1. Struktur dasar karbohidrat
Karbohidrat
sebagai zat gizi merupakan nama kelompok zat-zat organik yang mempunyai
struktur molekul yang berbeda-beda, meskiterdapat persamaan-persamaan dari
sudut kimia dan fungsinya. Semua jenis karbohidrat terdiri atas unsur-unsur
karbon (C), hidrogen (H), dan oksigen (O). Perbandingan antara hidrogen dan
oksigen pada umumnya adalah 2:1 seperti halnya dalam air, oleh karena itu
diberi nama karbohidrat. Dalam bentuk sederhana, formula umum karbohidrat
adalah CnH2nOn. Hanya heksosa
(6-atom karbon), serta pentosa (5-atom karbon) dan polimernya memegang peranan
penting dalam ilmu gizi. Persamaan lain ialah bahwa ikatan-ikatan organik yang
menyusun kelompok karbohidrat ini berbentuk polyalkohol.
Karbohidrat yang terasa manis biasa
disebut gula (sakar). Molekul dasar dari karbohidrat disebut monosakarida atau
monosa. Dua monosa dapat saling terikat membentuk disakarida atau diosa, dan
tiga monosakarida yang saling terikat diberi nama trisakarida atau triosa.
Ikatan lebih dari tiga monosakarida disebut polysakarida atau poliosa.
Polisakarida yang mengadung jumlah monosakarida yang tidak begitu banyak
disebut oligosakarida.
2. Jenis dan contoh senyawa
Karbohidrat diklasifikasikan sebagai
berikut:
a. Monosakarida
Monosakarida
adalah karbohidrat yang tidak dapat dihidrolisis menjadi karbohidrat yang lebih
sederhana. Sebagian besar monosakarida dikenal sebagai heksosa karena terdiri
atas 6 rantai atau 6 cincin karbon. Atom-atom hidrogen dan oksigen terikat pada
rantai atau cincin ini secara terpisah atau sebagai gugus hidroksil (OH).
Monosakarida dapat diklasifikasikan sebagai triosa, tetrosa, pentosa, heksosa
atau heptosa, bergantung pada jumlah atom karbon (3-7) dan sebagai aldosa atau
ketosa bergantung pada apakah gugus aldehida atau keton yang dimiliki senyawa
tersebut.
Contoh
senyawa heksosa adalah glukosa, fruktosa, galaktosa, manosa dan pentosa.
Glukosa dinamakan juga dekstrosa atau gula anggur, terdapat luas di alam dalam
jumlah sedikit, yaitu di dalam sayur, buah, sirup jagung, sari pohon dan
bersamaan dengan fruktosa dalam madu. Fruktosa dinamakan juga levulosa atau
gula buah adalah gula paling manis. Fruktosa mempunyai rumus kimia yang sama
dengan glukosa (C6H12O6) namun strukturnya
berbeda. Gula ini terutama terdapat dalam madu bersama glukosa, buah, nektar
bunga dan juga di dalam sayur. Galaktosa tidak terdapat bebas di alam seperti
halnya glukosa dan fruktosa, akan tetapi terdapat dalam tubuh sebagai hasil pencernaan
laktosa. Manosa jarang terdapat di dalam makanan. Di gurun pasir, seperti
Israel terdapat di dalam manna yang diolah menjadi roti. Pentosa merupakan
bagian sel-sel semua bahan makanan alami. Jumlahnya sangat kecil sehingga tidak
penting sebagai sumber energi.
b. Disakarida
Disakarida
adalah produk kondensial dua unit monosakarida, contohnya laktosa, maltosa,
sukrosa dan trehalosa. Kedua monosakarida saling mengikat berupa ikatan
glikosidik melalui satu atom oksigen. Ikatan glikosisik ini biasanya terjadi
antara atom C nomor 1 dengan atom C nomor 4 dan membentuk ikatan alfa dengan
melepaskan satu molekul air.
Sukrosa
atau sakarosa dinamakan juga gula tebu atau gula bit. Maltosa (gula malt)
terbentuk pada setiap pemecahan pati, seperti yang terjadi pada tumbuh-tumbuhan
bila benih atau bijian berkecambah dan di dalam usus manusia pada pencernaan
pati. Laktosa (gula susu) hanya terdapat dalam susu dan terdiri atas satu unit
glukosa dan satu unit galaktosa. Trehalosa seperti juga maltosa terdiri atas
dua mol glukosa dan dikenal sebagai gula jamur. Trehalosa juga terdapat dalam
serangga.
c. Oligosakarida
Oligosakarida
adalah produk kondensasi tiga sampai sepuluh monosakarida. Sebagaian besar
oligosakarida tidak dicerna oleh enzim dalam tubuh manusia. Contoh senyawa
ialah rafinosa, stakiosa dan verbaskosa adalah oligosakarida yang terdiri atas
unit-unit glukosa, fruktosa dan galaktosa. Ketiga jenis oligosakarida ini
terdapat dalam biji tumbuh-tumbuhan dan kacang-kacangan serta tidak dapat
dipecah oleh enzim-enzim pencernaan.
d. Polisakarida
Polisakarida
adalah prooduk kondensasi lebih dari sepuluh unit monosakarida, contohnya pati,
dekstrin, glikogen dan polisakarida non pati (serat). Pati merupakn simpanan
karbohidrat di dalam tumbuh-tumbuhan dan merupakan karbohidrat utama yang di
makan manusia. Pati terutama terdapat dalam padi-padian, biji-bijian dan
umbi-umbian. Dekstrin merupakan produk antara pada pencernaan pati atau
dibentuk melalui hidrolisis parsial pati. Dekstrin merupakn sumber utama
karbohidrat dalam makanan lewat pipa (tube feeding). Glikogen dinamakan juga
pati hewan karena merupakan bentuk simpanan karbohidrat di dalam tubuh manusia
dan hewan, yang terutama terdapat di dalam hati dan otot.
3. Cara
penamaan
Tata
nama monosakarida tergantung dari gugus fungsional yang dimiliki dan letak
gugus hidroksilnya. Monosakarida yang mengandung satu gugus aldehida disebut
aldosa, sedangkan ketosa mempunyai satu gugus keton. Monosakarida dengan enam
atom C disebut heksosa, misalnya glukosa (dekstrosa atau gula anggur), fruktosa
(levulosa atau gula buah) dan galaktosa. Sedangkan yang mempunyai lima atom C
disebut pentosa, misalnya xilosa, arabinosa dan ribosa.
Ada
beberapa cara penulisan rumus bangun molekul-molekul gula. Cara penulisan yang
paling sederhana adalah menurut Fischer yang disebut Fischer projection
formula. Rumusnya adalah Huruf D yang terlihat pada nama gula seperti D-glukosa
merupakan singkatan dari kata Dekstro dan L dari kata Levo. Biasanya huruf D
atau L ditulis di depan nama gula sederhana. Bentuk L merupakan bayangan cermin
dari bentuk D. Pemberian nama D atau L berdasarkan penulisan rumus bangun
gliseraldehida menurut Fischer. Bila gugus hidroksil pada karbon nomor 2 (di
tengah) pada sebuah molekul gliseraldehida terletak di sebelah kanan, dinamakan
D dan bila berada di sebelah kiri dinamakan L.
Meskipun
ada bentuk D dan L, tetapi monosakrida-monosakarida yang terdapat di alam pada
umumnya berbentuk D, dan jarang sekali dalam bentuk L, kecuali L-Fruktosa, yang
terdapat dalam mukopolisakarida dan mukoprotein. Beberapa pentosa yang secara
alam terdapat dalam bentuk L ialah L-arabinosa dan L-xilosa yaitu terdapat pada
urin penderita pentosuria.
Cara
penulisan Haworth:
Atom
karbon yang tersusun dalam dua cara membentuk α-D-Glukosa dan β-D-Glukosa. Atom-atom
ini disebut atom karbon Anomerik. Posisi H dan OH pada karbon anomerik disebut
α atau β ditentukan dengan mereaksikannya dengan asam borat; α-glukosa bereaksi
dengan cepat sedang β-glukosa tidak mudah bereaksi dengan asam borat.
Cara
penulisan simbol D dan L pada heksosa berdasarkan letak karbon nomo 6. Bial
berada di atas bidang cincin maka diberi simbol D, sedang di bawah bidang
cincin diberi simbol L. Pada heksosa, pemberian simbol α dan β ditentukan oleh
gugus hidroksil pada karbon no.1. Bila letak hidroksil berada di bawah bidang
cincin diberi simbol α, bila hidroksil tersebut berada di atas bidang cincin
diberi simbol β. Oleh karena D dan L merupakan bayangan cermin, maka pemberian
simbol α dan β pada L-heksosa dilakukan secara kebalikannya, yaitu bila
hidroksil berada di atas bidang cincin maka diberi simbol α dan seterusnya.
Dari
rumus bangun Haworth dapat ditentukan α dan β berdasarkan atom C no. 1 (pada
aldosa) atau no. 2 (pada ketosa). Pada bentuk α gugus OH pada atom C no. 1
berada di bawah, sedang bentuk β dimana gugus OH berada diatas bidang. Cara
penulisan lain dengan sistem kursi (Comformational Formula). Cara ini hampir
sama dengan modifikasi Haworth; pada bentuk α gugus OH pada atom C no. 1 berada
di bawah, dan pada bentuk β letak gugus OH di atas bidang. Menurut jenis
monosakaridanya dikenal pentosan dengan unit-unit pentosa dan heksosan dengan
monomer heksosa. Beberapa polisakarida mempunyai nama kebiasaan (trivial) yang
berakhiran “in” misalnya: kitin, dekstrin dan pektin.
4. Sifat kimia
Sifat
kimia dari karbohidrat adalah:
- Sangat larut dalam air
- Optik aktif
- Bila murni, sering sukar dikristalkan;
sering dipisahkan sebagai derivatnya sseperti osazon
- Mudah terjadi isometri
- Tidak berwarna
- Berat molekulnya ringan
- Dalam jumlah kecil dapat dideteksi
dengan pereaksi kromogenik tertentu
- Gula yang mudah mereduksi seperti
glukosa, dengan larutan fehling akan terbentuk menjadi endapan merah kekuningan
- Gula yang mudah mereduksi dapat
dideteksi pada kromatogram dengan menggunakan pereaksi resorsinol H2SO4
atau anilin hidrogen ftalat
- Gula yang tidak mereduksi, kurang
responsif terhadap pereaksi diatas. Gula tidak dapat dideteksi dengan pereaksi
peryodat atau timbal tetraasetat
5. Polaritas dan kelarutan
-
Glukosa adalah suatu aldoheksana yang
sering disebut dekstrona gula darah dan juga gula anggur. Disebut dekstrona
karena dapat memutar cahaya terpolarisasi ke kanan, memiliki rumus molekul C6H12O6
, glukosa mengandung empat atom karbon osimetrik yang ditandai.
-
Fruktosa adalah suatu ketoheksosa yang mempunyai
sifat memutar cahaya terpolarisasi ke kiri dan karenannya disebut juga
levulosa.
- Galaktosa umumnya berikatan dengan
glukosa dalam bentuk laktosa, yaitu gula yang terdapat dalam susu. Galaktosa
mempunyai sifat memutar bidang cahaya terpolarisasi ke kanan. Pada proses
oksidasi oleh asam nitrat pekat dan dalam keadaan panas, galaktosa menghasilkan
asam musat yang kurang larut dalam air bila dibandingkan dengan asam sakarat
yang dihasilkan oleh oksidasi glukosa.
- Oligosakarida adalah polimer dengan derajat
polimerisasi 2 sampai 10 dan biasanya bersifat larut dalam air.
6. Deteksi dengan reaksi kimia
a. Uji
Antron
Sebanyak 0,2 ml larutan contoh di dalam
tabug reaksi ditambahkan ke dalam larutan antron (0,2 % dalam H2SO4
pekat). Timbulnya warna hijau atau hijau kebiruan menandakan adanya karbohidrat
dalam larutan conntoh. Uji ini sangat sensitif sehingga juga dapat memberikan
hasil positif jika dilakukan pada kertas saring yang mengandung selulosa. Uji
anron ini telah dikembangkan untuk uji kuantitatif secara colorimetric bagi
glikogen, inulin, dan gula dalam darah.
b. Uji
Barfoed
Pereaksi terdiri dari kupri asetat dan
asam asetat. Kedalam 5 ml pereaksi dalam tabung reaksi ditambahkan 1 ml larutan
contoh, kemudian tabung reaksi ditempatkan dalam air mendidih selama 1 menit.
Endapan berwarna merah oranye menunjukkan adanya monosakarida dalam contoh.
c. Uji
Benedict
Pereaksi terdiri dari kupri sulfat,
natrium sitrat dan natrium karbonat. Ke dalam 5 ml pereaksi dalam tabung reaksi
ditambahkan 8 tetes larutan contoh, kemudian tabung reaksi ditempatkan dalam
air mendidih selama 5 menit. Timbulnya endapan warna hijau, kuning atau merah
oranye menunjukkan adanya gula pereduksi dalam contoh.
d. Uji
Orsinol Bial-HCL
Ke dalam 5 ml pereaksi ditambahkan 2-3
ml larutan contoh, kemudian dipanaskan sampai timbul gelembung-gelembung gas ke
permukaan larutan. Timbulnya endapan dan larutan berwarna hijau menandakan
adanya pentoa dalam contoh.
e. Uji
Hayati
Pereaksi terdiri dari garam Rochelle
atau kalium natrium tartrat, gliserol dan kupri sulfat. Uji dan tanda-tanda
dilakukan sama seperti uji benedict.
f. Uji
Iodin
Larutan contoh diasamkan dengan HCL.
Sementara itu dibuat larutan iodin dalam larutan KI. Larutan contoh sebanyak
satu tetes ditambahkan ke dalam larutan iodin. Timbulnya warna biru menunjukkan
adanya pati dalam contoh, sedangkan warna merah menunjukkan adanya glikogen
atau eritrodekstrin.
g. Uji
Molisch
Ke dalam 2 ml larutan contoh dalam
tabung reaksi ditambahkan 2 tetes pereaksi α-naftol 10% (baru dibuat) dan
dikocok. Secara hati-hati 2 ml H2SO4 pekat ditambahkan ke
dalam tabung reaksi tadi sehingga timbul dua lapisan cairan dalam tabung reaksi
dimana larutan contoh akan berada di lapisan atas. Cincin berwarna merah ungu
pada batas kedua cairan menunjukkan adanya karbohidrat dalam contoh.
h. Uji
Seliwanoff
Pereaksi dibuat segera sebelum uji
dimulai. Pereaksi ini dibuat dega mencampurkan 3,5 ml resorsinol 0,5 % dengan
12 ml HCL pekat, kemudian diencerkan menjadi 35 ml dengan air suling. Uji
dilakukan dengan menambahkan 1 ml larutan contoh ke dalam 5 ml pereaksi,
kemudian ditempatkan dalam air mendidih selama 10 menit. Warna merah cherry
menunjukkan adanya fruktosa adakan contoh.
i.
Uji Tauber
Sebanyak 2 tetes larutan contoh
ditambahkan ke dalam 1 ml larutan benzedina, didihkan dan dinginkan
cepat-cepat. Timbulnya warna ungu menunjukkan adanya pentosa dalam contoh.
7. Reaksi pengendapan
a. Reaksi
Molish (Reaksi-naftol)
Bahan yang mengandung karbohidrat akan
dihidrolisis menghasilkan monosakarida. Lebih kurang 5 mg bahan dimasukkan ke
dalam tabung reaksi. Tambahkan 10 tetes air, kemudian 2 tetes larutan naftol 10
% dalam kloroform. teteskan dengan hati-hati 1 ml asam sulfat pekat dengan cara
mengalirkannya melalui dinding tabung. Pada batas kedua larutan terbentuk
cincin merah selama beberapa detik. Warna akan segera hilang bila didiamkan
atau dikocok dan terjadi larutan berwarna ungu tua. Larutan dikocok kemudian
didiamkan selama 2 menit, lalu ditambah 5 ml air dingin, terjadi endapan
berwarna violet. Pada penambahan amoniak pekat berlebih, warna akan berubah
menjadi coklat muda.
b. Reaksi
Fehling
Gula yang mereduksi seperti maltosa dan
laktosa dari suatu disakarida akan mereduksi larutan alkali dari garam metalik
seperti: tembaga, raksa, dan terbentuk endapan. Garam metalik yang sering
digunakan Tembaga (II) tartrat dikenal sebagai larutan Fehling. Lebih kurang 10
ml larutan Fehling, dimasukkan ke dalam tabung reaksi. Larutan tersebut
kemudian ditambah dengan beberapa cc larutan gula. Campuran dididihkan selama 2
menit akan terbentuk endapan merah dari tembaga oksida.
c. Reaksi
Barfoed
Reaksi ini digunakan untuk membedakan
laktosa atau maltosa, setelah diketemukan adanya gula mereduksi dengan reaksi
sebelumnya.
Penyiapan pereaksi: lebih kurang 45 g
kristal netral tembaga (II) asetat dilarutkan dalam 900 ml ai, saring. Pada
filtrat ditambahkan 1,2 ml larutan asam asetat 50%, encerkan larutan hingga
diperoleh larutan sebanyak 1 liter. Sedikit pereaksi dipanaskan diatas tangas
air, larutan tidak menunjukkan sifar mereduksi.
Prosedur: lebih kurang 5 ml pereaksi
dimasukkan ke dalam tabung reaksi, kemudian ditambahkan 5 ml larutan yang
diperiksa. Campuran dididihkan di atas tangas air selama 4 menit; terbentuk endapan
merah tembaga.
d. Reaksi
Osazon
Gula yang mengandung grup aldehid atau
keton, bila direaksikan dengan 1 molekul fenilhidrazin akan terbentuk hidrazon.
Bila fenilhidrazin kelebihan –CH.OH selanjutnya dioksidasi menjadi –CO.
Fenilhidrazin kemudian bereaksi dengan molekul fenilhidrazin medua membentuk
osazon.
Prosedur: di dalam tabung reaksi lebih
kurang 0,5 g fenilhidrazin hidroklorida, 0,2 g gula, 1 g kristal natrium asetat
dan 5 ml air dicampur, dikocok hingga larut, bila perlu disaring. Larutan
dipanaskan dalam tangas air selama 1,5 jam, kemudian didiamkan sampai dingin.
Larutan fenilhidrazin asetat dapat
dibuat dengan cara lain, yaitu dengan melarutkan fenilhidrazin dalam asam asetat glasial hingga tepat larut.
Fenilhidrazin asetat dapat digunakan untuk mengganti fenilhidrazin
hidroklorida. Dalam hal ini natrium asetat sudah tidak diperlukan lagi.
Endapan osazon berwarna kekuningan.
Osazon dari monosakarida dipisahkan dengan pencucian menggunakan air panas.
Osazon dimurnikan dengan penyaringan menggunakan kertas saring kecil, endapan
dicuci dengan air dingin. Endapan dilarutkan dengan etanol (50%) mendidih dan
disaring hangat. Untuk identifikasi selajutnya dapat dilakukan pengujian titik
leburnya. Glukosa, levulosa dan manosa menghasilkan osazon yang memiliki titik
lebur sama, yaitu pada suhu 2040 sampai 2050. Galaktosa
melebur pada suhu 1910-1960. Laktosazon melebur pada suhu
2020-2080.
8. Ktomatografi kertas/kromatografi lapis
tipis
Beberapa
penyerap telah dipergunakan untuk kromatografi lapis tipis untuk karbohidrat.
Stahl dan Kaltenbach menggunakan Kieselgur yag dimampatkan dengan natrium
asetat. Kemampuan ion borat membentuk kompleks dengan senyawa polihidroksi
telah dilakukan oleh Pastuska dan Prey untuk memisahkan bermacam-macam gula
pada lempeng yang elah dilapisi dengan asam borat.
Cara
kerja:
Penyiapan
lempeng silika gel G
-
Suspensi untuk 5 lempeng ukuran 20 x 20
cm disiapkan dengan mengaduk 30 g silika gel G dan 60 ml air selama 30 detik.
- Suspensi diratakan pada lempeng dengan
alat sehingga diperoleh lapisan dengan ketebalan 0,25 mm.
-
Lempeng diaktifkan pada suhu 1200
selama 1 jam.
|
Alat
|
Pereaksi
|
Waktu
|
|
Lempeng kaca
20x20 cm
Alat
penyemprot
Oven
Peralatan KLT
|
Asam asetat
Anisaldehid
n-butanol
Etanol
Eter
Glukosa
Nafto
resorsinal
Asam fosfat
Ramnosa
Sukrosa
Silika gel-G
Asam sulfat
Xilosa
|
A.
Penyediaan lempeng lapisan tipis 1-2 jam.
B.
Elusi dan analisis 3-4 jam.
|
Elusi
- Sampel karbohidrat dilarutkan dalam air,
larutan ditotolkan dengan mikrokapiler pada jarak 2 cm di atas sisi lempeng.
-
Elusi dilakukan dalam n-butanol : asam
asetat : etil eter : air (9:6:3:1)
Analisis
-
Pereaksi nafto reseorsinal
Lempeng disemprot dengan larutan 0,2%
nafto resorsinal dalam butanol dan 10% asam fosfat. Lempeng dipanaskan selama
10 menit pada suhu 1000 akan memberi warna merah jambu untuk ketosa,
hijau untuk aldopentosa dan biru untuk aldoheksosa.
-
Pereaksi anisaldehid
Pereaksi dibuat dari 0,5 ml anisaldehid dalam 9 ml
etanol (95%), 0,5 ml asam sulfat pekat, dan 0,1 ml asam asetat.
|
Gula
|
Rf
|
Warna dengan anisaldehid
|
|
Sukrosa
|
0,09
|
Violet
|
|
Glukosa
|
0,22
|
Biru
|
|
Fruktosa
|
0,27
|
Violet
|
|
Xilosa
|
0,40
|
Abu-abu
|
|
Ribosa
|
0,47
|
Biru
|
|
Ramnosa
|
0,55
|
Hijau
|
DAFTAR
PUSTAKA
Sirait,
Midian, 2007. Penuntun Fitokimia Dalam Farmasi. Bandung. ITB.
Winarno,
FG, 2004. Kimia Pangan dan Gizi. Jakarta. PT Gramedia Pustaka Utama.
Almasier,
Sunita, 2010. Prinsip Dasar Ilmu Gizi. Jakarta. PT Gramedia Pustaka Utama.
Murray
RK, Granner DK, Mayes PA, Rodwel VW, 1999.
Biokimia Harper. 24th Ed. Jakarta. EGC.
