El agua es un ingrediente más o menos importante en muchos alimentos, productos farmaceúticos, cosméticos y veterinarios. Pero desde luego, tiene un efecto muy significativo en la estabilidad microbiológica, química y estructural.
Y para conseguir una calidad estable en todos los lotes y productos, los fabricantes necesitan un método preciso y correcto para medir las relaciones del agua. En la mayoría de los casos, medir la actividad de agua (aw) es la mejor opción.
Pero ¿Qué es la actividad de agua, aw? Vamos a llevar a cabo un pequeño experimento para comprender mejor qué es la actividad de agua, aw. Necesitamos un vaso de agua y una esponja seca. Ahora hay que sumergir la esquina de la esponja en el vaso de agua. El agua, por supuesto, se va a mover mover desde el vaso hacia la esponja.
¿Cuál es la diferencia entre el agua en el vaso y el agua en la esponja? la respuesta es que el agua en el vaso está libre, mientras que en la esponja está, en cierta medida, unida. Tiene un estado de energía más bajo que en el vaso. Y además, sabemos que para poder recuperar el agua de la esponja que hay que hacer una fuerza (exprimir la esponja).
Esta reducción en el estado de energía del agua, reduce su presión de vapor, aumenta su punto de ebullición y también reduce su punto de congelación. En otras palabras, el agua de la esponja es diferente del agua en el vaso en términos cuantificables
Vamos a ahondar en la reducción en la presión de vapor. Podemos calcular el cambio energético asociado un cambio en la presión con la ayuda de la primera ley de la termodinámica. El símbolo U representará la energía en un sistema y para calcular el cambio que se produce en U al cambiar el volumen, a presión constante (asumimos que ni entra ni sale calor) podemos escribir
dU= -pdV
dónde dU representa un pequeño cambio de energía, y dV un pequeño cambio del volumen. La relación entre presión/volumen, conocida como Ley de los Gases Ideales, es
pV= nRT
dónde n es el número de moles de gas, R es una constante (la constante de los gases, 8,31 J/mol K) y T es la temperatura. Si derivamos la ley de los gases para obtener dV
dV= -nRT(dp/p2)
Combinando este valor con la primera ley obtenemos
dU= nRT (dp/p)
Ahora, la energía necesaria para pasar desde la presión de vapor del agua pura en el vaso (lo que llamamos presión de vapor de saturación o p0) al vapor de presión del agua en la esponja es
La relación p/p0 se llama el agua actividad, aw, cuando hablamos sobre el agua en la esponja, o el agua en los alimentos o cualquier otro sólido o líquido. La llamamos Humedad Relativa cuando la aplicamos al agua en el aire, y a veces se multiplican por 100 para expresarlo como porcentaje (%)
La relación U/n es la energía por mol de agua y el agua se llama Potencial (Y). El potencial se expresa en Julios/mol. Con esta sustitución final llegamos a la ecuación que relaciona la energía del agua en la esponja y su actividad de agua
Y= RTlnaw
Esta ecuación nos dice que podemos expresar el estado de energía del agua en un producto como Potencial o como actividad de agua.
En algunas áreas científicas se usa el potencial y otras la actividad de agua (algunos también emplean la depresión en el punto de congelación o la osmolalidad, todos son conceptos equivalentes). Cada uno tiene ventajas y desventajas, pero lo importante es entender que ambas son medidas del estado de energía del agua y tienen una fuerte base teórica. Nos centramos en la actividad de agua porque es la medida más utilizada en tecnología de alimentos, farmacia, cosmética y veterinaria
¿Qué determina la actividad del agua, aw ? Vamos a considerar los factores que influyen actividad de agua. Podemos reducir la energía del agua adsorbiendo el agua de la esponja. El agua adsorbida en cualquier superficie disminuye su estado energético. El agua está unida por puentes de hidrógeno, fuerzas capilares, de van der Waals y dipolos, por lo que tiene menos energía que el agua libre. A estos efectos los llamamos, efectos de la matriz.
La energía del agua también puede disminuir de otra forma. Podemos diluir el agua con solutos. Puesto que es necesario un trabajo para restaurar el agua a su estado puro, libre, también se reduce la actividad de agua y potencial. A estos efectos los llamamos efectos osmóticos. Para conseguir un cambio total en la energía, sumamos la reducción de la energía con los efectos mátrico y osmótico.
Si quieres saber más sobre ¿Qué es la actividad de agua, aw? puedes ver distintos tutoriales nuestros en YouTube a través de este enlace
Clica para conocer los equipos para medir la actividad del agua distribuidos por Lab-Ferrer.
Y también descargar el archivo Fundamentos sobre actividad de agua
