis oleh enzim pencernaan di usus halus 2. yang dapat dicerna secara sempurna dan diabsorpsi oleh usus halus • Monosakarida juga ada 2 tipe : 1. Poorly absorbable dan dapat dimetabolisme 2. Dapat diabsorbsi tapi tidak dapat dimetabolisme 1.
• Berdasarkan fungsinya di dalam kesehatan, • Mono dan oligosakarida yang tidak diabsorbsi
dan/atau dicerna di dalam usus halus akan masuk ke usus besar, kemudian didegradasi oleh bakteri kolon
mono dan oligosakarida diklasifikasikan atas 4 kelompok : 1. Menghasilkan energi yang lebih rendah dari energi sukrosa 2. Tidak mempengaruhi sekresi insulin dari pankreas 3. Meningkatkan mikroflora intestinal 4. Mencegah carries gigi
6
14/04/2014
Menghasilkan energi yang lebih rendah dari energi sukrosa
Tidak mempengaruhi sekresi inulin dari pankreas
a. Oligosakarida yang tidak dapat dicerna tapi dapat
Neosugar
difermentasi : neosugar, rafinosa, stakiosa, 4-galaktosil-laktosa, 6-galaktosil-laktosa, xylo-oligosakarida, maltitol, laktitol, palatinit, laktulosa. b. Monosakarida yang dapat diabsorpsi tapi tidak dapat dimetabolisme : eritritol c. Monosakarida yang “poorly abosrable” dan dapat dimetabolisme : sorbitol dan manitol
Rafinosa Stakiosa 4-galaktosil-laktosa 6-galaktosil-laktosa Xylo-oligosakarida Maltitol Laktitol Sorbitol Palatinit Laktolusa Eritritol
Mencegah carries gigi Meningkatkan mikroflora intestinal :
a.
• Neosugar • Rafinosa
Oligosakarida yang dapat dicerna (digestable) : Coupling sugar Palatinosa
b.
Mono dan oligosakarida dengan kandungan energi rendah :
• Stakiosa
Neosugar
Maltitol
• 4-galaktosil-laktosa
Rafinosa
Laktitol
Stakiosa
Sorbitol
4-galaktosil-laktosa
Palatinit
6 galaktosil-laktosa
Laktulosa
Xylo-oligosakarida
eritritol
• 6-galaktosil-laktosa • Xylo-oligosakarida • laktulosa
7
14/04/2014
METABOLISME OLIGOSAKARIDA YANG NONDIGESTABLE, NEOSUGAR • Hasil studi terakhir mengenai metabolisme oligosakarida : Oligosakarida dan serat pangan tidak dapat dicerna dan diabsorbsi , tapi dapat dimetabolisme oleh bakteri intestinal
PENELITIAN TENTANG METABOLISME OLIGOSAKARIDA (NEOSUGAR) • Komponen neosugar : 1-kestosa (GF2) dan nistosa (GF3)
tidak dihidrolisis oleh enzim pencernaan. • Pemberian 14C-neosugar melalui intravenous tidak
didegradasi oleh enzim-enzim dan dikeluarkan melalui urin tanpa mengalami dekomposisi Hasil ini menunjukkan bahwa neosugar tidak dimetabolisme (tidak mempunyai fungsi fisiologis ???
Gambar 1. Jalur Produksi energi dari sakarida Nondigestable dan Nonabsorbable
PENELITIAN TENTANG METABOLISME OLIGOSAKARIDA (NEOSUGAR).......................... •
Jika 14C- neosugar diberikan secara oral kepada tikus percobaan, maka 60% dari gula akan diubah menjadi 14CO2 dalam waktu 24 jam Hasil yang sama juga diperoleh pada pemberian 14Csukrosa, tetapi ada perbedaan waktu 3 jam lebih lama dalam hal produksi 14CO2 pada tikus yang diberi 14Cneosugar daripada tikus yang diberi 14C-sukrosa. Hasil ini menunjukkan bahwa : neosugar tidak dicerna dan tidak diabsorbsi oleh usus kecil dan masuk ke usus besar kemudian difermentasi oleh bakteri intestinal SCFA yang dihasilkan diabsorbsi dan selanjutnya dimetabolisme membentuk CO2 dan energi
Nondigestible and/or Nonabosbable Saccharides (neosugar, raffinose,maltitol,lactitol,etc)
Intake Digestion
Fermentation
Small Intetsine
Large Intetsine
Monosaccharide
SCFA
Absorption
Enzymatic Degradation Available energy
•
8
14/04/2014
• Dari hasil penelitian di atas juga diperoleh : terjadi
Metabolisme Eritritol dan Energi yang Dihasilkan
perubahan komposisi mikroba intestinal ; % bakteri menguntungkan seperti bifidobakteri meningkat
• Eritritol :
% bakteri berbahaya seperti Clostridium menurun
monosakarida yang dapat diabsorbsi tapi tidak
dimetabolisme energinya rendah baik untuk mengintrol BB dan mencegah obesitas Tetrosa alkohol Kemanisannya 75% dari sukrosa Disintesis selama kultivasi Aureobasidium sp (mutan yeast) di dalam media glukosa
FUNGSI FISIOLOGIS OLIGOSAKARIDA : MEMPERBAIKI MIKROFLORA USUS
•
Metabolisme Eritritol dan Energi yang Dihasilkan ...
Metabolisme Eritritol dan Energi yang Dihasilkan ...
• Jika 14C-eritritol diberikan secara oral kepada tikus, maka
• Kesimpulan hasil penelitian di atas : >90% eritritol yang diberikan secara oral segera diabsorbsi oleh usus besar dan diekskresikan ke dalam urin tanpa mengalami degradasi Sisa eritritol (<10%) difermentasi di dalam usus besar, dan energi yang dihasilkan : ±0,2-0,3 kkal/g (hanya 10% dari energi yang dihasilkan sukrosa).
>90% eritritol yang diberikan akan diekskresikan melalui urin tanpa mengalami degradasi dalam waktu 24 jam, dan ±6% diekskresikan dalam bentuk 14CO2; <1% diekskresikan melalui feses. • Tapi jika 14C-gliserol (triosa alkohol yang dapat dimetabolisme dan diabsorbsi) diberikan secara oral kepada tikus, maka 60% dikeluarkan dalam bentul 14CO2, 2% melaui urin sebagai metabolit dalam waktu 24 jam. • Penelitian dengan hewan percobaan dan manusia : >90% eritritol diekskresikan ke dalam urin dalam bentuk asalnya selama 24 atau 48 jam.
•
9
14/04/2014
14C-Eritritol
Mono dan oligosakarida Tidak Mempengaruhi Sekresi Insulin dari pankreas
Stomach
• Neosugar tidak dicerna di usus halus dan tidak menghasilkan
urine Cecum and colon
More than 90%
Less than 10%
Fermentation Feses
14
CO2
14CH 4
Few
Breath
SCFA Absorbed
Flatus
Enzymatic Degradation
monosakarida neosugar tidak mempengaruhi sekresi insulin dari pankreas • Pemberian neosugar kepada manusia secara oral tidak mempengaruhi kadar gula darah dan kadar insulin. • Hasil yang sama diperoleh dengan pemberian xylooligosakarida, galakto-oligosakarida, galaktosil-laktosil, maltitol, laktitol, palatinit dan eritritol.
• •
Mono dan oligosakarida dapat diberikan kepada penderita diabetes melitus
14CO 2
Mono dan oligosakarida Tidak Mempengaruhi Sekresi Insulin dari pankreas......................
Tabel 2. Dosis Maksimum Yang Diizinkan Pemberian Oligosakarida Agar Tidak Menyebablan Diare pada Orang Dewasa Di Jepang
Sakarida
• Yang perlu diperhatikan : Oligosakarida dapat memberikan energi sebesar 2
kkal/g Pemberian dalam jumlah besar dapat mengakibatkan diare, serta adanya gejala lain seperti flatulensi Diare ini disebabkan oleh retensi osmogenik dari fluida pada usus besar dan usus kecil dapat diatasi dalam beberapa hari (karena sakarida ini dapat digunakan oleh bakteri intestinal). •
Neosugar 4 Galaktosil-sukrosa 4-galakto-oligosakarida 6-galaktosil-laktosil Xylo-oligosakarida Maltitol Palatinit Eritritol Sorbitol
Dosis Maksimum (g/kg berat badan/hari) Male Female 0,3 0,4 0,6 0,6 0,28 0,28 0,3 0,3 0,12 0,12 0,3 0,3 0,3 0,3 0,66 0,8 0,17 0,24
10
14/04/2014
Pengganti Sukrosa Dapat Mencegah Carries Gigi
Pengganti Sukrosa Dapat Mencegah Carries Gigi......
• 3 penyebab terjadinya carries gigi : 1. konsumsi gula yang dapat difermentasi 2. Infeksi oleh bakteri 3. Kerusakan gigi
• 2 tipe pengganti gula yang noncariogenic : 1. Yang dapat dicerna di usus halus : coupling sugar, paltinosa 2. Yang tidak dapat dicerna : eritritol, sorbitol, neosugar, maltitol, laktitol, palatinit.
• Akumulasi Streptococcus mutans pada gigi difasilitasi
• S.mutan tidak dapat memetabolisme coupling sugar dan
oleh biosintesis glukan tidak larut dari sukrosa secara ekstraseluler sehingga menyebabkan timbulnya plaque. konsumsi sukrosa : penyebab carries gigi
palatnose, sehingga tidak dihasilkan glukan yang tidak larut dan SCFA pH menjadi < 5,5 menyebabkan terjadinya demineralisasi enamel gigi.
•
OLIGOSAKARIDA MEMPERBAIKI MIKROFLORA USUS
OLIGOSAKARIDA MEMPERBAIKI MIKROFLORA USUS .......
• Neosugar, oligosakarida kedelai yang mengandung
• Bakteri intestinal memetabolisme oligosakarida dan
rafinosa dan stakiosa, xylo-oligosakarida, 4-galaktosil laktosa, 6 galaktosil laktosa, 4 galaktosil-sukrosa dan laktulosa tidak dapat dicerna di usus halus tapi difermentasi oleh bakteri di usus besar. • Maltosa, sukrosa dan glukosa dicerna dan/atau diabsorbsi di usus halus tidak mempengaruhi komposisi mikroflora usus.
menghasilkan SCFA pH usus besar menurun (menjadi asam) • Bakteri menguntungkan yang resisten terhadap kondisi asam seperti
Bifidobacterium sp dan Lactobacillus sp meningkat. Bakteri berbahaya seperti Clostridium sp yang sensitif terhadap
kondisi asam menurun. Pertumbuhan Bifidobacterium sp berhubungan dengan produksi
amonia, indole, penol dan stakol, serta mengeliminasi komponen yang bersifat karsinogenik selama fermentasi.
Untuk memperbaiki mikroflora usus, biasanya diberika derivatif laktosa dalam bentuk obat.
11
14/04/2014
FUNGSI OLOGISAKARIDA UNTUK MENINGKATKAN ABSORBSI KALSIUM DAN MENCEGAH OSTEOPOROSIS • In-vivo rat study : Short-chain fructooligosaccharide Difructose anhydride III and IV Galactooligosaccharides (transgalactosylated oligosacharide)
Usus Halus
Garam Ca dilarutkan oleh asam gastrat
Absorbsi Ca
Presipitasi Ca dengan meningkatnya pH Ca yang tidak larut
Meningkatnya laju absorbsi akan mencegah presipitasi
Maltitol
Promosi absorbsi Ca oleh Asam Lemak Rantai Pendek
Lactulose Polydextrose Guar gum hydrolysate (guar gum) Phosphorylated guar gum hydrolysate Water-soluble soybean fiber Resistant starch
Resolubilisasi garam Ca dengan menurunnya pH
Usus Besar
• Human study : Short-chain fructooligosaccharide Difructo anhydride III (DFA III)
Induksi aktivitas absorbsi Ca (perubahan dalam mukosa)
Gambar : kemungkinan mekanisme peningkatan aborsbsi Ca
DFA III
SIFAT DFA III SEBAGAI BAHAN PANGAN
• Diproduksi dari inulin yang terdapat pada “chicory root”
• Sangat stabil dalam asam, panas dan selama
dengan menggunakan enzim fruktotransferase dari Arthrobacter atau Corynobacterium. • Dari hasil penelitian : pengaruh DFA III terhadap absorpsi Ca > FOS
penyimpanan
• Kurang rentan terhadap reaksi Maillard (Browning) • Absorbsi air rendah • Kelarutannya sangat mirip dengan sukrosa • Kemanisan setengah dari sukrosa
12
