Definição de atividade da água

A atividade da água (_aw) deriva de princípios fundamentais da termodinâmica e da físico-química. Como princípio termodinâmico, há requisitos que devem ser cumpridos na definição da atividade da água. Esses requisitos são: a água pura (_aw = 1,0) é o estado padrão, o sistema está em equilíbrio e a temperatura é definida.

No estado de equilíbrio

μ = μ₀ + RT ln (f/f₀)

onde: μ (J mol⁻¹) é o potencial químico do sistema, ou seja, a atividade termodinâmica ou a energia por mol da substância; μ₀ é o potencial químico do material puro à temperatura T (°K); R é a constante dos gases (8,314 J mol⁻¹ K⁻¹); f é a fugacidade ou a tendência de escape de uma substância; e fo é a tendência de escape do material puro (van den Berg e Bruin, 1981). A atividade de uma espécie é definida como a = f/fo. Ao se tratar de água, designa-se um índice para a substância

_aw = f/fo

_{A fugacidade} é a atividade da água, ou seja, a tendência de escape da água em um sistema dividida pela tendência de escape da água pura sem raio de curvatura. Para fins práticos, na maioria das condições em que os alimentos se encontram, a fugacidade é aproximada de forma bastante precisa pela pressão de vapor (f ≈ p), de modo que

_aw = f/fo ≅ p/po

O equilíbrio é alcançado em um sistema quando μ é igual em todo o sistema. O equilíbrio entre as fases líquida e de vapor implica que μ é igual em ambas as fases. É esse fato que permite que a medição da fase de vapor determine a atividade da água da amostra.

A atividade da água é definida como a razão entre a pressão de vapor da água em um material (p) e a pressão de vapor da água pura (po) à mesma temperatura. A umidade relativa do ar é definida como a razão entre a pressão de vapor do ar e sua pressão de vapor de saturação. Quando se alcança o equilíbrio de vapor e temperatura, a atividade da água da amostra é igual à umidade relativa do ar que envolve a amostra em uma câmara de medição selada. A multiplicação da atividade da água por 100 fornece a umidade relativa de equilíbrio (URE) em porcentagem.

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

A atividade da água é uma medida do estado energético da água em um sistema. Existem vários fatores que controlam a atividade da água em um sistema:

1. Os efeitos coligativos das espécies dissolvidas (por exemplo, sal ou açúcar) interagem com a água por meio de ligações dipolo-dipolo, iônicas e de hidrogênio
2. O efeito capilar, em que a pressão de vapor da água acima de um menisco líquido curvo é menor do que a da água pura devido a alterações nas ligações de hidrogênio entre as moléculas de água
3. Interações superficiais, nas quais a água interage diretamente com grupos químicos presentes em ingredientes não dissolvidos (por exemplo, amidos e proteínas) por meio de forças dipolo-dipolo, ligações iônicas (HO ou OH), forças de van der Waals (ligações hidrofóbicas) e ligações de hidrogênio3–

É a combinação desses três fatores em um produto alimentício que reduz a energia da água e, consequentemente, diminui a umidade relativa em comparação com a água pura. Esses fatores podem ser agrupados em duas grandes categorias: efeitos osmóticos e matriciais.

Devido aos diferentes graus de interações osmóticas e matriciais, a atividade da água descreve o continuum de estados energéticos da água em um sistema. A água parece estar “ligada” por forças em diferentes graus. Trata-se de um continuum de estados energéticos, e não de uma “ligação” estática. A atividade da água é, por vezes, definida como “água livre”, “água ligada” ou “água disponível” em um sistema. Embora esses termos sejam mais fáceis de conceituar, eles não conseguem definir adequadamente todos os aspectos do conceito de atividade da água.

A atividade da água depende da temperatura. A temperatura altera a atividade da água devido a mudanças na ligação da água, na dissociação da água, na solubilidade dos solutos na água ou no estado da matriz. Embora a solubilidade dos solutos possa ser um fator determinante, o controle geralmente decorre do estado da matriz. Como o estado da matriz (estado vítreo versus estado elástico) depende da temperatura, não se deve surpreender que a temperatura afete a atividade da água do alimento. O efeito da temperatura sobre a atividade da água de um alimento é específico para cada produto. Alguns produtos aumentam a atividade da água com o aumento da temperatura, outros diminuem_{a aw com} o aumento da temperatura, enquanto a maioria dos alimentos com alto teor de umidade apresenta variação insignificante com a temperatura. Portanto, não é possível prever nem mesmo a direção da variação da atividade da água com a temperatura, uma vez que isso depende de como a temperatura afeta os fatores que controlam a atividade da água no alimento.

Como medida de energia potencial, ela constitui uma força motriz para o movimento da água de regiões de alta atividade da água para regiões de baixa atividade da água. Exemplos dessa propriedade dinâmica da atividade da água são: a migração de umidade em alimentos com múltiplos domínios (por exemplo, sanduíche de biscoito com queijo), o movimento da água do solo para as folhas das plantas e a pressão de turgescência celular. Como as células microbianas são altas concentrações de soluto cercadas por membranas semipermeáveis, o efeito osmótico sobre a energia livre da água é importante para determinar as relações hídricas microbianas e, portanto, suas taxas de crescimento.

Domine o básico

Conheça os fundamentos das atividades aquáticas neste webinar de 20 minutos. Você aprenderá:

• O que é uma atividade aquática
• Em que difere do teor de umidade
• Por que controla o crescimento microbiano
• Como compreender a atividade da água pode ajudá-lo a controlar a umidade em seu produto.