Apa este unul dintre consituenţi esenţiali şi chiar predominanţi ȋn alimente. Aceasta constituie mediul de desfăşurare a principalelor procese chimice care au loc ȋn aliment atât ȋn timpul prelucrării, cât şi pe parcursul depozitării alimentelor. De asemenea, apa participă ea ȋnsăşi ca reactant ȋn procesele hidrolitice. Stabilitatea produselor agro-alimentare este o caracteristică legată intrinsec de variaţia conţinutului de apă din acestea. Fie prin reducerea conţinutului ȋn apă (deshidratare), fie prin legarea ei ȋn aliment de către sare sau glucide, se poate influenţa modul ȋn care cresc anumite microorganisme, ȋmbunătăţindu-se toleranţa la păstrare a alimentelor. Un alt rol al Apei este acela de a forma textura alimentelor ȋn urma interacţiunilor cu proteinele, poliglucidele, lipidele şi sărurile minerale.

Principalele metode tradiționale de conservare a hranei (de ex. uscarea sau deshidratarea) au la bază disponibilizarea fazei apoase a alimentelor, în raport cu metabolismul microbian. Înmulțirea microorganismelor implică prezența apei în aliment, într-o formă accesibilă. O serie de molecule şi macromolecule din alimente posedă grupuri de atomi   (- OH, -COOH, -NH₂, -SH etc) care au afinitate față de molecula de apă, pe care o fixează prin legături intermoleculare caracterizate de o energie considerabilă (cca 5 cal/mol, ceea ce reprezintă între 5 şi 10 % din energia unei legături chimice) (Bărzoi, 1987).

Acest lucru are drept urmare indisponibilizarea apei necesare pentru dezvoltarea microorganismelor. Adaosul de apă la un aliment uscat  presupune hidratarea succesivă a tuturor grupărilor hidrofile din aliment, până la atingerea unui exces, reprezentat de moleculele de apă nelegate, sau libere. Situația acestor molecule libere din aliment este descrisă de tensiunea relativă a vaporilor de apă. Această tensiune relativă a vaporilor de apă este puțin dependentă de temperatură şi poartă denumirea generică de “activitatea apei”.

Din punct de vedere formal, Activitatea Apei este raportul dintre presiunea vaporilor de apă (P) din aliment şi raportul presiunii vaporilor din apa pură (P₀) la aceiaşi temperatură:

ERH  reprezintă umiditarea relativă de echilibru (raportul procentual dintre presiunea vaporilor soluției, față de cea a apei pure).

Activitatea apei este invers proporțională cu presiunea osmotică a alimentului. Relația dintre conținutul de apă a produsului alimentar, poate fi reprezentată grafic prin izotermele de sorbție caracteristice fiecărui produs (figura 1). Atunci când o soluție devine mai concentrată, presiunea ei de vapori scade, iar a_w caracteristică acesteia scade şi ea, în mod corespunzător în raport cu cea a apei distilate. Valoarea a_w pentru o substanță complet uscată este 0, în timp ce pentru apa distilată este 1.

Figura 1. Relația dintre umiditatea produselor alimentare şi a_w (stânga), respectiv izoterma de sorbție tipică pentru un produs alimentar (dreapta) (după, Labuza et. al., 1970, citat de Belitz et. al., 2009)

Dacă la apa distilată se adaugă substanțe solubile, precum: zahăr, sare, proteine, activitatea apei scade în raport cu cantitatea şi natura acestor substanțe adăugate. Relația dintre activitatea apei şi  concentrația solvaților este dată de relația:

unde: n₁ = numărul de moli de solvat, n₂ = numărul de moli de solvent.

Este evident, că formula de mai sus, permite aflarea valorii a_w pentru soluții simple, soluții care sunt departe de complexitatea compoziției chimice a unui aliment. Activitatea apei specifice unui aliment variază în funcție de conținutul acestuia în umiditate, astfel încât pentru alimente diferite, aceiaşi valoare a a_w corespunde unor umidități diferite (fig. 2)

Figura 2. Relația dintre umiditate şi a_w pentru o serie de alimente (după Tamba-Berehoiu R., Chimia alimentului, vol. 1, Ed. Ștef, Iași, 2015)

Lipidele au o capacitate foarte mare de a lega apa, în timp ce celuloza leagă apa mai slab, iar amidonul şi glucidele simple leagă apa mai puternic decât celuloza. În cazul produselor alimentare uscate, relația dintre a_w şi umiditatea produsului este determinată de formula:

unde M – conținutul în umiditate al produsului uscat (%), C – constantă, M_b este valoarea stratului monomolecular de apă. Valoarea stratului molecular de apă este maximă atunci când este egală cu conținutul total de apă din produs, şi corespunde stabilității maxime a produsului alimentar din punct de vedere al oxidării lipidelor, îmbrunării neenzimatice, a reacțiilor hidrolitice şi a alterării microbiene. Oxidarea lipidelor este limitată la valori ale activității apei de 0,2-0,4, este accelerată la valori mai mici de 0,2 şi în intervalul 0,4 – 0,75, după care scade, în intervalul 0,75 – 0,85. Brunificarea neenzimatică se accelerează semnificativ la valori ale activității apei de 0,2 – 0,6 iar activitatea enzimatică se accelerează la valori mai mari de 0,4 (figura 3).

Figura 3. Stabilitatea la păstrare a produselor alimentare în funcție de activitatea apei (după Labuza, 1971, citat de Belitz, 2009)

Aşa cum se observă din fig. 3., peste o anumită valoare minimă a a_w, metabolismul diverselor specii microbiene încetează. Această valoare minimă este o caracteristică de specie şi depinde de capacitatea citoplasmei microbiene de a reține o cantitate mai mare sau mai mică de apă (cu cât cantitatea de apă reținută de citoplasma celulei microbiene este mai mare, cu atât valoarea a_w limită caracteristică  speciei este mai mică). În general, se consideră că microorganismele încetează să se mai multiplice la valori a_w = 0,7. Valoarea a_w de 0,7 la temperatura de 20⁰C, variază pentru diferite alimente, în funcţie de umiditate, astfel: pentru lapte praf e atinsă la 7% umiditate, pentru carne fără grăsime şi peşte deshidratat la 10% umiditate, iar pentru fasole şi soia la 9 – 13% (Bărzoi, 1987).

Valoarea a_w este influențată de temperatură într-o măsură dependentă de gradul de saturare a soluției. Acest lucru are un impact mai puțin semnificativ în cazul alimentelor solide, dar este important pentru alimentele lichide. Pe măsură ce temperatura scade, scade şi presiunea de vapori a apei lichide sau a gheții, şi prin urmare şi activitatea apei. În consecință, cuplarea unor procedee de deshidratare cu refrigerarea sau congelarea alimentelor, pot fi foarte eficiente în creşterea stabilității acestora.