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Componentes e Ingredientes de los Alimentos Tecnología de los Alimentos
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Componentes e ingredientes de los alimentos
Propiedades funcionales de componentes de los alimentos
Las propiedades funcionales de los alimentos se definen como cualquier propiedad
no nutricional que aprovechada convenientemente en la elaboración de los alimentos
participa en la consecución de las características propias del mismo, contribuye a mejo-
rarlas y/o favorecer su conservación.
Hay diferentes tipos de propiedades funcionales:
Propiedades dependientes de la interacción molécula-agua.
o Hinchado. Los polisacáridos se hinchan en presencia de agua.
o Adhesión
o Dispersabilidad. Macromoléculas, como proteínas y carbohidratos, que no
son solubles en agua se dispersan en el líquido formando suspensiones.
o Solubilidad
o Viscosidad. La consecuencia de fricción entre moléculas.
Propiedades dependientes de la interacción molécula-molécula.
o Precipitación.
o Gelificación. Atropamiento de agua en una red de macromoléculas.
o Cristalización
o Texturización. Generación de texturas a partir de macromoléculas.
Propiedades dependientes de la interacción molécula-interfase.
o Emulgente
o Espumante
o Detergente
Clasificación de los coloides alimentarios
Los sistemas coloidales son sistemas formados por dos fases inmiscibles entre sí. El
tamaño de las partículas varía entre 200 nm y 2 μm. Los sistemas coloidales constan del
90% de la alimentación hoy en día.
Los coloides son inestables termodinámicamente ya que contienen elevada cantidad
de energía que deben liberar.
Fase dispersa Fase continua Tipo de coloide Nomenclatura Ejemplos
Líquido Líquido Emulsión O/W W/O Leche, mayonesa, nata, all i oli
Sólido Líquido Sol (suspensión, dis-
persión), gel
S/L Purés, jaleas, mermeladas,
cremas, gomas
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Líquido Sólido Sol sólido L/S mantequilla, margarina
Sólido Gas Aerosol S/G Humo
Gas Sólido Espumas sólidas G/S Pan, helados
Las emulsiones de líquidos de diferentes densidades tienden a separarse. La emul-
sión consta de gotas de líquido de una densidad en otro líquido de densidad diferente.
Las gotas de líquido de densidad inferior tienden a flotar, lo que se conoce como cre-
mado. Las gotas formadas son todavía más grandes, y tienden a fusionarse por el proce-
so de agregación. Las gotas más grandes se fusionan entre sí, lo que se denomina coa-
lescencia. Al final, se produce separación en dos fases. Para establecer una emulsión,
hay que prevenir la fase de agregación y coalescencia.
Un emulgente es una molécula de carácter anfifílico
(carácter polar y apolar). Esta característica le permite situar-
se en la interfase entre agua y aceite. Hay diferentes sustan-
cias emulgentes:
Fosfolípidos
Proteínas – biopolímeros de aminoácidos que tienen ca-
racterísticas físico-químicas variables. La proteína suele
estar plegada pero puede desplegarse y situarse de otra
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forma en la interfase cuando se le aplique energía mecánica.
Un espesante ayuda a dar consistencia, evitando que haya separación por cremado
de las emulsiones. Da cuerpo, llenando espacios vacíos. Por ejemplo, a la mayonesa
Light se le añade espesantes. La estabilidad de las emulsiones depende de la interacción
entre gotas de lípidos, y el espesante evita esta interacción.
En un sistema estable, hay gotas dispersas; las fuerzas tienden a evitar o minimizar
el efecto.
Fuerzas de Van der Vaals. Determinan la energía de interacción.
2 2 2 2
2 2 2
2 4 2 4ln 1
6
Ah a a a aUa R
R R R
Ah: constante de Hamaker
a: diámetro entre gotas
R: distancia entre partículas
Fuerzas electrostáticas. Siempre va a haber electrolitos que proceden de algún in-
grediente (lo más utilizado es el cloruro sódico). Las moléculas se localizan en la
superficie del aceite y las… contrarrestan la carga formando una capa más difusa,
así formando una doble capa eléctrica, que al ser… evita que acerquen.
1
2 22
DkT
z e c
D: constante dieléctrica del medio
k: constante de Boltzman
T: temperatura absoluta
z: carga de los iones
e: carga electrónica
c: concentración de electrolitos
Efecto de macromoléculas.
o Proteínas. Polielectrolitos con grupos laterales de diferentes grados de solu-
bilidad; tienen tendencia a adherirse a la superficie. Dos tipos diferentes:
Absorbibles. Protegen las gotas de lípido disminuyendo la interacción
entre gotas formando una capa protectora. Sólo ocurre si hay cantidad
suficiente para llegar a recubrir bien el lípido.
No absorbibles. Se unen si no hay mucho recubrimiento.
o Polisacáridos. Tienen elevada concentración de grupos hidroxilo que tiende
a asociarse con el agua. Son altamente eficaces como espesantes. También
incrementan la viscosidad de la fase continua, y por tanto retardan el acer-
camiento entre las gotas.
Propiedades funcionales de los carbohidratos
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Propiedades funcionales de los glúcidos
Los glúcidos (azucares sencillos) son solubles y cristalizables. No se quiere que se
cristalicen. Por ejemplo, en el caso de la miel no se puede modificar la composición, y
hay que aceptar su cristalización. Si se mezclan azucares, baja la probabilidad de que se
cristalicen, ya que los cristales son puros. La miel tendría que tener el doble de fructosa
que de glucosa para no cristalizarse, por ejemplo.
La higroscopicidad es la capacidad para captar humedad del ambiente; los glúcidos
varían en su higroscopicidad – la fructosa es la más higroscópica, seguida por la gluco-
sa, la sacarosa y al final la lactosa. En la industria también se utilizan otros productos,
como el sorbitol y el manitol, que tienen elevada capacidad humectante.
Los glúcidos provocan disminución en la actividad de agua, y por tanto tienen fun-
ción conservadora. Proporcionan un sabor dulce, y se pueden fermentar.
Propiedades funcionales de los polisacáridos
Los polisacáridos sirven de espesantes (goma guar, de garrofin o xanthana) o de ge-
lificante (carragenatos, alginatos y pectinas) según su estructura – si es lineal o ramifi-
cada.
Espesantes Gelificantes
Estructura ramificada Estructura lineal
Actúa con el agua (no entre sí) Actúa entre ellos mismos
El almidón consta de dos compuestos: amilosa y amilopectina. En los cereales, hay
una…
Al mezclar harina y agua fría, se forma una suspensión. Si se sube la temperatura
(en la gráfica), el calor hace que se … propiedades las fuerzas de Van der Vals.
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El … es la temperatura de gelatinización. Después de subir la temperatura, dismi-
nuye la viscosidad. Enfriando, se la gelificación (se forma un gel). La sinéresis se a
cuando sale un poco de agua al retrogradarse la red interior del gel.
Los polisacáridos también se utilizan en la extrusión que es la creación de estructu-
ras a partir de dispersiones de almidón (por ejemplo los corn-flakes). La extrusión cons-
ta de preparar una dispersión de almidón y otos polisacáridos, que se mezcla en el inter-
ior de extrusionador por movimientos de un tornillo. A lo largo del contenedor se ca-
lienta el contenido (fuente externa de calor) y se empuja por la fuerza del tornillo. La
elevada temperatura y presión favorecen la interacción entre partículas. Al final el con-
tenido se empuja con fuerza por un pequeño orificio, y la masa se corta con un cuchillo.
Hay dos tipos de productos extrusionados: de alta densidad (como los cereales de
desayuno) y de baja densidad (como el arroz inflado). En el segundo tipo, el extrusiona-
dor está diseñado para que el vapor de agua volatilice al salir de extrusionador, inflando
el producto.
Otro producto fabricado por extrusionadores son las pastas instantáneas, mediante
un proceso que permite la gelatinización del almidón sin que se rompa su granulo. El
extrusionador sólo da forma en este caso. Al añadir agua caliente, el producto se humi-
difica.
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Propiedades funcionales de las proteínas
Las proteínas pueden actuar como emulsionantes (interfase aceite-agua) y espuman-
tes (interfase agua-aire).
Otra utilización de las proteínas es como gelificante. Para que la proteína pueda ser-
vir como gelificante, ha de sufrir desnaturalización parcial seguida por la agregación de
las partículas y su la gelificación del producto. Hay varias maneras de provocar la des-
naturalización de las proteínas y su gelificación:
Ajuste de pH. Ejemplo: yogur.
Hidrólisis enzimática. Se utilizan la tripsina y la pepsina, que actúan sobre la ca-
seína cuajándola. En la preparación de quesos se utiliza este método; se separa el
cuajo del suero, que se utiliza para producir otros quesos, como el requesón.
Calor. Coagulación de las proteínas.
Adición de elevada carga de electrolitos. Los electrolitos compiten con las proteí-
nas por el agua, lo que provoca la deshidratación superficial de la proteína y su
desnaturalización.
Las proteínas se utilizan en procesos de texturización, que es la generación de es-
tructura a partir de una dispersión de proteínas. Este proceso da textura parecida a carne
(sustitutivos de carne).
La capacidad de retención de agua de una proteína depende de su punto isoeléctrico.
Las proteínas alejadas de su punto isoeléctrico retienen agua, ya que no están plegadas
en su manera habitual. Cuando están en su punto isoeléctrico, se favorece la expulsión
de agua.
Propiedades funcionales de los lípidos
Los lípidos añadidos a alimentos incrementan la palatabilidad del producto. Tam-
bién son factores importantes en la determinación de la textura, en función del intervalo
de puntos de fusión: diferentes mezclas de grasas tienen diferentes intervalos de puntos
de fusión, lo que modifica su actitud en diferentes temperaturas. Las diferentes mezclas
también modifican la estabilidad del producto, como por ejemplo el chocolate, que debe
fundir en la boca pero no al tocar la mano. En bollería industrial suelen utilizar masas
plásticas, que son mezclas de grasas con un intervalo de puntos de fusión muy amplio,
para poder trabajar con la masa y conseguir la textura deseada.
Los triglicéridos pueden cristalizarse de 3 formas distintas (α, β y β’), que son las
formas polimórficas; cada forma polimórfica se caracteriza por diferente punto de fu-
sión, estructura cristalográfica distinta etc. La forma α tiene el punto de fusión más bajo,
y la forma β’ tiene la más elevada.
Hay triglicéridos que tienden a cristalizarse en una for-
ma u otra; también influye el tratamiento de la materia gra-
sa, que condiciona la formación de diferentes cristales. Los
cristales pueden pasar de una forma a otra, siempre y cuan-
do pasan de una forma menos estable a otra más estable.
Por ejemplo, la forma α presenta cristales pequeñitos,
producidos por un bajar muy rápido por debajo del punto de
fusión. Esta forma no es muy estable, y pasa rápidamente a una de las otras formas.
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Aditivos
Un adivito es cualquier sustancia que se añade intencionadamente a los alimentos y
bebidas sin el propósito de modificar su valor nutritivo y con la finalidad de mejorar sus
características, técnicas de elaboración o conservación y adaptación al uso al cual van
destinados. Los aditivos se diferencian de los auxiliares tecnológicos o coadyuvantes,
que son sustancias añadidas a los alimentos con acción transitoria, destinada a facilitar
un proceso tecnológico. No deben estar presentes en el alimento, o bien, sólo presenta-
res en trazas. Ejemplo: gas de expulsión para nata montada.
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Aditivos que mejoran las propiedades organolépticas
Edulcorantes
Los edulcorantes tienen sabor dulce
muy potente comparado con la sacarosa
(1), a veces llega a 500.
Sacarina
Aspartame
Acesulfame
Aromatizante y saborizantes
Extractos naturales aromáticos
Aromas destilados
Aromas sintéticos
Glutamato monosódico
Inosin-mononucleótido
Guanin-mononucleótido
Colorantes naturales
Clorofila
Carotenoides
Antocianos
Carmín
Colorantes sintéticos
Clorfilina cúprica (semi-sintética)
Carotenoides sintéticos
Rojo ponceau (azoico)
Tartazina (amarillo, azoico)
Eritrosina (rojo cereza, santeño)
Amarillo nº 6 (azoico)
Rojo nº 2 (amaranto, azoico)
Rojo 2G (rojo azulado, azoico)
Verde S (trifenilmetano)
Azul brillante (trifenilmetano)
Azul potente (trifenilmetano)
Acidulantes
Ácido fosfórico
Ácido cítrico
Ácido tartárico
Sales acidas
Aditivos que impiden o retrasan alteraciones de alimentos
Antioxidantes y quelantes
α-tocoferol
Palmitato de ascorbilo y análogos
Terbutil-hidroxi-anisol (BHA)
Diterbutil-4-metil-fenol (BHT)
Esteres del ácido gálico
Flavonoides
Citrato
Tártaros
Ácido TOG
Ácido glucónico
Antimicrobianos
Anhídrido sulfuroso y bisulfitos
Ácido benzoico
Ácido acético
Ácido propiónico
Ácido sórbico
Nitritos y nitratos
Antibióticos: nisina
Mejorantes de la textura de los alimentos
Espesantes y gelificantes
Alginatos
Carregenatos
Agar
Gomas de garrofín y de guar
Celulosas modificadas
Pectinas
Almidones
Gelatina
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Humectantes
Sorbitol
Xilitol
Isomalt
Antiaglomerantes
Silicatos de calcio, magnesio o aluminio
Fosfato cálcico
Esteratos de calcio y magnesio
Emulgentes
Lecitinas
Mono- y diglicéridos
Proteínas de leche
Glicéridos de hidroxiácidos
Ésteres de azucares
El agua en los alimentos
El agua en sus tres estados físicos es abundante en los alimentos. Es el componente
mayoritario de los seres vivos, y por tanto de los alimentos (60-70% en carnes, 80-95%
en verduras). El agua actúa como portadora de sustancias nutritivas y productos de des-
hecho, pero también es altamente reactiva (participa en muchas reacciones bioquímicas)
a la misma hora de actuar como medio de reacción.
La presencia de agua en los alimentos determina algunas de las propiedades del
alimento:
Susceptibilidad a la alteración. Más contenido de agua, más alteración.
Calidad
Diseño de procesos tecnológicos, en función de la capacidad de transición de calor
etc.
Costes económicos. Más contenido de agua, menos coste.
Características fisicoquímicas de agua y hielo
Punto de fusión: 0º a presión atmosférica
Punto de ebullición: 100º a presión atmosférica
Calor latente de fusión: 6.012 kJ/mol
Calor latente vaporización: 40.63 kJ/mol
Calor latente de sublimación: 50.91 kJ/mol
Las constantes físicas del agua sugieren que entre sus moléculas hay fuerzas de
atracción muy fuertes y que tiene estructura química poco común.
En la molécula de agua, el oxígeno forma dos enlaces covalentes con dos átomos de
hidrógeno. El ángulo formado entre los dos enlaces es de 104º. La distribución asimétri-
ca de cargas produce un dipolo eléctrico. La naturaleza polar de la molécula de agua
permite la formación de puentes de hidrógeno entre las diferentes moléculas, y a causa
de la ordenación tetraédrica modificada de la molécula, ésta tiende a establecer 4 enla-
ces de hidrogeno con 4 moléculas vecinas.
Estructura del hielo
En el estado sólido, cada molécula establece puentes de hidrógeno con 4 moléculas
vecinas, formando una estructura cristalina hexagonal. Es un sistema dinámico, porque
Tecnología de los Alimentos El Agua en los Alimentos
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los cristales no son perfectos y están en movimiento continuo – vibran unos 0.4 Å a
temperatura de -10º; hay que bajar la temperatura por debajo de -180º para fijar los áto-
mos de hidrógeno y conseguir un sistema estático. Al ser un sistema dinámico, el hielo
puede presentar actividad de ciertas reacciones bioquímicas, aunque son muy lentas.
Estructura del agua
A temperatura de 0º, se rompen el 15% de los puentes de hidrógeno preexistentes;
en el agua a 0º cada molécula está unida a 3-4 moléculas adyacentes. A 100º todavía
hay fuertes interacciones moleculares; los enlaces de hidrógeno no se disocian totalmen-
te hasta que el vapor de agua se caliente a 600º.
La vida media de los puentes de hidrógeno es de 10-10
a 10-11
segundos, y por tanto
las moléculas se organizan en agrupaciones fluctuantes. La velocidad en que se forman
y deshacen los puentes de hidrógeno en los sistemas acuosos supera la velocidad de
formación y destrucción de la mayoría de enlaces covalentes, lo que tiene ventaja bio-
lógica, porque los puentes de hidrógeno pueden participar en las reacciones bioquími-
cas.
Interacciones del agua con los solutos
Tipo Ejemplo Fuerza de interacción comparada con
interacción agua-agua
Dipol-ión Agua-ión libre
Agua-grupo cargado de molécula orgánica
Más fuerte
Dipol-dipol Agua-grupo amina
Agua-grupo carboxilo Agua-grupo hidroxilo
Similar
Hidratación hidrófoba Muy menor
Interacción hidrófoba No comparable
Interacción agua-ión o grupo iónico
Esta interacción restringe la movilidad del agua, ya que rompe su estructura normal.
Esta rotura depende de la relación carga-radio y de la intensidad del campo eléctrico que
crean los iones.
Iones pequeños y/o multivalentes, con campos eléctricos intensos son formadores
de estructura: Li+, Na
+, H3O
+, Ca2
+, Mg2
+, Al3
+, F
–, OH
–.
Iones grandes y monovalentes con campos eléctricos débiles rompen la estructura:
K+, NH3
+, Cl
–, Br
–, I
–, NO3
–, ClO4
–.
Los iones afectan la disponibilidad del agua hacia otros solutos y sustancias suspen-
didas en el medio. La cantidad de partículas en una unidad de volumen afecta las pro-
piedades colicuativas de la solución, que son la presión osmótica, punto de ebullición,
punto de congelación y presión de vapor; mayor cantidad de partículas en una unidad de
volumen incrementa la presión osmótica y el punto de ebullición, pero disminuye el
punto de congelación y la presión de vapor.
Interacción con grupos neutros formadores puentes de hidrógeno
El Agua en los Alimentos Tecnología de los Alimentos
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Los grupos neutros formadores de puentes de hidrógeno son los solutos hidrofílicos:
azucares, alcoholes simples, proteínas, aldehídos y cetonas. Esta interacción es de fuer-
za similar a las interacciones agua-agua. La primera capa puede tener o no movilidad
restringida comparada con el agua pura; en algunos casos se rompe la estructura típica
del agua. Los enlaces de hidrógeno pueden darse con varios grupos (amina, carboxilo,
hidroxilo etc.) y pueden establecerse puentes de agua, cuando una molécula de agua in-
teracciona con varios grupos de la misma macromolécula.
Interacción con sustancias no polares
Las sustancias apolares incluye los hidrocarburos, grupos apolares de ácidos grasos,
aminoácidos y proteínas.
Interacción hidrofóbica (HH)
Este tipo de interacción es termodinámicamente desfavorable. Se caracteriza por la
formación de hidrato aclarado, que es una estructura cristalina similar al hielo, que crea
una inclusión formada por puentes de hidrógeno en la primera capa de agua, lo que mi-
nimiza el contacto del agua con el grupo apolar. Se cree que se da con el agua adyacente
a los grupos hidrófobos de alcoholes, aminoácidos, ácidos grasos libres y proteínas.
Interacción hidrofóbica (HI)
Cuando hay dos o más grupos apolares, estos se asocian interaccionando entre sí y
minimizando el contacto con el medio acuoso. El paso de HH a HI es favorable termo-
dinámicamente. La HI es una de las fuerzas más importante a la hora que las proteínas
se pliegan.
Tipos de agua en los alimentos
Agua ligada
Diferentes definiciones propuestas:
Agua de movilidad restringida (por la interacción con otras moléculas)
Agua que no se congela a temperaturas superiores a -40º
Agua que no está disponible como solvente en caso de llegada de nuevos solutos a
la disolución
Agua que se mueve con las moléculas (por ejemplo en proceso de sedimentación)
Agua que se encuentra en las capas vecinas a los solutos y otros constituyentes no
acuosos
Conceptualmente, el agua ligada se puede definir como el agua que hay alrededor
de los solutos y otros constituyentes no acuosos y que tiene propiedades significativa-
mente diferentes de las que tendría el agua que no interaccione con ningún componente
del mismo sistema. Sólo una pequeña parte corresponde a agua ligada.
Capacidad de retención de agua (CRA)
La capacidad de retención de agua describe la habilidad de matrices de moléculas
(tejidos, geles), normalmente macromoléculas, de atrapar a grandes cantidades de agua;
incluye casi toda el agua de de los tejidos o los geles es agua retenida o atrapada física-
Tecnología de los Alimentos El Agua en los Alimentos
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mente, que se comporta como agua pura (no ligada a nada) durante el procesado de los
alimento. Características:
Se elimina fácilmente durante el secado
Se convierte fácilmente durante la congelación
Está disponible como solvente
Movilidad restringida, pero el movimiento de las moléculas consideradas indivi-
dualmente es comparable al de las moléculas de agua en una disolución salina di-
luida.
La disminución de CRA tiene un efecto profundo en la calidad de los alimentos,
como por ejemplo la sinéresis de los geles o el exudado de congelación.
Contenido en agua
El contenido de agua se puede expresar de dos formas distintas:
Sobre base húmeda, utilizado habitualmente en tablas de composición:
100g aguam
g muestra
Sobre base seca, utilizado frecuentemente en cálculos de procesos e isotermas de
sorción.
g aguaM
g muestra
El Agua en los Alimentos Tecnología de los Alimentos
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Actividad del agua (Aw)
La actividad del agua es un término desarrollado para medir la intensidad con la
cual el agua se asocia a los componentes no acuosos de los alimentos, o dicho de otra
manera, medir la disponibilidad del agua para las reacciones de alteración y crecimiento
microbiano.
La actividad del agua se define como la relación entre la presión de vapor del agua
de una solución o de un alimento (P) respecto a la presión de vapor de agua pura (P0) a
la misma temperatura:
0
w
Pa
P
La ley de Raoult dice que la disminución relativa de la presión de vapor de un líqui-
do al disolver un soluto en el solvente es igual a la fracción molar del solvente:
2
0 1 2
nP
P n n
P – presión de vapor de la solución
P0 – presión de vapor del agua pura
n1 – moles de soluto
n2 – moles de solvente
La actividad de agua oscila entre 0 y 1, y es adimensional.
La actividad de agua de un alimento tiende a equilibrarse con la humedad del am-
biente en que se encuentra, de manera que frecuentemente se expresa como la humedad
relativa en equilibrio (% HRE):
100w
HREa
Clasificación de los alimentos según la actividad del agua
Alimentos de humedad alta – más de 50% agua y aw de 0.9 a 0.999.
La mayoría de los alimentos frescos pueden ser considerados de humedad alta. Su
vida útil está condicionada por el crecimiento microbiano.
o Carne, pescado, productos lácteos, frutas, vegetales, bebidas.
Alimentos de humedad intermedia – 10-50% agua y aw de 0.6 a 0.9.
o Alimentos no procesados: frutos secos, granos de cereales.
o Alimentos procesados:
De consumo directo: carnes saladas y curadas, pescado salado, quesos,
mermeladas, alimentos de animales de compañía.
De consumo después de rehidratar: pasta rellena, leche condensada, so-
pas, salsas, concentrados de carne.
Consumo después de deshidratar: frutas deshidratados, pasteles de frutas.
Tecnología de los Alimentos El Agua en los Alimentos
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Alimentos de humedad baja – menos de 10% agua y aw inferior a 0.6. No hay pe-
ligro de deterioramiento microbiano, pero pueden sufrir deformaciones estructura-
les, cambios enzimáticos, escurrimiento, autooxidación.
Contenido en humedad y actividad de agua de algunos alimentos
Alimento Contenido en humedad
aw Grado de protección requerido Base húmeda (%) Base seca
Hielo (0º) 100 1.00 Envasar para prevenir
pérdida de agua Carne fresca 70 2.3 0.985
Pan 40 0.66 0.9
Hielo (-10º) 100 0.91
Mermelada 35 0.56 0.86
Hielo (-20º) 100 0.82
Harina 14.5 0.16 0.72 Protección mínima o innecesaria
Hielo (-50º) 100 0.62
Pasas 27 0.37 0.6
Pasta 10 0.11 0.45
Cacao en polvo 3 0.03 0.45 Envasar para prevenir
captación de agua Galletas 5 0.05 0.2
Leche en polvo 3.5 0.036 0.11
Patatas chips 1.5 0.015 0.08
Isotermas de sorción de agua
Las isotermas de sorción de agua son graficas que relacionan el contenido en agua
de un alimento con su actividad de agua, o dicho de otra manera, con la humedad relati-
va de la atmósfera que envuelve el alimento, una vez se ha establecido el equilibrio y a
una temperatura constante.
Ligeras variaciones en la humedad de un alimento con alto contenido en agua influ-
yen muy poco en su actividad de agua, mientras que las mismas variaciones en un ali-
mento de bajo contenido en agua influyen significativamente en su actividad de agua.
El Agua en los Alimentos Tecnología de los Alimentos
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Las isotermas de sorción tienen forma sigmoidea con pequeñas variaciones según la
estructura física del alimento y su composición química, la temperatura y su capacidad
de retención de agua.
Tipos de agua en los alimentos
Tecnología de los Alimentos El Agua en los Alimentos
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Zona A
Agua fuertemente ligada y con movilidad restringida – es la primera capa que en-
vuelve a los solutos
Agua de cristalización de azucares y sales
Agua de la capa monomolecular ligada a grupos polares mediante interacciones
agua-ión y agua-dipol (grupos amina y carboxilo de las proteínas, grupos hidroxi-
lo de azucares)
Esta agua es muy difícil de extraer; no es congelable por debajo de -40º y no está
disponible para actuar como solvente o reactivo. Es una cantidad muy pequeña del agua
total, y corresponde a la actividad de agua entre 0.2 y 0.3.
Zona B
Corresponde al agua de las siguientes capas de hidratación (aga de la multicapa) de
los constituyentes solubles (proteínas, sales, azucares). Interacciona con el agua de la
monocapa en o en lugares libres de los constituyentes no acuosos. También incluye el
agua retenida físicamente en las capilares pequeñas (inferiores a 1 μm de diámetro).
Esta agua es débilmente ligada, y su punto de congelación es inferior a -40º en la
mayoría de las veces; su capacidad solvente es reducida. Corresponde a la actividad de
agua entre 0.2-0.3 y 0.8.
Las zonas A y B incorporan juntas menos de 5% del contenido de agua de un ali-
mento de humedad elevada.
Zona C
Esta agua es la menos ligada y la más móvil; su punto de congelación está ligera-
mente disminuido respecto al agua pura. Corresponde al agua retenida físicamente entre
membranas y capilares de diámetro superior a 1 μm y en geles. El agua de la zona C se
elimina fácilmente y es responsable de la alteración de los alimentos, porque está dispo-
nible para el crecimiento microbiano y las reacciones químicas. Constituye la mayor
parte del agua en los tejidos frescos, y corresponde a las actividades de agua entre 0.88
y 0.999.
Adsorción
Cuando el alimento se sitúa en un ambiente con humedad relativa superior a la
humedad relativa del equilibrio del alimento, el alimento se fijará vapor de agua hasta
que llegue al equilibrio con el ambiente, absorberá agua.
Desorción
Si el alimento se sitúa en un ambiente con humedad relativa inferior a la humedad
relativa de equilibrio correspondiente a su contenido de agua, el alimento cederá agua
mediante el proceso de desorción.
El Agua en los Alimentos Tecnología de los Alimentos
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Histéresis
En general, para un mismo producto, la isoterma de adsorción no coincide con la
de desorción; en una misma actividad de agua (a temperatura constante), los alimentos
siempre tienen mayor contenido de agua durante la desorción que durante la adsorción.
La diferencia es de magnitud variable que depende de la composición del alimento,
cambios físicos que ocurren cuando se añade o se elimina agua, la cantidad de agua eli-
minada durante la desorción y la temperatura.
Hay dos razones que explican el fenómeno de la histéresis:
Durante la desorción, se pierde agua más o menos ligada, mientras que durante la
adsorción, el agua captada no tiene o tiene menos puntos de unirse, debido a las
interacciones de los constituyentes no acuosos entre ellos. Durante la desorción,
con el mismo contenido de agua, hay más agua libre en la adsorción que en la de-
sorción (actividad de agua superior en la adsorción).
El alimento retiene agua en las capilares. Durante la adsorción, el agua captada
tiene más dificultad para entrar allí (la presión de vapor requerida para penetrar el
alimento es mayor que la requerida para salir). Para un mismo contenido de agua,
en la adsorción hay más agua fuera de las capilares y en la desorción, hay más
agua en su interior.
Aplicación de las isotermas de sorción
Evaluar estabilidad
Prever y/o evitar la transferencia de humedad entre componentes
Estimar el tiempo máximo de almacenamiento de un producto en un envaso con
una permeabilidad al vapor de agua conocida
Mejorar los proceso de conservación basados en la reducción del contenido de en
agua: determinación del contenido de humedad óptimo
Tecnología de los Alimentos El Agua en los Alimentos
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Importancia de la actividad de agua en la alteración de alimentos
Margen aw Alteración Alimento
1.00-0.95 Se inhiben Pseudomonas, Escherichia, Bacillus, Clostridium perfringens y algunas levaduras.
Alimentos frescos altamente susceptibles de degeneración; alimentos con 40% de sacarosa o 7% de sal, salchichas
cocidas, pan.
0.95-0.91 Límite inferior para el crecimiento bacteriano (en general). Se
inhiben Salmonella, Vibrio, Clostridium botulinum, Lactoba-cillus, algunos hongos y levaduras.
Alimentos con 55% de sacarosa, 12% de sal, jamón curado,
queso semi-curado. Alimentos de humedad intermedia (aw entre 0.55 y 0.9).
0.91-0.87 Se inhiben la mayoría de levaduras Alimentos con 65% de sacarosa, 15% de sal, salami, queso curado, margarina.
0.87-0.8 Límite inferior para la mayoría de actividades enzimáticas y para el crecimiento de la mayoría de hongos
Harina, arroz (15-17% de agua) pasteles de frutas, leche condensada edulcorada.
0.8-0.75 Límite inferior para las bacterias halófilas Mazapán (15-17% de agua), mermeladas.
0.75-0.65 Límite inferior para el crecimiento de la mayoría de los hon-
gos xerófilos
0.65 Máxima velocidad de las reacciones Maillard Frutos secos, melazas.
0.65-0.6 Límite inferior para el crecimiento de levaduras osmófilas y
algunos hongos
Frutos secados (15-20% de agua), caramelos (8% de agua),
miel.
0.55 Se desordena el DNA. No hay proliferación bacteriana
0.5 Pasta (12% de agua), especias (10% de agua).
0.4 Velocidad de oxidación mínima Huevo en polvo (5% de agua)
0.3 Galletas (3-5% de agua)
0.25 Máxima resistencia al calor de las esporas bacterianas
0.2 Leche en polvo (2-3% de agua), vegetales deshidratados (5% de agua), corn-flakes (5% de agua).
Contaminación biótica
Introducción
La contaminación es un riesgo para la salud y deteriora el alimento. Se divide en
dos clases:
Contaminación abiótica. Contaminación proveniente del medio ambiente, medi-
camentos veterinarios y aditivos incorporados en los piensos de o bien de los pro-
cesos tecnológicos y tratamientos culinarios.
Contaminación biótica. Causada por microorganismos que pueden ser presentes
en los alimentos, multiplicarse en él o producir metabolitos.
Origen de la contaminación biótica
La contaminación biótica puede provenir de origen endógeno o exógeno.
Origen endógeno (contaminación primaria)
Patógenos
Bacterias y parásitos agentes de zoonosis presentes en el origen animal del ali-
mento. Ejemplos: tuberculosis, brucelosis, listeriosis, fiebre Q, carbúnculo, triqui-
nelosis, toxoplasmosis, giardiasis, cryptosporidiosis.
Hongos filamentosos productores de micotoxinas
Causantes de deterioramiento
Bacterias saprófitas
Contaminación Biótica Tecnología de los Alimentos
20
Agentes de enfermedades en animales y plantas
Origen exógeno (contaminación secundaria)
Hay varios orígenes de contaminación secundaria:
Ubiquitario. La contaminación se produce por contacto directo con los agentes
contaminantes. Ejemplos: Listeria, Pseudomonas, Vibrio cholerae, Clostridium,
protozoos.
Humano. La persona que elabora el alimento es responsable de la contaminación.
o Tracto gastrointestinal: enterobacterias, virus.
o Vías respiratorias: Staphylococcus.
Otros
Las principales fuentes de contaminación secundaria es agua no potable, manipula-
dores del alimento y contaminación cruzada (cuando el microorganismo pasa de un ali-
mento a otro); la contaminación cruzada puede ser directa (por contacto entre alimentos)
o indirecta (por un mediador, normalmente a través del manipulador).
Patógenos
o Bacterias
o Hongos filamentosos productores de micotoxinas
o Virus
o Parásitos
Causantes de deterioramiento
Indicadores de deficiencia de calidad higiénica
o De origen no fecal
o Origen fecal
Agentes de la contaminación biótica
Bacterias patógenas
o Infecciones. El patógeno se multiplica en el intestino. Salmonella, Campylo-
bacter, Y. enterocolitica, L. monocytogenes, E. coli.
o Intoxicaciones. El trastorno está causado por consumo de toxina en alimento.
S. aureus, C. botulinum, B. cereus (emético).
o Toxiinfecciones. Consumo de alimento con microorganismos y toxinas. C.
perfringens, B. cereus (diarreico), E. coli, Vibrio.
Enzimas. Pueden provocar alteraciones del alimento o servir en la obtención de
alimentos fermentados.
o Degradación de los hidratos de carbono
o Degradación de las proteínas
o Degradación de los lípidos
Tecnología de los Alimentos Contaminación Biótica
21
Enzima Efecto
Proteasas Formación de mucus
Carbohidrasas Emblandecimiento
Lipasas Liquefacción
Lipooxigenasas Separación de componentes
Lecitinazas Producción de gas
Desaminasas Producción de ácidos
Descarboxilasas Formación de aroma (favorable o desfavorable)
Toxinas. Intoxicaciones y toxiinfecciones bacterianas.
o Micotoxicosis. Factores que determinan el crecimiento de hongos filamento-
sos y la producción de micotoxinas. Depende de varios factores, que no ne-
cesariamente condicionan la presencia del microorganismo en el alimento:
Temperatura ambiental
Oxígeno y grado de aireamiento
Actividad de agua y humedad relativa ambiental
pH
Composición
Sustancias antimicrobianas
o Productos de la fermentación: ácidos orgánicos, peróxido de hidrógeno, eta-
nol.
o Bacteriocinas: nisina, lacticina y pediocinas.
Toxinas producidas por algas – se acumulan en los moluscos filtradores.
Parásitos.
o Origen:
Origen endógeno (del animal afectado)
Origen exógeno (por aguas contaminadas, condiciones inadecuadas de
manipulación o conservación).
o Inactivación de los parásitos
Por aplicación de calor (cocinado suficiente)
Por congelación. Tecnología obligatoria a en ciertos productos de pesca-
dería destinados a consumirse frescos; se congelan a -20º durante 24
horas (en estados unidos 7 días).
o Ejemplos: Anisakis, Cryptosporidium.
Virus. Las zoonosis víricas prácticamente no se transmiten por alimentos.
o Origen:
Origen endógeno (producto animal derivado de un animal infectado)
Origen exógeno (manipulación)
o Inactivación:
Calor, acidez, desecación, rayos x.
Contaminación Biótica Tecnología de los Alimentos
22
Agotamiento. La capacidad infectiva del virus va disminuyendo con el
tiempo.
o Ejemplos:
Virus entéricos
Hepatitis A. Es más resistente – para inactivarlo hay que aplicar trata-
miento térmico de 95º durante 90”.
Factores que afectan la supervivencia y el crecimiento mi-
crobianos
Las bacterias y hongos (tanto filamentosos como levaduras) se multiplican en los
alimentos y se utilizan para la elaboración de alimentos fermentantes, obtención de adi-
tivos o como probióticos (microorganismos con efecto beneficioso sobre la salud del
consumidor). En el procesado de los alimentos se puede inhibir, destruir o favorecer el
crecimiento de ciertos microorganismos.
Factores intrínsecos
Los factores intrínsecos son:
Componentes de los alimentos
Estructura del alimento
Actividad de agua
Potencial RedOx
pH
Tecnología de los Alimentos Contaminación Biótica
23
Componentes de los alimentos
Contenido en nutrientes
Fuente de energía – azucares sencillos, alcoholes y aminoácidos.
Fuente de nitrógeno – aminoácidos, nucleótidos, péptidos y proteínas.
Vitaminas y factores de crecimiento asociados – vitaminas del grupo B.
Minerales
Los diferentes microorganismos tienen diferentes requisitos nutricionales. Ordena-
dos de mayor necesidad de nutrientes a menor:
Bacterias Gram positivas
Bacterias Gram negativas
Levaduras
Hongos filamentosos
Sustancias antimicrobianas
La presencia de sustancias antimicrobianas en el alimento condiciona el crecimiento
y supervivencia microbiana. Las sustancias antimicrobianas pueden ser naturales (de
origen animal, vegetal y microbiano) o sintéticas.
Alimentos de origen vegetal
Ácidos orgánicos – ácido cítrico
Aceites esenciales – canela, cebolla,
ajo
Fitoaleuxinas – se producen en res-
puesta a agresión
Fenoles, pigmentos y compuestos re-
lacionados
Alimentos de origen animal
Transferrinas – moléculas que quelan
el hierro
Adivina – liga la biotina del huevo
Sistema lactoperoxidasa
Lisozima – enzima en secreciones y
huevo. Lisa la pared de las bacterias
Gram positivas.
Estructura del alimento
Diferentes estructuras del alimento sirven de barreras naturales contra los microor-
ganismos:
Cubiertas y piel de frutas
Testa de las semillas
Cáscara del huevo
Cáscara de los crustáceos
Valvas de los moluscos
Fascias musculares – pocos microorganismos tienen las enzimas necesarias para
romper el tejido conjuntivo.
Actividad de agua
La actividad de agua limita la capacidad de los microorganismos de supervivencia y
crecimiento.
Contaminación Biótica Tecnología de los Alimentos
24
Microorganismo Actividad de agua mínima
Bacterias Gram negativas 0.95
Bacterias Gram positivas 0.9-0.91
Levaduras 0.83
Bacterias halófilas 0.75-0.8
Hongos filamentosos 0.74-0.75
Hongos filamentosos xerófilos 0.65-0.75
Levaduras osmófilas 0.6-0.65
Potencial RedOx
El potencial RedOx determina la facilidad con la cual un sustrato pierde o gana
electrones (se oxida o se reduce); depende de la composición en agentes reductores y
oxidantes y de la presencia de oxígeno en el alimento.
Agentes reductores
Ácido ascórbico
Azucares reductores
Grupos –SH de proteínas
Agentes oxidantes
Oxígeno molecular
Nitratos, nitritos, óxido nítrico, sul-
fato, dióxido de carbono
Compuestos orgánicos – piruvato
El oxígeno determina las rutas metabólicas específicas para generar energía y el
crecimiento de los microorganismos.
Efecto de del oxígeno atmosférico (0-21%) sobre la velocidad de crecimiento de los
microorganismos:
1. Anaerobios
2. Microaerófilos
3. Aerobios
4. Anaerobios facultativos
pH
Intervalos de pH para el crecimiento de los microorganismos:
pH Mínimo Óptimo Máximo
Bacterias 4.5 6.5-7.5 9.0
Hongos filamentosos 1.5-3.5 4.5-6.8 8.0-11.0
Tecnología de los Alimentos Contaminación Biótica
25
Levaduras 1.5-3.5 4.0-6.5 8.0-8.5
Los hongos filamentosos pueden aguantar pH alcalino porque provocan hidrólisis
de proteínas, lo que incrementa el pH del medio.
Hay una excepción en el grupo de las bacterias – hay unas cepas de Salmonella que
pueden crecer pH de 4.1 siempre y cuando las demás condiciones son óptimas.
pH de algunos alimentos:
Clara de huevo 7.6-9.5 Pan 5.0-6.0
Leche 6.7 Embutidos 4.4-5.6
Yema de huevo 6.0-6.3 Zumo de tomate 3.9-4.7
Cebolla 5.3-5.6 Melocotón 3.7-4.2
Carne de cerdo, ternera 5.3-6.2 Naranja 2.8-4.0
Factores extrínsecos
5. Temperatura
6. Humedad relativa
7. Composición gaseosa de la atmósfera
8. Factores de proceso
Temperatura
Clasificación de los microorganismos según su temperatura óptima e intervalos de
crecimiento:
Temperatura Mínima Óptima Máxima
Termófilos 45º 55º 70º
Mesófilos 10º 35º 45º
Psicrófilos -5º 15º 20º
Psicrótrofos – bacterias que crecen a temperaturas de refrigeración (0-5 grados)
aunque no es su temperatura óptima. Bacterias alteradoras (Pseudomonas, bacte-
rias del ácido láctico) y patógenos (Listeria, Clostridium botulinum); algunas ce-
pas de Salmonella pueden multiplicarse a 6º si todas las demás condiciones son
óptimas.
Termodúricos – resisten las temperaturas de pasterización
Efecto de la temperatura sobre el crecimiento de los microorganismos:
Contaminación Biótica Tecnología de los Alimentos
26
Humedad relativa
La actividad de agua se equilibra con la humedad relativa de la atmósfera. Oscila-
ciones de la temperatura en alimentos refrigerados provocan la condensación de vapor
de agua en superficie, lo que puede implicar subida en la actividad de agua en superficie
y la activación de microorganismos inactivados; importante en huevos (por eso no se
venden refrigerados). La cadena de frío puede romperse en el transporte al punto de
venta, en el mismo punto de venta o durante el transporte del punto de venta hacia el
consumidor.
Composición gaseosa de la atmósfera
Oxígeno – necesario para el crecimiento de microorganismos aerobios. Su ausen-
cia favorece los microaerófilos y anaerobios.
Dióxido de carbono – efecto bacteriostático y fungistático a partir del 10%.
Nitrógeno – desplaza el oxígeno. Sirve para evitar oxidación en frutos secos, pata-
tas chips etc.
Ozono. Efecto bacteriostático y fungistático, pero activa la oxidación lipídica.
Normalmente se utilizan mezclas de gases para diferentes alimentos; la carne, por
ejemplo, se envasa con dióxido de carbono (efecto bacteriostático y fungistático) pero
con oxígeno (para producir un color rojizo-vivo).
Factores de proceso
Tratamientos que facilitan el contacto microorganismo-alimento
Adición de conservantes
Adición de microorganismos fermentadores
Contaminación procedente del amiente de procesamiento
Otras tecnologías que persiguen la inactivación microbiana.
Interacciones entre microorganismos
Interferencia microbiana general
Tecnología de los Alimentos Contaminación Biótica
27
Hay diferentes mecanismos de interferencia, que dependen mayoritariamente de las
diferencias en la velocidad del crecimiento de diferentes poblaciones.
Competición por nutrientes. Pseudomonas cala hierro – puede crecer en ambien-
tes pobres en hierro.
Competición por lugares de adhesión.
Alteración desfavorable del ambiente.
Combinación de los anteriores
La población inhibidora es mixta – inhibe otras poblaciones por diferencias numéri-
cas.
Antagonismo láctico
Bacterias del ácido láctico añadidas al alimento se multiplican y producen ácido
láctico y sustancias antimicrobianas.
Interferencia microbiana general (competición por nutrientes y lugares de ad-
hesión).
Sustancias antimicrobianas
o Productos de fermentación. Glucosa, fructosa y lactosa se transforman en
ácido pirúvico en la glicólisis. A partir del piruvato se obtienen:
Ácidos orgánicos.
Acción directa – ácido láctico y ácido propiónico. Alteran la pared y
membrana celular, lo que afecta la viabilidad celular. También in-
terfieren con enzimas metabólicas y síntesis proteica.
Acción indirecta. Ácido acético. Disminución del pH.
Peróxido de hidrógeno – veneno metabólico para microorganismos cata-
lasa negativos.
Etanol
o Bacteriocinas
Nisina (Lactococcus lactis)
Lacticina (Lactococcus lactis)
Pediocinas (Pediococcus acidilactis)
Metabiosis
El crecimiento de una población favorece el crecimiento de otra. Por ejemplo, bac-
terias Gram positivas no pueden sintetizar vitamina B; el crecimiento de microorganis-
mos que producen las vitaminas (como las levaduras), favorece el crecimiento de las
bacterias Gram positivas.
Tecnologías de conservación de los alimentos
Método Factores
Contaminación Biótica Tecnología de los Alimentos
28
Restricción del acceso
Envasado Barrera física
Inactivación
Pasterización y esterilización Temperatura alta
Incorporación de aditivos Sustancias antimicrobianas
Irradiación, altas presiones, pulsos eléctricos Factores de proceso
Inhibición del crecimiento
Refrigeración y congelación Temperatura baja
Secado, salado, confitado Reducir la actividad de agua
Incorporación de aditivos Sustancias antimicrobianas
Acidificación Reducir el pH
Fermentación Interacción entre microorganismos
Envasado al vacío y en atmósfera modificada Eh, CO2
Teoría de los obstáculos o combinación de factores
Esta teoría propone la utilización de los factores que limitan el crecimiento micro-
biano de manera combinada, lo que permite utilizarlos con menor intensidad de la que
se requeriría si se utilizaran individualmente – mínima modificación de las característi-
cas iniciales del alimento.
Por ejemplo, en la producción de yogur se aplica tratamiento térmico (pasteriza-
ción), integración de microorganismos y refrigeración. La combinación de estos trata-
mientos implica que ninguno debe ser extremo (no hace falta esterilizar la leche, sino
que eliminar sólo los patógenos porque luego se añaden bacterias que modifican el pH y
ayudan conservar el producto).
Tecnología de los Alimentos Deterioro Abiótico
Deterioro no Enzimático
29
Deterioro Abiótico
Deterioro no Enzimático
El deterioro no enzimático incluye varios tipos de reacciones:
Pardeamiento no enzimático
o Caramelización de azucares
o Reacciones de Maillard, Strecker – entre grupos amino y carbonilo
Degradación de los lípidos
Degradación de los pigmentos
Pardeamiento no enzimático
Caramelización de los azúcares
Durante el calentamiento de los azucares en presencia de poco agua (o sin ella), se
forman heterociclos aromáticos de elevada reactividad, que dan aroma y coloración al
caramelo cuando polimerizan. El proceso de caramelización es beneficioso siempre y
cuando se obtiene de forma regulada. El pH es un factor importante que determina el
tipo de producto que se obtiene. Cuando se produce de forma no controlada, el producto
presenta aromas y sabores desagradables a humo y a quemado.
Reacciones de Maillard
Las reacciones de Maillard se producen durante los tratamientos térmicos, ya que
su energía de activación es elevada. Fundamentalmente se dan entre azucares reductores
(grupos carbonilo – aldehídos y cetonas) y los grupo amino de proteínas y aminoácidos;
también pueden darse con otros compuestos con grupos carbonilo, como el ácido ascór-
bico (que se encuentra en equilibrio con el ácido dehidroascórbico) y aromas naturales.
Las reacciones de Maillard incluyen reacciones múltiples y complejas que varían en
los diferentes alimentos, ya que dependen de muchos factores, como el pH etc.
Durante las reacciones de Maillard se forman compuestos bicarbonílicos, que son
altamente reactivos. Dependiendo del entorno, pueden formar diferentes productos:
1. Escisión. Rotura en diferentes moléculas más pequeñas, volátiles y aromáticas,
que se encuentran en alimentos de forma natural.
2. En función del pH se forman compuestos aromáticos que pueden polimerizarse
formando melanoidinas, que son compuestos aromáticos de color pardo (depen-
de de la intensidad del tratamiento térmico).
3. En alimentos abundantes en aminoácidos se puede producir aldehídos y otros
compuestos carbonílicos, que también presentan características aromáticas.
Deterioro Abiótico
Deterioro no Enzimático
Tecnología de los Alimentos
30
Las reacciones de Maillard son deseadas en ciertos productos, como el pan, el ca-
cao, frutos secos, café; en otros productos, sobretodo básicos, son reacciones no desea-
das, porque reducen el valor nutritivo – en leche, huevos etc.
Leche. Rica en proteínas y azúcares (lactosa). El pH óptimo es cercan a neutrali-
dad – 6.5; la leche tiene el pH óptimo para producir estas reacciones. Tratamientos
térmicos
o Pasterizada
o UHT – poco tiempo a temperatura muy elevada
o Esterilizada – 121º durante 30’
Zumos. Ricos en ácido ascórbico. Los tratamientos térmicos provocan reacciones
de pardeamiento:
o Concentración (tratamiento térmico que elimina agua)
o Reconstitución y tratamiento térmico
Tecnología de los Alimentos Deterioro Abiótico
Deterioro no Enzimático
31
El huevo utilizado en la industria siempre esta pasterizado (temperatura elevada
pero poco tiempo para que no coagulen las proteínas) o bien deshidratada.
Factores que influyen el pardeamiento no enzimático
Naturaleza de los azúcares. Las pentosas son más reactivas que las hexosas.
Sólo reaccionan los que tienen el grupo carbonilo libre, por tanto la sacarosa no
puede reaccionar; sin embargo, en pH ácido se da la hidrólisis de la sacarosa en
glucosa y fructosa, que sí que son capaces de reaccionar.
Temperatura. Es el factor limitante. Controlando la temperatura se puede reducir
considerablemente el pardeamiento no enzimático.
pH. Se produce a cualquier pH pero el óptimo es entre 6.5 y 7.
Actividad de agua. Influye la velocidad de la reacción; la óptima es 0.7. A acti-
vidad de agua elevada, se reduce la velocidad de reacción porque el agua diluye
los reactivos; a actividad de agua baja, el agua no es disponible para las reacciones
químicas.
Prevención del pardeamiento no enzimático
Eliminación de sustrato (azúcar/proteína). Se hace poco. Únicamente en los
huevos – desacarificación oxidativa de la glucosa a ácido glucónico mediante la
glucosa oxidasa. El glucónico no tiene carácter reductor.
Control de la temperatura y humedad.
Agentes inhibidores. No muy habitual. Derivados del ácido sulfuroso: SO2 (gas),
HSO3– (bisulfito) y SO3
–2 (sulfito). Reaccionan con intermediarios de las reaccio-
nes de Maillard dando sulfonatos estables
o Enlaces cruzados. Disminuyen la digestibilidad, valor nutritivo, modifican la
textura.
o Anhídrido sulfuroso. Da olor malo (huevos podridos o aroma de leche que-
mada).
o Lípidos oxidados. Disminuye el valor nutritivo, modifica la textura.
Modificaciones no enzimáticas de los carbohidratos
Deterioro Abiótico
Deterioro no Enzimático
Tecnología de los Alimentos
32
Tecnología de los Alimentos Deterioro Abiótico
Deterioro no Enzimático
33
Modificaciones no enzimáticas de las proteínas
Autooxidación lipídica
La autooxidación lipídica ocurre sobre los ácidos grasos insaturados a través de ra-
dicales y catalizada por la luz, oxígeno, metales y calor (cualquier de los agentes o al-
gunos en conjunto) de forma directa o indirecta.
El carbono contiguo al doble enlace es muy débil, y pierde su hidrógeno muy fácil-
mente dando lugar a un radical que puede evolucionar de formas diferentes, como reac-
cionar con el oxígeno dando lugar a hidroperóxidos. Los hidroperóxidos son muy lábi-
les – se rompen fácilmente dando dos radicales.
Los radicales libres atacan fácilmente a otros dobles enlaces, así propagando la oxi-
dación. Cuando hay elevada concentración de radicales, los radicales empiezan neutrali-
zarse dando moléculas nuevas que en general son responsables del aroma a rancio (al-
Deterioro Abiótico
Deterioro no Enzimático
Tecnología de los Alimentos
34
dehídos, cetonas, alcoholes, epóxidos, furanos y polímeros). Esta reacción es indeseable
y produce sustancias tóxicas, por tanto se evita al máximo. La formación de peróxidos
es la reacción más indeseable, porque no huelen (sólo los productos finales huelen mal);
por tanto, cuando se analiza un alimento, es interesante analizar también los peróxidos y
los productos finales.
El deterioro puede producirse en cualquier alimento que contenga ácidos grasos in-
saturados; sin embargo, hay alimentos más susceptibles, mientras que en otros esta re-
acción es menos frecuente.
Factores que afectan la oxidación
Composición y estado de dispersión de los lípidos. Protección de agentes cataliza-
dores como luz; emulsión con proteínas protege los lípidos envueltos por proteína.
Grado de disociación de los triglicéridos. Cuantos más ácidos grasos libres haya
en el alimento, más susceptible es a la oxidación.
Presión parcial de oxígeno; cuanto más elevada, más oxidación.
Temperatura. No desencadena la oxidación directamente. La congelación no ga-
rantiza que no haya oxidación lipídica.
Actividad de agua. A baja actividad de agua, se produce más oxidación de lípidos
(congelación reduce la actividad de agua); también a actividad de agua intermedia
se da un pico en la velocidad de oxidación lipídica. La fase lipídica es suficiente
para propagar la reacción; no hace falta movilidad (actividad de agua baja); otros
reactivos disueltos en agua pueden a atacar a las sustancias lipídicas (actividad de
agua intermedia). En la zona de la capa molecular de agua (0.2-0.3), el agua impi-
de las reacciones no deseables (mínimo de oxidación).
Tecnología de los Alimentos Deterioro Abiótico
Deterioro no Enzimático
35
Oxidación competitiva. Adición de sustancias susceptibles a oxidarse – antioxi-
dantes:
o Ácido ascórbico
o Tioles
En concentraciones bajas actúan como prooxidantes (si hay poco, pueden reducir
el oxígeno a O2–, que puede atacar a los ácidos grasos), mientras que en concen-
traciones elevadas actúan de antioxidantes, ya que se oxidan más fácilmente que
los ácidos grasos – los protegen de la oxidación.
Control de la oxidación
Evitar contacto con catalizadores: luz, temperatura, metales y oxígeno.
o Envasar al vacío
o Envasar en atmósfera protectora
o Controlar el tratamiento térmico
o Utilizar antioxidantes. Se suele utilizar mezclas. Hay diferentes tipos:
Ácidos do origen alimentario
De tipo fenólico (BHA, BHT, tocoferol). La presencia del anillo aromá-
tico permite la formación de un radical estable (tiene resonancia de elec-
trones). No evitan la oxidación sino que la retardan.
Deterioro Abiótico
Deterioro no Enzimático
Tecnología de los Alimentos
36
Modificaciones de los lípidos
La autooxidación afecta a otras moléculas con enlaces dobles, como las vitaminas
liposolubles y pigmentos. Es la reacción más limitante de la industria alimentaria. Otra
alteración importante es la disociación de ácidos grasos (en medio ácido y con tempera-
tura alta), lo produce acidez.
La fritura (temperaturas altas) modifica los aceites por la elevada temperatura y el
contacto con oxígeno y otros sustratos:
Pirolisis
Autooxidación
Hidrólisis
Se forman polímeros que tienen viscosidad elevada, y modifican el olor, el color y
el sabor del aceite.
Tecnología de los Alimentos Deterioro Abiótico
Deterioro no Enzimático
37
Degradación de pigmentos
Los pigmentos son de orígenes diferentes. Los más importantes son la clorofila, los
carotenos y las xantofilas (de origen vegetal) y la mioglobina (de origen animal). Los
carotenos, que proporcionan color amarillo-rojo tienen estructura parecida a ácido graso
de cadena larga con muchas instauraciones, y por tanto sus alteraciones son parecidas a
los procesos de autooxidación.
Alteraciones de la mioglobina
La mioglobina tiene estructura compleja: está
formada por 4 anillos pirrólicos (porfirina) y el hierro
que se une a una proteína globular.
En la carne fresca, la mioglobina puede estar en
una de tres formas:
Mioglobina. Da color rojo púrpura.
Metamioglobina. Cuando la presión de oxígeno
es baja, el hierro se oxida a Fe+3
, dando la metamioglobina. Tiene color rojo par-
do. Es un proceso reversible en función de la presión de oxígeno.
Oximioglobina. Cuando la presión de oxígeno es elevada, se da la oxigenación de
la mioglobina dando oximioglobina, que tiene una coloración roja-viva.
En la carne curada se añaden sal y nitritos. Los nitritos protegen del crecimiento de
Clostridium botulinum, pero también proporcionan coloración atractivo – el rojo cura-
do, cuando los nitritos se asocian con la mioglobina dando nitrosilmioglobina. Los io-
nes de nitrato y nitrito se asocian a la metamioglobina, produciendo sustancias reducto-
ras (en función de la sal). Las sustancias reductoras se transforman el la nitrosilmioglo-
bina, responsable del color granate de los embutidos. Si la carne se cocina antes de la
curación, se forma nitrosilhemocromo, que es responsable del color rosa cocido típico
de los embutidos cocidos.
Alteraciones de la clorofila
La clorofila es parecida a la mioglobina –
tiene 4 anillos pirrólicos con un ión de magne-
sio en vez de hierro, y un grupo fitol unido a
la molécula por fuera del anillo de porfirina.
Los vegetales tienen pH ligeramente ácido
o neutro. Su utilización como alimento nor-
malmente implica cocción. La temperatura
alta junto con el pH ácido produce modifica-
ciones en la clorofila.
Las modificaciones más frecuentes de la
clorofila es la producción de feofitinas y fe-
ofórbidos. El proceso general se denomina
feofitización (degradación global de la clorofi-
la). A más tiempo de cocción, más degradación de clorofila. La cocción provoca la libe-
ración el magnesio de la clorofila, y luego se rompe el esqueleto tetrapirrólico. También
se puede dar degradación enzimática de la clorofila:
Deterioro Abiótico
Deterioro no Enzimático
Tecnología de los Alimentos
38
La lipooxigenasa actúa dando lugar a oxidación de la clorofila (a través de radica-
les), y por tanto la pérdida del color verde.
La clorofilasa actúa rompiendo el enlace del fitol y no modifica la resonancia de
electrones en el anillo, lo que da color verde más vivo. A la hora de cocinar el ve-
getal, se seguirá el proceso de pérdida de color.
Deterioro Enzimático
Los alimentos no procesados contienen enzimas de forma natural (provenientes del
vegetal/animal o de enzimas bacterianas). La degradación enzimática puede ser favora-
ble o desfavorable en función de la reacción catalizada y su control. Las enzimas, al ser
proteínas sensibles a calor, se pueden desactivar mediante tratamientos térmicos, lo que
facilita el control de su actividad.
Degradación de proteínas y sustancias nitrogenadas
Las proteasas son de diferentes orígenes; son peptidasas de origen exógeno o bien
endógeno. Las proteasas rompen las proteínas en péptidos, y éstos en aminoácidos.
Ejemplos:
Renina. Muy específica para las proteínas de la leche. Provoca la coagulación de
éstas; se utiliza en la industria para la formación de cuajadas.
Papaína. Rompe los enlaces del colágeno, emblandeciendo la carne.
Proteasas para la clarificación de la cerveza.
Las descarboxilasas son enzimas de origen microbiano que producen la descarboxi-
lación de aminoácidos (mayoritariamente), de péptidos y de proteínas, dando aminas
biógenas como la histamina, la tirosina etc. Este proceso suele suceder después de la
proteólisis producida por las proteasas.
Las desaminasas son también enzimas de origen microbiano. Son responsables de
la desaminación de aminoácidos dando lugar a productos de putrefacción de carnes y
pescados. Este proceso suele ocurrir después de la descarboxilación.
Controlando el contenido de agua en los alimentos durante su proceso de madura-
ción, se puede evitar la producción de olores a putrefacción. La evaporación de agua
consigue crecimiento bacteriano controlado, por la competicion entre microorganismos;
si hay mucho agua disponible, se da crecimiento rápido, que da la putrefacción (olores a
putrefacto – desaminación y descarboxilación).
Degradación de los carbohidratos
Las amilasas son las enzimas con actividad selectiva sobre el almidón; hay varios
tipos de amilasas, que rompen el almidón en diferentes productos:
α-amilasa. Rompe enlaces α1-4, dando glucosa.
β-amilasa. Rompe el almidón de dos en dos, dando maltosa.
Glucoamilasa. Rompe los enlaces α1-6.
Las amilasas sirven en la elaboración de cerveza y algunas bebidas alcohólicas, en
la elaboración de pan y de jarabes de glucosa (se obtienen a partir de almidón aplicando
diferentes enzimas; en función de la enzima utilizada se obtiene un tipo u otro de jara-
Tecnología de los Alimentos Deterioro Abiótico
Deterioro Enzimático
39
be). En la elaboración de pan, las enzimas utilizadas son secretadas por las levaduras, y
actúan sobre el almidón dando glucosa y maltosa, que fermenta produciendo gas; para
parar esta fermentación, se aplica tratamiento térmico que rompe las enzimas – la coc-
ción al horno.
La invertasa es la enzima responsable de la hidrólisis de la sacarosa. Se denomina
invertasa porque transforma la solución de sacarosa, que es dextrógira, a solución de
glucosa y fructosa, que es levógira. Esta enzima está presente en la miel, lo que mejora
sus características reduciendo la cristalización.
Las pectinasas son enzimas que catalizan la hidrólisis de ácidos pécticos en frutos y
sus derivados. Las pectinas son polisacáridos de la pared celular y pulpa de frutas, y es
responsable de su textura. Las enzimas tienen papel importante durante la maduración,
porque modifican la textura de la fruta. En la industria sirven para establecer la turbidez
de zumos – aclarar los zumos de frutas que se comercializan clarificados (manzana y
uva); en los zumos que no se venden clarificados, hay que desactivar estas enzimas para
prevenir la clarificación no deseada.
Degradación de los lípidos
Las lipasas son las enzimas que hidrolizan los triglicéridos liberando ácidos grasos.
Pueden ser de origen endógeno o bien microbiano. Las lipasas incrementan y favorecen
la autooxidación; también proporcionan sabor desagradable. Importante en leche, y en
aceites vegetales (sobretodo de oliva), ya que determinan el grado de acidez del aceite.
Las lipoxidasas son de origen endógeno. Catalizan la oxidación de ácidos grasos in-
saturados y pigmentos, por un mecanismo semejante a la oxidación química. Son abun-
dantes en la soja.
Pardeamiento enzimático
El pardeamiento enzimático es un proceso desfavorable pero no implica peligro
alimentario; es específico de los vegetales, y se produce a consecuencia del daño celu-
lar. Se da de forma natural en el tabaco, cacao y dátiles (en los últimos se provoca la
rotura de células y el pardeamiento).
El pardeamiento enzimático se debe a la producción de melaninas (pigmentos par-
dos) en tejidos vegetales por acción de la polifenoloxidasa (PPO) que es una proteína
con un grupo prostético de cobre. Sus sustratos son compuestos polifenólicos, flavonoi-
des, flavonoles, flavononas y taninos. La reacción es de oxidación-reducción; el oxígeno
es el aceptor de protones, y a consecuencia se produce la polimerización a melaninas
pardas. Esta reacción se da en todos los vegetales, algunos más que otros; depende del
pH, el óptimo siendo 6-6.5. Por ejemplo, las manzanas acidas sufren menos pardea-
miento por su pH ácido (no óptimo), mientras que otras manzanas, menos acidas sufren
más pardeamiento; el membrillo es muy susceptible al pardeamiento enzimático (tiene
muchos taninos).
Prevención del pardeamiento enzimático:
Tratamiento térmico (escalado) – en productos congelados.
Agentes reductor (ácido ascórbico) – limón.
Inmersión en agua – método casero que evita el contacto del vegetal con el oxíge-
no.
Deterioro Abiótico
Deterioro Enzimático
Tecnología de los Alimentos
40
Derivados del anhídrido sulfuroso (sulfitos y bisulfitos) – agentes reductores.
Ajuste a pH ácido – limón.
Operaciones Unitarias
Proceso o procedimiento es toda actividad industrial encaminada a modificar las
propiedades o características de un material (materia prima) a fin de obtener un produc-
to que tenga mayor aceptación en el mercado y/o que presente mayores facilidades de
almacenamiento y/o transporte.
Los procesos son esquematizados en diagramas de flujo, que representan las opera-
ciones que se les aplican durante el proceso: a la materia prima se le aplican energía y se
le añade material auxiliar; en este proceso se forman subproductos y residuos. Al final,
se obtiene el material procesado, o producto.
Operación Básica o Unitaria
Cada una de las etapas ordenadas en las que se subdivide todo proceso industrial
conducido a cualquier escala. Comportan la modificación de la materia en cualquiera de
sus características: físicas, químicas o microbiológicas.
Etapa Característica a modificar Operación básica
Física
Temperatura Refrigeración
Brillantez Filtración devastadora
Presión Compresión o expansión
Viscosidad Calentamiento
Qu
ímica
Cationes Intercambio iónico
Brillantez Tratamiento enzimático
Coagulación Adición de sales minerales
Sabor, color y olor Calentamiento (reacciones de Maillard)
Eliminación de acidez Neutralización, saponificación
Bio
qu
ímica
Producción de gases Digestión anaerobia
Producción de alcohol Fermentación alcohólica
Producción de ácido láctico Fermentación láctica
Fenómenos de transporte
Siempre que un sistema no se encuentra en un estado de equilibrio tiende a evolu-
cionarse hacia él. Durante dicha evolución, se pone en manifiesto la transferencia de 1,
Tecnología de los Alimentos Operaciones Unitarias
41
2 o 3 propiedades: materia, energía y cantidad de movimiento. La transferencia y las
leyes que la rigen proporcionan un específico, identificable y predecible efecto sobre un
alimento o materia. Puede haber transferencia de una única propiedad o combinarse más
de una. Las operaciones unitarias se pueden clasificarse según la propiedad más condi-
cionante que se transfiere. Ejemplos:
Transporte de cantidad de movimiento
o Circulación de fluidos por conducciones
o Filtración
o Sedimentación
o Clasificación hidráulica o neumática
o Circulación de fluidos a través de lechos porosos
Transporte de energía (calor)
o Intercambio de calo sin cambio de estado
o Evaporación
o Condensación
o Congelación
Operaciones Unitarias Tecnología de los Alimentos
42
Transporte de materia
o Absorción-desabsorción
o Extracción líquido-líquido
o Extracción sólido-líquido
o Adsorción-desadsorción
o Rectificación (destilación)
Transporte de calor y materia
o Humidificación-deshumidificación
o Secado
o Liofilización
o Cristalización
Clasificación de los Procesos
Los procesos pueden estudiarse independizando cada una de las operaciones, o bien
estudiando el proceso global.
Independizando las operaciones básicas
o Régimen estacionario. Todas las propiedades (físicas, químicas y micro-
biológicas) del sistema en cualquier punto de la instalación permanecen
constantes e invariables a lo largo del tiempo, pudiendo ser distintas de unos
puntos a otros. ejemplo: intercambiador de calor de tubos concéntricos.
o Régimen no estacionario. Las propiedades del sistema en un mismo punto
varían durante el tiempo del proceso. Ejemplo: calentamiento en tanque.
Proceso global
o Proceso continuo. Todas las etapas se realizan simultáneamente sin interrup-
ción entre ellas. Continuamente está entrando sustrato y saliendo producto.
Puede darse en régimen estacionario y en régimen no estacionario.
o Proceso discontinuo, intermitente o por cargas. Las etapas se efectuan de
manera sucesiva en el tiempo: el sustrato y el producto entran y salen en dis-
tintos momentos. Siempre tiene lugar en régimen no estacionario. Etapas:
Carga de material
Preparación de éste
Transformación propiamente dicha
Descarga y limpieza del aparato
Balances de Masa, Energía y Propiedad
Ley de conservación de masas:
la masa que entra en un proceso es igual a la masa que sale del mismo.
Tecnología de los Alimentos Operaciones Unitarias
43
Balance de energía:
la cantidad de calor y energía mecánica que ingresa en el proceso es igual a la
energía que sale del mismo con los productos y los desperdicios.
Si las pérdidas calóricas se reducen al mínimo, las pérdidas de energía al entorno
pueden ignorarse (en cálculos aproximados).
Balance:
todo tipo de ecuación que permite calcular y determinar cuanta propiedad (mate-
ria, energía, cantidad de movimiento) se ha transportado.
La ecuación general de balance es:
Entrada + generación = salida + acumulación
Flujo de Fluidos
En la elaboración de alimentos, es una gran importancia el estudio de la estática
(fluidos estacionarios) y la dinámica (fluidos en movimiento) de los fluidos.
Los fluidos que fluyen a baja velocidad o son muy viscosos, pueden considerarse
como constituidos por una serie de capas que se mueven, una sobre la otra, sin llegar a
mezclarse; esta estratificación es típico del flujo laminar.
En fluidos que fluyen a velocidad superior, que depende de la naturaleza del fluido
y de las tuberías, las capas de fluido se mezclan (excepto la película superficial que con-
tinúa siendo laminar) y dan el flujo turbulento.
Tratamientos Previos de Primeras Materias
Las primeras materias implican un problema en la producción; tanto la producción
vegetal como la animal son estacionales, mientras que la demanda es continua. Hay va-
rias opciones para enfrentarse a este problema:
Producción selectiva de las primeras materias
o Color, forma, sabor
o Propiedades funcionales
o Estructura, resistencia mecánica y al proceso
o Hábitos de crecimiento
Programación de crecimiento, adquisición por contracto
Mecanización – diseño adecuado, impedimento del deterioro
Transporte y almacenamiento – diseño y condiciones adecuados
Acondicionamiento de las primeras materias
Operaciones de separación
o Limpieza – separación de contaminantes
o Selección – separación por características físicas: tamaño, forma y color
o Clasificación – separación por calidad
Limpieza
Operaciones Unitarias Tecnología de los Alimentos
44
Funciones
o Separación y eliminación de contaminantes
o Dejar la superficie limpia y apta para la manipulación
o Limitar la recontaminación
Tipos de contaminantes
o Minaerales, vegetales, animales, químicos, microorganismos
Métodos de limpieza
o Secos: tamizado, abrasión, aspiración, magnética
o Húmedos: inmersión, aspersión, flotación, ultrasónica, escurrido
o Mixtos
Selección y clasificación
Necesidad
o Adecuación a la mecanización
o Imprescindible en los procesos con transmisión de calor
o Control de pesos y normalización de envases
o Preferencia del consumidor
Tipo de selección
o Por peso
o Por tamaño: tamizas de abertura fija o variable
o Por forma
o Por color
Variable de clasificación
o Pruebas de laboratorio con referencia estadística - control de calidad
o Categorías legales – métodos objetivos y/o subjetivos
Tecnología de los Alimentos Ingeniería del Frío
Sistemas Mecánicos
45
Ingeniería del Frío
El aplicación de frío es un tratamiento térmico – una operación unitaria de transpor-
te de calor. El frío conserva alimentos y medicamentos; su mantenimiento es caro, tanto
en montar las instalaciones como en mantener la temperatura baja. Es muy utilizado en
los países desarrollados.
Se distinguen dos tipos de sistemas de producción de frío industrial: sistemas mecá-
nicas y sistemas criogénicos. Los dos sistemas se distinguen no por su forma sino por su
mecanismo de acción.
Sistemas Mecánicos
Los sistemas mecánicos tienen un circuito cerrado termodinámicamente; es impor-
tante tanto para el funcionamiento como para seguridad (fluidos refrigerantes suelen ser
tóxicos). Se basan en la extracción de calor de un alimento o recinto y la disipación del
calor hacia el exterior.
Los sistemas mecánicos de producción de frío utilizan fluidos refrigerantes, que cir-
culan en un circuito cerrado; dentro del circuito sufren cambio de estado, de líquido a
vapor y otra vez a líquido. La producción de frío se basa en el fundamento de que una
sustancia en estado líquido ha de adquirir calor del entorno para evaporarse, y ha de ce-
der calor para volver a condensarse. Los fluidos refrigerantes deben tener unas carac-
terísticas fisicoquímicas:
Temperatura de ebullición inferior a 0º
Calor latente de vaporización muy elevado
Los fluidos refrigerantes utilizados son:
Amoniaco. El primer fluido refrigerante utilizado. Es muy tóxico y por tanto hay
problemas en su manipulación.
Freones.
o CFC. Clorofluorocarbonatos. Atacan la capa de ozono. Son prohibidos en
todo el mundo.
o HCFC. Hidrofluorocarbonatos. Tienen menos impacto sobre la capa de ozo-
no pero sí que la atacan. La unión europea decidió de reducir su uso a partir
del año 2000 y prohibir su uso a partir de 2015.
o HFC. Hidrofluorocarbonatos. Son menos eficaces y más costosos de aplicar,
pero no dañan la capa de ozono.
La compresión de los fluidos refrigerantes determina la eficacia del sistema. Si se
utiliza compresión simple, se produce la refrigeración, pero si se utiliza compresión do-
ble se puede conseguir temperatura más baja (a más coste energético) aplicable para la
congelación.
Ingeniería del Frío
Sistemas Mecánicos
Tecnología de los Alimentos
46
El evaporador es la parte “útil” del ciclo, que permitirá la refrigeración del alimen-
to. En el evaporador se produce el intercambio de calor., donde el fluido refrigerante
está en estado líquido y se evapora adquiriendo calor del medio. Después de evaporarse,
el fluido refrigerante en estado gaseoso llega al compresor, que lo comprime suficien-
temente para que pueda condensarse en líquido de nuevo en el condensador. El conden-
sador también es un intercambiador de calor, donde el fluido refrigerante intercambia
calor con el aire o bien con agua. Después de condensarse, el fluido refrigerante llega a
la válvula de expansión, que regula la presión y la temperatura del fluido, para que pue-
da volver a comenzar el ciclo.
Parte Fenómeno simple Función principal
Evaporador Ebullición: transformación del va-
por saturado húmedo en vapor seco,
hacia al final del evaporador
El fluido refrigerante absorbe el calor del medio
a refrigerar.
Compresor Compresión del gas Recuperación del fluido: por compresión llevar
al gas a un estado en que mediante un fluido frío
se le puede extraer el calor que había absorbido.
Condensador Condensación o liquefacción: res-
friamiento del líquido obtenido en
la condensación.
Licuación del gas extrayendo calor mediante un
fluido frío (agua o aire).
Válvula de
regulación
Laminación o pulverización Dejar pasar la cantidad de líquido correspon-
diente al volumen de vapor que puede aspirar el
compresor (evitar que llegue líquido al compre-
sor).
El fluido refrigerante nunca se pone en contacto con el alimento.
En el condensador, el fluido refrigerante utilizado es aire o agua a temperatura
ambiente, por tanto en la eficacia del aparato influyen varios factores que deter-
minan la temperatura ambiental:
Tecnología de los Alimentos Ingeniería del Frío
Sistemas Mecánicos
47
o Ubicación geográfica
o Estación del año
o Otros (humedad relativa etc.)
Al abrir y cerrar el recinto refrigerado, se producen oscilación de la temperatura,
que son la rotura de la cadena el frío. Las oscilaciones de temperatura son malas para la
conservación. Por eso, la congelación y refrigeración industriales se hacen en recintos
separados de los recintos utilizados para el mantenimiento en frío (no provocar oscila-
ciones térmicas en el producto ya refrigerado). La rotura de la cadena del frío puede
darse en varios puntos:
Transporte del punto de venta a casa, y en la nevera del consumidor. Lo más fre-
cuente.
En punto de venta (abrir neveras, neveras abiertas etc.)
Transporte de fábrica a punto de venta. Cada vez más regulado por sistemas de
registro térmico en camiones.
Sistemas Criogénicos
Los sistemas criogénicos utilizan líquidos criogénicos, y se basan en el fundamento
que líquidos que se evaporizan o sólidos que se subliman en proceso abierto absorben
calor del medio. Los sustratos utilizados deben tener el punto de ebullición muy bajo, y
el calor latente de evaporización muy alto. Los líquidos más habituales son el dióxido
de carbono líquido o sólido y el nitrógeno líquido. Los líquidos criogénicos deben ser
suministrados en estado licuado, a presión y aislados.
Los líquidos criogénicos se evaporizan dentro de la cámara refrigerante absorbiendo
calor del material a resfriar. El vapor producido pasa a la atmósfera, pero al ser sustratos
inertes, no proporcionan riesgo para el usuario ni al medio ambiente; su ebullición o su-
blimación, cuando se da a presión atmosférica, es suficientemente baja. Aparte, su coste
es bastante razonable.
El nitrógeno es un gas inerte que no reacciona ni ataca los productos tratados ni los
materiales de embalaje y equipos; su inconveniente es que requiere renovación – no se
puede recuperar el nitrógeno utilizado.
Ingeniería del Frío
Acción Letal del Frío
Tecnología de los Alimentos
48
Acción Letal del Frío
Los alimentos son materiales degradables por enzimas (endógenos y exógenos) y
por microorganismos. La temperatura tiene efecto sobre enzimas (Q10) y sobre microor-
ganismos (temperatura óptima y mínima de crecimiento, hay adaptación de cepas).
Las necesidades de almacenamiento son:
Producto de óptima calidad
Temperatura adecuada
Mantenimiento real de la temperatura
o Circulación de aire
o Evitar canales preferenciales
o Evitar excesiva deshidratación
Desecación del Alimento
La diferencia entre humedad relativa en cámaras frigoríficas (85-90%) y la activi-
dad de agua de los alimentos (0.95-0.99) provoca la deshidratación del alimento alma-
cenado en frío.
Los envasados son diseñados para evitar esta deshidratación:
Ha de ser compatible con el alimento.
Ha de ser adaptable en forma.
No debe inducir cambios organolépticos.
Efecto de las Fluctuaciones de la Temperatura
Desecación superficial
Pérdida de peso
Oxidación de lípidos
Cambio de textura
Manchas (marrones en aves y negras en vacuno)
Factores que Afectan la Duración de Productos
Productos frescos
Tipo de alimento: especie, variedad
Parte de la primera materia seleccionada
Condiciones de cosecha o sacrificio
Temperatura de almacenamiento, distribución y venta
Humedad relativa del ambiente de conservación (más o menos pérdidas por des-
hidratación)
Productos procesados refrigerados
Tecnología de los Alimentos Ingeniería del Frío
Sistemas Mecánicos
49
Tipo de alimento
Intensidad de destrucción enzimática o microbiana previa
Control higiénico durante el procesado y envasado
Propiedades de barrera del envase
Temperatura de distribución y almacenamiento
Congelación
La congelación consta de la extracción del calor sensible en el estado líquido, la ex-
tracción del calor latente (cambio de estado) y la extracción del calor sensible en el es-
tado sólido. El alimento es una solución acuosa multi-componente – al congelarlo se
forman cristales de agua pura, y se separa el agua del resto de los componentes del ali-
mento (la congelación es una forma de concentrar una solución extrayendo agua).
La congelación rápida forma una multitud de cristales pequeños, que ayudan con-
servar la estructura y calidad del alimento, mientras que la congelación lenta permite la
formación de pocos núcleos de cristalización, y por tanto la formación de pocos cristales
de gran tamaño, que destruyen la estructura del alimento.
Ingeniería del Frío
Acción Letal del Frío
Tecnología de los Alimentos
50
Modificaciones en Alimentos durante la Congelación
Las modificaciones producidas durante la congelación dependen de la duración del
almacenamiento, de la composición del alimento, que determina las reacciones de dete-
rioro a las que es más susceptible:
Reacciones enzimáticas
o Proteasas
o Lipasas
o Pardeamiento enzimático (inhibido-
res: ácido ascórbico, sacarosa, SO2,
escalado)
Reacciones no enzimáticas
o Oxidación lipídica
o Oxidación de vitaminas, pigmentos
carotenoides, aromas.
o Degradación de pigmentos antociá-
nicos, clorofila…
Agregación de proteínas musculares
o Exudación
o Cambio de textura
Agregación a la leche
o Gelificación de proteínas
Desestabilización de los glúcidos
Recristalización – siempre hay pero es muy favorecida por las fluctuaciones
térmicas. Los cristales no son estables – las capas superficiales tienden a fundirse
y volver a cristalizarse reduciendo el número de cristales y aumentando su tama-
ño.
Equipos Industriales de Frío
Cámaras con aire frío en movimiento
o Por sólidos
o Problemas
Deshidratación
Congelación superficial a temperaturas bajas
Producto -18º -12º -7º
Carne vacuna cruda 13-14 5 <2
Carne de cerdo cruda 10 <4 <1,5
Pollo crudo 27 15.5 <8
Pollo frito <3 <1 <0.6
Pescado magro crudo 3 2.25 1.5
Pescado graso crudo 2 1.5 0.8
Zumo de naranja 27 10 4
Melocotones 12 <2 0.2
Fresas 12 2.4 0.3
Coliflor 12 2.4 0.3
Judías verdes 11-12 3 1
Guisantes verdes 11-12 3 1
Espinacas 6-7 <3 0.75
Tecnología de los Alimentos Ingeniería del Frío
Equipos Industriales de Frío
51
o Aplicaciones:
Carnes, frutas, envasados
Transporte
Expositores de venta
Doméstico
Intercambiadores de calor
o De placas: líquidos poco viscosos
o Tubulares:
Clásicos: líquidos poco viscosos
De superficie escombrada: líquidos viscoso
Agua fría
o Por inmersión – se modifica el alimento y se ensucia el agua
o Refrigeración: simple, económico, barato.
o Productos pequeños
Frutas y hortalizas
Envasados de grosor pequeño
Al vacío
o Resfriamiento por evaporación de agua
o Alimentos porosos y de elevada relación superficie/volumen
o Precocinados si se controlan las presiones
o Caros
Condiciones de Buen Aislamiento
Mala conducción de calor (coef. 003 a 012 Kcal/m3Cº)
Impermeabilidad al aire y al vapor de agua
Resistencia a la compresión
Ausencia de olores
Resistencia a hongos y parásitos
Incombustibilidad y resistencia a los agentes químicos
Fácil manipulación
No putrescible
Bajo coste de instalación
Bajo peso específico
Utilización de Altas Temperaturas
Utilización de Altas Temperaturas Tecnología de los Alimentos
52
Inactivación de microorganismos
o Cinéticas de inactivación microbiana
o Efectos en el valor nutritivo y sensorial
Fenómenos de transferencia de calor
Equipos de pasterización
Nicholas Appert ganó en 1795 un premio de 12,000 francos ofrecido por el gobier-
no de Napoleón, por su proceso de conservación de alientos envasados y tratados por
calor. Pasteur permitió el conocimiento del fundamento del tratamiento reconociendo
el papel de los microorganismos, a partir de un trabajo encargado por napoleón III en el
año 1864. Émile van Ermengem descubrió la bacteria Clostridium botulinum, y su
toxina letal en el año 1986. John Tyndall desarrollo un método con calentamientos y
resfriamientos sucesivos para destruir las formas más termorresistentes de las bacterias.
Tratamientos Térmicos
Un tratamiento térmico se define como una combinación de tiempo y temperatura
requeridos para eliminar el número deseado de microorganismos de un alimento. Hay
diferentes tipos de tratamientos, según su efecto:
Esterilización. Eliminación completa de los microorganismos.
Esterilización comercial. Se permite la presencia de algunas esporas que no pro-
liferan en el alimento.
Pasterización. Eliminación de microorganismos patógenos. Se combina con la re-
frigeración.
Escaldado. Inactivación de enzimas, y quizás algunos microorganismos también.
Comportamiento de microorganismos y enzimas
La actividad enzimática y el crecimiento microbiano dependen de la temperatura. A
más temperatura, mayor actividad, hasta llegar a un máximo, por encima del cual se
produce la inactivación irreversible. Subiendo la temperatura, primero se produce la in-
hibición de la actividad, luego lesiones submortales y al final la muerte de los microor-
ganismos.
A una determinada temperatura, tiempos iguales producen una disminución igual
sobre el recuento microbiano. La destrucción microbiana sigue cinéticas logarítmicas;
las curvas de supervivencia se acercan asintoticámente al cero. Representando las cur-
vas de supervivencia en un sistema semilogarítmico, obtenemos este tipo de gráfico.
Tecnología de los Alimentos Utilización de Altas Temperaturas
Tratamientos Térmicos
53
A partir de esta representación gráfica de las curvas de supervivencia, se puede cal-
cular el tiempo de reducción decimal, DT, que es el tiempo necesario para reducir 10
veces la concentración inicial de microorganismos.
0log 0.1log
ln10T
N N
Dk
El valor esterilizante, FT, es el tiempo necesario de tratamiento a una temperatura T
para reducir la población hasta el nivel deseado. Es la primera ley de la destrucción
térmica o ley de supervivencia.
T TF n D
La segunda ley de la destrucción de microorganismos es la siguiente:
10Tref T
z
T TrefF F
z – número de grados Celsius ncesarios para que D cambie 10 veces
o Formas vegetativas – z = 4-6º
o Esporas – z = 7-10º
Tref suele ser 121.1º Celsius (250º Fahrenheit)
Métodos de conservación por calor
La pasterización produce un alimento libre de microorganismos patógenos no espo-
rulados; la esterilización produce alimento microbiológicamente estable ara ser conser-
vado a temperatura ambiente durante largo tiempo.
Utilización de Altas Temperaturas
Tratamientos Térmicos
Tecnología de los Alimentos
54
La intoxicación botulínica se considera inaceptable; podemos asumir un riesgo que
haya esporas que lleguen a desarrollarse en uno de cada 104-10
5 envases. Para llegar al
valor N deseado, dependemos del tratamiento y del valor N inicial (N0).
Para reducir el riesgo, se aplican tratamientos más intensos que garantizan menores
recuentos. La intensidad del tratamiento que se puede aplicar está limitada por los cam-
bios en el alimento, tanto organolépticos como nutritivos. Para reducir la intensidad de
tratamiento necesaria, es conveniente empezar con recuentos microbianos iniciales ba-
jos.
Generación de calor
La generación de calor está muy ligada a la relación presión-temperatura, especial-
mente cuando se trabaja con calor húmedo (agua). El agua destilada bulle a 100º a pre-
sión atmosférica, pero bullirá a temperatura más elevada si la presión es más elevada, y
a temperatura inferior si la presión es más baja.
El calor se genera en calderas de diferentes tipos (de serpentina, de dos o de tres pa-
sos). El calor puede ser transferido en diferentes sistemas de transferencia, como con-
ducción, convección y radiación.
Transferencia de calor por una superficie conductora
La superficie conductora es una barrera de conducción y convección. Por conduc-
ción se transmite el calor a través de la superficie conductora y de la capa límite del
fluido; dentro del fluido, la convección domina la transferencia de calor.
Intercambiadores de calor tubulares
En este sistema de intercambiadores de calor, hay tubos concéntricos que conducen
el fluido transmisor de calor y el alimento. Contienen sistemas que aumentan la turbu-
lencia del fluido, así que se mezcle y la conducción del calor sea más eficaz.
Circulación en contracorriente
El líquido más caliente entra en contacto en el alimento más caliente; ambos fluidos
circulan en contracorriente y la diferencia de temperatura entre los dos es bastante cons-
tante en toda la operación.
Circulación concorriente
En este tipo de circulación, el alimento más frío entra en contacto el líquido más ca-
liente, y ambos fluidos circulan paralelamente. A la salida del equipo la diferencia de
temperatura es pequeña.
Tecnología de los Alimentos Utilización de Altas Temperaturas
Tratamientos Térmicos
55
Contracorriente Concorriente
Intercambiadores de calor en placas
En estos intercambiadores de calor, las superficies de contacto son planas. Suelen
tener costillas y ondulaciones para favorecer la turbulencia del fluido calentado. Son
sistemas compactos, cuya superficie total puede variarse fácilmente cambiando el
número de placas utilizadas. Este sistema es especialmente adecuado para productos
poco viscosos.
Se utilizan placas diferentes en función del producto tratado y las necesidades de
eficiencia térmica. Las placas se sitúan en un bastidor; hay dos entradas y dos salidas al
conjunto del equipo. La configuración de las conexiones de las placas distribuyen los
dos fluidos entre los espacios alternos.
Intercambiadores de superficie rascada
Este tipo de intercambiador se utiliza para productos viscosos. El aumento de la tur-
bulencia permite que el producto no reciba sobretratamiento.
Tratamientos térmicos
Escaldado
El escaldado consiste en aplicar calor a nivel superficial al alimento mediante agua
o vapor. No es un tratamiento de conservación puramente; es más bien un tratamiento
complementario para aplicar posteriormente otros procesos de conservación, como con-
gelación o esterilización.
Esterilización
La esterilización tiene como finalidad la destrucción de las formas vegetativas y es-
poras de los microorganismos. Hay que distinguir entre esterilización desde el punto de
vista microbiológico y la esterilización comercial; un alimento es comercialmente estéril
si se han destruido los patógenos, no se desarrollan esporas sobrevivientes en el alimen-
to y se conserva a temperatura ambiente. Aplicar un tratamiento de conservación no sir-
ve si altera las propiedades nutritivas o sensoriales del alimento.
La esterilización de productos envasados puede ser discontinua (en autoclave) o
bien continua.
Utilización de Altas Temperaturas
Tratamientos Térmicos
Tecnología de los Alimentos
56
La esterilización continua se puede hacer mediante el esterilizador continuo
hidrostático vertical o utilizando el esterilizador horizontal (con cierre de válvula rotato-
ria y sistema de presión positiva).
Esterilizador continuo hidrostático:
1. Primera etapa de calentamiento
2. Sello de agua y segunda etapa de ca-
lentamiento
3. Tercera etapa de calentamiento
4. Sección de esterilización
5. Primera etapa de enfriamiento
6. Segunda etapa de enfriamiento
7. Tercera etapa de enfriamiento
8. Cuarta etapa de enfriamiento
9. Etapa final de enfriamiento
10. Tambores superiores de arrastre
Esterilizador horizontal con cie-
rre de válvula rotatoria y sistema de
presión positiva:
1. Carga automática de botellas
2. Válvula rotatoria
3. Área de esterilización
4. Ventilador
5. Área de pre-enfriamiento
6. Resfriamiento final a presión at-
mosférica
7. Descarga
Efecto de la presión
La temperatura elevada corres-
ponde a presión elevada; hay que te-
ner en cuenta las posibles gradientes de presión dentro y fuera del envase. La presión
provoca variaciones del volumen durante el tratamiento térmico; estas variaciones pue-
den ser compensadas por la elasticidad del envase.
Tecnología de los Alimentos Utilización de Altas Temperaturas
Tratamientos Térmicos
57
Esterilización convencional
En un envase con producto líquido se producen movimientos convectivos; el punto
frío se sitúa a un ⅓ de la altura del recipiente; en el envase con producto sólido el calor
se ha de transmitir por conducción; el punto frío se sitúa en el centro geométrico del re-
cipiente.
Esterilización de fluidos
La esterilización de fluidos consta de la aplicación
de temperaturas altas a los fluidos durante tiempo corto
(segundos).
Sistema directo (uperización). Se inyecta vapor di-
rectamente sobre el alimento.
Sistema indirecto. El calor se transmite a través de
una pared (placa o tubo de acero inoxidable).
Utilización de Altas Temperaturas
Tratamientos Térmicos
Tecnología de los Alimentos
58
Válvula de inyección de vapor
Efecto de los tratamientos térmicos en esporas y componentes lácticos
Tecnología de los Alimentos Utilización de Altas Temperaturas
Tratamientos Térmicos
59
Pasterización
La pasterización consiste en la aplicación de calor a temperaturas inferiores a 100º
con la finalidad de destruir los microorganismos patógenos. Los alimentos con pH infe-
rior a 4.6 no necesitan condiciones especiales de conservación, mientras que los alimen-
tos con pH superiores a este valore precisarán refrigeración para su conservación.
Pasterización de fluidos
La pasterización en “batch” consiste en aplicar a los fluidos calor en un depósito
con doble pared. La temperatura oscila entre 65º y 90º y se mantiene durante minutos.
En la pasterización HTST el calor se transmite a través de una pared (placa o tubo
de acero inoxidable). La temperatura oscila entre 70º y 90º y se mantiene durante unos
segundos; en casos excepcionales, la temperatura (ovoproductos) la temperatura se
mantiene unos minutos.
Pasterización en batch. Representación de los
cambios térmicos a lo largo del tratamiento.
En los aparatos de pasterización, hay una zona de recuperación de calor donde el
producto tratado intercambia calor con el producto no tratado.
Utilización de Altas Temperaturas
Tratamientos Térmicos
Tecnología de los Alimentos
60
A – temperatura de entrada
B – temperatura de pre-calentamiento
C – temperatura de pasterización
% 100B A
recuperaciónC A
Condiciones de pasterización de huevos
Producto Temperatura (ºC) Duración (minutos)
Huevo entero 60 3.5
Yema
Entera 60-62-5 3.5-7
Azucarada o salada 62-64.4 3.5-7
Clara
Normal (pH 9) 56.7 3.5
Normal (pH 9) tratado con
peróxido de hidrógeno
51.7 3.5
Estabilizada con Al2(SO4)3
(pH 7)
69 3.6
Tecnología de los Alimentos Utilización de Altas Temperaturas
Tratamientos Térmicos
61
Principales categorías de tratamiento térmicos lácticos
Proceso Temperatura Tiempo
Termización 63-65º 15 s
Pasterización LTLT de leche 63º 30 min
Pasterización HTST de leche 72-75º 12-20 s
Pasterización HTST de nata >80º 1-5 s
Ultrapasterización 125-138º 2-4
UHT 135-140 Pocos segundos
Esterlizacion en el envase 115-120º 20-30 min
Otros Aplicaciones de los Tratamientos Térmicos
Freído
El freído es un tratamiento térmico en el cual se utiliza un líquido como transmisor
de calor – el aceite. Los resultados de la operación son cambios deseables, como las re-
acciones de Maillard y oxidación lipídica a alta temperatura. El freído también tiene un
efecto conservador: la destrucción de microorganismos y enzimas, y reducción de la
actividad de agua en la superficie del alimento.
Hay diferentes tipos de productos fritos:
Interior húmedo (Donuts, productos de aves o pescado).
o Tratamiento térmico a elevada temperatura durante poco tiempo.
o Vida útil corta, a causa de migraciones de aceite y humedad durante el alma-
cenamiento.
o Pueden conservarse en refrigeración, en atmósferas modificadas o en conge-
lación.
Secos después de freír (patatas fritas y otros snacks)
o Tratamiento térmico a baja temperatura durante mucho tiempo.
o Vida útil de hasta 12 meses
o La calidad se mantiene por las propiedades adecuadas del envase que forma
una barrera protectora, asimismo como las condiciones adecuadas del alma-
cenamiento.
Durante el freído, el calor es transmitido por conducción a través del aceite. El acei-
te puede aguantar temperaturas más elevadas que el agua.
Utilización de Altas Temperaturas
Otros Aplicaciones de los Tratamientos Térmicos
Tecnología de los Alimentos
62
Durante el freído hay intercambio de materia y energía entre el aceite, el alimento y
el aire:
Transferencia de calor
o Desde el aceite hacia el producto
o Se hacer servir para evaporar agua y para cocer el producto.
Transferencia de materia
o Pérdida de agua desde el producto hacia aceite y aire
La fuerza conductora es la variación de la presión de vapor (del producto
hacia el aceite).
o Incorporación de aceite en el alimento.
La transferencia de calor entre el aceite y el alimento está limitada por la capa lími-
te; ésta es determinada por la viscosidad del aceite y su turbulencia.
El tiempo de freído depende de múltiples factores:
Tipo de alimento
Temperatura del aceite
Método de freído (paella o freidora)
Grueso del alimento
Los cambios deseados en las características de calidad del alimento
La seguridad alimentaria es muy importante en los alimentos fritos de interior
húmedos; estos deben ser fritos suficiente tiempo para destruir todos los patógenos. La
seguridad alimentaria es importante sobre todo en los productos cárnicos fritos.
La temperatura del freído depende también de muchos factores:
Decisión parcialmente económica
o Temperaturas elevadas permiten tiempo de procesado reducido y ritmo de
producción incrementado, pero por el otro lado implican deterioro más rápi-
do del aceite.
Características del producto
o Alimentos con costra y interior húmedo requieren temperaturas elevadas
o Alimentos que han de llegar a la sequedad se procesan a temperaturas bajas
Antes de que se forma la costra, se consigue eliminar la humedad.
Se consigue secar antes de que los cambios superficiales sean excesivos.
Freidora o paella?
Paella
El calor se transmite por conducción de la superficie de metal caliente a la delgada
capa de aceite
o El aceite es un buen transmisor de calor.
Problema: dorado irregular de los alimentos
Tecnología de los Alimentos Utilización de Altas Temperaturas
Otros Aplicaciones de los Tratamientos Térmicos
63
o El grueso de la capa de aceite varía como resultado de la irregularidad de la
superficie del alimento.
o Las burbujas de vapor separan el alimento de la paella, causando variaciones
de temperatura durante el freído.
El coeficiente de transmisión de calo es elevado (200-450 W/m2·K), pero no es
uniforme.
Freidora
El dorado es regular.
o Toda la superficie del alimento recibe tratamiento térmico similar.
Transferencia de calor
o Función de la convección dentro del aceite caliente y la conducción hacia el
interior del alimento. Hasta que se evapore agua dando vapor, no se produce
la turbulencia necesaria para convección óptima.
o Los coeficientes de tratamiento térmico son:
250-300 W/m2·K antes que comience la evaporación de humedad de la
superficie del alimento.
800-1,000 W/m2·K cuando hay turbulencia alrededor del alimento.
Si la tasa de evaporación es demasiado elevada, hay una capa delgada de
vapor que se mantiene alrededor del alimento reduciendo el coeficiente
de transmisión de calor.
Configuraciones de transporte en freidoras
a. Productos delicados no flotantes (filetes de pescado)
b. Productos empanados
c. Productos secos flotantes (snacks semiprocesados)
d. Función dual (snacks y frutos secos).
Utilización de Altas Temperaturas
Otros Aplicaciones de los Tratamientos Térmicos
Tecnología de los Alimentos
64
Horneado o tostado
Horneado – productos basados en harina y frutos; tostado – carne, frutos secos, ver-
duras.
El objetivo primario de la operación es cambiar la estructura y las propiedades sen-
soriales del alimento; el objetivo secundario es conservar el alimento mediante la des-
trucción de microorganismos y la reducción de la actividad de agua en superficie del
alimento.
Transferencia de calor
Hacia el alimento
o Irradiación desde la pared del horno
o Convección desde el aire circulante
o Conducción a través del molde
Dentro del alimento
o En la mayoría de los alimentos por conducción; hay muy poca o nula con-
vección en los alimentos horneados.
La capa de aire sobre el alimento puede limitar la transferencia de calor; mejora en
formas convectoras.
La transferencia de calor es insuficiente en la operación de horneado – el consumo
de energía durante la cocción al horno es del orden de 450-650 kJ por cada Kg. de agua
evaporada.
Tecnología de los Alimentos Utilización de Altas Temperaturas
Otros Aplicaciones de los Tratamientos Térmicos
65
Equipos
Clasificación de los hornos según:
Calentamiento directo o indirecto
o Directo – la fuente de calor se encuentra en contacto directo con el aire del
alimento
o Indirecto – hay un intercambiador de calor entre la fuente de calor y el aire
del alimento
Proceso continuo o discontinuo
o Discontinuo
Ofrece mayor flexibilidad
Es más fácil para pequeños lotes de multitud de productos
o Continuo – horno en túnel. Hasta 150 m de longitud y 1.5 metro de ancho.
Secciones de calentamiento y humidificación separados. Ambientes de
cocción controlada por zonas.
Ampliamente empleados
Elevada capacidad control exacto, bajos costes de operación
Alta inversión inicial, gran uso de superficie
Efecto de la cocción en horno sobre el alimento
Mejora de las propiedades sensoriales, haciendo los alimentos más palatables
Permite mayor variedad de gustos
Destruye enzimas y microorganismos
Conserva el alimento gracias a la reducción de la actividad del agua
Cambios de textura
Pérdida de agua
o Desecación de la superficie y formación de costra
o Pérdida de humedad en carnes y productos cárnica puede ser una merma im-
portante
Cambios en algunos componentes del alimento
o Gelatinización de los almidones
o Desnaturalización de las proteínas
Modificando las condiciones de cocción y su duración puede influir en las propie-
dades del alimento.
Cambios en el aroma
Es la principal razón de la cocción en horno
o Reacciones de Maillard y caramelización son los principales contribuyentes
al desarrollo del aroma.
Utilización de Altas Temperaturas
Otros Aplicaciones de los Tratamientos Térmicos
Tecnología de los Alimentos
66
o El tiempo y la temperatura son críticos en la formación del aroma adecuado.
Cambios nutricionales
La mayor temperatura se consigue en la superficie
o La relación superficie volumen determina la importancia de las pérdidas en
el alimento.
Las pérdidas de lisina en el pan pueden ser importantes si el pan es la base de la
dieta
o Reducción es alrededor del 23%.
o Las pérdidas de lisina no son importantes en biscochos, frutos secos, cacao,
café o snacks, ya que no son una parte esencial de la dieta.
También hay pérdidas de vitamina C y de tiamina.
En los productos cárnicos se producen pérdida de zumos, y la pérdida de los com-
puestos hidrosolubles.
o Las pérdidas dependen de la pieza y del tipo de corte, la especie animal, el
tratamiento pre- y postsacrificio y las proporciones de grasa.
Tecnología de los Alimentos Irradiación de los alimentos
67
Irradiación de los alimentos
Radiación electromagnética:
El uso alimentario de radiación electromagnética es en la higienización de los ali-
mentos. El tratamiento de productos alimentarios por radiación gamma o electrones ace-
lerados ha demostrado su efectividad para reducir o eliminar la carga bacteriana saprófi-
ta y ciertos patógenos en carnes, especies y muchos otros alimentos. Este proceso está
recomendado por organizaciones internacionales (OMS) y aprobado en cuarenta países
para diversos alimentos. Sus aplicaciones incluyen:
Esterilización de los alimentos (de uso en hospitales)
Pasterización
Destrucción de microorganismos patógenos (carne)
Destrucción de parásitos patógenos
Destrucción de insectos (granos, cereales)
En USA, la FDA ha autorizado la ionización de pollo y cerdo para evitar la triqui-
nosis desde 1985, y en 1997 para eliminar E. coli de la carne, entre otros microorganis-
mos.
Irradiación de los alimentos
Efectos de las Radiaciones Ionizantes
Tecnología de los Alimentos
68
Efectos de las Radiaciones Ionizantes
Las radiaciones ionizantes provocan la ionización tras arrancar un electrón de un
átomo o molécula.
La energía no es suficiente para provocar radiactividad.
Las paredes del recinto no son radioactivas
Los envases no son radiactivos
No se transfiere radiactividad al entorno
Efectos en los microorganismos
Los microorganismos resultan dañados por una radiación ionizante cuando la partí-
cula ionizante o el quantum de energía atraviesa o pasa cerca de una porción sensible de
la célula. También participan los cambios producidos en los alrededores de los microor-
ganismos, especialmente el agua que producirá radicales libres oxidantes o reductores;
la ionización de un alimento congelado no tiene este efecto.
Resistencia a la irradiación
La resistencia a la irradiación es superior en esporas que en células vegetativa; tam-
bién es superior en bacterias Gram positivas que en bacterias Gram negativas. Por lo
general, los virus son más resistentes que los hongos y levaduras, que son más resisten-
tes que las bacterias.
Eficacia bactericida de la irradiación
La eficacia bactericida depende de varios factores:
Tipo y especie de organismo
Carga inicial microbiana o de esporas
Composición del alimentos
Tecnología de los Alimentos Irradiación de los alimentos
Efectos de las Radiaciones Ionizantes
69
o Algunos constituyentes son protectores (proteínas, catalasa, sustancias re-
ductoras – nitritos, sulfitos y sulfihidril).
o Compuestos que se combinan con el grupo –SH son sensibilizantes.
Presencia o ausencia de oxígeno (depende del organismo)
o Reacciones colaterales indeseables se intensifican en presencia de oxígeno.
Estado físico del alimento durante la irradiación
o Humedad y temperatura afectan de manera diferente.
Condición de los organismos
o Edad, temperatura de crecimiento y esporulación, estado (vegetativo o espo-
ras)
Efecto del oxígeno y la acidificación
Día
Dosis Estado 1 3 6 9 12 15
0 Aire 3·5 4·5 4·5 5·5
Vacío 2·5 3·5 5·5 5·5
Marinado 1·5 1·5 1·5 1·5
3 Aire 1·5 2·5 4·5 3·5 4·5 5·5
Vacío 1·5 2·5 2·5 4·5 4·5 4·5
Marinado 0 0 0 0 2·5
5 Aire 0 0 0 0 0 0
Vacío 0 0 0 0 0 1·5
Marinado 0 0 0 0 0 0
Dosis mínimas efectivas para eliminar la patogenicidad de parásitos
Aspectos negativos
Formación de radicales libres (más en grasas, menos en proteínas y glúcidos)
Productos radiolíticos
Irradiación de los alimentos
Efectos de las Radiaciones Ionizantes
Tecnología de los Alimentos
70
o Agregados proteicos
o Ácidos orgánicos (acético, glicólico)
o Derivados de vitaminas
o Derivados de D-glucosa y D-fructosa
o Volátiles de bajo peso molecular
o Productos de recombinación
Todos los efectos son comparables a los que aparecen con los tratamientos conven-
cionales, y se minimizan en congelación, en vacío o mediante adición de antioxidantes.
Toxicidad
Cientos de estudios toxicológicos han demostrado que la irradiación no tiene efec-
tos en el consumidor; los estudios de hasta 58 kGy en aves y carne demostraron que no
hay efecto. Los estudios se han hecho en alimentación de animales de laboratorio. No se
crean cromosomas anormales.
Los productos radiolíticos no son dañinos; los radicales libres desaparecen al reac-
cionar con otras sustancias.
Aspectos nutritivos
Reducción no importante de algunas vitaminas
o A, E, tiamina, Ácido fólico y vitamina C
o No superiores a los tratamientos convencionales
Fuentes de Radiación Ionizante
Rayos gamma
Electrones acelerados
Rayos gamma
Muy corta longitud de onda
o Alta frecuencia
o Elevada energía
60Co. Vida media de 5.3 años
137Cs. Vida media: 30 años
Tecnología de los Alimentos Irradiación de los alimentos
Fuentes de Radiación Ionizante
71
Ventajas e inconvenientes
Fuerte penetración del rayo electromagnético.
Fiabilidad de la fuente que irradia naturalmente
Instalación radiactiva de 1ª categoría en la legislación actual
Transporte, mantenimiento, estocaje de fuentes radiactivas
Pérdida anual de la actividad de irradiación del 12%
Rendimiento débil
o Excepcionalmente alcanza el 30%
Tratamiento continuo pero sobre un volumen permanente elevado de material
o No flexibilidad de dosis y de lote
Emisión permanente de radiación
Electrones acelerados
Ventajas e inconvenientes
Fuente eléctrica: sólo funciona cuan-
do se necesita.
Excelente rendimiento, desde el 60%
(por una cara) hasta 80% (por dos ca-
ras).
Tratamiento continuo en acondicio-
namiento unitario, fácil cambio de lo-
te y/o de dosis.
Producto esterilizado disponible en
pocos minutos.
Alta capacidad de dosis, algunos
kGy/s que limitan los riesgos de degradación de los polímeros.
Ausencia de impacto ambiental.
Irradiación de los alimentos
Fuentes de Radiación Ionizante
Tecnología de los Alimentos
72
Penetración limitada de este rayo corpuscular constituido por electrones acelera-
dos de 10 MeV.
Cadena de tratamiento elevada que exige personal de manipulación suficiente o
equipos de manipulación automatizados.
Dosis
Energía emitida: electrón voltio (eV)
o 1 eV = 1.6·10– 19
J
Energía absorbida: Gray
o 1 gray (= 100 rads) =1J/Kg.
La dosis es una función del tiempo de exposición, localización respecto a la fuente
y la masa, densidad y grosor del alimento. Para cada alimento hay que determinar las
condiciones – dosimetrías. La dosis máxima para alimentos (según la FAO) es de 10
kGy.
10 kGy – energía requerida para aumentar 2.4ºc la temperatura del agua.
Dosis baja < 1 kGy Inhibir la germinación
Retrasar la maduración
Desinsectación y desparasitación
Dosis intermedia 1-10 kGy Prolongar la vida útil (reducción de alternantes)
Eliminación de algunos patéenos
Dosis elevada 10-50 kGy Esterilización alimentos hospitalarios
Esterilización de algunos ingredientes
Tecnología de los Alimentos Irradiación de los alimentos
Fuentes de Radiación Ionizante
73
Objetivo Dosis Productos
Baja (< 1 kGy)
Inhibir la germinación
Retrasar la maduración
Desinsectación
y desparasitación
0.05-0.15
0.15-0.5
0.25-1.0
Patatas ,cebollas, ajo
Cereales, fruta (fresca o deshidratada),
carne y pescado (fresco o deshidratado)
Fruta y vegetales frescos
Media (1-10 kGy)
Prolongar la vida útil
(reducción de alternantes)
Eliminación de algunos
patéenos
1.0-3.0
1.0-7.0
2.0-7.0
Pescado fresco, setas, fresas
Productos de la pesca, aves, carne (fresco o congelado)
Una –organoléptico, rendimiento–
Alto (10-50 kGy)
Esterilización alimentos hospi-
talarios
Esterilización de algunos in-
gredientes
30-50
10-50
Alimentos preparados, hospitalarios…
Especies, preparaciones enzimáticas…
Aplicaciones Actuales No Alimentarias
Esterilización de productos médico-farmacéuticos
Material medico quirúrgico
o Equipos de infusión y transfusión de curas
o Guantes de cirugía, examen e intervenciones
o Jeringuillas y agujas hipodérmicas
o Artículos médico-quirúrgicos diversos (pinzas, escalpelos, maquinillas de
afeitas)
o Dializadores
o Todo lo necesario para cuidados o packs quirúrgicos
o Prendas de vestuario
o Prótesis: material ortopédico, prótesis vasculares o mamarias
o Artículos de ginecología y contracepción
Artículos de laboratorio tarros, tubos, frascos
o Pipetas
o Artículos de control microbiológico
o Frascos para cultivo celular
Productos farmacéuticos, de higiene y cosmética
Reticulado de materiales plásticos
Irradiación de los alimentos
Aplicaciones Actuales No Alimentarias
Tecnología de los Alimentos
74
Es la aplicación industrial más importante por el volumen que mueve, reticulado pa-
ra recubrir alambres, cables y tuberías de material aislante. La ionización y la consi-
guiente formación de radicales libres produce en los plásticos y polímeros en general, el
fenómeno de reticulado (crosslinking), que provoca la unión de las cadenas moleculares
mediante lazos laterales, resultando una nueva cadena con un peso molecular más ele-
vado y con mayor resistencia.
El reticulado mejora las propiedades de resistencia térmica e ígnea de estos materia-
les, muy apreciados para automóviles, equipos electrónicos, centrales nucleares etc.
La reticulación por ionización es de especial interés en tuberías plásticas destinadas
agua y otros productos alimentarios, por sus ventajas frente a los riesgos tóxicos que
presenta el reticulado por vía química.
Otras posibles aplicaciones
Esterilización de tapones de corcho para eliminar el riesgo del desarrollo de bacte-
rias y hongos y del deterioro de la calidad del vino.
Polimerización de la celulosa y el curado de superficies (aplicación en expansión
reflejada en discos de ordenador, semiconductores, cartones para envases, piezas
de motocicleta etc.).
Las gemas semipreciosas (topacio, zafiro) son tratadas a altas dosis para dotarlas
de colores más puros o intensos.
Distribución de la Irradiación de Alimentos
En la unión europea:
Francia
Holanda
Bélgica
Reino unido
Italia
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