02. Air

QS Al An'aam (6) : 99 Dan Dialah yang menurunkan air hujan dari langit, lalu Kami tumbuhkan dengan air itu segala macam tumbuh-tumbuhan maka Kami keluarkan dari tumbuh-tumbuhan itu tanaman yang menghijau. Kami keluarkan dari tanaman yang menghijau itu butir yang banyak; dan dari mayang korma mengurai tangkai-tangkai yang menjulai, dan kebun-kebun anggur, dan (Kami keluarkan pula) zaitun dan delima yang serupa dan yang tidak serupa. Perhatikanlah buahnya di waktu pohonnya berbuah dan (perhatikan pulalah) kematangannya. Sesungguhnya pada yang demikian itu ada tanda-tanda (kekuasaan Allah) bagi orang-orang yang beriman.

AIR DALAM BAHAN PANGANNunung Kurniasih

AIR BAHANPANGANNunung Kurniasih, M.Si

STRUKTUR MOLEKUL AIRPEMBAGIAN MUATANIKATAN HIDROGEN (ANTAR MOLEKUL AIR)Molekul H2OMembentuk Struktur tetrahedral

model molekul air

Ikatan HidrogenSatu molekul air mengikat 4 molekul air lainnyaMerupakan penyebab naiknya titik didih, titik beku, panas penguapan,panas jenis, tegangan permukaan dibandingkan hidrida sejenisnya (H2S, H2Se, H2Te)Viskositas yg rendah disebabkan ikatan hidrogen pd air sangat dinamis (waktu paruh nano detik) mobilitas dan fluiditas

Ikatan Hidrogen pada molekul air dalam konfigurasi tetrahedral

TITIK BEKU DAN TITIK DIDIH 4 JENIS HIDRIDAPrediksi BM tinggi, TD tinggi, BM rendah TB rendah tetapi air tidak demikian krn BM efektifnya > 18 (ik. Hidrogen)

H2O

H2S

H2Se

H2Te

Berat molekul

18

34

81

130

Titik didih (oC)

100

-61

-42

-2

Titik beku (oC)

0

-86

-64

-57

Kisaran Cair (oC)

100

25

22

55

Struktur esStruktur es tidak sederhana karena es tidak hanya mengadung molekul HOH dankristal es tidak pernah sempurna Adanya zat terlarut akan mempengaruhi, jumlah, ukuran struktur, lokasi dan orientasi kristal esEmpat kelompok struktur es : bentuk hexagonal , irregular dendrites, spherulite kasar, spherulit tersamar

Struktur AirTiga model yang umum : Campuran, interstitial dan kontinyuModel campuran ; ikatan hidrogen terkonsentrasi secara temporer pada molekul air yang berada dalam kesetimbangan dinamis dengan komponen lain yang lebih kental .Model kontinyu ; ikatan hidrogen terdistribusi secara seragam pada seluruh sampel.Model Interstitial : konsep yang mempertahankan struktur air seperti struktur es atau padatan atau molekul air secara individu mengisi ruang antar padatan

Lanjutan..Jumlah ikatan hidrogen antar molekul air tergantung suhu, es pada 0oC mempunyai bilangan Koordinasi 4 dan jarak terdekat dengan molekul air tetangganya 2.76A Jika suhu meningkat bilangan koordinasi dan jarak antar molekul berubah Suhu 0-3.98 oC. Peningkatan bilangan Koordinasi lebih dominan dibandingkan jarak antar molekul (densitas max pd T 3.98 oC)T > 3.98 oC. Jarak antar molekul lebih dominan daripada bilangan Koordinasi (sehingga densitas menurun secara gradual)

Interaksi Air dan Zat Terlarut1. Tingkat makroskopis : air terikat, air hidrasi dan daya ikat airAir terikat /hidrasi : kecendrungan molekul air bergabung dengan senyawa hidrofilik, termasuk komponen sel Daya ikat air : kemampuan matriks molekul untuk memerangkap air secara fisik sehingga mencegah eksudasi (gel, pektin, pati, jaringan hewan dan tumbuhan)

2. Tingkat molekulAir dengan zat terlarut hidrofilik -menyebabkan perubahan pada struktur dan mobilitas air yg mengikatnya -menyebabkan perubahan reaktivitas dan kadang-kadang struktur zat terlarut

Air dengan zat terlarut hidrofobik. Interaksi lemah terutama pada lingkungan nonaqueous

Air Terikat Secara FisikTerdapat dalam jaringan matriks bahan(tenunan bahan) karena adanya ikatan-ikatanFisik Air terikat menurut sistem kapiler, karena ada pipa2 kapilerAir absorpsi, karena ada penyerapan dari bahanAir yg terkurung diantara tenunan bahan (bahanberserat), sukar diuapkan sehingga perludihancurkan

Air Terikat Secara KimiaPerlu energi besar untuk uapkan air iniJika air ini hilang semua ka 3 7 %Air terikat sebagai air kristal (NaClxH20)Air yg terikat dalam sistem dispersi koloidalTdd partikel yg beragam bentuk & ukuranBermuatan listrik (+) & (-)

Interaksi air dg ion dan gugus ionStruktur air murni dapat dirusak karena penambahan zat terlarut yg bisa berdisosiasiMerusak struktur jaringan (larutan jadi lebih encer) ; ion : K+, Rb+, Cs+, NH4+,Cl-, Br-, I- yaitu ion besar dan monovalent (medan listrik lemah)

Pembentuk struktur jaring dengan air (lebih kental ); ion : Li+, Na+, Ca2+,Ba2+, Mg2+(medan listrik kuat dan molekul kecil)

Interaksi dengan gugus netral hidrofilik (senyawa yang memiliki ikatan Hidrogen)Air + non ionik lebih lemah daripada air + ion tetapi sama kuat dengan ikatan H antar molekul air.

Tidak merusak struktur normal air (kecuali urea)

Zat terlarut dpt membentuk ikatan H dengan air seperti OH, CO, amino dll

Interaksi air dengan senyawa non polar (hydrophobic)Air cenderung meminimumkan asosiasi dengan senyawa non polar yg ada disekitarnya

Pengukuran aw Berdasarkan kesetimbangan antara ERH dan RVPPengukuran tekanan (manometers)Relative humidity (RH) : hygrometers Penurunan titik beku bahan

Kurva Isoterma sorpsi Hubungan kadar air (dry basis) versus P/Po pada suhu tertentuBahan pangan yang berbeda bentuk kurva berbeda Dipengaruhi suhu Kegunaan kurva isoterma sorpsiUntuk proses pengeringan dan pemekatan Formulasi campuran bahan pangan untuk menghindari transfer air dari bahan yang dicampurUntuk menentukan kemasan dengan karakteristik permeabilitas yang diperlukan Untuk menentukan kadar air yang dapat menghambat pertumbuhan mikroorganismeUntuk memprediksi kestabilan kimia dan fisik bahan pangan sebagai fungsi kadar air

Air Menurut Derajat KeterikatanTipe IAir yang terikat kuat dan kurang mobile Tidak dapat dibekukan sampai suhu 40oC, tidak bisa melarutkan zat terlarutAir bertindak seolah2 bagian dari padatan Air yang berada pada zona transisi I dan II (BET monolayer)Tipe IIAir yang menempati lapisan pertama masih tersedia Ikatan air dengan zat terlarut adalah ikatan HPenambahan air pada posisi mendekati zona I menyebabkan perubahan tekstur zat terlarut menjadi plastis, menurunkan suhu gelas dan sebagian matrik padat dapat mengembangPenambahan air selanjutnya dapat menyebakan perubahan menjadi struktur seperti karet pada sampel yg mengandung daerah glassy, penurunanan viskositas dan peningkatan pergerakan molekul

LanjutanTipe IIIAir dianggap seperti air dalam bentuk cairan yang banyakPenambahan air tidak mengubah kondisi zat terlarutAir pada zona ini baik terperangkap atau bebas umumnya mengandung >95 % total air pada bahan (bahan berkadar air tinggi)

Zones in moisture isotherm sorption

*