L'attività dell'acqua

POTENZIALE CHIMICO

E’ definito con grandezze di tipo semilogaritmico, ovvero sia è dato da una grandezza costante alla quale si somma un’altra grandezza che

varia in base alla T e al rapporto di fugacità.

La fugacità di una sostanza è data dalla capacità delle sostanze a passare da uno stato liquido ad uno gassoso.

Nel caso dell’acqua:

 rapporto tra fugacità reale di un determinato sistema, di una molecola (l’ H O) rispetto alla fugacità dell’ H O pura o della

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sostanza allo stato puro nelle medesime condizioni;

 sono le pressioni parziali.

Misurare la fugacità è molto complicato, per questo si ricorre alla misurazione delle pressioni parziali mediante IDROMETRO con un

sistema che determina la variazione della P in funzione della variazione della T, con un sistema che determina quanto sia la frazione di

H O che all’equilibrio si trova allo stato gassoso.

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ESEMPIO

Non c’è equilibrio, omogeneità tra il prodotto A e B, questo significa che hanno una diversa affinità per l’ H O. Uno è maggiormente

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igroscopico rispetto all’altro. Teoricamente ci saremmo aspettati le due umidità in termini di massa, uguali. Così non è.

I due prodotti non scambiano tra loro perché non sono a contatto, sono semplicemente messi a contatto in maniera indiretta

dall’atmosfera che li contiene. Quindi l’ H O dal prodotto più umido (quello al 30%), deve passare allo stato di vapore, arricchire

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l’atmosfera, ma dato che questa è già satura al 75%, quindi una aw di 0,75, condenserà parte delle molecole sul prodotto secco, ovvero il

prodotto di A, facendo aumentare il contenuto umido. Questo fino a quando avremo un’eguaglianza tra l’attività dell’acqua nel prodotto

A che sarà uguale all’aw nell’atmosfera (spazio di testa).

Se consideriamo costante la pressione, l’umidità relativa dell’atmosfera= 75% quindi aw=0,75, potremmo dire che i prodotti A e B, pur

avendo un diverso contenuto di massa umida, hanno un uguale attività dell’acqua all’equilibrio.

ATTIVITà DELL’ACQUA alle stesse condizioni di T e P

 È il grado di disponibilità dell’ H O per svolgere le sue funzioni. E’ un valore numerico che può andare da 0 (quando non c’è una

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molecola di acqua che passa in fase di vapore, quindi non c’è pressione parziale di acqua) a 1 (quando la pressione parziale

dell’acqua nell’alimento è uguale alla pressione dell’acqua pura alle medesime condizioni ; vale a dire che l’atmosfera è satura di

H O. Per valori di aw=1 c’è una disponibilità di acqua tale che l’acqua stessa possa svolgere le sue funzioni senza limitazioni. Il

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solvente scioglierà tutto, reattivo idrolizzerà tutto. Ecc.

 L’attività dell’acqua è anche la misura dello stato energetico dell’acqua nell’alimento che identifica o che ci correla la capacità a

reagire, a svolgere le sue funzioni.

L’att dell’acqua dipende dalle interazioni attrattive che avvengono tra i costituenti dell’alimento e le molecole di acqua presenti

nell’alimento stesso. Il contenuto d’acqua può essere espresso:

 Su base umida: esprimerò i grammi di acqua sul peso complessivo, sull’unità di massa complessiva della mia sostanza.

 

Su base secca: si esprimono i grammi di acqua per grammo di sost. secca sarà un fattore che, in modo adimensionale, mi da

una valutazione di quanta acqua c’è per unità di massa di s. s.

PROPRIETà CHE INFLUENZANO L’ATTIVITà DELL’ACQUA 

1. PROPRIETà COLLIGATIVE O INTERAZIONI CON I SOLUTI se c’è un soluto all’interno di una soluzione ideale, il punto di

ebollizione tenderà ad aumentare (es. sale nell’acqua)



2. EFFETTI DI MATRICE O INTERAZIONI DI SUPERFICIE l’acqua si coordina con i solidi e non con i soluti; crea un menisco con il

materiale del recipiente che la contiene che può essere concavo o convesso a seconda del fatto che prevalgano interazioni

positive o negative, di repulsione o attrazione.

3. CAPILLARITà

La combinazione di queste proprietà riducono l’energia dell’acqua, interferendo, quindi, con la mobilità dell’acqua, riducendola.

La concentrazione e qualità dei soluti

intervengono con la mobilità dell’acqua

riducendola.

Si ha una riduzione in seguito al coordinamento delle molecole di

acqua con le superfici dei solidi. I carboidrati insolubili, come la

cellulosa, hanno una separazione di carica che solvata l’acqua,

trattenendola. Ovviamente dipende dalla forma in cui si trova la

cellulosa; le proteine idrofiliche, in particolar modo, formando

un dipolo o interazioni di Wan der Waals riducono l’energia e

quindi aw.

L’attrazione esercitata da un materiale, presente nell’alimento,

fa si che ci sia risalita all’interno di un capillare (condotto a

ridotto diametro). Questa risalita misura l’affinità tra il materiale

che costituisce questo polo e l’acqua. Se c’è interazione

repulsiva, avviene una diversa discesa del menisco, il quale sarà

convesso, ed il liquido scenderà all’interno del capillare sotto il

livello del pelo libero del liquido (questo nel caso della

repulsione che farebbe aumentare il valore di aw). Nell’alimento

siamo di fronte a porosità fortemente idrofiliche e di

conseguenza ad un’attrazione nei confronti dell’acqua. Questa

attrazione all’interno del capillare comporta una riduzione della

fugacità e della mobilità e di conseguenza dell’aw e della

potenzialità dell’acqua a svolgere le sue funzioni.

LIVELLI DI ATTIVITà DELL’ACQUA

Ha un campo di esistenza tra 0 e 1; però possiamo evidenziare dei campi un po’ più specifici all’interno di questo campo di esistenza.

In una soluzione alimentare in cui ho una

elevatissima concentrazione di soluti che

tendono a coordinare in maniera forte e

quantitativamente importante le molecole

d’acqua.

Si ha quando la sua pressione parziale tende a

eguagliare la pressione dell’acqua pura nelle

medesime condizioni; in questo caso parliamo

di acqua livera a svolgere le sue funzioni.

Alimenti con valori prossimi all’1 sono fortemente

deperibili; via via che si scende, raggiungiamo

valori di instabilità tant’è che questi prodotti

diventano maggiormente influenzati dalla

confezione che dalle loro caratteristiche proprio

perché il valore molto basso di aw crea una forza

motrice per l’assorbimento di acqua

dall’atmosfera che li contiene e in seguito

all’assorbimento di quest’acqua la perdita delle

caratteristiche qualitative.



Da notare quest’ultimo esempio la colza con un minore contenuto di acqua

per unità di massa di prodotto, ha la stessa aw del grano. Il motivo è dato

dalla composizione molto diversa delle due derrate: la colza è molto ricca in

olio; il lipide è fortemente idrofobico e di conseguenza non esercita

un’attrazione nei confronti dell’acqua e nel suo coordinamento, quindi

bisogna raggiungere un minor contenuto globale in termini di massa di acqua

per avere la stessa attività che vi è nel grano ove l’acqua è più elevata ma

l’elevato contenuto di carboidrati idrofili o di altre matrici proteiche di natura

idrofilica (gliadine e glutenine) fanno si che un numero maggiore di molecole

sia coordinata con questi costituenti andando a ridurne la fugacità e la

mobilità.

Forte differenziazione tra la suscettibilità dei vari microrganismi nei confronti dell’aw.

In tabella si può fare una grande distinzione tra batteri, muffe e lieviti.

Si nota che, nell’ordine in cui sono riportati, esiste una maggiore

resistenza, crescente. In cui i batteri, di solito, sono i più sensibili.



Staphylococcus aureus uno dei più pericolosi nell’abbassamento

dell’aw. 

Nel caso delle muffe, scendiamo a valori bassi aw=0,7 ci sta a dire

che abbiamo tolto molta acqua e che siamo in presenza di un

alimento secco ma nonostante ciò esistono microrganismi in grado di

svolgere le proprie funzioni.

In ordine decrescente: batteri, muffe e lieviti.

C’è una forte relazione tra l’attività dei microrganismi e aw; per avere la certezza di aver stabilizzato l’alimento dobbiamo scendere al di

sotto di questi valori.

La relazione tra contenuto umido (rapporto di massa tra l’acqua contenuta e la massa della s.s. contenuta in alimento solido) e attività

dell’acqua è abbastanza importante perché ci da un’idea del comportamento e, quindi, della stabilità dell’alimento stesso. Tutto questo

perché è una relazione specifica per ogni alimento e di ogni T alla quale viene conservato l’alimento stesso;

è fortemente influenzata da:

- Effetti colligativi

- Effetti capillari

- Interazioni di superficie Relazione di tipo esponenziale, con una

curvatura più o meno accentuata dalle

caratteristiche dell’alimento e dalla T a cui si

trova l’alimento.

CONTENUTO UMIDO: rapporto di massa tra l’acqua contenuta e la massa della s.s. contenuta in alimento solido.

ATTIVITà DELL’ACQUA: rapporto tra la pressione di vapore parziale esercitata dal vapor d’acqua in un’atmosfera all’equilibrio con

l’alimento che essa contiene rispetto alla tensione di vapore dell’acqua pura alle stesse condizioni.

L’isoterma di adsorbimento/desorbimento mette in relazione il contenuto umido con l’attività dell’acqua, descrive il comportamento

dell’alimento che si mette in equilibrio con l’umidità dell’ambiente assorbendo o perdendo l’acqua.

La perdita della friabilità la possiamo osservare quando superiamo un determinato valore intermedio di aw. Questo succede, molte volte,

aggiungendo un quantitativo minimo d’acqua che viene adsorbita dal substrato fortemente igroscopico per modificare queste

caratteristiche fisiche.

Viceversa, molti alimenti, perdendo acqua induriscono.

Particolare attenzione va posta alle reazioni chimiche.

Come si costruiscono?

Osservando, all’equilibrio, il rapporto che esiste tra un determinato contenuto umido e l’attività dell’acqua, nonché il nostro alimento a T

costante viene posizionato in un sistema chiuso in cui si controlla l’umidità relativa e quando si è certi di aver raggiu