2.2 Interaksi Uap Air-Padatan
Molekul air terdiri dari dua atom hidrogen, yang berikatan secara kovalen dengan atom pusat oksigen. Molekul air saling menarik satu sama lain
melalui ikatan hidrogen, yang melibatkan polaritas dari molekul air Airaksinen, 2005.
Uap air yang diadsorpsi pada permukaan disebut adsorbat, sedangkan zat padat yang mengadsorpsi uap air tersebut disebut adsorben. Kecenderungan
adsorpsi pada permukaan zat padat sangat tergantung pada tekanan uap air, temperatur dan perbedaan energi pengikatan interfacial. Proses adsorpsi terjadi
antara molekul air dengan bagian hidrofilik permukaan zat padat melalui ikatan hidrogen Airaksinen, 2005.
2.3 Kesetimbangan Kandungan Uap Air
Hubungan antara kelembaban dan kandungan uap air pada temperatur yang sama isoterm dikenal sebagai kesetimbangan isoterm sorpsi uap air
Equilibrium Moisture Sorption Isotherm seperti yang dikemukakan oleh Bell dan Labuza 1992. Masing-masing produk mempunyai kesetimbangan
kandungan uap air yang unik karena perbedaan interaksi efek koligatif larutan, efek kapiler, dan interaksi permukaan antara air dengan komponen padat pada
kandungan uap air yang berbeda. Peningkatan a
w
biasanya diikuti dengan peningkatan kandungan uap air, walaupun tidak secara linier. Kesetimbangan
kandungan uap air biasanya berbentuk sigmoidal untuk kebanyakan makanan, walaupun makanan tersebut mengandung gula dalam jumlah besar Fontana,
2000.
Universitas Sumatera Utara
Informasi mengenai mekanisme sorpsi uap air pada suatu bahan dapat diketahui dari bentuk kesetimbangan kandungan uap airnya, karena hal itu
sangat tergantung pada interaksi antara molekul air dengan suatu bahan padat. Isoterm sorpsi fisis ini dapat digolongkan menjadi 6 tipe utama I-VI,
berdasarkan klasifikasi IUPAC. Isoterm tipe V dan VI tidak umum untuk dijumpai Sing, et al., 1985.
Tipe I adalah tipe Langmuir, yang ditandai oleh adanya adsorpsi yang terbatas yang diasumsikan sebagai terbentuknya suatu lapisan tunggal yang
sempurna. Tipe I memiliki adsorben dengan mikropori yang luas permukaannya relatif kecil, yang dapat menyimpan banyak uap air pada RH
yang rendah Sing, et al., 1985. Isoterm tipe II, bentuk sigmoi85dal atau bentuk S umumnya
berhubungan dengan sorpsi lapisan tunggal-multi lapisan pada bahan dengan permukaan yang tidak berpori atau makropori. Isoterm tipe II dan IV
menunjukkan pengikatan tertentu pada kelembaban rendah yang diikuti dengan adsorpsi yang rendah pada kelembaban menengah, selanjutnya meningkat lagi
pada kelembaban yang lebih tinggi. Adanya histeresis menunjukkan adanya mesopori dan umum terjadi pada isoterm tipe II dan IV Sing, et al., 1985.
Berbeda dengan isoterm tipe IV, isoterm tipe II tidak memiliki penyerapan yang stabil pada a
w
yang tinggi. Isoterm tipe IV terjadi karena tertutupnya mesopori yang diikuti dengan kondensasi kapiler atau pengisian
pori Sing, et al., 1985.
Universitas Sumatera Utara
Isoterm tipe III dan V menandakan adanya interaksi adsorbent-adsorbat yang lemah dan ditandai dengan penyerapan yang rendah pada kelembaban
rendah dan terjadi peningkatan yang pesat pada kelembaban yang lebih tinggi. Isoterm tipe VI, isoterm bertingkat dimana terjadi sorpsi tingkat demi tingkat
pada permukaan bahan tidak berpori yang seragam. Klasifikasi isoterm sorpsi uap air dan berbagai bentuknya dapat dilihat pada Gambar 2.1 Sing, et al.,
1985.
Gambar 2.1. Klasifikasi isoterm sorpsi uap air dan berbagai bentuknya Sing,
et al., 1985. Kesetimbangan dari adsorpsi uap air dimulai dari keadaan kering
tidak sama persis dengan kesetimbangan yang dihasilkan dari desorpsi uap air dimulai dari keadaan basah. Fenomena dari kandungan uap air yang berbeda
dengan a
w
yang sama ini dikenal sebagai histeresis sorpsi uap air moisture sorption hysteresis dan dimiliki oleh kebanyakan makanan. Skema histeresis
antara adsorpsi dan desorpsi uap air dapat dilihat pada Gambar 2.2. Fontana, 2000.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.2. Skema histeresis antara adsorpsi dan desorpsi uap air Chaplin,
2005. Ada beberapa alasan hal ini dapat terjadi, seperti perbedaan pengisian
dan pengosongan uap air pada pori-pori, pengembangan bahan polimer, transisi keadaan gelas dan karet, dan supersaturasi beberapa zat terlarut selama
desorpsi. Kesetimbangan kandungan uap air ini biasanya digambarkan dalam bentuk grafik, dengan memplot kandungan uap air sebagai suatu fungsi a
w
atau dalam suatu bentuk persamaan Fontana, 2000.
Ada lebih dari 70 persamaan yang telah dikembangkan untuk memprediksi kesetimbangan kandungan uap air ini. Model GAB
Guggenheim-Anderson-de Boer merupakan salah satu model yang telah diterima secara luas untuk bahan dengan aktivitas air dari 0,1 sampai 0,9.
m =
C
1
k m a
w
1- k a
w
1- k a
w
+ C
1
k a
w
Di mana C
1
dan k adalah suatu konstanta dan m
o
adalah kadar uap air lapisan tunggal. Persamaan ini dapat diselesaikan menggunakan program regresi non-
Universitas Sumatera Utara
linear terkomputerisasi ataupun dalam bentuk persamaan polinomial Fontana, 2000.
2.4 Stabilitas Fisik Cangkang Kapsul Umum 2.4.1 Warna
Kategori