L'activité de l'eau (_aw) découle des principes fondamentaux de la thermodynamique et de la chimie physique. En tant que principe thermodynamique, la définition de l'activité de l'eau doit répondre à certaines exigences. Ces exigences sont les suivantes : l'eau pure (_aw = 1,0) est l'état standard, le système est en équilibre et la température est définie.

À l'état d'équilibre

μ = μo + RT ln (f/fo)

où : μ (J mol-1) est le potentiel chimique du système, c'est-à-dire l'activité thermodynamique ou l'énergie par mole de substance ; μo est le potentiel chimique du matériau pur à la température T (°K) ; R est la constante des gaz (8,314 J mol-1 K-1) ; f est la fugacité ou la tendance à s'échapper d'une substance ; et fo est la tendance à s'échapper du matériau pur (van den Berg et Bruin, 1981). L'activité d'une espèce est définie comme a = f/fo. Dans le cas de l'eau, un indice est attribué à la substance.

_aw = f/fo

_{La fugacité} est l'activité de l'eau, ou la tendance de l'eau à s'échapper dans un système, divisée par la tendance à s'échapper de l'eau pure sans rayon de courbure. À des fins pratiques, dans la plupart des conditions dans lesquelles se trouvent les aliments, la fugacité est étroitement approximée par la pression de vapeur (f ≈ p), donc

_aw = f/fo ≅ p/po

L'équilibre est atteint dans un système lorsque μ est identique partout dans le système. L'équilibre entre les phases liquide et vapeur implique que μ est identique dans les deux phases. C'est ce fait qui permet de mesurer la phase vapeur afin de déterminer l'activité de l'eau dans l'échantillon.

L'activité de l'eau est définie comme le rapport entre la pression de vapeur de l'eau dans un matériau (p) et la pression de vapeur de l'eau pure (po) à la même température. L'humidité relative de l'air est définie comme le rapport entre la pression de vapeur de l'air et sa pression de vapeur saturante. Lorsque l'équilibre entre la vapeur et la température est atteint, l'activité de l'eau de l'échantillon est égale à l'humidité relative de l'air entourant l'échantillon dans une chambre de mesure hermétique. La multiplication de l'activité de l'eau par 100 donne l'humidité relative d'équilibre (ERH) en pourcentage.

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

L'activité de l'eau est une mesure de l'état énergétique de l'eau dans un système. Plusieurs facteurs contrôlent l'activité de l'eau dans un système :

1. Les effets colligatifs des espèces dissoutes (par exemple, le sel ou le sucre) interagissent avec l'eau par le biais de liaisons dipôle-dipôle, ioniques et hydrogène.
2. L'effet capillaire, où la pression de vapeur de l'eau au-dessus d'un ménisque liquide incurvé est inférieure à celle de l'eau pure en raison des changements dans les liaisons hydrogène entre les molécules d'eau.
3. Interactions de surface, dans lesquelles l'eau interagit directement avec les groupes chimiques présents sur les ingrédients non dissous (par exemple, les amidons et les protéines) par le biais de forces dipôle-dipôle, de liaisons ioniques (HO ou OH), de forces de van der Waals (liaisons hydrophobes) et de liaisons hydrogène3–

C'est la combinaison de ces trois facteurs dans un produit alimentaire qui réduit l'énergie de l'eau et donc l'humidité relative par rapport à l'eau pure. Ces facteurs peuvent être regroupés en deux grandes catégories : les effets osmotiques et matriciels.

En raison des différents degrés d'interactions osmotiques et matricielles, l'activité de l'eau décrit le continuum des états énergétiques de l'eau dans un système. L'eau semble « liée » par des forces à des degrés divers. Il s'agit d'un continuum d'états énergétiques plutôt que d'une « liaison » statique. L'activité de l'eau est parfois définie comme « libre », « liée » ou « disponible » dans un système. Bien que ces termes soient plus faciles à conceptualiser, ils ne parviennent pas à définir de manière adéquate tous les aspects du concept d'activité de l'eau.

L'activité de l'eau dépend de la température. La température modifie l'activité de l'eau en raison des changements dans la liaison de l'eau, la dissociation de l'eau, la solubilité des solutés dans l'eau ou l'état de la matrice. Bien que la solubilité des solutés puisse être un facteur déterminant, le contrôle provient généralement de l'état de la matrice. Étant donné que l'état de la matrice (état vitreux ou caoutchouteux) dépend de la température, il n'est pas surprenant que la température affecte l'activité de l'eau dans les aliments. L'effet de la température sur l'activité de l'eau d'un aliment est spécifique au produit. Certains produits voient leur activité de l'eau augmenter avec la température, d'autres_{la voient} diminuer, tandis que la plupart des aliments à forte teneur en humidité ne subissent qu'un changement négligeable avec la température. Il est donc impossible de prédire ne serait-ce que la direction du changement de l'activité de l'eau avec la température, car cela dépend de la manière dont la température affecte les facteurs qui contrôlent l'activité de l'eau dans les aliments.

En tant que mesure de l'énergie potentielle, elle est une force motrice pour le mouvement de l'eau des régions à forte activité hydrique vers les régions à faible activité hydrique. Voici quelques exemples de cette propriété dynamique de l'activité de l'eau : la migration de l'humidité dans les aliments à plusieurs domaines (par exemple, un sandwich au fromage et au cracker), le mouvement de l'eau du sol vers les feuilles des plantes et la pression de turgescence cellulaire. Les cellules microbiennes étant des concentrations élevées de solutés entourées de membranes semi-perméables, l'effet osmotique sur l'énergie libre de l'eau est important pour déterminer les relations microbiennes avec l'eau et donc leurs taux de croissance.

Maîtrisez les bases

Découvrez l'essentiel des activités aquatiques condensé dans ce webinaire de 20 minutes. Vous apprendrez :

• Qu'est-ce que l'activité de l'eau ?
• En quoi cela diffère-t-il de la teneur en humidité ?
• Pourquoi il contrôle la croissance microbienne
• Comment la compréhension de l'activité de l'eau peut vous aider à contrôler l'humidité dans votre produit.