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

En 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 la 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 a escapar de una sustancia; y fo es la tendencia a escapar 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 un subíndice para la sustancia.

_aw = f/fo

_{La fugacidad} es la actividad del agua, o la tendencia del agua a escapar en un sistema, dividida por la tendencia a escapar 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 alcanza en un sistema cuando μ es igual en todas partes del sistema. El equilibrio entre las fases líquida y gaseosa implica que μ es igual en ambas fases. Es este hecho el que permite medir la fase gaseosa 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 alcanza el equilibrio entre el vapor y la temperatura, la actividad del agua de la muestra es igual a la humedad relativa del aire que rodea a la muestra en una cámara de medición sellada. La multiplicación de la actividad del agua por 100 da como resultado la humedad relativa de equilibrio (ERH) 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, la sal o el azúcar) interactúan con el agua a través de enlaces dipolares, iónicos y de hidrógeno.
2. El efecto capilar, en el que la presión de vapor del agua por encima de un menisco líquido curvo es menor que la del agua pura debido a los cambios en los enlaces 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) a través de fuerzas dipolo-dipolo, enlaces iónicos (HO u OH), fuerzas de van der Waals (enlaces hidrofóbicos) y enlaces de hidrógeno3–

Es la combinación de estos tres factores en un producto alimenticio lo que reduce la energía del agua y, por lo tanto, reduce la humedad relativa en comparación con el agua pura. Estos factores se pueden agrupar en dos grandes categorías: efectos osmóticos y matriciales.

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 parece «unida» por fuerzas en distintos grados. Se trata de un continuo de estados energéticos más que de una «unión» 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 logran definir 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 el agua o el estado de la matriz. Aunque la solubilidad de los solutos puede ser un factor determinante, el control suele depender del estado de la matriz. Dado que el estado de la matriz (estado vítreo frente a estado gomoso) depende de la temperatura, no es de extrañar que la temperatura afecte a la actividad del agua de los alimentos. 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_al aumentar la temperatura, otros_la disminuyen_, mientras_que la mayoría de los alimentos con alto contenido de humedad presentan cambios insignificantes 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 la temperatura afecta a los factores que controlan la actividad del agua en los alimentos.

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

Domina los conceptos básicos.

Obtenga lo esencial sobre las actividades acuáticas 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 comprender la actividad del agua puede ayudarle a controlar la humedad en su producto.