Calcul de la variation d'énergie pour les scientifiques de l'alimentation

Considérons la réduction de la pression de vapeur. Nous pouvons calculer le changement d'énergie qui accompagne un changement de pression en utilisant la première loi de la thermodynamique. Si nous laissons le symbole U représenter l'énergie d'un système et que nous calculons la variation de U qui se produit lorsque nous changeons le volume, à pression constante (nous supposons qu'aucune chaleur n'est ajoutée ou retirée), nous pouvons écrire

dU représente une petite variation d'énergie et dV représente une petite variation de volume. La relation entre la pression et le volume, appelée loi des gaz idéaux, est la suivante

où n est le nombre de moles de gaz, R est une constante, connue sous le nom de constante des gaz (8,31 J/mol K) et T est la température du gaz en kelvins. Nous pouvons différencier la loi des gaz idéaux pour obtenir dV

En combinant cela avec la première loi, nous obtenons

L'énergie nécessaire pour passer de la pression de vapeur de l'eau pure dans le verre, que nous appelons la pression de vapeur saturante ou _p0, à la pression de vapeur de l'eau dans l'éponge est la suivante

Le rapport p _/p0 est appelé activité de l'eau (_aw) lorsqu'il s'agit de l'eau contenue dans une éponge ou de l'eau contenue dans des aliments ou d'autres solides ou liquides. Nous l'appelons l'humidité relative lorsque nous l'appliquons à l'eau dans l'air et nous le multiplions parfois par 100 pour l'exprimer en pourcentage. Le rapport U/n représente l'énergie par mole d'eau et est appelé potentiel de l'eau, avec le symbole Ψ. Le potentiel de l'eau est exprimé en Joules/mole. Avec cette substitution, nous arrivons finalement à l'équation reliant l'énergie de l'eau dans l'éponge et son activité hydrique

L'équation signifie que nous pouvons exprimer l'état énergétique de l'eau dans un produit soit comme un potentiel d'eau, soit comme une activité de l'eau. Certains domaines scientifiques utilisent le potentiel de l'eau et d'autres l'activité de l'eau. Certains utilisent également la dépression du point de congélation ou l'osmolalité, mais il s'agit de concepts équivalents. Chacun présente des avantages et des inconvénients, mais ce qu'il faut comprendre, c'est qu'il s'agit de mesures de l'état énergétique de l'eau et qu'elles reposent sur une base théorique solide. L'activité de l'eau est la mesure la plus largement utilisée dans les sciences et l'ingénierie alimentaires avec des compteurs d'activité de l'eau précis.