Definición de actividad acuática

La actividad del agua (_aw) se deriva de principios fundamentales de la termodinámica y la fisicoquímica. Como principio termodinámico, para definir la actividad del agua deben cumplirse una serie de requisitos. Estos requisitos son: el agua pura (_aw = 1,0) es el estado estándar, el sistema está en equilibrio y la temperatura está definida.

En el estado de equilibrio

μ = _μo +RT ln (_f/fo)

donde: μ (J ^mol-1) es el potencial químico del sistema, es decir, la actividad termodinámica o energía por mol de sustancia; _μo es el potencial químico del material puro a la temperatura T (°K); R es la constante de los gases (8,314 J ^{mol-1 K-1}) ; f es la fugacidad o la tendencia al escape de una sustancia; y_fo es la tendencia al escape del material puro (van den Berg y Bruin, 1981). La actividad de una especie se define como a = _f/fo. Cuando se trata de agua, se designa con un subíndice la sustancia

_aw = _f/fo

_aw es la actividad del agua, o la tendencia al escape del agua en el sistema dividida por la tendencia al escape del agua pura sin radio de curvatura. A efectos prácticos, en la mayoría de las condiciones en las que se encuentran los alimentos, la fugacidad se aproxima mucho a la presión de vapor(f ≈ p), por lo que

_aw = _f/fo ≅ _p/po

El equilibrio se obtiene en un sistema cuando μ es el mismo en todas partes del sistema. El equilibrio entre las fases líquida y vapor implica que μ es la misma en ambas fases. Es este hecho el que permite medir la fase vapor para determinar la actividad del agua de la muestra.

La actividad del agua se define como la relación entre la presión de vapor del agua en un material(p) y la presión de vapor del agua pura(_po) a la misma temperatura. La humedad relativa del aire se define como la relación entre la presión de vapor del aire y su presión de vapor de saturación. Cuando se obtiene el equilibrio de vapor y temperatura, la actividad del agua de la muestra es igual a la humedad relativa del aire que rodea la muestra en una cámara de medición sellada. Multiplicando la actividad del agua por 100 se obtiene la humedad relativa de equilibrio(HRE) en porcentaje.

_aw = _p/po = ERH (%) / 100

La actividad del agua es una medida del estado energético del agua en un sistema. Hay varios factores que controlan la actividad del agua en un sistema:

1. Los efectos coligativos de las especies disueltas (por ejemplo, sal o azúcar) interactúan con el agua mediante enlaces dipolo-dipolo, iónicos y de hidrógeno.
2. El efecto capilar, en el que la presión de vapor del agua por encima de un menisco líquido curvado es menor que la del agua pura debido a cambios en el enlace de hidrógeno entre las moléculas de agua.
3. Interacciones superficiales, en las que el agua interactúa directamente con grupos químicos de ingredientes no disueltos (por ejemplo, almidones y proteínas) mediante fuerzas dipolo-dipolo, enlaces iónicos (^H3O+ u OH-⁾, fuerzas de van der Waals (enlaces hidrofóbicos) y enlaces de hidrógeno.

La combinación de estos tres factores en un producto alimentario es lo que reduce la energía del agua y, por tanto, la humedad relativa en comparación con el agua pura. Estos factores pueden agruparse en dos grandes categorías: efectos osmóticos y efectos mátricos.

Debido a los distintos grados de interacciones osmóticas y matriciales, la actividad del agua describe el continuo de estados energéticos del agua en un sistema. El agua aparece "ligada" por fuerzas en diversos grados. Se trata de un continuo de estados energéticos y no de una "ligazón" estática. La actividad del agua se define a veces como "agua libre", "agua ligada" o "agua disponible" en un sistema. Aunque estos términos son más fáciles de conceptualizar, no definen adecuadamente todos los aspectos del concepto de actividad del agua.

La actividad del agua depende de la temperatura. La temperatura modifica la actividad del agua debido a cambios en la unión del agua, la disociación del agua, la solubilidad de los solutos en agua o el estado de la matriz. Aunque la solubilidad de los solutos puede ser un factor de control, éste suele proceder del estado de la matriz. Dado que el estado de la matriz (estado vítreo frente a estado gomoso) depende de la temperatura, no debería sorprendernos que la temperatura afecte a la actividad del agua del alimento. El efecto de la temperatura sobre la actividad del agua de un alimento es específico de cada producto. Algunos productos aumentan la actividad del agua con el aumento de la temperatura, otros la disminuyen_aw con el aumento de la temperatura, mientras que la mayoría de los alimentos con alto contenido en humedad presentan un cambio insignificante con la temperatura. Por lo tanto, no se puede predecir ni siquiera la dirección del cambio de la actividad del agua con la temperatura, ya que depende de cómo afecte la temperatura a los factores que controlan la actividad del agua en el alimento.

Como medida de energía potencial, es una fuerza motriz para el movimiento del agua desde regiones de alta actividad hídrica a regiones de baja actividad hídrica. Ejemplos de esta propiedad dinámica de la actividad del agua son: la migración de humedad en alimentos multidominio (por ejemplo, el sándwich de galleta y queso), el movimiento del agua del suelo a las hojas de las plantas y la presión de turgencia celular. Dado que las células microbianas son altas concentraciones de soluto rodeadas de membranas semipermeables, el efecto osmótico sobre la energía libre del agua es importante para determinar las relaciones hídricas microbianas y, por tanto, sus tasas de crecimiento.

Dominar lo básico

Obtenga lo esencial de la actividad acuática condensado en este seminario web de 20 minutos. Aprenderá:

-Qué es la actividad del agua
-En qué se diferencia del contenido de humedad
-Por qué controla el crecimiento microbiano
-Cómo entender la actividad del agua puede ayudarle a controlar la humedad de su producto.