Manual manejo de frío para la conservación de alimentos

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Manual manejo de frío para la conservación de alimentos

  1. 1. Conservación dealimentos por frío Refrigeración / Congelamiento. Eduardo Umaña Cerros, Ing.
  2. 2. Conservación dealimentos por frío Autoría de los contenidos: Ing. Eduardo Umaña Cerros Consultor de Industrias de Alimentos enSistema de Calidad, Inocuidad y Tecnología. Documento desarrollado por: FIAGRO Y FUSADES PROINNOVA Diseño y Diagramación: Eikon CreativeProhibida la reproducción total o parcial deeste documento, sin previa autorización deFundación para la Innovación TecnológicaAgropecuaria-FIAGRO y la Fundación parael Desarrollo Económico y Social -FUSADES
  3. 3. Presidente FIAGRO Presidente FUSADES PROINNOVA Antonio Cabrales Antonio CabralesJunta Directiva FIAGRO Comisión PROINNOVA Diego Ernesto Llach Francisco de Sola Nicola Angelucci Álvaro Ernesto Guatemala Eduardo Borja Letona Roberto Rivera CamposMercedes Llort de Wise Pedro Argumedo José Agustín Martínez Federico Huguet Axel Söderberg Alfredo Frech José Manuel Dutriz Gutiérrez José Luis Montalvo Director FIAGRO Director PROINNOVA Samuel Salazar Samuel Salazar Director de Proyectos Rafael Vega Publicación gracias al apoyo de
  4. 4. I.Conservaciónde alimentos por fríoI.CIENCIA Y TECNOLOGÍA I. CIENCIA Y TECNOLOGÍA 15 1. Introducción a la Refrigeración y Congelamiento como medio de Conservación de alimentos. 16 2. Terminología, Definiciones y Explicaciones. 20 2.1. Refrigeración 20 2.2. Centro térmico 21 2.3. Tiempo de refrigeración 21 2.4. Características del agua 22 2.5. Actividad del agua 22 2.6. Precongelación 22 2.7. Congelación 23 2.8. Curva de congelación 24 2.9. Principios de termodinámica en la formación del hielo 25 2.10. Cristalización del hielo 26 2.11. Velocidad de congelación 27 2.12. Duración de la congelación 28 2.13. Velocidad de avance del frente de congelación 28 2.14. Tiempos de congelación 29 2.15. Fin de la congelación 29 2.16. Temperatura de equilibrio 29 2.17. Desecación de los alimentos congelados 29 2.18. Reducción de la temperatura de almacenamiento 30 2.19. Modificaciones de los alimentos durante la congelación 31 2.20. Duración del almacenamiento 32 2.21. Conservación de Alta Calidad 32 2.22. Duración práctica del almacenamiento 33 2.23. Modificaciones de los alimentos durante el almacenamiento 33 2.24. Descongelación 33 2.25. Procesos que provocan el deterioro de los alimentos 34 2.26. Higiene de productos refrigerados y congelados 36 2.27. Embalaje de los alimentos congelados 36 2.28. Materiales de Embalaje para alimentos 37 2.29. La medida de la temperatura 37
  5. 5. I.Conservaciónde alimentos por fríoI.CIENCIA Y TECNOLOGÍA 3. Propiedades Térmicas de los Alimentos. 38 3.1. Propiedades térmicas de los componentes de los alimentos 39 3.2. Propiedades térmicas de los alimentos 39 3.3. Contenido de agua 40 3.4. Punto de congelación inicial 40 3.5. Fracción de hielo 41 3.6. Densidad 41 3.7. Calor específico 41 3.8. Entalpía 42 3.9. Conductividad térmica 42 3.10. Difusividad térmica 42 3.11. Calor de respiración 42 3.12. Transpiración de frutas y vegetales frescos 43 3.13. Coeficiente superficial de transferencia de calor 43 4. Tiempos de Enfriado y congelado de alimentos. 45 4.1. Termodinámica de la refrigeración y congelación 46 4.2. Tiempos de refrigeración para alimentos y bebidas 46 4.3. Tiempos de congelación para alimentos y bebidas 48 4.3.1 Ecuación de Plank 48 4.3.2 Modificaciones a la ecuación de Plank 50 5. Sistemas y Métodos de congelación industrial de alimentos 52 Técnicas de congelación. 5.1. Congelamiento por ráfaga o aire forzado (Blast freezing) 55 5.1.1 Cuartos de conservación en cámara frigorífica 55 5.1.2 Túneles estacionarios de células de congelación de ráfaga 56 5.1.3 Congelador para carretillas (Túnel para carretillas) 57 5.1.4 Congeladores de banda transportadora recta 58 5.1.5 Congeladores de banda transportadora recta de pasos múltiples 59 5.1.6 Congeladores de lecho fluidizado 60 5.1.7 Congeladores de lecho fluidizado de banda 61 5.1.8 Congeladores de banda de espiral 62 5.1.9 Congelador de espiral de flujo de aire vertical 63 5.1.10 Congelador de espiral de circulación de aire divida 63 5.1.11 Congeladores de choque 64 5.1.12 Congeladores de cajas 65
  6. 6. I.Conservaciónde alimentos por fríoI.CIENCIA Y TECNOLOGÍA 5.2. Congeladores de contacto directo. 66 5.2.1 Congeladores manuales y automáticos de la placa 67 5.2.2 Congelador especializado de contacto directo 69 5.3. Congeladores criogénicos o de inmersión. 70 5.3.1 Congelador de nitrógeno líquido 70 5.3.2 Congelador de dióxido e carbono 71 5.4. Congeladores crío-mecánicos 72 6. Atmósfera Modificada como técnica complementaria a la refrigeración y congelamiento de alimentos 73 6.1. Atmósfera Controlada (AC) 74 6.2. Atmósfera Modificada (AM) 74 6.3. Características de las cámaras 75 7. Microbiología de los alimentos refrigerados y congelados 76 7.1. Fundamentos de microbiología básica 77 7.2. Como crecen los microorganismos 78 7.3. Factores intrínsecos 79 7.4. Factores extrínsecos 79 7.5. Temperatura 79 7.6. Prevención de contaminación 81 7.7. Prevención del crecimiento microbiano 82 7.8. Destrucción de microorganismos 83 7.9. Limpieza y sanitización 84 8. Diseño de Instalaciones Refrigeradas 86 8.1. Diseño del almacén frigorífico 87 8.2. Categorías de almacén refrigerado 88 8.3. Funcionalidad 88 8.4. Funciones del diseño 89 8.5. Levantamiento del suelo por congelación 89 8.6. Aislamiento 89 8.7. Tipos de aislamiento 90 8.8. Sistemas de refrigeración (Equipamiento) 90 8.9. Selección del refrigerante 91 8.10. Inspección y mantenimiento 91 8.10.1. Sistema básico 91 8.10.2. Aberturas 92
  7. 7. II.Conservaciónde alimentos por fríoI.TECNOLOGÍA APLICADA II. TECNOLOGÍA APLICADA Tecnología de Refrigeración y Congelamiento Aplicada 93 APLICACIÓN A PRODUCTOS VEGETALES 94 1. Métodos para pre enfriar frutas, vegetales y flores 94 1.1 Enfriamiento húmedo (aspersión o inmersión) 96 1.2 Enfriamiento por aire forzado 97 1.2.1 Métodos comerciales de enfriamiento por aire 97 1.3 Pre enfriamiento evaporativo por aire forzado 97 1.4 Enfriamiento por paquetes de hielo (PACKAGE ICING) 98 1.5 Enfriamiento al vacío 98 1.6 Refrigeración o enfriamiento de flores de cortadas 99 2. Selección del producto y mantenimiento de la calidad 101 2.1 Manejo post cosecha 102 2.2 Enfriamiento 103 2.3 Transporte 104 2.4 Almacenaje de algunos vegetales y frutas 104 2.4.1 Espárragos 105 2.4.2 Bróculi ó brócoli 105 2.4.3 Repollo 106 2.4.4 Zanahorias 106 2.4.5 Coliflor 107 2.4.6 Maíz tierno o elote 107 2.4.7 Pepinos 108 2.4.8 Lechuga 108 2.4.9 Melones 109 2.4.10 Sandías 109 2.4.11 Okra 109 2.4.12 Cebollas 110 2.4.13 Perejil 110
  8. 8. II.Conservaciónde alimentos por fríoI.TECNOLOGÍA APLICADA 2.4.14 Pimentón o chile dulce 110 2.4.15 Pimentones y chile picante secos 111 2.4.16 Papas 111 2.4.17 Loroco (flor) [Fernaldia pandurata] 112 2.4.18 Chipilín (hoja) [Crotalaria longirostrata] 114 2.4.19 Izote (flor) [Yucca elephantipes] 115 2.4.20 Pito (flor) [Erythrina berteroana] 116 2.4.21 Yuca (cassava) [Manihot esculenta] 117 3. Frutas 120 3.1 Cítricos: Madurez y calidad 120 3.1.1 Cítricos: Enfriamiento -refrigeración 121 3.1.2 Cítricos: Transporte 121 3.1.3 Cítricos: Almacenaje 121 3.1.4 Naranjas 122 3.1.5 Limones 122 3.2 Bananos-Plátanos 124 3.2.1 Hermeticidad 124 3.2.2 Refrigeración 125 3.3 Aguacates 125 3.4 Mangos 126 3.5 Piñas o ananás 126 3.6 Jocotes [Spondias mobin, Spondias pupurea] 127 3.7 Nance [Byrsonima crassifolia] 127 3.8 Marañón [Anacardium occidentale] 128 APLICACIÓN PRODUCTOS CARNICOS 130 1.CARNES ROJAS 130 1.1. Carnes en canal 130 1.2. Carne vacuna en cajas 131 1.3. Tiempos de congelamiento de carne deshuesada 132 1.4. Refrigeración de canal porcina 132 1.5. Recortes de carne de cerdo 133
  9. 9. II.Conservaciónde alimentos por fríoI.TECNOLOGÍA APLICADA 1.6. Refrigeración de becerros y corderos 133 1.7. Carnes procesadas 133 1.8. Productos de carne congelados 134 1.9. Calidad de la carne congelada 135 2.AVES 136 2.1. Procesamiento de aves de corral 136 2.2. Enfriamiento 136 2.3. Descontaminación de carcasas 137 2.4. Transformación posterior 137 2.5. Congelamiento. 138 2.5.1 Efecto sobre la calidad del producto 138 2.5.2 Métodos de congelamiento 139 2.5.3 Descongelado 140 3.PESCADO 141 3.1.Productos pesqueros 141 3.1.1. Cuidado a bordo del barco 141 3.1.2. Formación de hielo 142 3.1.3. Congelamiento de productos pesqueros 142 3.1.4. Congelado 144 APLICACIÓN A PRODUCTOS DERIVADOS 145 1.LACTEOS 145 1.1.Producción y procesamiento de la leche 145 1.1.2. Recepción almacenamiento de leche 146 1.1.3. Separación y clasificación 147 1.1.4. Pasteurización y homogenización 148 1.1.5. Almacenaje y distribución de la leche 149 1.1.6. Refrigeración 150 1.2. Elaboración de mantequilla 150 1.3. Elaboración de queso 152 1.4. Postres congelados de leche (sorbete y otros) 156 1.5. Esterilización de alta temperatura (UHT) y Empaque Aséptico (AP) 159
  10. 10. Conservación II.de alimentos por fríoI.TECNOLOGÍA APLICADA 2.HUEVOS Y PRODUCTOS DE HUEVOS 160 2.1.Huevos con cascarón 160 2.1.1. Estructura de huevo y composición 160 2.1.2. Calidad de huevo y seguridad 162 2.1.3. Procesamiento de huevo de cáscara 164 2.1.4. Efecto de refrigeración sobre calidad de huevo y seguridad 165 2.1.5. Embalaje 168 2.1.6. Transporte 168 2.2.Productos de huevo 169 2.2.1. Productos refrigerados de huevo 169 2.2.2. Productos congelados de huevo 171 2.2.3. Productos de huevo deshidratados 172 2.2.4. Calidad en productos de huevos 172 3.JUGOS DE FRUTAS 174 3.1.Jugo de naranja 3.1.1. Concentrado de naranja 174 3.1.2. Almacenamiento en cámaras frigoríficas 175 3.1.3. Métodos de concentración 176 3.1.4. Control de calidad 176 3.1.5. Jugo enfriado 178 3.1.6. Refrigeración 179 3.2.Otros jugos cítricos 180 3.2.1. Jugo de toronja 180 3.2.2. Mezcla jugo de toronja y naranja 180 3.2.3. Jugo de mandarina 180 3.3.Jugos no cítricos 181 3.3.1. Jugo de piña 181 3.3.2. Jugo de manzana 182 3.3.3. Jugo de uvas 182 3.3.4. Fresa y otros jugos de baya 183
  11. 11. Conservación II.de alimentos por fríoI.TECNOLOGÍA APLICADA 4.PRODUCTOS DE PANADERIA 184 4.1. Almacenaje de ingredientes 184 4.2. Mezcla 186 4.3. Fermentación 188 4.4. Formado de pan 189 4.5. Fermentacion final 190 4.6. Cocción u horneado 190 4.7. Enfriamiento del pan 191 4.8. Cortar y envoltura (enrollado) 191 4.9. Pan congelado 192 4.10.Descongelacion de pan 193 4.11. Congelación de otros productos de panadería 194 4.12.Panadería congelada de prefermenteados 195 4.13.Masas y pastas retardadas 197 4.14.Opción de refrigerantes 197 5. ALIMENTOS PREPARADOS, PRECOCIDOS Y LISTOS PARA CONSUMO 199 5.1.Platos principales, comidas completas preparadas 199 5.1.1. Características generales de la planta 200 5.1.2. Preparación, elaboración. Operaciones unitarias 200 5.1.3. Ensamble (montaje), llenado y empacado 202 5.1.4. Envase, enfriado (refrigerado), congelado 202 5.1.5. Almacenamiento de productos terminados y transporte 204 5.1.6. Carga refrigerada 204 5.1.7. Sistemas de refrigeración 205 5.2.Hortalizas 205 5.2.1. Produccion internacional 208 5.3. Frutas 208 5.4. Otros alimentos preparados (etnicos) 210
  12. 12. Conservación II.de alimentos por fríoI.TECNOLOGÍA APLICADA APLICACIONES INDUSTRIALES 211 6. FABRICACION DE HIELO 211 6.1. Fabricas de hielo 211 6.1.1. Hielo en escamas 211 6.1.2. Hielo en tubular(tubito) 212 6.2. Almacenamiento termico y almacenaje de hielo 212 6.1.1. Almacenamiento termico 212 6.1.2. Almacenaje de hielo 212 6.3. Sistemas de entrega 213 6.4. Hielo comercial 213
  13. 13. Conservación III.de alimentos por fríoIII. Distribución deProductos refrigerados yCongelados II. Distribución de Productos refrigerados y Congelados 214 1. Transporte terrestre: Contenedores, Ferrocarril, Camiones y rastras. 215 1.1 Vehículos 215 1.1.1 Breve descripción de los tipos principales 215 1.2 Equipamiento. 217 1.2.1 Refrigeración y calefacción mecánica 217 2. Transporte marino 219 2.1 Diseño del sistema de refrigeración. 219 2.1.1 Consideraciones a tomar cuenta en el diseño de equipos 219 2.1.2 Consideraciones en planeamiento inicial 220 2.2 Refrigeración con hielo 220 2.3 Refrigeración con agua de mar 221 2.4 Proceso de congelación y conservación en cámara frigorífica 222 3. Transporte aéreo 223 3.1 Flete aéreo de perecederos 224 3.2 Frutas y vegetales 225 3.3 Productos marinos 225 3.4 Animales 225 3.5 Contenedores para embarque aéreo 225 3.6 Carga del contenedor aéreo 226 Bibliografía 228 *Consultor asociado de FUSADES: PROinnova/FIAGRO
  14. 14. Conservación de alimentos por frío Refrigeración / Congelamiento. Eduardo Umaña Cerros, Ing.CIENCIA Y TECNOLOGÍA
  15. 15. I. CIENCIA Y TECNOLOGÍA Introducción a la Refrigeración y Congelamiento 1. como medio de Conservación de alimentosDesde hace muchos años y con el objeto de dar solución a problemasde estacionalidad de producción, la conservación de alimentos se haconvertido cada vez mas en una práctica más frecuente. Tratamientostradicionales como la deshidratación, la salazón, la fermentación y otrosson prueba de esta tendencia y aunque permiten incrementar el tiempode conservación alteran considerablemente las características naturalesdel producto.Con el avance tecnológico en la conservación de alimentos, se hasolucionado en gran parte el problema de la estacionalidad. Este avancese ha ido adaptando a la demanda de los consumidores, que cada vezson más exigentes en aspectos de calidad sensorial, nutricional y sanitaria.La Conservación de alimentos apunta hacia tecnologías limpias, queayuden a mantener en la medida de lo posible los atributos de calidady las características naturales de los productos.Los métodos de conservación han evolucionado desde las manerasmás rudimentarias de conservar alimentos como el secado al sol hastatecnologías mas recientes como la liofilización, la deshidratación osmótica o el uso de muy bajas temperaturas de refrigeración o congelamientoen atmósferas modificadas o controladas.En el actual mercado global existe la tendencia que orienta a tecnologíasde consumo en fresco o procesado al mínimo, con tecnologías medias,en las que el congelamiento, el ultra congelamiento y la refrigeraciónmisma juegan el papel principal. 16
  16. 16. 17 I. Introducción a la Refrigeración y Congelamiento CIENCIA Y TECNOLOGÍA como medio de Conservación de alimentos Con los avances tecnológicos y científicos recientes, se ha podido ahondar el conocimiento de los principales mecanismos químicos, bioquímicos, fisiológicos y microbiológicos causantes del deterioro de la calidad sensorial, nutricional o sanitaria, y así permitir el desarrollo de tecnologías fundamentadas en métodos de conservación. -Los métodos de conservación químicos: utilizan azúcares, ácidos, sal, etc. -Los métodos de conservación biológicos: utilizan fermentación alcohólica, láctica, acética, etc. -Los métodos de conservación físicos: 1.Aumento de energía del producto como tratamientos térmicos o radiación; 2.reducción de temperatura como refrigeración o congelamiento; 3.reducción del contenido de agua como liofilización, concentración, deshidratación; 4.aplicación de barreras como diversos tipos de envasado que aumentan significativamente el tiempo de conservación de los alimentos. Se estima que las tecnologías de refrigeración y congelamiento de alimentos son muy eficaces por ser tecnología limpia y por preservar significativamente la calidad sensorial y nutricional de los alimentos, además de poderse realizar con costes asumibles comercialmente. También, se debe de agregar que los consumidores cada vez son más susceptibles en aspectos de contaminación. Por tal razón los procesos que incluyen tratamientos químicos experimentan bajo crecimiento ante el auge de los tratamientos físicos que se ven muy beneficiados, no sería extraño que en futuro cercano sea más exigible el uso de tecnologías limpias y amigables con el medio ambiente. La conservación de alimentos por frío con más de un siglo de evolución y aplicación comercial, es cada vez más utilizada en muchos productos alimenticios. Se estima que en mercados desarrollados cada vez es mayor el porcentaje de alimentos consumidos o utilizados para otros procesos, que han sido congelados en alguna etapa previa a su uso o comercialización.
  17. 17. 18 I. Introducción a la Refrigeración y Congelamiento CIENCIA Y TECNOLOGÍA como medio de Conservación de alimentos La aplicación del frío, ya sea por refrigeración o congelamiento, protege la calidad de los alimentos a un coste muy competitivo. En los mercados en donde ya es utilizada esta tecnología, observa crecimiento constante y se generaliza a cada vez más mercados como países cuando éstos encuentran las ventajas que ofrece este mecanismo de conservación. Mucho son los beneficios que esta técnica ofrece que se busca armonizar el entorno con la infraestructura necesaria para su aplicación. Esto hace necesaria la adquisición de equipos de congelamiento, almacenes frigoríficos, transportes frigoríficos, equipamientos y otros con el objetivo de que ayuden a garantizar estabilidad en la temperatura de los productos y no romper la cadena de frío que garantice la preservación de la calidad. En la tecnología disponible para conservación de alimentos por frío, se ha confirmado que bajas temperatura como refrigeración son para comercialización a corto y mediano plazo; y la congelación es para comercialización a largo plazo. La técnica en sí al igual que los mercados, se desarrolla notablemente extendiéndose a cada vez más productos, haciendo a éstos más atractivos para el consumidor, combinando la refrigeración o el congelamiento con la appertización (envasado o enlatado y esterilizado de conservas), deshidratación u otros mecanismos de conservación. Es necesario conocer y comprender el funcionamiento del mecanismo de conservación de alimentos por frío, ya sea de refrigeración o congelamiento, para aprovechar las bondades de estas tecnologías. Es importante aclarar que el congelamiento no mejorará la calidad del producto final, por lo que la calidad de la materia prima es muy importante. Otros factores que influirán en la calidad de los productos congelados son: el proceso aplicado, el embalaje utilizado, los tiempos y temperaturas usadas en la cadena de frío, así como la descongelación y cocción final (si es necesaria) antes del consumo. En el proceso de refrigeración o congelación es muy importante tomar en cuenta los numerosos factores que en forma conjunta influyen seriamente en la calidad del producto que se lleve al consumidor. Con el trabajo de ésta información técnica, se pretende ayudar a comprender y aplicar reglas esenciales de este mecanismo de conservación de alimentos por refrigeración y congelamiento.
  18. 18. 19 I. Introducción a la Refrigeración y Congelamiento CIENCIA Y TECNOLOGÍA como medio de Conservación de alimentos La aplicación del frío, ya sea por refrigeración o congelamiento, protege la calidad de los alimentos a un coste muy competitivo. En los mercados en donde ya es utilizada esta tecnología, observa crecimiento constante y se generaliza a cada vez más mercados como países cuando éstos encuentran las ventajas que ofrece este mecanismo de conservación. Mucho son los beneficios que esta técnica ofrece que se busca armonizar el entorno con la infraestructura necesaria para su aplicación. Esto hace necesaria la adquisición de equipos de congelamiento, almacenes frigoríficos, transportes frigoríficos, equipamientos y otros con el objetivo de que ayuden a garantizar estabilidad en la temperatura de los productos y no romper la cadena de frío que garantice la preservación de la calidad. En la tecnología disponible para conservación de alimentos por frío, se ha confirmado que bajas temperatura como refrigeración son para comercialización a corto y mediano plazo; y la congelación es para comercialización a largo plazo. La técnica en sí al igual que los mercados, se desarrolla notablemente extendiéndose a cada vez más productos, haciendo a éstos más atractivos para el consumidor, combinando la refrigeración o el congelamiento con la appertización (envasado o enlatado y esterilizado de conservas), deshidratación u otros mecanismos de conservación. Es necesario conocer y comprender el funcionamiento del mecanismo de conservación de alimentos por frío, ya sea de refrigeración o congelamiento, para aprovechar las bondades de estas tecnologías. Es importante aclarar que el congelamiento no mejorará la calidad del producto final, por lo que la calidad de la materia prima es muy importante. Otros factores que influirán en la calidad de los productos congelados son: el proceso aplicado, el embalaje utilizado, los tiempos y temperaturas usadas en la cadena de frío, así como la descongelación y cocción final (si es necesaria) antes del consumo. En el proceso de refrigeración o congelación es muy importante tomar en cuenta los numerosos factores que en forma conjunta influyen seriamente en la calidad del producto que se lleve al consumidor. Con el trabajo de ésta información técnica, se pretende ayudar a comprender y aplicar reglas esenciales de este mecanismo de conservación de alimentos por refrigeración y congelamiento.
  19. 19. I. CIENCIA Y TECNOLOGÍA 2. Terminología, Definiciones y ExplicacionesI. 2.1. Refrigeración La refrigeración consiste en la conservación de los productos a bajas temperaturas, pero por encima de su temperatura de congelación. De manera general, la refrigeración se enmarca entre -1º C y 8º C. De esta forma se consigue que el valor nutricional y las características organolépticas casi no se diferencien de las de los productos al inicio de su almacenaje. Es por esta razón que los productos frescos refrigerados son considerados por los consumidores como alimentos saludables. La refrigeración evita el crecimiento de los microorganismos termófilos que crecen a una temperatura arriba 45°C como Bacillus y Clostridium además de algunas algas y hongos y de muchos mesófilos que crecen en temperaturas de entre -5 a -7 °C como bacterias. Sin embargo, lograr un buen producto congelado depende de la temperatura y las otras condiciones de almacenaje. La vida útil de los vegetales refrigerados depende de la variedad, la parte almacenada, las condiciones de su recolección y la temperatura durante su transporte, entre otras. Para los alimentos procesados depende del tipo de alimento, intensidad del procesamiento recibido (fundamentalmente sobre los microorganismos y enzimas), higiene en la elaboración, el envasado y el envase, entre otros. En el caso de las frutas, como producto vegetal vivo, su velocidad de respiración varía con la temperatura, o sea a mayor temperatura mayor respiración y viceversa; en las frutas de patrón climatérico se produce durante su almacenamiento un incremento brusco de su actividad respiratoria. Entre estas frutas se cuentan el aguacate, el mango y la papaya. Las frutas de patrón no climatérico no presentan el anterior comportamiento, encontrándose entre ellas la naranja, la toronja y la piña. La respiración de los vegetales es similar a la de las frutas de patrón no climatérico. 20
  20. 20. 21 I. Terminología, Definiciones y Explicaciones CIENCIA Y TECNOLOGÍA Cuando la temperatura de algunas frutas y vegetales desciende de un determinado valor se producen en ellos cambios indeseables las cuales son conocidas como daños por frío, por ejemplo la quemadura de bananos o plátanos al enfriarlos debajo de temperaturas de 13 a 14 °C/55 57°F. En los tejidos animales, al cesar el suministro de sangre oxigenada como consecuencia del sacrificio, cesa la respiración aeróbica y se inicia la respiración anaeróbica mediante la cual el glucógeno se transforma en ácido láctico provocando una disminución del pH. Con ello se inicia un proceso denominado rigor mortis. Como resultado de este proceso el tejido muscular se endurece haciéndose inextensible. Para que este proceso se desarrolle y el producto llegue a adquirir la coloración y textura adecuadas, el mismo debe desarrollarse en condiciones de refrigeración para frenar el desarrollo de los microorganismos. Independientemente del tipo de alimento la refrigeración puede aplicarse sola o en combinación con otras técnicas, tales como la irradiación, las atmósferas modificadas y controladas o el envasado en atmósferas modificadas, entre otras. La refrigeración encuentra gran aplicación en la elaboración de comidas preparadas en los que se aplican los sistemas de cocción-enfriamiento.I. 2.2. Centro térmico Es el punto del producto en el que la temperatura es la más elevada en el proceso de congelación.I. 2.3. Tiempo de refrigeración La determinación del tiempo de refrigeración constituye un elemento de importancia práctica, ya que permite conocer el tiempo necesario para que un producto alcance una temperatura dada en su centro térmico partiendo de una temperatura inicial, una temperatura del medio de enfriamiento, configuración geométrica, tipo de envase, etc. Este resultado puede emplearse en el cálculo de la carga por productos correspondiente a la carga térmica. Para el trabajo práctico existen tablas y figuras las que de manera rápida y sencilla permiten determinar el tiempo de enfriamiento de determinados productos en condiciones específicas. Con tales determinaciones se facilita la operación de enfriamiento o congelación de cargas de productos a condiciones establecidas.
  21. 21. 22 I. Terminología, Definiciones y Explicaciones CIENCIA Y TECNOLOGÍAI. 2.4. Características del agua El agua es el constituyente más abundante en la mayoría de los alimentos en estado natural por ello desempeña un papel esencial en la estructura y demás caracteres de los productos de origen vegetal y animal. El agua presente en un alimento puede estar como agua libre o como agua ligada, ésta última puede estar más o menos fuertemente unida de manera compleja a otros constituyentes. Es por ello que el estado del agua presente en un alimento es tan importante para su estabilidad así como para el riesgo de deterioro. Las propiedades del agua que determinan el comportamiento de los alimentos, son: - el descenso de la presión de vapor, - elevación del punto de ebullición, - descenso del punto de congelación, - descenso de la tensión superficial, - aumento de la viscosidad y - gradientes de presión osmótica a través de membranas semipermeables. La mayoría de estas propiedades juegan papel importante en procesos de conservación de alimentos por refrigeración o congelamiento.I. 2.5. Actividad del agua aw La actividad del agua es una medida de la mayor o menor disponibilidad del agua en los diversos alimentos, la cual se define por el descenso de la presión parcial del vapor de agua, donde pw es la presión parcial del vapor de agua del alimento y po es la presión de vapor del agua pura a la misma temperatura: aw = pw / po La actividad de agua constituye una medida relativa con respecto a un estado estándar tomado como comparación. El estado estándar escogido es el del agua pura al cual su actividad se toma igual a la unidad, por lo cual la actividad de un alimento es siempre menor que la unidad. Esto es debido a que las especies químicas presentes disminuyen la capacidad de vaporización del agua.I. 2.6. Pre congelación Es el tiempo que transcurre entre el momento en que el producto, a su temperatura original, es sometido a un proceso de congelación y el instante en que comienza la cristalización del agua (temperatura crioscópica), este variará acorde al sistema de congelación utilizado (rápido o lento).
  22. 22. 23 I. Terminología, Definiciones y Explicaciones CIENCIA Y TECNOLOGÍAI. 2.7. Congelación El principio de la conservación de los alimentos por el sistema de congelación se basa en el mismo principio que el de la refrigeración la ventaja que presenta es que en cuanto más baja es la temperatura más se aleja de las condiciones ideales en las que pueden multiplicarse los microorganismos, por lo que el alimento se altera cada vez menos. La congelación consiste en la aplicación de temperaturas a los alimentos por debajo de cero grados centígrados, de forma que parte del agua del alimento se convierte en hielo. Al mismo tiempo, como el agua se solidifica, se produce una desecación del alimento, lo que contribuirá de forma significativa a una mejor conservación. Lógicamente, este efecto será más importante cuanto más baja sea la temperatura. La temperatura de elección a nivel internacional es de -18ºC/0ºF, ya que por debajo de ésta se estima que no es posible la proliferación de bacterias (significativamente), por lo que disminuye la posibilidad de alteración y se reducen los riesgos para la salud. Hay que destacar que, después de la refrigeración, la congelación es el tratamiento que menos modificaciones produce en los alimentos. De forma que después de la descongelación los alimentos son casi idénticos a los productos crudos empleados como materia prima. No toda el agua presente en el alimento puede separarse en forma de cristales como consecuencia de la congelación. En el alimento existe una fracción del agua no congelable a la que corresponde una actividad de agua muy baja (de hasta 0,3). Esta agua, la cual se encuentra fuertemente unida a las estructuras moleculares, es denominada agua ligada y representa entre el 5 y el 10% de la masa total de agua contenida en el alimento. El agua libre o no ligada, por su parte, representa la mayor parte del agua contenida en los alimentos. No obstante, esta agua no sale espontáneamente de los tejidos. Esta agua se encuentra en forma de geles tanto en el interior de la célula como en los espacios intercelulares, estando su retención influenciada por el pH y las fuerzas iónicas. Durante la congelación el agua es removida de su posición normal dentro de los tejidos y convertida en hielo. Este proceso es parcialmente revertido durante la descongelación dando lugar a la formación de exudado.
  23. 23. 24 I. Terminología, Definiciones y Explicaciones CIENCIA Y TECNOLOGÍAI. 2.8. Curva de congelación El proceso de congelación en los alimentos es más complejo que la congelación del agua pura. Los alimentos al contener otros solutos disueltos además de agua, presentan un comportamiento ante la congelación similar al de las soluciones. La evolución de la temperatura con el tiempo durante el proceso de congelación es denominada curva de congelación. La curva de congelación típica de una solución se muestra en la siguiente figura. talización del agua (temperatura crioscópica), este variará acorde al sistema de congelación utilizado (rápido o lento). Curva de congelación TEMPERATURA A B S D E C E TIEMPO Esta curva posee las siguientes secciones: AS: el alimento se enfría por debajo de su punto de congelación qf inferior a 0º C. En el punto S, al que corresponde una temperatura inferior al punto de congelación, el agua permanece en estado líquido. Este subenfriamiento puede llegar a ser de hasta 10º C por debajo del punto de congelación. SB: la temperatura aumenta rápidamente hasta alcanzar el punto de congelación, pues al formarse los cristales de hielo se libera el calor latente de congelación a una velocidad superior a la que este se extrae del alimento.
  24. 24. 25 I. Terminología, Definiciones y Explicaciones CIENCIA Y TECNOLOGÍA BC: el calor se elimina a la misma velocidad que en las fases anteriores, eliminándose el calor latente con la formación de hielo, permaneciendo la temperatura prácticamente constante. El incremento de la concentración de solutos en la fracción de agua no congelada provoca el descenso del punto de congelación, por lo que la temperatura disminuye ligeramente. En esta fase es en la que se forma la mayor parte del hielo. CD: uno de os solutos alcanza la sobresaturación y cristaliza. La liberación del calor latente correspondiente provoca el aumento de la temperatura hasta la temperatura del soluto. DE: la cristalización del agua y los solutos continúa. EF: la temperatura de la mezcla de agua y hielo desciende. En realidad la curva de congelación de los alimentos resulta algo diferente a la de las soluciones simples, siendo esa diferenciación más marcada en la medida en que la velocidad a la que se produce la congelación es mayor.I. 2.9. Principios de termodinámica en la formación del hielo Todos los alimentos (vegetales, animales) son como soluciones acuosas diluidas. La cantidad de agua del alimento define la formación de hielo en relación directa a mayor temperatura de congelamiento. La temperatura de congelación de un alimento es aquella temperatura a la que aparecen los primeros cristales de hielo estables. La formación de un cristal de hielo requiere primeramente de una nucleación, ésta puede ser homogénea o heterogénea, ésta última es la más frecuente en el caso de los alimentos, donde los núcleos se forman sobre partículas en suspensión o sobre la pared celular. La cristalización que se origina durante la congelación de un alimento es la formación de una fase sólida sistemáticamente organizada a partir de una solución. El proceso de cristalización comprende las etapas de nucleación y la de crecimiento de los cristales. La cristalización del hielo se produce cuando el sistema se encuentra lo suficientemente sub enfriado. El subenfriamiento es la diferencia de temperaturas por debajo del punto inicial de congelación del sistema. La nucleación es la combinación de moléculas dentro de una partícula ordenada de tamaño suficiente para sobrevivir sirviendo a su vez de sitio para el crecimiento cristalino.
  25. 25. 26 I. Terminología, Definiciones y Explicaciones CIENCIA Y TECNOLOGÍA En la cristalización del hielo, la remoción de calor debido al cambio de fase constituye el mecanismo determinante de todo el crecimiento de los cristales. La duración del período de subenfriamiento depende de las características del alimento y de la velocidad a la que se remueve el calor. Si el subenfriamiento resulta marcado se producirá una gran cantidad de núcleos que originaran cristales pequeños. Cuando la situación es contraria a la antes descrita se producirán pocos núcleos y con ello pocos cristales grandes. Durante la mayor parte de la meseta de congelación (en el tramo BC de la figura anterior: Curva de congelación) la formación de los cristales de hielo es controlada por la transferencia de calor. La velocidad de transporte de masa controla la velocidad de crecimiento de los cristales en el final del período de congelación donde las soluciones remanentes se encuentran más concentradas. A medida que la temperatura desciende se van saturando las diferentes sustancias disueltas que luego cristalizan. La temperatura a la cual el cristal de un soluto se encuentra en equilibrio con el líquido no congelado y los cristales de hielo, es denominada temperatura eutéctica. Como los alimentos constituyen una mezcla compleja de sustancias, se emplea el término temperatura eutéctica final, el cual corresponde a la temperatura eutéctica más baja de los solutos del alimento. La máxima formación de cristales de hielo es obtenida a esta temperatura.I.2.10. Cristalización del hielo Una vez comienza el agua a congelar, la cristalización es función de la velocidad de enfriamiento, al mismo tiempo que de la velocidad de difusión del agua a partir de las disoluciones que bañan la superficie de los cristales de hielo. Si la velocidad de congelación es débil, entonces se forman pocos núcleos de cristalización y los cristales de hielo crecen ampliamente. Si la velocidad de congelación aumenta, el número de cristales de hielo aumenta mientras su tamaño disminuye. Es importante que la congelación lenta puede producir a un exudado excesivo en la descongelación, mientras que una congelación muy rápida permite preservar la textura de ciertos productos. Características Cristalización: - Cristalización Lenta: cristales crecen ampliamente. - Cristalización Rápida: más cristales pero más pequeños.
  26. 26. 27 I. Terminología, Definiciones y Explicaciones CIENCIA Y TECNOLOGÍAI.2.11. Velocidad de congelación La calidad de los alimentos congelados se encuentra influenciada por la velocidad con que se produce la congelación, así entre más rápido se produzca el congelamiento mejor calidad en el producto congelado se obtiene. Diversas características de calidad están relacionadas con el tamaño de los cristales el cual es una consecuencia de la velocidad con que se produce la congelación. El principal efecto de la congelación sobre la calidad de los alimentos es el daño que ocasiona en las células el crecimiento de los cristales de hielo. La congelación prácticamente no provoca deterioro desde el punto de vista nutritivo. La resistencia de diversos tejidos animales y vegetales a la congelación es muy diversa; así, frutas y vegetales, por ejemplo, presentan una estructura muy rígida por lo que la formación de los cristales de hielo puede afectarlos con mayor facilidad que a las carnes. La congelación de los tejidos se inicia por la cristalización del agua en los espacios extracelulares puesto que la concentración de solutos es menor que en los espacios intracelulares. -Congelación Lenta. Cuando la congelación es lenta la cristalización extracelular aumenta la concentración local de solutos lo que provoca, por ósmosis, la deshidratación progresiva de las células. En esta situación se formarán grandes cristales de hielo aumentando los espacios extracelulares, mientras que las células plasmolizadas (pierden agua por estar expuesta una presión osmótica mayor) disminuyen considerablemente su volumen. Este desplazamiento del agua y la acción mecánica de los cristales de hielo sobre las paredes celulares provocan afecciones en la textura y dan lugar a la aparición de exudados durante la descongelación.
  27. 27. 28 I. Terminología, Definiciones y Explicaciones CIENCIA Y TECNOLOGÍA -Congelación Rápida Cuando la congelación es rápida la cristalización se produce casi simultáneamente en los espacios extracelulares e intracelulares. El desplazamiento del agua es pequeño, produciéndose un gran número de cristales pequeños. Por todo ello las afecciones sobre el producto resultaran considerablemente menores en comparación con la congelación lenta. No obstante, velocidades de congelación muy elevadas pueden provocar en algunos alimentos, tensiones internas que pueden causar el agrietamiento o rotura de sus tejidos, congelar demasiado rápido tomates u otros vegetales o frutas con alto contendido de agua. Existen diversa maneras de definir la velocidad de congelación siendo estas: el tiempo característico de congelación o duración de la congelación, el tiempo nominal de congelación, la velocidad media de congelación, etc. Por definición: Velocidad de Congelación (° C/h) Es el cociente de la diferencia entre la temperatura inicial y temperatura final por la duración de la congelación.I.2.12. Duración de la congelación Es el tiempo transcurrido desde el principio de la fase de precongelación hasta la obtención de la temperatura final. Este tiempo (lo que dura) depende, por una parte de las temperaturas inicial y final y de la cantidad de calor a extraer, y por otra de las dimensiones (espesor) y forma del producto, como de los parámetros de transmisión térmica.I.2.13. Velocidad de avance del frente de congelación (cm/h) Otra forma de expresar la rapidez de la congelación es por medio de la velocidad a la que se desplaza el frente de hielo a través del producto. Esta es mayor cerca de superficie que hacia el centro.
  28. 28. 29 I. Terminología, Definiciones y Explicaciones CIENCIA Y TECNOLOGÍAI.2.14. Tiempos de congelación La duración real del proceso de congelación depende de diversos factores, unos son relativos al producto a congelar y otros al equipo utilizado, de estos los más importantes son: - Dimensiones y forma del producto (espesor). -Temperatura inicial y final. - Temperatura del refrigerante. - Otros: Coeficiente de transferencia de calor superficial del producto, Variación de entalpía (la entalpía consiste en energía sensible debajo del punto de congelación) y Conductividad térmica del producto. El conocimiento del tiempo de congelación es de gran importancia para el diseño del proceso. Este tiempo es un dato necesario para determinar la velocidad de refrigeración requerida en relación con la capacidad del sistema de congelación. La predicción del tiempo de congelación puede basarse en métodos numéricos y en métodos aproximados.I.2.15. Fin de la congelación El proceso de congelación termina cuando la mayor parte del agua congelable se transforma en hielo en el centro térmico del producto. En la mayoría de casos la temperatura del centro térmico coincide en ese momento con la temperatura de almacenamiento. Si el producto se retira antes de ese momento resultará una congelación lenta en el centro del mismo y perdida de la calidad del producto congelado. Almacenar productos insuficientemente enfriados podría perjudicar otros que se encuentren en el almacén, es recomendable proseguir un enfriamiento hasta lograr una temperatura de equilibrio como de -18° C.I.2.16. Temperatura de equilibrio Cuando la temperatura de la superficie de un producto es casi la misma que en el centro térmico del mismo; esto en condiciones en las que ninguna cantidad de calor es aportada ni extraída del producto.I.2.17. Desecación de los alimentos congelados Por corriente de aire frío, el producto que no está protegido, cierta proporción de agua contenida en la superficie se evapora en el curso de la congelación (1 a 2 % o más se reflejan como mermas por enfriamiento o congelación). La proporción es menor cuanto más rápida es la congelación. Embalajes impermeables al vapor de agua y en contacto con los productos evitan pérdidas de agua.
  29. 29. 30 I. Terminología, Definiciones y Explicaciones CIENCIA Y TECNOLOGÍAI.2.18. Reducción de la temperatura de almacenamiento Período durante el cual temperatura se reduce, desde la temperatura a la que la mayor parte de el agua congelable se ha transformado en hielo a la temperatura final deseada. La temperatura final puede ser la temperatura de almacenamiento alcanzada por todo el producto, incluso el “centro térmico” o bien la temperatura de equilibrio. 19. Modificaciones de los alimentos durante la congelación. La congelación provoca el aumento de la concentración de los solutos presentes en productos e inversamente del descenso de la temperatura, la velocidad de las reacciones aumenta, a pesar de la disminución de la temperatura de acuerdo con la ley de acción de masas. Este incremento en la velocidad de las reacciones se produce a temperaturas entre -5º C y -15º C/ 23ºF a 5ºF. Este incremento en la concentración de los solutos provoca cambios en la viscosidad, el pH, el potencial redox del líquido no congelado, fuerza iónica, presión osmótica y tensión superficial, entre otros. La acción de esos factores asociados al efecto de la desaparición de una parte del agua líquida, provoca cambios desfavorables en el alimento, siendo un ejemplo de ello la agregación o incremento de las proteínas. Estos efectos pueden ser limitados cuando el paso a través del citado rango de temperaturas se realiza de forma rápida. Este rango es denominado como zona de peligro o zona crítica. Como el volumen del hielo es superior al del agua líquida, la congelación de los alimentos provoca una dilatación, como por ejemplo al congelar agua en un recipiente se produce un levantamiento o alzamiento de hielo como una montaña. Esta dilatación puede variar en correspondencia con el contenido de agua, la disposición celular, la concentración de solutos y la temperatura del medio de congelación. Estas variaciones que se originan en el volumen provocan tensiones internas de gran magnitud sobre los tejidos lo que puede provocar desgarraduras internas (y hasta la rotura completa en caso de los tejidos vegetales), lo que originan pérdida de líquido durante la descongelación.
  30. 30. 31 I. Terminología, Definiciones y Explicaciones CIENCIA Y TECNOLOGÍAI.2.19. Modificaciones de los alimentos durante la congelación. La congelación provoca el aumento de la concentración de los solutos presentes en productos e inversamente del descenso de la temperatura, la velocidad de las reacciones aumenta, a pesar de la disminución de la temperatura de acuerdo con la ley de acción de masas. Este incremento en la velocidad de las reacciones se produce a temperaturas entre -5º C y -15º C/ 23ºF a 5ºF. Este incremento en la concentración de los solutos provoca cambios en la viscosidad, el pH, el potencial redox del líquido no congelado, fuerza iónica, presión osmótica y tensión superficial, entre otros. La acción de esos factores asociados al efecto de la desaparición de una parte del agua líquida, provoca cambios desfavorables en el alimento, siendo un ejemplo de ello la agregación o incremento de las proteínas. Estos efectos pueden ser limitados cuando el paso a través del citado rango de temperaturas se realiza de forma rápida. Este rango es denominado como zona de peligro o zona crítica. Como el volumen del hielo es superior al del agua líquida, la congelación de los alimentos provoca una dilatación, como por ejemplo al congelar agua en un recipiente se produce un levantamiento o alzamiento de hielo como una montaña. Esta dilatación puede variar en correspondencia con el contenido de agua, la disposición celular, la concentración de solutos y la temperatura del medio de congelación. Estas variaciones que se originan en el volumen provocan tensiones internas de gran magnitud sobre los tejidos lo que puede provocar desgarraduras internas (y hasta la rotura completa en caso de los tejidos vegetales), lo que originan pérdida de líquido durante la descongelación.
  31. 31. 32 I. Terminología, Definiciones y Explicaciones CIENCIA Y TECNOLOGÍA El efecto principal que la congelación ocasiona sobre los alimentos es el daño que provoca en las células el crecimiento de los cristales de hielo. Cuando la velocidad de congelación es lenta, los cristales de hielo crecen en los espacios extracelulares, lo que deforma y rompe las paredes de las células que los contactan. La presión de vapor de los cristales de hielo es inferior a la del interior de las células, lo que provoca la deshidratación progresiva de las células por ósmosis y el engrosamiento de los cristales de hielo. De esta forma se originan grandes cristales de hielo y el aumento de los espacios extracelulares. Las células plasmolizadas disminuyen considerablemente su tamaño. Esta deshidratación celular disminuye las posibilidades de una nucleación intracelular. La ruptura de las paredes celulares resulta de la acción mecánica de los grandes cristales de hielo y del encogimiento excesivo de las células. Durante la descongelación, las células son incapaces de recuperar su forma y turgencia originales y el alimento se reblandece y el material celular se pierde por goteo. La expulsión de una parte del contenido celular puede provocar el contacto entre enzimas y sus sustratos que en ocasiones se encuentran en compartimentos separados. Este es el caso, por ejemplo, de la polifenoloxidasa y los polifenoles responsables de oxidaciones enzimáticas en alimentos no escaldados previamente, provocan una aceleración del pardeamiento enzimático durante la descongelación e incluso durante el almacenamiento.I.2.20. Duración del almacenamiento Las reacciones físicas y químicas que se producen en un alimento congelado conducen a una pérdida de calidad que es gradual, acumulativa e irreversible, de manera que al cabo de cierto tiempo el producto deja de ser apto para el consumo debido a la transformación sufrida.I.2.21. Conservación de alta calidad “High Quality Life”: el tiempo que transcurre entre el momento en que se congela un producto de excelente calidad y el momento en que se detecta, por apreciación sensorial, una diferencia estadísticamente significativa en relación con la calidad inmediatamente antes de la congelación.
  32. 32. 33 I. Terminología, Definiciones y Explicaciones CIENCIA Y TECNOLOGÍAI.2.22. Duración práctica del almacenamiento La duración del almacenamiento del producto en estado congelado, contado a partir de la congelación, es el período durante el cual el producto conserva sus propiedades características y es válido para el consumo en el estado o en la transformación a la cual se le destina.I.2.23. Modificaciones de los alimentos durante el almacenamiento Las reacciones de deterioro constituyen afectaciones durante el almacenaje de los productos congelados. Los cambios químicos y bioquímicos durante el almacenamiento en congelación son lentos. Si las enzimas no resultan previamente inactivadas, la rotura de la membrana celular por los cristales de hielo puede favorecer la acción de estas. Entre estos cambios se tienen: degradación de pigmentos, pérdidas vitamínicas, actividad enzimática residual y oxidación de lípidos. Se entiende por recristalización del hielo como un fenómeno que provoca crecimiento de los cristales de mayor tamaño a expensas de los más pequeños, siendo la fuerza impulsora para este fenómeno la diferencia de energía superficial entre dos cristales en contacto. Sin embargo, la recristalización migratoria, la cual es la de mayor incidencia en los alimentos se produce fundamentalmente como consecuencia de fluctuaciones en la temperatura de almacenamiento, como por ejemplo pérdida de temperatura en cámaras que produzcan descongelamiento en un apagón prolongado y luego al recuperar temperatura se re congela produciéndose tal efecto. Cuando se incrementa la temperatura del producto congelado se produce la descongelación parcial de los cristales. Si después de ello la temperatura desciende, la congelación del agua descongelada no provoca el surgimiento de nuevos núcleos cristalinos, sino el crecimiento de los cristales ya existentes. Ello provoca una pérdida de calidad en el producto similar a la que se produciría si la descongelación hubiese sido lenta, ello reviste de importancia la conservación de la cadena de frío.I.2.24. Descongelación Cuando un alimento se descongela, la capa superficial de hielo se funde formando una capa de agua líquida cuyas propiedades térmicas son inferiores a las del agua en estado sólido. Como consecuencia de ello
  33. 33. 34 I. Terminología, Definiciones y Explicaciones CIENCIA Y TECNOLOGÍA se acelera la velocidad con que se transfiere calor hacia el interior del alimento, aumentando este efecto aislante en la medida que la capa de alimento descongelado se incrementa. Es por ello que la descongelación de un alimento, (para igual gradiente de temperatura), es más lenta que su congelación. El daño celular provocado por la congelación lenta y la re-cristalización originan la pérdida de componentes celulares, lo que se manifiesta como un exudado en el que se pierden diversos compuestos de valor nutricional. La descongelación debe ser concebida de manera que resulten mínimos los siguientes fenómenos: crecimiento microbiano, pérdida de líquido, pérdidas por deshidratación y pérdidas por reacciones de deterioro. La descongelación controlada suele efectuarse a una temperatura ligeramente superior a la del punto de descongelación, por ejemplo a temperatura de refrigeración. Como se indica con anticipación, el mantenimiento prolongado del producto a temperaturas ligeramente inferiores a 0º C resulta desfavorable pues el producto queda expuesto a concentraciones relativamente altas de solutos y se favorece el desarrollo de microorganismos psicrófilos.I.2.25. Procesos que provocan el deterioro de los alimentos Los procesos que provocan el deterioro de los alimentos son de carácter: físico, químico, bioquímico y microbiológico. Procesos físicos: entre estos factores el más destacado es la pérdida de agua la cual se produce cuando el producto almacenado se encuentra directamente al ambiente de la cámara. Junto con el agua se produce la pérdida de componentes volátiles los que en cantidades casi imponderables condicionan en gran medida el aroma y el sabor de los productos. Procesos químicos: están dados por reacciones químicas, pudiendo señalarse entre estas la oxidación de las grasas, lo cual provoca rancidez en los productos. Nutricionales: se dice que el valor nutricional de los alimentos congelados está bien preservado, además que éste método de conservación degrada menos que los otros, siempre que se apliquen las reglas de la técnica moderna. Para ello se debe realizar un congelamiento y almacenamiento “rápido”.
  34. 34. 35 I. Terminología, Definiciones y Explicaciones CIENCIA Y TECNOLOGÍA Procesos bioquímicos: corresponden a las reacciones de esta naturaleza, pudiendo señalarse entra estas a la acción de las enzimas. Un ejemplo típico de ello es la acción de la enzima polifenoloxidasa, la que provoca el oscurecimiento de los productos. La composición química y bioquímica de los alimentos puede ser modificada por: lixiviado o por oxidación, en los procesos que preceden o siguen a la congelación. Procesos microbiológicos: están dados por la acción de los microorganismos patógenos que provocan el deterioro de los productos. La conservación de alimentos (cualquier medio) busca prolongar la preservación del alimento, matando microorganismos o inhibiendo su actividad y su multiplicación. En la congelación y almacenamiento se acaba con ciertos microorganismos, pero no suficiente como para reducir sustancialmente la contaminación microbiana. El estado higiénico del producto antes de la congelación es por lo anterior de mucha importancia. En el curso de la congelación algunos microorganismos pueden morir. No así algunos patógenos son muy resistentes, aunque con congelación no se pueda inactivarlos, podrían llegarse a destruir. Los alimentos congelados antes de distribuirlos son almacenados a temperaturas de -18 a -26 ó -30°C/0 a -22°F a tales temperaturas ciertos micro organismos (m.o.) pueden morir lentamente, en todo caso se dice que se inhibe toda multiplicación microbiana. Para frenar la acción de estos procesos de deterioro antes referidos se buscan condiciones de almacenaje que retarden averías de los productos. Entre estas condiciones se encuentran la temperatura, la humedad relativa, la circulación del aire, la composición de la atmósfera de la cámara. De estas, la temperatura constituye el factor de mayor incidencia. A medida que la temperatura disminuye todos los procesos causantes del deterioro se ven disminuidos, lo que trae como consecuencia la prolongación de la vida útil de los productos almacenados. A medida que la humedad relativa aumenta la evaporación disminuye pues el gradiente para la transferencia disminuye, sin embargo, ello beneficia el desarrollo de los microorganismos. La humedad relativa podrá ser más alta en la medida en que la temperatura sea más baja. No obstante, esta temperatura de conservación tiene límites basado en un análisis económico así como en la posible influencia sobre el producto. Cuando la circulación del aire aumenta las pérdidas por evaporación se incrementan lo que a su vez provoca en los productos una superficie desecada poco favorable para el desarrollo de los microorganismos.
  35. 35. 36 I. Terminología, Definiciones y Explicaciones CIENCIA Y TECNOLOGÍA I. 2.26. Higiene de productos refrigerados y congelados Los alimentos y productos alimenticios son contaminados por organismos presentes en la cadena de operaciones de producción: (antes de la refrigeración o congelación) por contacto con los aparatos, las manos de los obreros, los embalajes, el aire y el agua. El frío de refrigeración o congelación nunca es un sustituto de las Buenas Prácticas de Manufactura e Higiene, lo alimentos congelados y refrigerados aún así son los que menos imputaciones reciben en materia de envenenamientos. I. 2.27. Embalaje de los alimentos congelados Debe de soportar una temperatura baja y cumplir con exigencias de embalajes para alimentos, además deben de ajustarse a otras consideraciones técnicas. Exigencia Alimenticia Exigencia Técnica• No contener sustancias tóxicas • Permitir congelación rápida•Ser químicamente inerte y estable • Resistir el agua, ácido•No comunicar mal sabor u olor • No adherirse al contenido congelado•Proteger de bacterias y suciedad • Ofrecer aislamiento•Impermeable a agua (gaseosa) y oxígeno • Proteger de sublimación (cambiar agua de estado solido a gas sin pasar por líquido) y deshidratación•Se pueda empacar automáticamente • Adherirse estrechamente al producto (no bolsas de aire, favorecen sublimación)•Diversas formas y tamaños • Ser opaco a la luz como sea posible•De fácil formación de tarimas • Reflectante, reduce penetración de calor•Fácil de abrir y cerrar • Permitir penetración de micro-ondas
  36. 36. 37 I. Terminología, Definiciones y Explicaciones CIENCIA Y TECNOLOGÍAI.2.28. Materiales de embalaje para alimentos Hay cada vez más variedades de materiales que son usados para embalar los alimentos refrigerados y/o congelados, como: películas y hojas, papel, cartón parafinado o plastificado, hojas de aluminio, moldes de aluminio, plásticos formados térmicamente y combinaciones laminadas de estos diversos materiales. En películas y hojas existen muchas: polietileno, polipropileno, poliéster, poliestireno, policloruro de vinilo PVC, película celulósica, poliamida, hojas de aluminio, otros materiales laminados y coextruídos.I.2.29. La medida de la temperatura La medida de la temperatura es de mucha importancia en la congelación, descongelación, almacenamiento, transporte y distribución de productos refrigerados o congelados. Es obvia la dificultad de medir la temperatura en el producto ya congelado, independiente el tipo o naturaleza del producto ya sea de origen vegetal o animal. La temperatura del aire se puede medir por equipos como termómetro indicador colocado en el equipo, almacén o medio de transporte. Medir la temperatura persigue los objetivos básicos siguientes: - Obtener una temperatura exacta a la hora de la medición. - Medir temperaturas significativas y representativas.
  37. 37. I. CIENCIA Y TECNOLOGÍA 3. Propiedades Térmicas de los AlimentosLas propiedades térmicas de alimentos y bebidas se deben de conocerpara desarrollar los cálculos de transferencia de calor involucrados enel diseño del almacén y equipos de refrigeración; también son necesariospara estimar procesos de calentamiento, refrigeración, congelamiento osecado de alimentos y bebidas.Porque las propiedades térmicas de alimentos y bebidas dependenfuertemente de la composición química y la temperatura, también por laalta disponibilidad de los mismos es casi imposible determinarlas ytabularlas experimentalmente para todas las posibles condiciones ycomposiciones.Las propiedades térmicas de los alimentos se las puede encontrardisponibles en Holland et al. (1991) y USDA (1975). Esa informacióntabulada consiste en fracciones de masa de los principales componentesde los alimentos. Con esta información disponible se pueden calcular enconjunción con la temperatura usando modelos matemáticos laspropiedades térmicas de los constituyentes individuales.Las propiedades termo físicas a menudo se requieren para cálculos detransferencia de calor (incluyen densidad, calor específico, entalpía,conductividad térmica y transmisión térmica). Adicionalmente, si el alimentoes un organismo vivo como fruta fresca o vegetales (hortalizas), estosgeneran calor a través de la respiración y pierden humedad por latranspiración. Ambos procesos se deben de incluir en los cálculos detransferencia de calor y se debe usar como referencia tablas depropiedades termo físicas medidas para alimentos. 38
  38. 38. 39 I. Propiedades Térmicas de los Alimentos CIENCIA Y TECNOLOGÍAI. 3.1. Propiedades térmicas de los componentes de los alimentos Los componentes comúnmente encontrados en los alimentos incluyen: agua, proteína, grasa, carbohidratos, fibra y cenizas. En Choi y Okos (1986) existen tablas de componentes a los que desarrollaron modelos matemáticos para determinar las propiedades térmicas de éstos como función de la temperatura en el rango de -40 a 300° F, también lo hicieron para determinar propiedades termicas del agua y del hielo. Referirse a Composition data from USDA (1996), son tablas que listan componentes de varios alimentos, incluyen agua en porcentaje de masa, proteína, grasa, carbohidratos, fibra y cenizas.I. 3.2. Propiedades térmicas de los alimentos En general, las características termo físicas de un alimento o de una bebida se comportan bien cuando su temperatura está sobre su punto de congelación inicial. Sin embargo, debajo del punto de congelación inicial, las características termo físicas varían grandemente debido a los procesos complejos implicados durante el congelamiento. El punto de congelación inicial de un alimento es algo más bajo que el punto de congelación del agua pura debido a sustancias disueltas en el agua del alimento. En el punto de congelación inicial, algo del agua en el alimento se cristaliza, y la solución restante se concentra. Así, el punto de congelación de la porción no congelada del alimento se reduce más a fondo. La temperatura continúa disminuyendo mientras que la separación de los cristales de hielo aumenta la concentración de solutos en la solución y presiona el punto de congelación más lejos. Así, el hielo y las fracciones del agua en el alimento congelado dependen de la temperatura. Porque las características termofísicas del hielo y del agua son absolutamente diferentes, las características termofísicas de alimentos congelados varían dramáticamente cuando se le baja la temperatura. Además, las características termofísicas del alimento sobre y debajo del punto de congelación son drásticamente diferentes.
  39. 39. 40 I. Propiedades Térmicas de los Alimentos CIENCIA Y TECNOLOGÍAI. 3.3. Contenido de agua Porque el agua es el componente predominante en la mayoría de los alimentos, el contenido en agua influencia perceptiblemente las características termofísicas de alimentos. Los valores medios del contenido de agua (por ciento por la masa) se dan en la tabla Composition data from USDA (1996). Para las frutas y vegetales, el contenido en agua varía con el cultivo así como con la etapa del desarrollo o de la madurez cuando está cosechado, las condiciones cada vez mayor, y la cantidad de humedad perdida después de cosecha. En general, los valores dados en la tabla Composition data from USDA (1996) se aplican a los productos maduros poco después cosecha. Para la carne fresca, los valores del contenido en agua en la tabla son a la hora de matanza o después del período generalmente del envejecimiento o añejamiento (maduración). Para los productos curados o procesados, el contenido en agua depende del proceso o del producto particular.I. 3.4. Punto de congelación inicial. Los alimentos y las bebidas no congelan totalmente a una sola temperatura, sino algo sobre una gama de temperaturas. De hecho, los alimentos altos en contenido de azúcar o envasados en altas concentraciones de jarabe nunca se pueden congelar totalmente, no así se deben de almacenar a una temperatura uniforme típica para alimento congelado. Así, no hay un punto de congelación distinto para los alimentos y las bebidas, sino un punto de congelación inicial en el cual la cristalización comienza. El punto de congelación inicial de un alimento o de una bebida es importante no solamente para determinar las condiciones de almacenaje apropiadas del alimento, sino también para calcular características termo físicas. Durante el almacenaje de frutas y vegetales frescos, por ejemplo, la temperatura de la materia se debe guardar sobre su punto de congelación inicial para evitar de daños al congelar. En adición, porque hay cambios drásticos en las características termofísicas de alimentos es porque se congelan, el punto de congelación inicial de un alimento se debe saber para modelar sus características termofísicas exactamente. La tabla de Composition data from USDA (1996) reporta valores iniciales de punto de congelación.
  40. 40. 41 I. Propiedades Térmicas de los Alimentos CIENCIA Y TECNOLOGÍAI. 3.5. Fracción de hielo Para predecir las características termo físicas de los alimentos congelados, que dependen fuertemente de la fracción del hielo en el alimento, la fracción total del agua que se ha cristalizado debe ser determinada. Debajo del punto de congelación inicial, la fracción total del agua que se ha cristalizado en un alimento es una función de la temperatura. En general, los alimentos se componen mayoritariamente de agua, los sólidos disueltos, y los sólidos sin disolver. Durante el congelamiento, como algo del agua líquida se cristaliza, los sólidos disueltos en el agua líquida restante cada vez más se concentran, así va bajando la temperatura de congelación.I. 3.6. Densidad. Modelar la densidad de alimentos y de bebidas requiere el conocimiento de la porosidad del alimento, tan bien como la fracción y la densidad totales de los componentes del alimento. La porosidad se requiere para modelar la densidad de los alimentos granulares almacenados en bulto, tal como granos y arroz. Para otros alimentos, la porosidad es cero.I. 3.7. Calor específico. El calor específico es una medida de la energía requerida para cambiar la temperatura de un alimento por un grado. Por lo tanto, el calor específico de alimentos o de bebidas se puede utilizar para calcular la carga de calor impuesta ante el equipo de refrigeración por refrigerar (enfriar) o congelar de alimentos y de bebidas. En alimentos no congelados, el calor específico llega a ser levemente más bajo mientras que la temperatura se eleva de 32°F a 68°F. Para los alimentos congelados, hay una disminución grande del calor específico pues la temperatura disminuye. Las listas de la tabla Composition data from USDA (1996) determinaron de forma experimental los valores del calor específico para varios alimentos arriba y bajo cero.
  41. 41. 42 I. Propiedades Térmicas de los Alimentos CIENCIA Y TECNOLOGÍAI. 3.8. Entalpía. El cambio en la entalpía de un alimento se puede utilizar para estimar la energía que se debe agregar o quitar para efectuar un cambio de temperatura. Sobre el punto de congelación, la entalpía consiste en energía sensible debajo del punto de congelación, la entalpía radica en energía sensible y latente.I. 3.9. Conductividad térmica. La conductividad térmica relaciona la tasa de transferencia de calor de la conducción con el gradiente de la temperatura. La conductividad térmica de un alimento depende de factores tales como composición, estructura, y temperatura. Se han realizado trabajos para adaptar la conductividad térmica de alimentos y de bebidas.I.3.10. Difusividad térmica. Los valores experimental determinados de la difusividad térmica de alimentos son escasos. Sin embargo con valores apropiados de la conductividad térmica, calor específico y densidad, la difusividad térmica se puede calcular usando la ecuación: Donde: k es conductividad térmica p es densidad c es calor específicoI.3.11. Calor de respiración. Todos los alimentos vivos respiran. Durante la respiración, el azúcar y el oxígeno combinan para formar el CO2, H2O, y calientan como sigue: C6H12O6 + 6O2 _ 6CO2 + 6H2O + 2528 Btu En la mayoría de los productos almacenados en planta, pocas células se desarrollan y la parte mayor de energía de respiración es liberada como calor, que debe considerado al refrigerar y almacenar alimentos vivos (Becker et el al. 1996a). El calor de respiración varía según tipo o clase de alimento: - Las frutas, los vegetales u hortalizas, las flores, los bulbos, tallos y hojas verdes son materias de almacenaje con significativo calor de la respiración.
  42. 42. 43 I. Propiedades Térmicas de los Alimentos CIENCIA Y TECNOLOGÍA - Productos secos o deshidratados, tales como semillas y nueces, tienen tasas de respiración muy bajas. - Los productos con tejidos finos jóvenes, muy sensibles y activamente creciendo, tales como espárrago, bróculi y espinaca, tienen altos índices de la respiración, al igual que las semillas no maduras tales como guisantes verdes y maíz dulce. -Las frutas de rápido crecimiento, tales como fresas, frambuesas, y las zarzamoras, tienen tasas de respiración mucho más altas que las frutas que son lentas para desarrollar, por ejemplo manzanas, las uvas, y los cítricos. -En general, la mayoría de vegetales, con excepción de bulbos y de raíces, tienen una alta tasa de respiración inicial para los primeros un o dos días después de la cosecha. Dentro de algunos días, la tasa de respiración baja rápidamente a la tasa del equilibrio. -Las frutas que no maduran durante almacenaje, tal como cítricos y uvas, tienen índices bastante constantes de respiración. -Frutas que maduran en almacenaje, tal como manzanas, melocotones, y aguacates, aumentan su tasa de respiración. En las temperaturas bajas del almacenaje, alrededor de 32°F, el índice de la respiración aumenta raramente porque no ocurre ninguna maduración. Sin embargo, si las frutas se almacenan a temperaturas más altas (50 a 60°F), hay aumentos de la tasa de respiración y eso se debe a la maduración, entonces ésta se ve frenada. -Frutas suaves, tales como arándanos, higos, y fresas, tienen una disminución de la respiración en el tiempo a 32°F. Aún si éstos se infectan con pudrición por organismos, la tasa de respiración siempre aumenta. -Para las frutas como mangos, aguacates o plátanos, la maduración significativa ocurre a temperaturas sobre 50°F. -Los vegetales u hortalizas como cebollas, ajo y col pueden aumentar la producción del calor después de un período de almacenaje largo.
  43. 43. 44 I. Propiedades Térmicas de los Alimentos CIENCIA Y TECNOLOGÍAI.3.12. Transpiración de frutas y vegetales frescos. El componente más abundante de frutas y de vegetales frescos es el agua, que existe como fase líquida continua en la fruta o el vegetal (hortaliza). Algo de esa agua se pierde a través de la transpiración, que implica el transporte de la humedad a través de la piel del alimento, la evaporación, y el transporte total convectivo de la humedad a los alrededores del producto (Becker et el al. 1996b). El índice de la transpiración en frutas y vegetales frescos afecta la calidad del producto. La humedad transpira continuamente desde instalaciones durante la manipulación y el almacenaje de los productos. Una cierta pérdida de humedad (agua) es inevitable y puede ser tolerada. Sin embargo, bajo ciertas condiciones, mucha humedad se puede perder y causar marchites o arrugamiento. La pérdida que resulta en masa afecta no solamente el aspecto, la textura, y el sabor de la materia, sino que también reduce el volumen vendible (Becker et el al. 1996a). Muchos factores afectan el índice de la transpiración de las frutas y de los vegetales frescos; la pérdida de humedad es conducida por una diferencia en la presión del vapor de agua entre la superficie del producto y el ambiente. Becker et el al. 1996a refieren que la superficie del producto se puede asumir para ser saturada, y la presión del vapor de agua en la superficie de la materia son así iguales a la presión de la saturación del vapor de agua evaluada en la temperatura superficial del producto. Sin embargo, también reportan que las sustancias disueltas en la humedad de la materia tienden para bajar la presión del vapor en la superficie que se evapora levemente. La evaporación en la superficie del producto es un proceso endotérmico que enfría la superficie, así baja la presión del vapor en la superficie y reduce la transpiración. La respiración dentro de la fruta o del vegetal, por otra parte, tiende a aumentar la temperatura del producto, levantando la presión del vapor en la superficie y aumentando la transpiración. Además, la tasa de respiración es en sí mismo una función de la temperatura de la materia. También, los factores tales como estructura, permeabilidad de la piel, y circulación de aires superficiales también afectan la tasa de la transpiración.I.3.13. Coeficiente superficial de transferencia de calor. Aunque el coeficiente superficial de transferencia de calor no es una característica térmica de un alimento o de una bebida, es necesario para el diseño de equipos de transferencia de calor para procesamiento de los alimentos y bebidas donde está implicada la transferencia por convección.

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