la conservación de alimentos a temperaturas bajas

8/18/2019 La Conservación de Alimentos a Temperaturas Bajas

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LA CONSERVACIÓN DE ALIMENTOS A TEMPERATURAS BAJAS

La temperatura es un factor para mantener la calidad de los alimentos almacenados.El descenso de la temperatura disminuye la velocidad de las reacciones químicas,retrasando o inhibiendo el crecimiento de los microorganismos o de las enzimas

presentes en el alimento que producen deterioro en su calidad. En general se aceptaque un descenso de 10º en la temperatura reduce la velocidad de reacci!n a lamitad.

En un principio se lograban las ba"as temperaturas mediante el uso de hielo. #urante

el proceso de fusi!n el hielo consume $$0 %&'%g (calor latente de fusi!n) para

transformarse en agua líquida.

En la actualidad el frío se produce mediante sistemas de refrigeraci!n mec*nica. En

estos sistemas, el calor se transmite desde una c*mara de refrigeraci!n hasta una

zona donde puede eliminarse mas f*cilmente. La transferencia de calor se realiza

mediante un agente refrigerante que, al igual que el agua en los sistemas antiguos,cambia del estado líquido a vapor+ pero, a diferencia de ella, el agente refrigerante

tiene un punto de ebullici!n mucho m*s ba"o que sta. -sí tenemos, por e"emplo el

amoníaco, que es un agente refrigerante muy utilizado en la industria, tiene un punto

de ebullici!n de $$º , que es una temperatura mucho m*s ba"a que los 100º a los

que hierve el agua a presi!n atmosfrica.

La reducci!n de la temperatura afecta en un descenso de la velocidad de respiraci!n y

por ende de la maduraci!n de frutas y hortalizas, as/i como de sus funciones

metab!licas. El límite inferior para el desarrollo de una actividad metab!lica normal es

el punto de congelaci!n de los fluidos tisulares, que generalmente se encuentra entre

0 y º. na vez que el te"ido se congela, el intercambio de metabolitos entre los

diversos componentes celulares se ve limitado1.

El enfriamiento de los productos no climatricos frena su ritmo de deterioro+ en tanto

que en los climatricos, adem*s retrasa el inicio de la maduraci!n. #escendiendo la

temperatura no s!lo se frena la producci!n de etileno sino tambin la velocidad de

respuesta de los te"idos a dicho gas+ por tanto, mientras mas ba"a sea la temperatura

mayor ser*, a una determinada concentraci!n de etileno, el tiempo de e2posici!n del

alimento al mencionado gas.

n alimento se enfría m*s r*pido en agua que en el aire, debido a que el agua es mas

densa que el aire y su calor específico es alto. -sí mismo, los alimentos s!lidos se

enfrían m*s lentamente que los alimentos líquidos, debido a que el calor debe de

transferirse desde el interior hacia la superficie por conducci!n, que es un proceso

lento en comparaci!n con la velocidad de transferencia de calor por convecci!n que

ocurre en los líquidos.

1 Wills, R.H.H., Lee, T.H., et al, Fisiología y manipulación de frutas y hortalizas post

recolección, 1!"#.

$ %dem.

1


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El agua de los alimentos que puede convertirse en hielo por deba"o de 0º, es el agua

capilar y de soluci!n+ sin embargo, hay otras formas de agua que est*n estrechamente

ligadas al alimento que no se las puede convertir en hielo dentro de la escala pr*cticadel almacenamiento congelado. En el punto de congelaci!n (314º) o por deba"o del

mismo, el alimento contiene cristales de hielo en equilibrio con el agua sin congelar

a5n presente. La presi!n del vapor acuoso de esta agua sin congelar es idntica a la

del hielo a la misma temperatura y, a medida que desciende la temperatura aumenta la

cantidad de hielo presente al mismo tiempo que disminuye el agua sin congelar. El

agua como hielo no se encuentra libre y+ por ende, no interviene en las reacciones

químicas ni en los procesos de crecimiento microbiano. 6or lo tanto, los efectos de

disminuir la temperatura por deba"o del punto de congelaci!n, son equiparados a los

efectos de la deshidrataci!n o de la concentraci!n, en cuanto se refiere a la

disponibilidad de agua para que se realicen las reacciones bioquímicas y para el

desarrollo de microorganismos.

Los mtodos de conservaci!n de alimentos utilizados son la refrigeraci!n y la

congelaci!n, siendo la diferencia esencial entre ambos mtodos la formaci!n de

cristales de hielo en los productos congelados. El mtodo de congelado asocia dos

variables importantes7

• La disminuci!n de la temperatura, que influye en el crecimiento microbiano,

paraliza las reacciones celulares y disminuye la velocidad de las reacciones

químicas.

• El cambio de agua a hielo que fi"a la estructura del te"ido del alimento$.

4.1. La refrigeración

El ob"etivo principal del almacenamiento en refrigeraci!n, de un alimento, es el derestringir su velocidad de deterioro evitando una maduraci!n an!mala y otros cambiosper"udiciales, mantenindolo así por periodos tan largos como sea posible, encondiciones aceptables para su consumo.En el caso especifico de las frutas y hortalizas, el almacenamiento refrigerado ese2tremadamente e2igente tanto en el dise8o de la maquinaria como en el

funcionamiento del almacn. 9o es suficiente con poseer una capacidad frigoríficacapaz de enfriar el alimento hasta la temperatura requerida+ sino es necesario que lainstalaci!n deba de e2traer continuamente el calor desprendido debido a su actividadrespiratoria y mantenga, en el almacn, una humedad relativa alta.

La carne fresca es muy alterable y todo almacenamiento temporal durante sutransporte, distribuci!n o maduraci!n, e2ige una refrigeraci!n inmediata+ y si es por almacenamiento de m*s tiempo requiere un tratamiento de conservaci!n. #urante elalmacenamiento de las carnes, e2isten dos fen!menos desfavorables7 el peligro deproliferaci!n bacteriana en su superficie y el riesgo de desecaci!n con perdida depeso. 6or lo general del sacrificio, las carnes se enfrían por aire con un :0; dehumedad relativa y una temperatura comprendida ente 10 y 1 º, la velocidad de

& Larra'aga, %.(.,et al, )ontrol e higiene de los alimentos, 1!!!.

$


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descenso de temperatura en el centro no debe de sobrepasar 1,< º'hora durante lasprimeras = horas>.

La refrigeraci!n se define como la operaci!n que se aplica a los alimentosperecederos para prolongar el tiempo que permanecen higinicamente seguros yorganolpticamente aceptables mediante su conservaci!n a temperaturas superiores a 1º e inferiores a 4º


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#. #isminuye logarítmicamente la velocidad de las reacciones químicas, que puedanocurrir en los alimentos, tales como o2idaci!n de lípidos, desnaturalizaci!n de lasproteínas, degradaci!n de pigmentos4.

En la tabla 9º >.1 se presenta la clasificaci!n de microorganismos en funci!n a sutemperatura !ptima de crecimiento+ sin embargo, es necesario indicar que lastemperaturas ba"as no destruyen a los microorganismos, s!lo los aletargan oadormecen hasta que se restituyan las condiciones favorables para su desarrollo.

El tiempo de almacenamiento de la leche líquida puede prolongarse mantenindola aba"as temperaturas+ así se podr* utilizar despus de < días a ? º, que es latemperatura m*s alta recomendada en un refrigerador y se mantendr* por tres vecesm*s si se almacenara a º. 6ara mantener la alta calidad de un huevo fresco debede enfriarse de inmediato, de preferencia hasta >,> º, y mantenerse en un lugar fresco:.

Ta)$a N+ 4.1 C$a%ificación #e $"% &icr""rgani%&"%en f(nción #e %(% !e&'era!(ra% ó'!i&a%Micr""rgani%&" Te&'era!(ra ó'!i&a ,+C-Aerm!filos >< a <

6sicr!trofos < a $< (puede descender a < º)

6sicr!filos$ 3 < a C1


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>. Te&'era!(ra cr0!ica, el refrigerante debe tener una temperatura críticasuficientemente alta, pues a temperaturas por encima de ella no puede ser licuado. oncretamente, en sistemas con el condensador refrigerado por aire,la temperatura crítica debe ser mayor que la temperatura ambiente previsible.


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Dueso en maduraci!n 3 1 a =< ?0

6escados frescos C 0,= a C :0 :< a C 10 días

Fuisantes 0 :0 :< 13$ semanasoles de Gruselas 0 :0 :< $3< semanas

-lubias verdes C > a C ? :0 :< ?310 días

C 10 a C 1$ :0 3> semanas

Aomates C ? a C 10 4< :0 >3? días

Banzanas 3 1 a 1 :0 13= meses

9aran"as 0 a C : 4< :0 $31 semanas

Hresas 3 0,< :0 :< La refrigeraci!n de un alimento puede realizarse de varias maneras en funci!n delsistema de transmisi!n de calor que se aplique. -sí tenemos7

a.- Por contacto con aire:

• Iefrigeraci!n en c*mara,

• Iefrigeraci!n por aire forzado.

b.3 6or contacto con agua fría7

• idrorefrigeraci!n.

c.3 6or contacto con medio s!lido

• Iefrigeraci!n con hielo.

d.3 6or evaporaci!n de parte de agua del alimento7

• Iefrigeraci!n evaporativa,

• Enfriamiento al vacío.

Refrigeración en c=&ara.3 Es el mtodo m*s com5n de refrigeraci!n, en la cual elalimento esta en contacto, en un ambiente cerrado, con aire frío que puede estar sinmovimiento o con relativa y lenta circulaci!n. Es recomendable que el aire este enmovimiento alrededor del producto para incrementar la eficiencia del sistema y lostiempos de reducci!n de la temperatura en el alimento sean menores. El enfriamiento,con este sistema, es lento y no recomendable para alimentos sensibles.

Refrigeración '"r c"rrien!e #e aire f"ra#".3 Es un sistema a presi!n mediante elcual se JfuerzaK el paso de una corriente aire a travs del alimento con lo cual seincrementa la velocidad de perdida de calor y se reducen los de 1'> a 1'10 el tiempo

1$ )heftel, (.)., )heftel,H., %ntroducción a la *io+uímica de los alimentos, 1!"2.

-


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de enfriamiento, en comparaci!n con el sistema de refrigeraci!n en c*mara. Enmuchas oportunidades se emplean t5neles de refrigeraci!n, logr*ndose periodos deenfriamiento de 0 a =0 minutos. Luego de enfriarse el producto, son retirados yalmacenados en c*maras de conservaci!n de productos refrigerados. 9o se mantieneen el mismo t5nel pues el alimento sufriría e2cesiva prdida de su humedad.

Refrigeración en ag(a " :i#r"refrigeración.3 Emplea como agente refrigerante alagua que tiene un calor específico mayor que el aire, por ello este mtodo derefrigeraci!n es m*s r*pido que los dos anteriores. na de las venta"as de stemtodo es que las prdidas de peso son mínimas+ sin embargo, e2iste mayor riesgode contaminaci!n del alimento. 6uede realizarse7

• 6or inmersi!n, del alimento, en agua pura fría a 0º, o en soluci!n de agua

con sal o az5car con la finalidad de ba"ar el punto de congelaci!n del aguay poder traba"ar con temperaturas menores, o

• 6or aspersi!n, tipo ducha, del alimento con agua fría.

Refrigeración c"n >ie$".3 6uede utilizar hielo picado, o en escamas con la finalidad

de incrementar la superficie de contacto entre en alimento y el agente refrigerante(hielo). -ctualmente se utiliza una pasta de hielo formada por un >0; de agua,


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Atmósfera

Modicada

Atmósfera exterior

Envase ProtectorAlimento

En funci!n de la actividad respiratoria, pueden resistir el almacenamientoy'o transporte prolongado.

#urante la respiraci!n se produce la o2idaci!n de los hidratos de carbono, quetiene como principales características a la perdida de materia seca delalimento, consumo de o2igeno, desprendimiento de , producci!n de , ydesprendimiento de energía.

6or lo tanto, para garantizar una m*s eficiente conservaci!n del alimento, losambientes de refrigeraci!n pueden me"orarse si se complementa con la modificaci!nde la atm!sfera en la que se mantiene o almacena el alimento en condiciones derefrigeraci!n. El envasado o almacenamiento de un alimento en una atm!sferaprotectora, denominada tcnica E-6 prolonga la vida 5til del alimento, manteniendo lacalidad original, minimizando el uso de aditivos y conservantes.

La tecnología de la conservaci!n de alimentos utilizando gases protectores consiste ensustituir el aire que rodea al alimento por un gas o una mezcla de gases que ofrecen

me"ores condiciones para el mantenimiento de la calidad química, microbiol!gica yestructural del alimento1$

El sistema E-6 (envase en atm!sfera protectora) es muy simple, consiste en sustituir la atm!sfera que rodea al producto en el momento del envasado por otraespecialmente dise8ada para cada tipo de alimento y mantener estas condicionesmediante un envase impermeable a los gases, lo que permite controlar me"or lasreacciones químicas, enzim*ticas y microbiol!gicas, evitando o minimizando lasprincipales degradaciones que se producen durante los períodos de almacenamiento,tal como se muestra en la figura 9º >.1.

El uso de atm!sferas modificadas para incrementar la vida 5til de los alimentos no es

un concepto nuevo. La demanda creciente y la b5squeda de productos de alta calidadha sido inducido al desarrollo de nuevas tcnicas de conservaci!n destinadas amantener las características iniciales del producto. El proceso utilizafundamentalmente tres gases ( o2ígeno, nitr!geno y di!2ido de carbono), queproducen un efecto individual o combinado para mantener la calidad de los alimentos.6ermite la conservaci!n del producto en estado fresco, sin tratamientos químicos otrmicos utilizados en otras tcnicas de conservaci!n, o bien se utiliza con"untamentecon estas tcnicas para prolongar y garantizar un mayor período de conservaci!n.

ig(ra N+ 4.1 En3a%a#" en a!&ó%fera 'r"!ec!"ra ,EAP-

1& Rodríguez /omolinos, F. et al, %ngeniería de la industria alimentaria, 0ol.%%%, peraciones de

conser0ación de alimentos. $22$.

"


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(en!e/ R"#r0g(e @ir"2 M.2 En3a%a#" #e a$i&en!"% )a*" a!&ó%fera 'r"!ec!"ra.A$i&en!ación2 e7(i'"% !ecn"$"g0a. 1.

4.1.?.1. Carac!er0%!ica% #e $"% ga%e% (!i$ia#"% en $a !


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de grasas o sustancias o2idables, origina procesos o2idativos que conducen a la

aparici!n de olores y sabores an!malos.

En la mayoría de los casos se intenta evitar la presencia de en el interior delenvase, ya que favorece el crecimiento de microorganismos aerobios y el

enranciamiento o2idativo+ sin embargo, en casos muy concretos la presencia de nos!lo es conveniente sino necesaria. 6or e"emplo, para mantener el color ro"o brillantede la carne fresca es necesario mantener una atm!sfera rica en que favorezca lao2igenaci!n de la misma+ y en el caso de los vegetales frescos es necesario paramantener su metabolismo.

Aeniendo como base las cualidades de los tres gases indicados, se debe dise8ar lamezcla, cualitativa y cuantitativamente+ sin embargo, adem*s de la composici!n de lamezcla debe de tenerse en cuenta otros factores entre los que se menciona a7 elmaterial del envase, la temperatura de almacenamiento y el equipo de envasado.La utilizaci!n de gases en el envasado de alimentos puede duplicar e incluso llegar atriplicar la vida 5til del producto respecto a si se envasara en atm!sfera normal,

siempre que se controlen los factores e2ternos como la temperatura, la luz, etc.

E2isten otros gases como el mon!2ido de carbono (), di!2ido de azufre (@), cloro(l), !2ido de etileno y ozono, que por sus características físico3químicas se haninvestigado como opcionales a utilizar en la atm!sfera de envasado en casosconcretos. @in embargo, no cuentan con la aprobaci!n de las autoridades y parecepoco probable su utilizaci!n en un futuro pr!2imo. no de los casos m*s comentadoses el del mon!2ido de carbono (), este gas resulta muy efectivo para mantener elcolor ro"o brillante de la carne fresca por formaci!n de carbo2imioglobina (muyestable)+ sin embargo, por su elevada to2icidad no esta autorizado para alimentos.

4.1.?.. C$a%ificación #e $a% a!&ó%fera% 'r"!ec!"ra%

Las atm!sferas protectoras utilizadas en la industria de los alimentos son7 Envasado avacío, almacenamiento en atm!sfera modificada, almacenamiento en atm!sferascontroladas, y almacenamiento en atm!sferas hipob*ricas1>. Estas tcnicas se puedenutilizar en combinaci!n o complement*ndose con el uso de temperaturas ba"as.

a. En3a%a#" a 3ac0".3 onsiste en la eliminaci!n de la atm!sfera de aire en elrecipiente que contiene al alimento. Las paredes del envase se colapsan sobreel alimento y la presi!n en el interior del recipiente es inferior a la atmosfrica.on esta tcnica se evita que el alimento este en contacto con el o2ígeno que

es uno de los principales desencadenantes del deterioro, principalmente laso2idaciones de grasas y diversas alteraciones enzim*ticas. @in embargo, estatcnica no es recomendable para el almacenamiento o envasado de frutas yverduras al estado fresco.

b. A$&acena&ien!" en a!&ó%fera &"#ifica#a.3 Es la tcnica mediante la cu*l elaire se sustituye por un gas o una mezcla de gases (nitr!geno y ),conteniendo cierta cantidad de o2ígeno.

c. A$&acena&ien!" en a!&ó%fera c"n!r"$a#a.3 Es una tcnica similar a laanterior pero realizando el control en la concentraci!n de cada uno de losgases. 9o e2iste una regla pero se puede indicar las siguientes condiciones7

1# Rodríguez /omolinos, F. et al, %ngeniería de la industria alimentaria, 0ol.%%%,peraciones de conser0ación de alimentos. $22$.

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• 6ara las frutas en regiones templadas, Aemperatura7 0 a >º, o2ígeno7 $;,

y 7 0 a


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• a !emperatura de congelación (o de fusión) inicial o temperatura decrioscopia (!c) Es la temperatura a la cual se verifica el cambio del estadolíquido al s!lido. uando en el alimento se inicia el proceso de enfriamiento,las molculas de agua presentes en el alimento comienzan a nuclearse. Latemperatura a la cual empiezan a formarse los primeros n5cleos es inferior a la temperatura de congelaci!n inicial (Ac), entonces se origina un ligeroincremento en la temperatura, denominado %")ref(%ión o%")refrigeración. En la carne el valor de la temperatura de congelaci!n esapro2imadamente 1.< º.El te"ido biol!gico se comporta b*sicamente como una soluci!n diluida, sí,la temperatura de congelaci!n disminuye, entonces por la Ley de Iaoult, laconcentraci!n de los solutos aumenta.

La energía de activaci!n de la nucleaci!n puede ser la responsable de estareducci!n inicial de temperatura. na vez que la nucleaci!n ha comenzado, elsistema emite m*s calor latente, que es muy necesario para el crecimiento de loscristales, y la temperatura aumenta r*pidamente hasta la temperatura decongelaci!n. #espus, si el rgimen trmico es suficiente, la temperatura

disminuye progresivamente siendo siempre igual o inferior a la de congelaci!n (Ac),produciendo la crioconcentraci!n de solutos,

• "ndice de nucleación, se e2presa por el n5mero de n5cleos formados encada unidad de tiempo. El índice de nucleaci!n es mucho m*s elevado amayor velocidad del enfriamiento.

• #elocidad de crecimiento de los cristales, esta controlada en gran partepor el flu"o de calor evacuado de la zona de cristalizaci!n, y tambin por lacrioconcentraci!n de fluidos inter y e2tracelulares, que reduceprogresivamente el crecimiento de los cristales1?.

ig(ra N+ 4. a%e% #e $a C"nge$ación

1 %dem.

1$


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1

23

E x t e r i o r ( Tf )

A

Te m p e r a t u r aC e n t ro t rm ic o

T i

Tc! " C

T f

# re n t e d ec o n $ e la c i ó n

1

2

3

e n f r ia m ie n toC r i s ta l i % a c ió ne n f r ia m ie n to

&

T ie m p o o d is t a n c ia d e l c e n t r o t rm ic o

' ie l o a $ u an o c o n $ e l a le

' i e lo a $ u a

a $ u a

(en!e/ @en"!2 C.2 C"nge$ación ca$i#a# #e $a carne2 555.

En la figura >., se observa que7

Ti/ Aemperatura inicial+Tc7 Aemperatura de congelaci!n+Tf/ Aemperatura final.A/ Estado del agua en un producto que tiene forma geomtrica simple durante la

congelaci!n.Las tres zonas representadas corresponden a las tres etapas de la congelaci!n.B/ Fradiente de la temperatura en el alimento o evoluci!n de la temperatura a lo largodel tiempo, en un punto de la muestra.1/ Hase de precongelaci!n (enfriamiento del producto hasta la temperatura decongelaci!n+ el agua sigue a5n en estado líquido)/ Hase de congelaci!n o cambio de estado del agua en hielo (AMN Ac) con nucleaci!n,y posterior crecimiento de los cristales (cristalizaci!n).8/ Enfriamiento del producto congelado+ la mayor parte del agua congelable seencuentra en forma de hielo.

En el m5sculo, como en todos los productos e2puestos a la congelaci!n, la proporci!n

de agua congelada aumenta cuando la temperatura disminuye, tal como se observa enla tabla 9º >.$. -sí, a ?º el agua en forma de hielo representa apro2imadamente el40; del agua total del te"ido muscular. uando la temperatura alcanza 0º,alrededor del :0; del agua se encuentra en estado s!lido+ este porcenta"e no sufre unaumento notable a temperaturas muy ba"as. - estas temperaturas, se puede producir formaci!n de un eutctico o una transici!n hacia el estado vítreo. La fracci!n de aguano congelada disminuye hasta un valor límite, del mismo modo que la actividad deagua y la temperatura de cristalizaci!n (A), mientras que la concentraci!n de solutoscrece14.

El tama8o final de los cristales depende de7

1" 3enot, )., )ongelación y calidad de la carne. $222

1&


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• Las características del producto (composici!n en solutos+ y especialmente

la presencia de sal),

• El índice de nucleaci!n,

• La velocidad de crecimiento de los cristales,

• La temperatura final,

• El rgimen trmico, y• La velocidad de progreso del frente de congelaci!n que separa las partes

del producto en fase de precongelaci!n y de congelaci!n.6or otro lado, la velocidad de congelaci!n varía en funci!n de la distancia a lasuperficie del producto y de la cantidad de calor que hay que e2traer por unidad detiempo. #urante la conservaci!n del producto congelado, las variaciones detemperatura provocan sucesivamente una fusi!n y recristalizaci!n de hielo, lo queconduce a un aumento de la talla de los cristales1:.

Ta)$a 4.8. P"rcen!a*e #e ag(a c"nge$a#a ac!i3i#a# #e ag(a en carnea #iferen!e% !e&'era!(ra%.

Te&'era!(ra

,+C-

Ag(a c"nge$a#a ,;- Ac!i3i#a#

De ag(a,8-A3e,&9%c($"-,1-

Vac(n"Magro(1),(2)

Pe%ca#",)aca$a"-,1-2,-

3<31031<303<3$0

?>4$

44

4:

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44

??4>4?4:

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0.:0.4$0.?4>0.?>=

(en!e/,1- Seg9n Rei#e$ ,1?-2 ci!a#" '"r De%r"%ier Tre%%$er ,1-.,- II ,1-.,8- Lei%!ner R"#e$ ,1-2 ci!a#" '"r Da(#in ,1-

Ci!a#"% '"r/ @en"!2 C.2 C"nge$ación ca$i#a# #e $a carne. 555

El punto eutctico corresponde al grado de concentraci!n de los solutos y de latemperatura a la cual hay cristalizaci!n simult*nea de los diferentes constituyentes dela mezcla (soluto y solvente). La formaci!n de un eutctico durante el período decongelaci!n de la carne es poco probable0. La temperatura eutctica, es la mayor temperatura a la cual se verifica la m*2ima cristalizaci!n del agua de las soluciones yde los solutos presentes en el alimento.

4..1. La 3e$"ci#a# e$ !ie&'" #e c"nge$ación

#urante la congelaci!n de un alimento se han identificado tres zonas tal se observa enla figura 9º >.+ en la primera zona, situada en el centro del producto (1), latemperatura es superior a la temperatura de congelaci!n (Ac), el agua se mantiene enestado líquido y una parte del producto est* en fase de precongelaci!n.Entre la primera zona (1) y la segunda () se encuentra el frente de congelaci!n, quese constituye en la interfase entre la primera zona y la segunda, considerada como elfoco de la transformaci!n del agua en hielo. 6ara el caso de las carnes, la temperaturase encuentra entre la de congelaci!n del agua y ?º.

1! 3enot, )., )ongelación y calidad de la carne. $222

$2 4ra5e, 6.)., Fennema, .R., 3lass transition 0alues of muscle tissue, (ournal /ci. ,1!!!.

1#


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Hinalmente, en la zona perifrica ($) del alimento que esta en contacto con el e2terior,la cristalizaci!n est* pr*cticamente completada+ observ*ndose que la temperaturadisminuye progresivamente. 6ara simplificar, se puede observar que hay un cambio deestado en la zona intermediaria, mientras que las zonas 1 y $ son 5nicamente el lugar de reducci!n de la temperatura. on respecto a la congelaci!n, las zonas perifricasprogresan hacia el centro trmico. -sí pues, la cintica de reducci!n de la temperaturaes diferente de un punto a otro en el producto. En consecuencia, ser* difícil evaluar globalmente la velocidad y el tiempo de congelaci!n de un producto. En la literatura,hay varias definiciones de estos par*metros, lo que supone una dificultad a8adida a lahora de hacer comparaciones entre los diferentes estudios.

El período o tiempo de congelaci!n, en minutos (min) u horas (h), se define como7

• El tiempo transcurrido desde el comienzo de la fase de precongelaci!n (31,<

º) hasta que se alcanza la temperatura final1.

• El tiempo necesario para que la temperatura pase de 1 a ?º en el centro

del producto. Esta es la definici!n que hay que tener en cuenta, porque en

este intervalo de temperatura, que comienza con la formaci!n de losprimeros cristales y termina cuando el 40; del agua est* en un estados!lido, las variaciones del volumen son las m*s importantes y algunasreacciones químicas o enzim*ticas son favorecidas$. Este tiempo sedenomina casi siempre período nominal o tiempo característico decongelaci!n.

La velocidad o rapidez de congelaci!n (º'h) es el cociente entre la diferencia de latemperatura inicial y la temperatura final del producto dividido por el tiempo decongelaci!n>.

La velocidad o rapidez de congelaci!n local (º'h), definida en un punto determinado

del producto, es igual a la diferencia entre la temperatura inicial y la temperatura finalpor el tiempo transcurrido para alcanzar esta 5ltima temperatura en el puntoconsiderado., Frozen food technology, 1!!#.

$- (ul, 9., The +uality of frozen foods. 1!"#a.

1


16/29

Fuente: Singh, R.P. y Heldman, D.R., Introducción a la ingeniería de los alimentos, 199

P*ACA

+E#+,-E+A.TE

A*,ME.T/

A,0*A/

E* ETE+,/+

La velocidad de progreso del frente de congelaci!n (cm'h) es la velocidad a la cual elfrente de hielo se desplaza a travs del producto. Esta velocidad es m*s grande cercade la superficie que cerca del centro?.

La velocidad y el tiempo de congelaci!n dependen de7

• La cantidad total del calor que hay que e2traer,

• Aemperatura inicial y final,

• Las características del producto, como7 composici!n, masa total,

dimensiones (especialmente el espesor) y estructura.

• La presencia de embala"e y naturaleza del mismo, y

• El procedimiento de enfriamiento.

4... Si%!e&a% #e c"nge$ación

El proceso de congelaci!n, basado en la transferencia de calor, se realiza por radiaci!n, convecci!n y conducci!n bien el proceso de transferencia calorífica serealice en un medio o por un agente gaseoso, líquido o s!lido respectivamente. En

cualquiera de los casos, la congelaci!n se realiza en sistemas que se encuentran encontacto indirecto o directo con el alimento. En la mayoría de los casos, el tipo desistema utilizado depender* de las características del producto, tanto antes de lacongelaci!n como despus de ella. E2iste una gran variedad de circunstancias quehacen pr*cticamente imposible la utilizaci!n de un contacto directo entre el producto yel medio refrigerante.

4...1. Si%!e&a% #e c"nge$a#" '"r c"n!ac!" in#irec!"

Estos sistemas de congelaci!n de alimentos, son aquellos en los que el producto y elrefrigerante est*n separados por una barrera durante todo el proceso de congelaci!n,tal como se indica esquem*ticamente en la figura >.$+ es importante indicar quemuchos sistemas de congelado utilizan como una barrera impermeable entre elproducto y el refrigerante, al envase en sus diferentes materiales7 pl*stico, cart!n+ por ende, se consideran incluidos dentro de los sistemas de congelaci!n indirectacualquier sistema de contacto que no sea directo, como por e"emplo aquellos donde elmaterial del envase hace barrera.#entro de este sistema se consideran a los congeladores de placas, congelado por corriente de aire, y congelado para alimentos líquidos.

ig(ra N+ 4.8 E%7(e&a #e (n %i%!e&a #e c"nge$ación '"r c"n!ac!" in#irec!"

$ 9ascheroni R.H. y )al0elo, 8. Relationship *et?een heat transfer parameters andthe characteristic damage 0aria*les for the freezing of *eef. 9eat /ci. 1!"-.

1-


17/29

P+E0,.

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a. C"nge$a#"r #e '$aca%

Es el sistema de congelaci!n indirecta m*s com5n utilizado, donde el producto secongela mientras se mantiene entre dos placas met*licas que se mantienen fríaspor la circulaci!n de un fluido refrigerante, que puede ser salmuera, amoniaco ydiversos freones. En la mayoría de los casos la barrera entre el producto y elrefrigerante incluir* tanto la placa como el material del envase. El producto acongelar se comprime entre las placas de metal dispuestas horizontal overticalmente de manera que la transmisi!n de calor a travs de la barrera (placa yenvase) se incrementa por la utilizaci!n de presi!n4. En la figura 9º >.> semuestra el sistema.

La congelaci!n de un producto con un espesor de < cm se realiza en horas, perosi e2istiera aire entre el producto y el embala"e, el tiempo se incrementa. Estesistema es apropiado para procesar alimentos molidos, en pulpa, en filetes orebanadas, que no requieran tener una forma definida, pues la presi!n e"ercidasobre ellos lo deforman.

ig(ra N+ 4.4 E%7(e&a #e (n %i%!e&a #e c"nge$ación #e '$aca%.

(en!e/ Sing>2 R.P. :e$#&an2 D.R.2 In!r"#(cción a $a ingenier0a #e $"% a$i&en!"%2 1

). C"nge$a#"re% '"r c"rrien!e #e aire6or ste sistema se puede realizar la congelaci!n en c*maras o en t5neles. 6arael primer caso el alimento se coloca en un ambiente (c*mara) con aire inm!vilmanteniendo la temperatura a 0º o $0º y el espesor del producto que secongela es de 0, cm'hora, en estas condiciones el tiempo de congelado puededurar horas e inclusive días lo cual hace per"udicial para la calidad del producto,por ello es poco empleado por la industria:. on la finalidad de superar estadeficiencia, las c*maras se acondicionan con un ventilador para impulsar una

$" )heftel, (.)., )heftel,H., %ntroducción a la *io+uímica de los alimentos, 1!"2.

1


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corriente de aire frío en el interior de la c*mara, y de un e2tractor para eliminar elaire caliente de manera que e2ista cierta circulaci!n de aire que disminuya lostiempos de proceso y evite la formaci!n del Jefecto invernaderoK en la c*mara.

6ara el caso de la congelaci!n en t5neles el alimento es acondicionado enambientes alargados, de allí su nombre, por el que se hace fluir una corriente deaire a gran velocidad (apro2imadamente


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manera que pueda ser bombeado y acondicionado en moldes o dep!sitos dondese completa su endurecimiento.

Los sistemas de congelaci!n para alimentos líquidos pueden operar de formacontinua o discontinua (por cargas). El sistema discontinuo consiste en poner unadeterminada cantidad del alimento sin congelar en el compartimiento y de"arlohasta que se alcance la temperatura de congelaci!n deseada. En el caso de lacongelaci!n de helados en sistema se dise8a con la posibilidad de poder inyectar aire interior de la suspensi!n helada y que el producto final alcance la consistenciadeseada.

4.... Si%!e&a% #e c"nge$a#" '"r c"n!ac!" #irec!"

Estos sistemas de congelaci!n de alimentos, son aquellos en los que el producto yel refrigerante se encuentran en contacto directo durante todo el proceso decongelaci!n, tal como se indica esquem*ticamente en la figura >.


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Entre los sistemas de congelado por contacto directo tenemos a7• La congelaci!n por corriente de aire, dentro del cual podemos incluir a la

congelaci!n en c*maras, en t5neles, en lecho fluidizado.

• La congelaci!n por inmersi!n en soluci!n refrigerante.

a. C"nge$ación '"r c"rrien!e #e aireEste sistema consiste en la utilizaci!n de corrientes de aire a ba"as temperaturas yaltas velocidades que entran en contacto directo con el producto. La combinaci!nde aire a ba"as temperaturas, elevados coeficientes de transmisi!n de calor por convecci!n, complementadas con el tama8o del producto, recomendable no muygrande, permiten la r*pida congelaci!n del mismo. En estos sistemas, el alimento

puede estar est*tico o en movimiento en el *rea del desplazamiento del aire oregi!n de alta velocidad, en una fa"a o cinta transportadora, de tal manera que sonel desplazamiento de sta se controla el tiempo de residencia del producto en lac*mara. Los tipos de productos que pueden congelarse en estos sistemas selimitan a aquellos de geometría apropiada y que necesitan una r*pida congelaci!npara alcanzar la m*2ima calidad.

uando el tama8o del alimento a congelar es relativamente peque8o7 fresas,cerezas, rebanadas de pl*tano o manzana o papa u otro producto, carne molida,camarones, filetes de pescado o carne etc, acondicionadas en capas de 1< cm deespesor apro2imadamente, en una fa"a transportadora tipo malla, se hace pasar una corriente de aire, de aba"o hacia arriba, con una velocidad lineal igual o

superior a = Om'hora de manera que ocasione el levantamiento y agitaci!n delalimento (proceso conocido como JfluidizadoK), que se congelar* entre = y 1<minutos a temperatura del aire de $


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). C"nge$ación '"r In&er%iónEste sistema de congelaci!n se realiza sumergiendo el alimento en mezclasfrigoríficas, que han sido enfriadas por mtodos mec*nicos, o en gases licuados,conocidos como frío criognico, de manera que el producto alcance temperaturasmuy ba"as. @i el tama8o del producto es relativamente peque8o, el proceso decongelaci!n se alcanza r*pidamente en condiciones PDH. 6ara algunos productos,con este sistema se consiguen menores tiempos de congelaci!n que cuando se

utilizan corrientes de aire o sistemas de lecho fluidizado.

En la Higura 9º >.=, el producto se introduce en un ba8o de líquido refrigerante(gas licuado) y se transporta a travs de l mediante una cinta transportadora decongelaci!n, mientras que el líquido refrigerante se evapora absorbiendo calor delproducto.

4..8. Pr"'ie#a#e% #e $"% a$i&en!"% c"nge$a#"%

La congelaci!n produce un dr*stico cambio en las propiedades trmicas de losalimentos. Estos cambios se deben, entre otras causas, a la perdida de agua quee2perimenta el alimento, así como al cambio de fase que e2perimenta el agua.

uando el agua, dentro del alimento, pasa del estado líquido al estado s!lidotambin se modifican, de forma gradual, propiedades como la densidad, laconductividad trmica, así como la entalpía y el calor específico del producto.

a. Den%i#a#La densidad del agua en estado s!lido (hielo) es menor que la densidad del agualíquida+ por lo tanto, la densidad de un alimento congelado ser* menor que la delproducto no congelado, e2istiendo una dependencia con la temperatura tal comose muestra en la densidad de las fresas, en funci!n de la temperatura, indicada enla figura 9º >.?.

ig(ra N+ 4. Inf$(encia #e $a c"nge$ación en $a #en%i#a# !eórica #e $a% fre%a% ,De:e$#&an L(n#2 1-

CINTA TRANSPORTADORA DE CON@ELACIÓN

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uente: Singh, R.P. y Heldman, D.R., Introducción a la ingeniería de los alimentos, 199

). C"n#(c!i3i#a# !.4, seobserva que a medida que disminuye la temperatura en la carne (magra) deternera congelada, la conductividad trmica se incrementa. El mayor incremento

en la conductividad trmica tiene lugar dentro del intervalo de a 310º . @i lacarne contiene una estructura fibrosa, la conductividad trmica ser* menor cuandose mide en la direcci!n perpendicular a las fibras.

ig(ra N+ 4. C"n#(c!i3i#a# !


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4..4. La '


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parcial del vapor de agua en la superficie del producto aumenta e2ponencialmente conla temperatura$=.

El envasado de los productos permite reducir, seg5n la naturaleza del envase, de > a0 veces las prdidas en agua por evaporaci!n. Los materiales m*s usados son elcart!n, el papel y pl*stico. Este 5ltimo es muy eficaz, en particular cuando se aplicadirectamente sobre el producto.

). La '


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).. Ve$"ci#a# #e c"nge$ación #e%c"nge$aciónuando el mtodo de congelaci!n es m*s r*pido, menor ser* el deterioro que seproduce en el alimento y, por ende, me"ores ser*n las cualidades del producto durantesu uso o su consumo. @in embargo, en la carne y los productos c*rnicos, la situaci!nno es tan clara, y en el caso particular de las prdidas de líquidos durante ladescongelaci!n, parecen contradictorios.

En la figura 9º >.: se presenta un esquema del efecto de la velocidad de congelaci!n,tiempo de conservaci!n del alimento congelado, y las variaciones de la temperatura deconservaci!n sobre la localizaci!n y tama8o de los cristales de hielo (Q), las perdidaspor e2udaci!n durante la descongelaci!n y sobre la "ugosidad de la carne.

En el m5sculo congelado, en la etapa pre rigor mortis, los cristales de hielo seformarían, en el interior de las clulas, independientemente de la velocidad decongelaci!n+ debido, a la menor cantidad de líquido, y a la uni!n eficaz del agua a lasproteínas. Este hecho limitaría la migraci!n, del agua, hacia los espacios

e2tracelulares durante la congelaci!n. Este fen!meno, en ausencia de la rigidez y dela descongelaci!n, sería lo que disminuiría la e2udaci!n durante la descongelaci!n delas carnes congeladas pre rigor.

En el m5sculo congelado, en la etapa post rigor, los cristales de hielo se forman tantoen el interior y en el e2terior de las clulas, en proporciones y a velocidades denucleaci!n y crecimiento del cristal, que dependen de la velocidad de congelaci!n omtodo de congelaci!n aplicado, pues este determina la localizaci!n y el tama8o delos cristales de hielo$:.Los cristales de hielo deforman las fibras musculares, dando lugar a formaci!n deespacios irregulares entre ellas y en su interior, este fen!meno se incrementa en lamedida que los cristales aumenten de tama8o. - cristales de hielo mas grandes,

mayor ser* la deformaci!n y por ende el da8o intra celular y tisular.En la figura 9º >.: (a), se observa que para velocidades de congelaci!n lenta (de 0.1 a0. cm'h), los primeros cristales de hielo se forman en el líquido e2tracelular, menosconcentrado que el medio intracelular, esto ocasiona que la concentraci!n de lassoluciones, entre ellas la salina, del medio e2tracelular aumenta entonces, la diferenciade presi!n osm!tica permite la difusi!n del agua a travs de la membrana celular,pasando del interior al e2terior de la clula+ por ende, los cristales e2tracelularesaumentan de tama8o, mientras que se verifica un aumenta de la concentraci!n salinaen el interior de la clula. Esta crioconcentración de la fracci!n no congelada delmedio intracelular genera cambios de p, fuerza i!nica, viscosidad, actividad de aguay potencial redo2 que pueden provocar la desnaturalizaci!n de las proteínasmiofibrilares, que disminuye su capacidad de retenci!n de agua.

uando finaliza la congelaci!n, el n5mero de cristales de hielo son pocos pero de grantama8o y est*n localizados en el e2terior de la clula y durante la descongelaci!n,parte del agua que proviene de la fusi!n de cristales de hielo no es reabsorbido por lasclulas y provocan la e2udaci!n. Lo descrito se origina en proceso de congelaci!nlenta, que corresponde a una velocidad del frente de congelaci!n inferior a 0.1 o 0.cm'hora>0.

&! /anz >.:., et al, Freezing rate simulation as an aid to reducing crystallization damage in foods. 9eat

/cience, 1!!!.

#2 9andigo R.W. and s*urn W.6., )ured and processed meats. %nA


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En la figura 9º >.: (b), se observa que para velocidades de congelaci!n intermedias(0, a 1 cm.'h), los cristales de hielo se forman tanto en el interior como en el e2terior de las clulas. Los da8os que afectan a los te"idos serían, sin duda, particularmenteimportante y la cantidad de e2udado sería m*2ima.

En la figura 9º >.: (c), se observa que para velocidades de congelaci!n r*pida oelevadas (1 a 10 cm.'h), la formaci!n de los cristales de hielo tiene lugar esencialmente en el interior de clulas ya que la velocidad de transporte de fluidosintracelulares y la crioconcentraci!n no son suficientes para contrarrestar el sobreenfriamiento provocado por la caída r*pida de temperatura. @e forman numerososcristales de peque8o tama8o cuyo n5mero, forma y talla dependen de la velocidad decongelaci!n. En estas condiciones, la desnaturalizaci!n de proteínas sería limitada. @econsidera una congelaci!n r*pida cuando la velocidad es de 0,< a $ cm'hora>1

onsiderando las consecuencias e"ercidas sobre la estructura de la carne, la cantidadde e2udado, la solubilidad de proteínas musculares y la terneza de la carne cocida, serecomienda un tiempo inferior a ? min. en el caso de la carne de cerdo>.

uando la velocidad de congelaci!n es superior a 10 cm'hora, se denominacongelaci!n ultrarr*pida. Los da8os provocados en la integridad de los te"idosmusculares serían entonces mínimos, siempre y cuando la temperatura dentro delproducto permaneciese por encima del punto eutctico>$. @in embargo es necesarioasegurar que durante la congelaci!n ultrarr*pida no se produzcan fisuras.

).8. Inf$(encia #e $a !e&'era!(ra #e$ !ie&'" #e a$&acena&ien!"uando la carne congelada se mantiene a temperatura constante, los cristalesaumentan progresivamente de tama8o con el tiempo de almacenamiento.6aralelamente, la capacidad de retenci!n de agua disminuye y la cantidad de e2udadodurante la descongelaci!n crece. La desnaturalizaci!n de las proteínas y los da8os

mec*nicos producidos en las clulas son probablemente las causas de esta evoluci!n.El aumento del tama8o de los cristales de hielo, denominado maduración de Ost,ald ,resulta del hecho de que la energía superficial de los cristales es mucho mayor cuandoson de talla peque8a.

uando los productos son congelados r*pidamente, la cantidad de e2udado producidadurante la descongelaci!n aumenta durante la fase de conservaci!n, para alcanzar unvalor idntico al observado cuando la descongelaci!n tiene lugar inmediatamente trasuna congelaci!n lenta. 6or otra parte, si la congelaci!n fue afectada lentamente lacantidad de e2udado no evoluciona>>.

).4. Inf$(encia #e$ 'r"ce#i&ien!" #e #e%c"nge$ación

#1 4e0ilac+ua 8.;. and Baritz5y 6.;., %ce morphology in frozen *eef. 1!"2.

#$ /anz >.:., et al, Freezing rate simulation as an aid to reducing crystallization damage in foods. 9eat

/cience, 1!!!.

#& >etro0ic L. et al., :efinition of the optimal freezing rate C $. %n0estigation of the physicochemical

properties of *eef. 1!!&.

## 6gapo T.9. et al. Freezing and tha?ing rate effects on drip loss from samples of por5. 9eat /ci. 1!!!.

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La descongelaci!n no debe ser muy lenta, a fin de reducir el tiempo en la zona deinestabilidad química, en la carne esta temperatura es entre 0º y =.

En el caso de las carnes picadas, la influencia de la naturaleza del envasado sobre lae2udaci!n en la descongelaci!n es muy importante. La cantidad de e2udado aumentacon el período de almacenamiento, independientemente del envase, pero estacantidad es mucho menor cuando la carne se envasa al vacío en un materialimpermeable al o2ígeno.

# 8m*rosiadis %., et al. ;ffects of tha?ing methods on +uality of frozen meta and drip loss.

Fleisch?irtschaft. 1!!#.

#-4re?er, 9./. and Har*ers ).8.B., ;ffect of pac5aging on physical and sensory characteristics of

ground por5 in longterm frozen storage. (. Food /ci. 1!!1.

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(en!e/ @en"!2 C.2 C"nge$ación ca$i#a# #e $a carne2 555

gura Nº 4.9: Representación esquemática del efecto de la velocidad de congelación tiempo de conservación

uctuaciones de tem eratura tama"o de los cristales de #ilo $%& erdidas or e'udación


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la conservación de alimentos a temperaturas bajas

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