2.3 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.
Di dalam suatu bahan terdapat air dalam bentuk : 1 Air Bebas, yaitu air yang berada di permukaan benda padat dan sifatnya
mudah diuapkan, 2 Air Terikat, yaitu air yang terikat secara fisik menurut sistem kapiler atau air
absorpsi karena adanya tenaga penyerapan, dan air terikat secara kimia air yang berada dalam bahan dalam bentuk air kristal dan air yang terikat dalam
sistem dispersi koloid Supriyono, 2003.
a b c
Gambar 3. Jenis air pada suatu bahan a = air bebas, b = air terikat secara fisik,
c = air terikat secara kimia Supriyono, 2003. 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.
Universitas Sumatera Utara
Molekul air pertama-tama diadsorpsi pada permukaan bahan kering membentuk suatu lapisan monomolekular, yang dipengaruhi oleh tenaga
pengikatan pada permukaan dan difusi. Ketika tenaga difusi melebihi tenaga pengikatan, lebih banyal molekul air yang terikat pada permukaan dan uap air
dipindahkan ke dalam bahan. Jadi, uap air dapat diadsorpsi sebagai suatu lapisan tunggal atau multilapisan atau sebagai uap air yang terkondensasi
York, 1981.
Gambar 4. Lokasi uap air dalam zat padat A = uap air yang terikat pada
permukaan, B = uap air di dalam bahan, C = uap air yang terkondensasi lapisan multimolekular uap air York, 1981.
2.4 Aktivitas Air
Aktivitas air Water Activity adalah jumlah air bebas yang dapat digunakan oleh mikroba untuk pertumbuhannya. Istilah aktivitas air digunakan
untuk menjabarkan air bebas dalam suatu sistem yang dapat menunjang reaksi biologis dan kimiawi. Air yang terkandung dalam bahan, apabila terikat kuat
dengan komponen bukan air lebih sukar digunakan baik untuk aktivitas mikrobiologis maupun aktivitas kimia hidrolitik Fennema, 1985.
Aktivitas air menggambarkan status energi air dalam sistem, didefinisikan sebagai perbandingan tekanan uap air dalam suatu bahan p terhadap tekanan uap
Universitas Sumatera Utara
air murni p
o
pada temperatur yang sama. Aktivitas air dinyatakan dalam angka antara 0 sampai 1.0 yang secara langsung juga sebanding dengan keadaan
kelembaban relatif relative humidityRH 0 sampai 100 Fennema, 1985. a
w
= pp
o
= RH 100 Ada beberapa faktor yang menyebabkan berkurangnya aktivitas air suatu
bahan, seperti efek koligatif larutan, efek kapiler, dan interaksi permukaan. Efek koligatif zat terlarut berinteraksi dengan air melalui ikatan dipol-dipol, ionik dan
hidrogen. Efek kapiler akan menurunkan aktivitas air karena terjadi perubahan ikatan hidrogen antara molekul air. Interaksi permukaan antara air dengan gugus
kimia zat yang tidak larut seperti amilum dan protein melalui ikatan dipol-dipol, ikatan ionik H
3
O
+
or OH
-
, ikatan van der Waals hidrofobik, dan ikatan hidrogen Fennema, 1985.
Aktivitas air tergantung pada temperatur. Temperatur mengubah aktivitas air sehubungan dengan perubahan ikatan air, disosiasi air, solubilitas zat terlarut
dalam air ataupun keadaan matriks. Efek temperatur terhadap aktivitas air suatu bahan bersifat spesifik. Beberapa produk mengalami peningkatan a
w
dengan terjadinya kenaikan temperatur, dan beberapa produk mengalami penurunan a
w
dengan terjadinya kenaikan temperatur Fennema, 1985. Karena merupakan energi potensial, akan terjadi perpindahan air dari
daerah dengan aktivitas air tinggi menuju daerah dengan aktivitas air rendah. Sebagai contohnya, madu a
w
≈ 0.6 yang terpapar dengan udara lembab a
w
≈ 0.7, madu akan menyerap air dari udara Fennema, 1985.
Mikroba hanya dapat hidup pada besaran a
w
tertentu. Sebagian besar bakteri membutuhkan a
w
0.75 – 1.00 untuk perkembangbiakannya, sedangkan
Universitas Sumatera Utara
beberapa khamir dan kapang dapat berkembang secara lambat pada a
w
0.62 Fennema, 1985.
Mikro organisme a
w
Clostridium botulinum E. 0.97
Pseudomonas fluorescens 0.97
Escherichia coli 0.95
Clostridium perfringens 0.95
Salmonella 0.95
Vibrio cholerae 0.95
Clostridium botulinum A, B 0.97
Bacillus cereus 0.93
Listeria monocytogenes 0.92
Bacillus subtilis 0.91
Staphylococcus aureus 0.86
Lumut 0.80
Tabel 1. a
w
minimum pertumbuhan mikroorganisme tertentu Chaplin, 2005.
2.5 Permeasi Uap Air