Calcular el cambio de energía para los científicos de la alimentación

Consideremos la reducción de la presión de vapor. Podemos calcular el cambio de energía que acompaña a un cambio de presión utilizando la primera ley de la termodinámica. Si dejamos que el símbolo U represente la energía en un sistema y calculamos el cambio en U que se produce cuando cambiamos el volumen, a presión constante (suponemos que no se añade ni se quita calor) podemos escribir

dU representa un pequeño cambio de energía, y dV representa un pequeño cambio de volumen. La relación entre presión y volumen, llamada ley de los gases ideales, es

donde n es el número de moles de gas, R es una constante, conocida como constante de los gases (8,31 J/mol K) y T es la temperatura del gas en kelvins. Podemos diferenciar la ley de los gases ideales para obtener dV

Combinando esto con la primera ley obtenemos

Ahora bien, la energía necesaria para pasar de la presión de vapor del agua pura en el vaso, que llamamos presión de vapor de saturación o _p0, a la presión de vapor del agua en la esponja es de

La relación p _/p0 se denomina actividad del agua (_aw) cuando hablamos del agua de la esponja o del agua de los alimentos u otros sólidos o líquidos. La llamamos humedad relativa cuando la aplicamos al agua en el aire y a veces la multiplicamos por 100 para expresarla en porcentaje. La relación U/n es la energía por mol de agua y se denomina potencial hídrico, con el símbolo Ψ. El potencial del agua tiene unidades de julios/mol. Con esta sustitución, llegamos finalmente a la ecuación que relaciona la energía del agua en la esponja y su actividad hídrica

La ecuación significa que podemos expresar el estado energético del agua en un producto como potencial hídrico o como actividad hídrica. Algunos campos de la ciencia utilizan el potencial hídrico y otros la actividad del agua. Algunos utilizan también la depresión del punto de congelación o la osmolalidad, pero todos ellos son conceptos equivalentes. Cada uno tiene sus ventajas e inconvenientes, pero lo importante es comprender que todos son medidas del estado energético del agua y tienen una sólida base teórica. La actividad del agua es la medida más utilizada en la ciencia y la ingeniería alimentarias con medidores precisos de la actividad del agua.