ASAM KLOROGENAT DAN MELANOIDIN
SENYAWA ANTIOKSIDAN DALAM SEDUHAN KOPI
Sri Mulato
PENDAHULUAN
Minuman kopi dalam pemahaman masyarakat umum selama ini selalu dikaitkan dengan kafein yang sering dianggap punya efek negatif terhadap kesehatan. Minuman kopi juga dituding sebagai penyebab nyeri lambung karena seduhan kopi memang bersifat asam. Seduhan kopi Arabika mempunyai nilai pH sekitar 5, sedangkan nilai pH seduhan kopi Robusta berkisar 5,50. Biji kopi yang ditanam di dataran tinggi mengandung senyawa asam lebih banyak daripada biji kopi yang berasal dari dataran rendah. Proses olah basah [wet process] cenderung menyebabkan biji kopi bersifat asam akibat residu asam [residual acids] alifatik hasil fermentasi. Meskipun disebut digolongkan sebagai senyawa asam, asam khlorogenat dalam biji kopi mentah [green beans] tidak berperan pada pembentukan rasa asam. Namun, setelah penyangraian, kurang lebih 70 % asam khlorogenat akan terurai menghasilkan senyawa-senyawa asam alifatik sederhana seperti asam asetat, sitrat, malat dan piruviat. Jenis-jenis asam ini kemudian mempunyai andil dalam memberikan sensasi rasa asam pada seduhan kopinya.
Masyarakat belum mendapat informasi yang cukup bahwa asam khlorogenat dalam biji kopi bersifat sebagai senyawa antioksidan jenis polifenol yang sangat bermanfaat bagi kesehatan tubuh. Manfaat antioksidan asam khlorogenat dalam biji kopi ini telah banyak diteliti secara luas oleh para ilmuwan di seluruh dunia, antara lain, mencegah gejala kanker usus, diabetes tipe-2, penyakit asam urat dan beberapa jenis penyakit degeneratif lainnya. Kandungan antioksidan asam khlorogenat dalam satu cangkir kopi Arabika [200 ml] berkisar antara 70 sampai 200 mg. Sedangkan, satu cangkir kopi Robusta mengandung antioksidan tersebut lebih tinggi, yaitu sampai 350 mg. Dengan tingkat konsumsi kopi di negara maju yang mencapai 3 – 4 cangkir per hari, minuman kopi dianggap sebagai sumber utama [49 %] asupan antioksidan bagi sebagian besar masyarakat dunia [Gambar 1].
Gambar 1. Kontribusi minuman kopi pada asupan antioksidan [www.acadpharm.org].
PENGERTIAN ANTIOKSIDAN
Pada awal abad 19, studi antioksidan sudah banyak dilakukan di lingkup industri material, terutama untuk pencegahan korosi besi, degradasi plastik dan karet oleh reaksi oksidasi. Sedangkan pada industri pangan, antioksidan banyak diteliti pada aspek pengawetan makanan dan minuman. Akhir-akhir ini, fungsi antioksidan dalam bahan pangan ditujukan untuk menjaga kesehatan manusia. Tubuh manusia tersusun dari milyaran sel yang terangkai secara sempurna. Sel-sel terdiri atas molekul senyawa karbohidrat, lemak dan protein. Pada kondisi tubuh yang sehat, atom dalam molekul senyawa-senyawa tersebut memiliki proton [ion positif] dan elektron [ion negatif] yang saling berpasangan secara harmonis. Radikal bebas akan terbentuk ketika salah satu elektron dalam atom bercerai dari pasangannya oleh suatu sebab, yang berasal baik dari dalam tubuh [endogen] ataupun dari luar tubuh [eksogen]. Radikal bebas endogen dihasilkan dari metabolisme sel normal dalam tubuh, sedangkan radikal bebas akibat sumber luar tubuh [eksogen] adalah polusi udara, asap rokok, radiasi dan obat-obatan dan lain-lain.
Akumulasi radikal bebas dalam tubuh secara tidak terkontrol bersifat destruktif dan akan menyerang secara berrantai sel-sel di dalam tubuh. Hal ini menimbulkan penyakit degeneratif, kanker, gangguan kekebalan tubuh [imunitas], proses penuaan dini, katarak, rematik, penyakit jantung dan degenerasi fungsi syaraf dan otak. Secara alami, tubuh manusia dilengkapi dengan mekanisme internal untuk menangkal radikal bebas, yaitu melalui produksi senyawa antioksidan. Senyawa ini memiliki kemampuan untuk menetralisir radikal bebas lewat donasi elektron yang dimilikinya. Sehingga, reaksi radikal bebas yang bersifat destruktif akan terhenti. Seringkali, antioksidan internal ini tidak akan mampu bertahan dari serangan radikal bebas yang masif. Radikal bebas ini muncul dari sumber internal dan eksternal yang datang secara bersamaan. Sehingga, tubuh memerlukan antioksidan tambahan yang dipasok dari luar tubuh lewat asupan makanan dan minuman dalam jumlah yang memadai. Melalui mekanisme elektron donor, senyawa antioksidan dari luar akan memberikan pasokan elektron dalam yang cukup untuk menetralisir radikal bebas dalam tubuh [Gambar 2].
Gambar 2. Mekanisme pembentukan dan penangkalan radikal bebas dalam tubuh.
ASAM KHLOROGENAT
Asam khlorogenat [Chlorogenic acid, CGA] pada biji kopi ditemukan pada tahun 1932. Asam ini merupakan metabolit sekunder yang dihasilkan dari tanaman kopi sebagai penangkal dari serangan hama dan penyakit. Kopi robusta yang ditanam di dataran rendah dengan suhu lingkungan udara lebih panas, memiliki kandungan asam khlorogenat lebih tinggi, yaitu 15 % dibanding kopi arabika dari dataran tinggi, yang hanya 10 %. Secara kimiawi, asam khlorogenat terbentuk melalui reaksi esterifikasi antara asam sinamat [disebut juga sebagai asam kafeat] dan asam quinat. Reaksi tersebut menghasilkan beberapa isomer dan yang paling banyak adalah asam 5-kafeoil quinat [5-CQA] [Gambar 3].
Gambar 3. Struktur asam khlorogenat hasil reaksi esterifikasi.
Karakteristik antioksidan asam khlorogenat adalah keberadaan beberapa ikatan hidroksil [-OH] yang menempel pada beberapa cincin karbon tunggal aromatik [benzen]. Asam khlorogenat memiliki banyak isomer umumnya merupakan senyawa ester yang terbentuk dari sintesa berbagai senyawa asam. Nomenklatur isomer ditentukan oleh posisi asam kafeat pada ikatan ester dengan asam quinat. Ada 6 bentuk isomer yang ditemukan pada biji kopi [Gambar 4]. Dari jumlah itu, konsentrasi asam 5-kafeoil quinat [5-CQA] terdeteksi paling tinggi [Gambar 5].
Gambar 4. Isomer asam khlorogenat dalam bentuk asam kafeoil quinik [CQA].
Gambar 5. Konsentrasi isomer asam khlorogenat dalam biji mentah dan sangrai.
Kandungan asam khlorogenat akan mengalami penurunan cukup signifikan selama penyangraian. Pada tingkat penyangraian gelap [dark], konsentrasi 5-CQA menurun secara drastis yang semula 120 menjadi tinggal 12 mg/g sampel. Konsentrasi 3 dan 4 CQA berkurang antara 8 sampai 20 %. Sedangkan, konsentrasi isomer 3-5-diCQA relatif konstan selama penyangraian. Sebagian dari asam khlorogenat tersebut berubah menjadi senyawa melanoidin, yang juga bersifat antioksidan. Meskipun terjadi peruraian, secara umum seduhan kopi masih mengandung asam khlorogenat dalam jumlah yang cukup besar. Kadar asam khlorogenat dalam seduhan kopi berkisar antara satu sampai satu setengah kali lebih tinggi daripada kandungan kafeinnya. Kadar asam kholorogenat dalam 1 cangkir seduhan kopi [200 ml] berkisar antara 200 sampai 250 mg, sementara kandungan kafeinnya hanya mencapai 80 sampai 100 mg saja. Sehingga, peran positif antioksidan asam khlorogenat dalam seduhan kopi terhadap kesehatan tubuh bisa mengimbangi pengaruh negatif yang mungkin ditimbulkan oleh kafein. Gambar 6 menunjukkan laju penyerapan dan eliminasi senyawa kafein dan asam khlorogenat dalam tubuh [Farah, et-al., 2008].
Gambar 6. Profil absorpsi asam khlorogenat dalam darah.
Seduhan kopi 200 ml mengandung kurang lebih 200 gr/liter kafein dan 400 gr/liter asam khlorogenat. Setelah seduhan kopi diminum, kafein secara bertahap diabsorpsi oleh darah. Adsorpsi kafein dalam darah hanya mempunyai satu puncak. Sedangkan absorpsi asam khlorogenat memiliki 2 puncak. Konsentrasi kafein maksimum [3 mg/liter] terdeteksi kira-kira 60 menit pertama. Dalam kurun waktu yang sama, konsentrasi asam khlorogenat dalam darah juga mencapai maksimum, namun dengan puncak yang lebih rendah [2,50 mg/liter].
Sesudah melewati 60 menit pertama, kafein akan mengalami metabolisme dalam hepar [hati] oleh enzim sitokrom menjadi 3 metabolit, yaitu senyawa paraxantin [84 %], theobromin [12%] dan theopilin [4 %]. Sehingga, profil konsentrasi kafein terus menurun secara perlahan dan mendekati nilai minimal pada 6 jam setelah seduhan diminum. Metabolit kafein akhinya dieliminasi dari tubuh lewat urin. Berbeda dengan kafein, asam khlorogenat mengalami eliminasi dalam waktu lebih lambat. Setelah melalui puncak pertama, konsentrasi asam tersebut menurun sesaat dan cenderung stabil sampai jam ke-4. Kemudian kadar asam khlorogenat meningkat lagi secara drastis menuju puncak kedua pada jam ke-5. Konsentrasi asam khlorogenat pada puncak kedua kurang-lebih 3 mg/liter.
Kemunculan asam khlorogenat dalam darah dengan dua puncak tersebut mengindikasikan bahwa metabolisme asam khlorogenat berlangsung melalui mekanisme secara bertingkat dan berurutan dalam dua lokasi cerna yang berbeda, yaitu di usus halus dan usus besar [Gambar 7].
Gambar 7. Metabolisme asam khlorogenat dalam 2 tahapan [Liang & Kitts, 2016].
Dengan struktur kimia berbasis ester, metabolisme asam khlorogenat melibatkan reaksi biokemis yang relatif lebih panjang dan lama. Metabolisme asam ini juga menghasilkan metabolit yang lebih banyak dari yang dihasilkan oleh kafein. Setelah seduhan kopi masuk ke pencernaan, metabolisme asam khlorogenat tingkat pertama terjadi di usus halus. Kurang lebih 30 % dari asupan asam khlorogenat tidak mengalami metabolisme dalam usus halus dan dalam kondisi yang utuh langsung masuk ke hepar. Bagian kecil asam khlorogenat terurai oleh enzim hidrolase menjadi asam kafeat, ferulat dan quinat yang juga kemudian masuk hepar. Asam khlorogenat, dalam struktur kimia utuh, terindentifikasi pada berbagai organ tubuh mulai dari rongga mulut [saliva], cairan lambung, plasma darah dan urin.
Sisa asam khlorogenat [± 70 %] masuk ke dalam usus besar. Di bagian ini, asam khlorogenat mengalami metabolisme oleh enzim estarase yang dihasilkan oleh aktivitas mikroba dalam usus besar. Senyawa ester dipecah oleh mikroba menjadi beberapa jenis senyawa turunannya dengan struktur kimia yang lebih sederhana [struktur senyawa asam]. Usus besar merupakan habitat mikoflora berbagai jenis mikroba yang salah satunya mampu menguraikan senyawa organik komplek berbasis ester. Asam khlorogenat akan terhidrolisa lebih cepat menjadi asam kafeat dan asam kuinat bebas oleh sinamoil esterase yang diproduksi oleh koloni mikroba yang secara alami ada di dalam usus besar. Asam kafeat kemudian terdehidroksilasi oleh mikroba menjadi asam sinamat dan fenil propionat. Demikian juga, asam kuinat terdehidroksilasi menjadi asam sikloheksan karbosilat yang sebagian mengalami aromatisasi menjadi asam benzoat.
Gabungan asam bensoat dari usus besar dan dari hepar berkonyugasi dengan glisin membentuk asam hipurat yang akhirnya tereliminasi dari tubuh lewat urin. Sisa asam benzoat yang tidak berkonyugasi juga terbuang lewat urin. Proses biokemis bertingkat tersebut menyebabkan laju eliminasi asam khlorogenat dari tubuh membutuhkan waktu yang lebih lama dibandingkan hal yang sama untuk kafein. Bahkan diduga, asam ini tersimpan dan disirkulasikan dalam tubuh selama beberapa waktu. Keberadaan asam khlorogenat pada fase sirkulasi ini ditunjukkan oleh munculnya puncak kedua yang lebih tinggi dari puncak pertama. Sehingga, pada saat efek kafein sebagai stimulan sudah sangat menurun karena sudah banyak yang keluar dari tubuh, efek asam khlorogenat sebagai antioksidan justru sedang mencapai puncaknya.
Metabolit asam khlorogenat dalam usus besar merupakan senyawa fenolat dengan struktur kimia lebih sederhana yang mudah diabsorpsi oleh darah. Senyawa-senyawa tersebut bisa diserap dengan laju 10 sampai 17 kali lebih cepat daripada laju penyerapan saat masih berstruktur ester. Turunan asam khlorogenat, seperti asam dihidroferulat dan dihidrokafeat, juga mempunyai sifat probiotik. Senyawa-senyawa tersebut mampu merangsang pertumbuhan bakteri positif dan mencegah perkembangan bakteri negatif dalam usus besar. Bakteri positif akan menjaga kesehatan dan motilitas [konstraksi peristaltik] usus dalam kondisi normal. Sebaliknya, bakteri negatif bisa menurunkan kinerja motilitas usus.
MELANOIDIN
Senyawa ini semula tidak terkandung dalam biji kopi dan baru terbentuk saat proses penyangraian berlangsung. Melanoidin merupakan hasil sintesa antara senyawa produk reaksi Maillard [MRP, Maillard Reaction Product] melalui reaksi polimerisasi yang melibatkan molekul polisakarida, protein dan asam khlorogenat. Kerangka percabangan molekul melanoidin tersusun dari polimer monosakarida hasil degradasi gula yang terjadi pada fase awal reaksi Maillard. Senyawa tersebut kemudian bersintesa dengan polimer senyawa furan atau pirol hasil degradasi protein dan asam amino pada fase penyangraian lanjut. Sampai saat ini, struktur molekul senyawa menaloidin belum diketahui secara pasti. Beberapa ilmuwan menggambarkan susunan molekul senyawa melanoidin sebagai polimer komplek, heterogen dan memiliki banyak percabangan dengan struktur seperti disajikan pada Gambar 8 berikut,
Gambar 8. Pendekatan reaksi pembentukan melanoidin [Moreira, et-al., 2012].
Tingkat penyangraian akan berpengaruh pada dehidrasi dan peruraian asam khlorogenat serta pembentukan melanoidin. Kisaran waktu dan suhu penyangraian yang umum adalah 8 sampai 10 menit dan 215 sampai 230 oC. Asam khlorogenat, yang telah mengalami dehidrasi kemudian terikat pada beberapa percabangan molekul melanoidin. Karena melanoidin merupakan salah satu senyawa pembentuk warna, biji kopi sangrai akan berubah semakin gelap [cokelat-kehitaman tua] seiring dengan meningkatnya waktu dan suhu sangrai. Makin gelap warna biji kopi sangrai, makin banyak senyawa melanoidin yang terbentuk. Sebaliknya, kandungan asam khlorogenat makin menurun karena sebagian berubah menjadi senyawa malanoidin seperti disajikan pada Gambar 9 berikut [Vignoli, et-al., 2011],
Gambar 9. Kadar asam khlorogenat dan melanoidin fungsi tingkat sangrai.
KEKUATAN ANTIOKSIDAN DALAM KOPI
Secara laboratoris, kekuatan antioksidan suatu bahan pangan diukur secara tidak langsung dengan beberapa metoda uji antara lain, TEAC [Trolox Equivalent Antioxidant Activity], TRAP [Total Radical-trapping Antioxidant Parameter] dan FRAP [Ferric Reducing Antioxidant Power]. Kapasitas antioksidan diukur dari kemampuannya dalam mengontrol proses oksidasi radikal bebas yang ada dalam substrat. Senyawa ABTS [Asam 2,2’-Azinobis [3-etilbenzatiazolin] -6-sulfonat] merupakan substrat yang mudah dioksidasi membentuk senyawa radikal kation. Kapasitas antioksidan relatif untuk mereduksi ABTS dapat diukur dengan spektrofotometri pada panjang gelombang 734 nm. Nilai TEAC menggambarkan ukuran relatif dari antioksidan suatu bahan untuk menangkap radikal ABTS dibandingkan dengan Trolox [larutan standar kalibrasi]. Pada uji TRAP, substrat yang digunakan adalah AAPH [2,2’-Azobis 2-aminidopropana hidroklorida]. Nilai pengukuran TRAP didasarkan pada kekuatan suatu bahan uji untuk dapat bertahan dari oksidasi buatan dan dinyatakan dalam mikromol per liter radikal peroksil yang terperangkap. Sementara, uji FRAP menggunakan prinsip reduksi senyawa tripiridiltriazin ion Fe[TPTZ]3+ menjadi ion komplek Fe[TPTZ]2+. Proses reduksi ini menghasilkan perubahan warna yang kemudian diukur nilai absorbansinya.
Dari segi kuantitas, kandungan melanoidin dalam biji kopi sangrai lebih besar daripada kandungan asam khlorogenat. Sehingga, senyawa melanoidin mempunyai peran yang besar dalam peningkatan kekuatan antioksidan seduhan kopinya. Keberadaan asam khlorogenat dan melanoidin secara bersamaan menjadikan kopi sebagai salah sumber antioksidan alami yang memiliki kekuatan antioksidasi yang tinggi dibandingkan dari sumber alami lainnya, seperti yang terdapat dalam buah-buahan, sayuran dan biji-bijian [Gambar 10].
Gambar 10. Jenis dan kandungan antioksidan alami [www.phenol-explorer.eu].
Biji kakao tergolong bahan pangan penghasil senyawa polifenol paling tinggi di antara jenis bahan pangan yang lain. Sedangkan biji kopi menduduki urutan ketiga setelah buah ceri. Jenis senyawa antioksidan polifenol dalam biji kakao didominasi oleh senyawa prosianidin dan katekin. Sementara, jenis senyawa antioksidan utama dalam biji kopi adalah asam fenolat. Keduanya termasuk antioksidan yang sangat aktif dan sangat mudah diserap oleh darah. Secara kimiawi, reaktifitas senyawa antioksidan tergantung pada jumlah gugus hidroksil [-OH] yang terikat dalam gusus asam fenolat dan flavanol. Nilai pengukuran dinyatakan dalam ekuivalen mikromolar dengan antioksidan standar. Gambar 11 menunjukkan nilai pengukuran kapasitas antioksidan beberapa jenis minuman yang populer di masyarakat dinyatakan dalam TEAC, TRAP dan FRAP.
Gambar 11. Nilai kapasitas antioksidan beberapa jenis minuman.
Minuman kopi mempunyai nilai pengukuran TEAC, TRAP dan FRAP paling tinggi dibandingkan beberapa jenis minuman populer lainnya, seperti teh, anggur, vinegar dan bir. Dengan demikian, minuman kopi dianggap memiliki kemampuan antioksidan lebih tinggi dalam menangkal atau menghentikan reaksi radikal bebas dalam tubuh dibandingkan jenis minuman lainnya. Di antara teknik seduhan kopi yang beredar di pasaran, seduhan kopi espresso mempunyai nilai kapasitas antioksidan paling tinggi. Dengan teknik penyeduhan pada tekanan tinggi [8 sampai 9 atm], penyeduh espresso mampu melarutkan senyawa antioksidan lebih banyak ke dalam seduhan dibandingkan dengan teknik penyeduhan bertekanan normal. Di antara teknik seduhan tekanan normal, seduhan kopi instan juga diketahui mempunyai nilai kapasitas antioksidan lebih tinggi dari seduhan kopi regular. Melalui proses pelarutan yang sangat intensif, bubuk kopi instan mengandung padatan terlarut mendekati 35 % sehingga senyawa antioksidan terlarut juga semakin banyak. Sementara, kandungan padatan terlarut maksimum pada seduhan kopi regular hanya 20 %. Sehingga, seduhan kopi biasa memiliki kekuatan antioksidan lebih rendah dari seduhan espresso dan instant.
Teh secara alami juga mengandung berbagai jenis senyawa antioksidan [jenis flavonoid] dengan kandungan yang relatif tinggi. Namun, kapasitas antioksidan minuman teh jauh lebih kecil daripada minuman kopi. Hal ini disebabkan karena seduhan teh menggunakan formulasi rasio berat partikel teh terhadap volume airnya sangat kecil, yaitu 3 gr per 200 ml. Sementara formulasi seduhan kopi adalah 10 sampai 12 gr per 200 liter. Selain itu, waktu penyeduhan teh [terutama teh celup] berlangsung sangat singkat atau jauh lebih singkat daripada waktu penyeduhan kopi. Sehingga, senyawa antikosidan yang bisa dilarutkan dari teh relatif sedikit. Dengan demikian, konsentrasi antioksidan pada seduhan teh per penyajian lebih kecil dari pada hal yang sama pada seduhan kopi.
RUJUKAN
Farah, A, M Monteiro, CM. Donangelo & S Lafay [2008]. Chlorogenic Acids from Green Coffee Extract are Highly Bioavailable in Humans. The Journal of Nutrition Biochemical, Molecular and Genetic Mechanisms. 0022-3166/08. American Society for Nutrition. doi:10.3945/jn.108.095554. p. 2309.
http://www.phenol-explorer.eu.
Liang, N & D.D. Kitts [2016]. Role of Chlorogenic Acids in Controlling Oxidative and Inflammatory Stress Conditions. Nutrients 2016, 8, 16; www.mdpi.com/journal/nutrientsdoi: 10.3390/nu8010016.
Liang, N, Wei Xue, P. Kennepohl, D.D. Kitts [2016]. Interactions between major chlorogenic acid isomers and chemical changes in coffee brew that affect antioxidant activities. Food Chemistry 213 (2016) 251–259. www.elsevier.com/locate/foodchem.
Moreira, ASP, FM Nunes, MR Domingues & MA Coimbra [2012]. Coffee melanoidins: structures, mechanisms of formation and potential health impacts. Food Funct., 2012, DOI: 10.1039/c2fo30048f.
Perrone D, A Farah & CM Donangelo [2012]. Influence of Coffee Roasting on the Incorporation of Phenolic Compounds into Melanoidins and Their Relationship with Antioxidant Activity of the Brew. J. Agric. Food Chem., 2012, 60 [17], pp 4265–4275. DOI: 10.1021/jf205388x. Publication Date [Web]: April 10, 2012. Copyright © 2012 American Chemical Society.
Vignoli, Ja, BG Bassoli, M.T. Benassi [2011]. Antioxidant activity, polyphenols, caffeine and melanoidins in soluble coffee: The influence of processing conditions and raw material. Food Chemistry 124 [2011] 863–868.