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TECNOlOGIA DE LOS ALIMENTOSVOL UMEN I COMPONENTES DE LOS ALIMENTOS Y PROCESOS

CIE..~Cl.4,S QUMlCAS

PROYEcrO EOITOFUAl.

Director:Guillumo Callf:)C Pardo

reIU de publicaci6!1..:

TECNOLOGA BIOQuMICA Y DE LOS ALlMEl'ITOSCoordifI(Jdor: Jos Aguado AloMO

,

TECNOlOGIA DE lOS ALIMENTOSVOLUMEN I COMPONENTES DE LOS ALIMENTOS Y PROCESOSJuan A. Ord6ez Pereda (editor) Mara Isabel Cambero Rodrguez Lenides Fernndez lvarez

Mara Luisa Garcia SanzGonzalo Q. Garcia de Ferna:1do Minguilln Lorenzo de la Hoz Perales Mara Dolores Selgas Cortecero

Resel'\'ldoJ lodos 101 de,~ehos. E. I' pro~ibldo. bljo la.! uncion", pcntlu y el esarcimiVnerH:> y de los microorganismos que ms uanscen denca lienen en Lacr%gia, a continuacin, se describen los procesos de elaboracin de los dlsumos productos hiele os naciendo especial referencia a 10$ aspeClos tecnolgicos particu' ~ lares de c3da uno de ellos. Se cooti!la con las caractersticas generales '1 ~nsoriales de la carne, su lecnologa '1 la de 105 produclos elabou dos a parti r de ella Con el-mismo esquema, se estudian el pescado y los productos derivados de la pesca. Finalmente, el ll imo captulo se dedica al huevo '1 los ovoproJuctos. El conJunto de la obra tnclu)'c un anlisis en ma'lor profundidad de los aspeCIOS, proce sos u operaciones que han SIdo desarrollados recientemenle. As, por ejemplo, en el volu men [ se han descrito suc\Otamente 10$ tratarruentos tnnicos, los procesos de evaporacin '1 deshidratacin o la aplicao:ln de frio, operaciones bien conocidas. mientras que se han analizado con mayor profundidad. entre otros; los hornos microondas '1 sus aplicaCiones; los t'atamien tos de irradiacin, como un mtodo fis lco de conservacin menos extendido que la aplicacin de calor; la exttusin, todavia en desarrollo pe ro que ha encontrado 'la numerosas

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1CONCEPTO Y OBJETIVOS DE LA TECNOLOGA DE LOS ALIMENTOS

En MIl! nptulo se hJce un breve hislori. de los cambios sufridos cn 1.1 .Alimenticion d,d hombre a Ir~is de los tiempos, dude la prchiJlori t.,uta la actualidad, y se n,liu el progreso de los diitrentM mtodos de conscrvacin. Asimismo, se definen los conccptos de Iimento y de nut.-iente y, por ultimo, le dCKtibcn los objetivo;: de 1.11 Tccnologl de los AH.nltolOI.

1,1. De,arrollo histrico

Hace al menos tuatTo millones de a130s Jos prebomlnidos, por desconocidas razones, se desplataron desde los irboJes de Jos bosques a las sabanas y cambiaron su dleu vegelananJ. por la forma ornnfvou, lo que supuso un profundo efecto en la e\'ol::clon. de3de un ounto de \',a tanlO biolgico como cuituul. T;u un largo periodo evolutivo, las extremidades infenores fueron sufriendo mis y mejores adaptaciones para una posIcin erecla y, muy lentamente, las eXlremloaoes supenores fueron quedando liberadas de su !.pt::::~ pa~;! :a;ni'!li" y finalmente la mano , al quedar libre , se conVIrtI en un factor clave en la evolucin del hombre Qut! animales dIsponen de manos capaces de elaborar utensIlios' Los restos fSileS (crneos, mandbulas, dlenles suehos) indican que hace aproximadamente tres ml!lones de J.~OS e;USlleron ya unos prehomimos, los Aus/ra{opi!Jw;w (A.. alcrer.slS, ..... robWC';4 ) A bOIS~I) con algunos caracteres que recuerdan lejanamente al hombre moderno El salto hacia el Homo comenz. con la transformaCin del A afa,~nril en Horno hablfll (hace unos dos millones de e~os) r ts:e e:l H~ mo ~'eCffa (hace milln y medio de alias, aproXimadamente), donde estn Incluidos los llamados PiucomTopus. BalO esa denominacin slobal se Incluyen el hombre de Java , de Peltin, de Yuanmou. elc. (500-200 mil ai'los). los Ulen sihos hallados junto a los restos de estos Individuos indic;!:l un rada de e\'olucin mental Ms evolucionados, Sil'! duda, son el hombre de Neanderthal (10035 mil aj'os), capaz de ta llar la piedra de una fOrma muy perfecta, y el de Ctom acno- (hace unos cuarenta mil anos), autores de las pinturas rupestres de Altamira . Lascaux;, etc., que pertenecen ya a la especie Homo sapil!/tS. Es probable que los pnmeros prehommdos vIvieran en grupos poco numerosos y se desplazaran poda sabana en busca de alimento y punlOs de agl;!3. la morfologa dentaria evoca \.on ; t!glmen ailmenuclO basado en heroceu y

grarnlneas Sm embargo. los AusrralopiJucUJ debieron tener una dieta mis variada de upo omnvoro; la a!t;nentacin crnica consista, probablemente, en pequelios anima les (repti les. roedores ete.) y cadveres de grandes ma mUeros abandonldos ~or los aruma!es ca.!'!lvo, .05 Los Pitedn;:ropos de la especie Homo uec;u.;. cuyos uensihos han sido descubiertos en campamenlOs..I1 aire hbre o en cuevas, eran cazadores hbiles capaces de abatir grandes animales Hace unos quimentos mil ai'los. las glaciaciones foruron al hombre a adaptarse rpidamen te ; el uso d~ cuevas por gr"':j)CS de so.~OO i; =: ,~ duos cre un ambiente propicIo para una mayor accin SOCial Es enlonces cuando el hombre dC3cubre el fuego, lo que contribuye a aumentar la vida socia! alrededor del hogar que el fuego calienta e iluf"Una Alrededor del hogar, los cazadores cuentan sus hazau y proyectan la caza del da sigUiente, lo que va a reforzar los lazos que unen a la (a:rulia y a la tribu Las tradiciones cul l".J.U;les comunes unirn a estos hombres. que Iransmltlrn sus tt!cnicas y su sablduria De esta fonna nacieron las civilizaciones, se desa rrollaron y evolUCIOnaron Independientemente pe:o sin perd~r S;J propia id~n:ijad El conlrol de! fuego constituye un hito en la evolucin del hombre prehistnco El fuego no s610 manl1ene al hombre caliente sino lambit!n lIurruna su hosar. le protes~ contra !os anima les salvajes, le proporciona un cen tro de comu mdad y modtfica profundamente sus altmen!os las C.1:n~s asadas tienen una lexura y sabo. muy diferente de las crudas; adems, se alteran ms lentamente, aumenta su dlgesllblhdad y se eliminan microorganismos potencialmenle peligrosos Cuando el hombre aprendi a con lro lar el fuego y lo utiliz para librarse del frfo y para iluminar su hogar estaba ya, de una forma Inconsciente. practicando el ahumado. Ms tarde, movido por la necesidad de abaSlecerse en las pocas de escasez, el hombre ulLhz proba blemente el ahumado y la desecacin como una forma de prolongar la Vida ulll de sus ali memos

Copi/uJo J' Coeplo y obe",os ck /o TK~;O ck los A1;menlos

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Pasada esta primera larga etapa, la humanidad evoluCion velozmenle. En ei ?aieoiinco y Mesolftico (30.000-8.000 des) el hombre todava 00 3e ha becbo agricultor pero utiliza co mo alimentos una gran variedad de productos: buevos, (rutas, semillas. rafce;, insectos. pescado. miel y pequeos y grandes a nimales. Es en el NeoHtlco (9.0cx)3.500 aes) c1.!2..'lclc I!.pa!!::e una agricultura ruimeutaria con5isienle prin cipalmente en cul!ivos estacionales. En este periodo el hombre tambin domestica los ani males, a los que utihta como ayuda para trabajar y coma alimento. No se sabe en qu orden 10 hizo, pero sr que la cabra. c:1 y~. el bf2.lo y el ce rdo los domesuc en la primera etapa del Neoltico. y el caballo, camello, asno, elefante y gallina al final de es te perodo. Con estos nuevos avances, el hombre aument la dIverSIdad de sus alimentos. en especial la leche y los productos lcteos (leches fermentadas y queso) que se fonnaban por fermentacin espOl]: c,inea. En la Edad del Bronce (3.500 aos a. C.) comenz a regar sus cultivos, lo que se cree fue una de las causas que origm un espectacular Incremento de la poblaCIn en Mesopota mla Igualmente, utiliz el caballo,! los bvido! para arar los campos. apareci el comerCiO local,! de ms larga distancia y cultiv las frutas. Ampli sus alimentos, en especial los dI! ongen 'le' getal incluyendo en la dieta higos, arrot, aceite de oliva. cebolla, dtiles, uvas, etc. En la Edad del Hierro (1.500 aos a C.) a:arece el corr:e:cio a gran escala, !!r.tc ~or mar como por tierra y se mejoran los Utl1es de labranta . Como aliment os, se incluyen en la dieta otros nuevos, como especias, salsas y diversas frutas. Ms tarde . por fin. en la poca griega y, sobre todo, en [a romana se llega a la plenitud de la agricultura con el uro de fertiliuntes, la ro tacin de cultivos, etc. En las cuencas de los gra ndes rfos (Amari 110. Ttgris-ufrates, IndoGanges y Nilo) se desa rrollaron grandes civilizaciones. A travs de la s escnturas cuneiform:lS que se den>:lmin.1 Food alld NurrillOfl Group. Movimientos s!milares surgieron en Estados Unidos, donde tamb~n eo 1937 se celebr la pnmera reunin sobre problemas de la conserncln de alimentos, en la segunda, que tuvo lugar en 1939 en el Massachussets ns!!tute of Tech.'"Iolcgy, se fund el Instltule o Food Technologists. Hace unas cin co dcadas. los Cientficos britniCOS comenza ron a utilizar el trmino Food SClena y en 1950. un comn deSIgnado entre profesores de la UnIversidad defini a la CIencia de los Ah me\lS "'mo fa ci.mcia que se ocupa del cono Wl!ltnro ce fas prop,edades jisicQl, qu(micas ybIolgICOS dt [os ailmtfllOl y dt los priTlClplO! flUlr/fillos y a la Tecnologa de 105 Ahmentos como la uplolo"n Industrial de dichos prinCl' pios bdsicos.

En la actualidad, eXI~!en 50ciedades como las antes mencionadas en muchos pai5c~ )' !~ enseanza de la Ciencia y Tecnologa de los Alimentos se Imparte a, nivel unvers,tartO, en la mayora de los mismos

1.2. Alimenlos y nulrientesNo es infrecuente utilizar los trminos ali mentos y nutrientes como sinnimos cuando en realidad son conceptos que, si bicn se encuenIran (ntimamente ligados, difieren en muchos ::!.~:e:!os S~ puede :e!'::::~ .! les a!:rJl!o:los como

los productos de composicin compleja que en consumIdos por el hombre para satisfacer sus necesidades nutritivas y complacer las senso riales. u,s nurrienu$ son ciertas sust.ancias con tenidas en los aii71eniO~ que el o:g,;,nis:;o uli za. transiorma e Incorpora a sus p'0Jios eJljos para cumplir tres fines bsicos: :!porta, la er.:r g:.! ne:::es:!n.! ;:-::: q:..:: se m:!r!!er!g! ia !n!e~n dad y el perfecto funCIonamIento de las emuc (UTas corporales, proporcIOna r los malenales necesarios para la (omucin de estas es:-u:!u ras j', pOi ltimo. su:ninist,ar las s:.Jstan::;;n neo cesarias para regular el metabolismo En los alimenlOS se encuentran los slgulen tes nutrientes. a) Carbohidraros, cuya funcin pnnclpal es aportar energa al organismo ~' que pue den converurse en grasa corporal. /1) Grasas, as cuales proporclonan un ma-yor aporte energtico que los carbohi dratos y tambin pueden formar grasa corporal e) Prolen(Js, que estn compuestas por ami nocidos que constilu~en los matenales necesarios para el crecimiento:, reparacin tisular. El organismo puede utllizarlas tam bi~n como fuente ener~~tica d) MintraltS, que se utihzan para el Ctfiguracin teuaMrica casi perfecta (el .ingulo del letraedro es 10928') de 105 cualro orbitales spl posibles del tomo de origeno. La cx:h caclo n Oe esta ligera oeSVlacin es que los elc-ctrones no compartidos del tomo de odgeno Ilenden a repeler a los electrooes pareados. La dislancia media entre H-O es de 0.096 nro. E:sta disposicin de los elecfrones ee la molcula de agua le confiere asirnetria elctrica. El tomo de oxigeno elect ronegativo neode a auaer I~ e lectrones no compartidos del horno de hidr-

geno. El rt.> ... :;a.:! .. e~ q .. ~ ~.l.:!' ....0 ,je io,> aos tomos de hidrgeno posee una carga local pare ", poSIiI\a, e, alomo) de oXlgt!no, a su vez, posee una carga local parcial negltiva. [k esta lorma, la molcula de agua es un dipolo elctri co. El grado de separacin de las cargas posiuvas y neg",tivas en las mol~culas dlpolares se expresa por el momenfO dipola, que cOnst:luyc uroa m~dlca c~ la tender.::i3 de un~ :'nO!~CU!3 3; oncnlarse en un camp" elclrico. La naturaleza dipolar de la molcula de agua aislada hace que se produzca una (uerte atraccin e[ectrostuca entre la carga parcial negativa, situada soore el tomo de o:cigeno de una mol::'Jla de agul '! la eug! ~arcia! pcsi! iva Situada sobre el tomo de hidrgeno de otra molcula de ag ua adyacente, da ndo tugar a en laces de hidrgeno. A Cdusa de la ordenacin aproxImadamente tetrao!drica de los electrones en el tomo de oxfgeno, cada molcula de agua tiende a establecer enlaces de hidrgeno con ouas CllaltO moJo!cubs de agua vecinaJ. Ea comparac:n con los enlaces covalenles, con una energa de enlace (energa necesana para disociar el enlace) de 335 lc.J mol-'. [os enlaces de hidrgeno tienen una energia de enlace mucho ms dbil (2-40 kl mol- I). Co mo los enl:1ce, co ... a!m l~ S de la molcula de agua estn localizados sobre dos de los ejes del tetraedro imaginario, esto,s dos ejes represenlan lineas positivas de fuerza (sitiOS dadores). Pero en el eomo de oxigeno permanecen otro par de orbitales sobee OIrOS dos ejes de! teeraedro y representan lineas negallvas de fuerlJ. (sitios re :e;tor~, ce e!l..!aces de h.idrge no). En vir1ud de estas cuatro lneas de fue rza, cada molcula de agua puede establecer cuatro puentes de hidrgeno con otras cuatro molculas, obtenindose. como resultado, una estructura tambjo!n tetradnca (figura 2.2). Debido a que la molcula de agua tieec un nmero Igual de sitios receptores que dadores de pue ntes de hidrgeno que pennileo una disposicin tndimensional, hace que existan unas fuerzas de atraccin mu'l grandes eoue las mOlculas de agua, sobre todo si se compara COD

2 .4 . Estructura d el hiela y del ag uaEl agua, con sus fuerus dlnpdas en las tres direcciones del espacio y en el sentido de los cuatro ejes de un tetrledro. cristalit.z en una e!ruclura ablen de baJa densid3d. La d!stanci:! entre los dos itomos de oxgeno ms cercanos es de O.Z76 nm '! el 'ngulo que fonnan !n!:S to mas oc oxigeno es liger&menle sUpenor a 109" (muy prxImo alingulo del tetraedro perfecto, 109" 28'). En el hIelo, cada molcula de agua se halla unida po: enlaces de hidrgeno a exacta me me otras cuatro molculas de agua que se asoci:m d:: '-2\ forma que se obtiene una e5:ru~ [ura hexagonal, que es la ~mbm3cin de dos planos paralelos muy cercanos con los tomos de oxgeno dIstribuidos de forma re!Ular. Esta dlSOoslcln constituye unl tHruCiUra basal. Cu~ndo varias estructuras basales se unen se obtiene la estructura habItual del hielo El hIelo puro no es un sIstema eSI'IICO constituido slo por moMeulas de agua dIspuestas en un orden preciso sino que es un sistema di' nmico porque, al margen de cOnlener en can udades vestigiales cienos istopos (deuteriO, tTltio, lH, \10, 110, etc), que puedeo ignoral'!e en la ma~or{a de los cases, los erista1-:s de hldo rJunca son totalmente perfeclos, existiendo de fectos de tipO Orlentacional (eaU5ados por dis locacin de protones) o Inico (formacin de Hp y OH") que explican la ma!,"or movihdad de los prOlones en el hielo que en el agua; se cree que eSI'n en VIbracin continua que dllminuye al hacerlo Ii! temperan.:ra, sien::!o neo cesario alcanzar temperaturas del o rden de -183"C para fijar los ;itomos de hidrgeno y conseguir un SIstema estitico_ Este estado di namico del hielo se ha relacIonado con la ael1' vidad de cIertas reacciones que, aunque sea lentamente, siguen progresando en los ali mentos baJO congelacin En el hielo cada mol&ula de 3gua est' unida a airas eualto moMeulas vecinas. En el aguI liquida a O-C cada molcula de agua se halla UIlI' da, en cualquIer momento, a otras 3-4 mol4!cu las, ?c= o ~:a tli!:1!, ii! c!:s:a.;:: e;:e do~ .. tomas

FIGuv. 2.2 Config\lloc.io" Tltroidflco de molk\llcl de oguo unidos por eoloul de hidrgeno O: O~igeno; . : h>drgeno. fueNe. FeMeme t1996)I~ fuerzu de auaccln de otras mol&ulas pequdlu con configuracin te tra4!dnca, tal como el NH" que tlell~ tres hidr6g~nos y slo un $1tia receplOT, o el FH con un hidrgeno y, por lo llr.:O, tres sitios receptores. Ambos no llenen igual numero de receptores y dadores y, por ello, slo pueden formar enlaces de hidrgeno en senlido bidImenSIonal y, en consecuencia, un menor numero de enlaces de hidrgeno entre sus molculas que en el .tIgua. LI disposicin IridimenSlonal de las molculas del agua explica muchas de lu propiedades. anormales que posee. su gran capacidad ca orifica, su aho punto de fusin 'J de ebullicin, su te nsin superfiCIal, los ," tos valores de los calor de fusin, vaponucln y sublimacln~ todos ellos relacionados con la gran canlldad de energa que se necesita pira romper los en laces de hidrgeno intermokculltes

Captula 2 Agua~ :~g~:!c ~ s..:;-:::c~ ! h q..:~ ~ ~:1:::''':~='.:"1 ~ :! el hielo: 0,29 nm 15 "C Y 0.305 nm a 83 ec. A partir del calor de fusin del hielo $e ha a.1culado que cuando ~ste se funde a O ec, slo se rompee un 1~": d= les :=tla~=s de h!:;6g~;o ~xist~=t~s en el hi~lc. !::! !u! !f~u;:a pu~d= considerarse, pues. como fudo qrubraruado Ent.~ las mo!~cu!as ~ agua a 100 "C exsen todavfa fuertes traCCIOnes, como puece Indl car el elevado calor d~ vaponucin. En reali dad los enlaces d~ hidr~eno no se disocian totalmente huta que el vapor de agua se cahenta por encima de los 600 OCE;me el agua) el hielo el.iste, pues, una pe . quetla diferencia en la cantidad d~ enlaces de hidrgeno estableCidos, lo cual puede parecer sorprendente si sc compara la rigidez de! hielo con la fluidez del agua.. La teoria ms difundIda pan dar una exphcacin aceptable reSide en la velocidad con que 5: establecen y rompen los enlaces de hidrgeno. Aunque en un Instante determinado la mayor parte de las molculas en el agua Ifqulda es(jn unidas por puentes de hidrgeno, la Vida media de cada enlace de hi drgeno es slo de 10- 10 a 10- 11 segundos La estructura del agua es, por lo tanto, s610 ~su dstica, ya que es el resul tado de una media ob tenida en el espacio 'j en el ttempo Por consIguiente, es a la vez fluida y estable. Se ha empleado el trmino de agrupacioflts 1UCfUOnItS para designar los grupos d~ molct!!ls de agt!a, de vida corta y estructura sImilar a la del hIelO, existente en el agua lquida La \elCCldad con que se forman y escinden los enlaces de hidrgeno en siSlemas aCuOSOS supera, en mucho, a la velOCidad de fonnacin y destrucci6n de la mayoria de 105 enlaces cava lentes. Esta caracterfstica confiere I los enlaces de hidrgeno una gran ventaja blolgH:a en lo que se refiere a las reacciones biomoleculares.

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c~J: : ;:.!! !! ::.a)"c: ;:a..-;~ ~ l.:x :f:;uidos corrientes. Muchas sales cristali..tadas y otros compuestos lnicos se disuelven con fa cilidad en d agua pero son casi Insolubles en ;:Js U.:ui:;)s a?o13res. tales como el cloroionno o el ben:ei ;). Pues:,J que la red cnsahna de las sales , por ejemplo el cloruro sdico. se rnantien~ Unida mediante fuertes atraccio nes electrostall~a$ enlre iones pOSitiVOS e iones ne o gatlvos alternantes, se necesita de una energfa cor.siderabl~ pa:-a separar a estOS lon ~s unos de otros El 2gU!. cist!e!ve, no obstante, al NaO cnstahzado gracias a IlLS fuertes atraccio ne5 electrostaucas entre los olpoios oel asU I y los iones Na' )' O- que (orman los iones hidratados correspondientes, muy estables, y superan con ello la tendenCiJ de 105 iones Na' yela alrae~ mutuamente. La;ol'lalacin inica se ve favorecida tambin por la t!ndencl! del disolven;e a o;>on=rle a la atraccin electrosttica entre los iones poSIUVOS y negal:";5 que viene expresada por la coruranlt dltUctrlcQ D, definida por la frmula

::::.td:o

donde; F. tuerta de atraccin entre dos iones de carga opuesta tI y tI '" las cargas de los iones. , = distancia enlre los iones. El agua posee una constante dielctrica muy elevada, comparada con la de disolventes org me tanol 33; elanol 24; acelOna nicos (agua 21,4; benceno 2,3, hexano 1,9). Las fuerzas de atraccin en el agua existentes entre los IOncs Na' y a-, por ejemplo a una determinada dls tancia, son sdio un catorceavo de la que mostrarian en el benceno, es un faclor que favorece la hidratacin de los iones y la desorganizacin de la red cnslalina Otro tipo de susfancias que se disuelven en el agua con fa cilidad son los compuestos no inlCOS pero de carcter polar. tales como los azcares, alcoholes sencillos, aldehidos y celOnas. Su soluoihd.d se debe a la tendenCIa de

.w;

2.5. Propiedades disolventes del oguaEl agua. por su naluraleza dipolar, d isuelve a dlsperu mucn.! SUStanCIas, es un dl$Olvenle

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!KnoIogo

d~ {Ol A1im~rnos .

.jJ

Compon~nl~j

de 101 olimer'lloJ y prCX;~SOJ

jZ.i ;7;I~".J!;i.i a,;;1.:::' ;! :!5tl::!~~: ~:'.::!.~!s :! hidrgeno con [os azucares y alcoholes y el !tom\) d~ ox[ge0 dei V..:P-- cz.:-Dij". ~ '::. lai "';.::!c hdos y las cetonas.

Agu.

2.6. Interacciones del aguo con sustancias apolores El agua ta;aCI, por ejemplo. cuando su concentraCin es de 0.15 M (concentracin aproximada en el plasma sangufneo). los iones 1'3' y CI- se hallan separados 1.9 nm. Puesto que cada In Na' y el- hid ratado posee un dimetro de 0.5 a 0,7 nm, y un agrupamiento tetratdnco de cinco molculas de agua que tiene un dimelfa de ap roximadamente 0.5 nm, est claro q ue debe ha be r un cambio considerable en la estructura lridimension~ y en las propiedades del aJUa lquida cuando se disuelve NaO en ella. las $8 les romper! la estructura del agua El efecto de un solulo en el disolyente se manifiesta tambi~n en las propiedades coligall vas (presin osmtIca. pUDto de ebuU icin. punto de congelacin, presin de vapor, etc.) de lu disolucIOnes. las cuales deper:den del nu mero de panlculas del soluto por unidad de volu men del di sol yen te_ Los solutos producen efectos caractersticos en el disolvenle tales como el descenso del punlo de congelacin, la elevacin del pl.!n to de ebullicin y la dimLinucin de la presin de vapor Confieren la mbin a la d isolucin la propiedad de la presin 05muca.

n;ic-s ~s~c!!~os S~~~~ !! ::..!::.!:.!!~::.:: C= !es c:istales de hielo en pre$enCla de dlslinto$ $Olutos '-' -.-~' ~~'- - ' \6"--'''''' 6- ''' - :-' ' ' ' .... ... _J.. - " . " .~w, , ,_s-;n:, ere.). Con estos 50lutos se forman cuatro tipos de estruc tura principalmenle formas hl:xagonales, dendritas irregulares, C5f~rulas tosns y esfru_ ai evanesce ntes. ;-';0 ooslante, tamoieo puecen tonnarse una gran vaneoad de IIpOS iatermedios_ La fonna hengona! =s la no::r al. con una ordenacin mas perfecla; parece $,( que se da en las muestras que se congelan a U'la lemperatura moderadamente baja (n" en la congela. cin raptda). La forma hexagonal e., reproducible con todos los solutos anterionn-:nte citados excepto con la gelalina Con este soluto la cstructura del hielo posee un deSO lden mayor que en la forma hexagonal Lu dlsclucLones de gelatina forman crisla/es de hielo cibicos o y neos que llegan a se r ms abundanles a med ida que se Incrementa la velOC'ldad '.ie congelacin o la concentracin de gelatl!la Aparentemente la gelatina , que es una mol ~cula de gran tamao, compleja e hidrfila, puede reSlringir el movirruento de las molculas de agua y la facultad que llenen para formar estruclUras hexagonales En gene ral, puede decirse que aunque se pueden formar estructuras diferente:. a la hexagonal en los alimentos y malerial bilJlgico. no SOn habuuales

..

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2_ . Actividad de aguo 9El agua es. probablemente, el faclor individ ual q ue ms influye en la alterabilidad de los alimentos. Por otra parle, est pe!C[amen te dc. most:'%do q~.!. alunentos ca:: el mi!mo cenlenido en agua se alteran de fonn a distinta, de lo que se deduce claramen te que la canlidad de agua por s sola no es un fiel Indicativo de deterioro de los alimentos_ Como consecuencia de este hec ho, surgi el concepto de acuvidad de agua (a..). que ha sido muy valoracfo en estudiOS sobre alteraciones de alimento:s por estar

2.8. Efedo de los soluto.s en lo eslr\Jduro del hieloLa cantidad y la cla$e de salute iafluye en el tamatio. estruclura, localizacin y orie nla cin de los cristales del hielo_ Se han realizado

directamente relacionado con el crecimiento y activIdad metabiica de 105 nucroorganismos y con lu reacciones hidrolfticas. La utilidad de la Q. ha sido, a veces, devaluada debido a que no siempre se puede predeCir totaimente el crecimiento microbiano. ya que la respuesta oe los rrucroorgaOismos es diferente dependiendo de! soluto que sea r~s ponsable d~ 1 \ alor de Q ~_ Sin e:nbargo, en tr mmos generales puede decirse que gracias a este concepto se puede calcular la estabilidad de muchos alimentos, mejorar procesos de concentracin }" deshidratacin de alimentos e, in cluso, disear nuevos productos ms estables. El trminO de Q .. Indica la intensidad de las ruerzas que unen el agua con otros componentes no acuosos y, en consecuencia. el agua dis ponible para e! crecirmento de mlcroorganis mos y para que se puedan llevar a cabo di fe rentes reacciones qumicas y bioqumicas. ~ Cuando se aade un soluto al agua pura, las molculas de agua se onentan en la superficie de! soluto y se interrelaCionan con ~L Como consecuencia. disminuye el punlO de congela cin, aumenta el punto de ebullicin y disminuye la preSin de vapor segun la ley de Raouh que dice: "Ia disminucin relat;\'a de la presin de vapor de un lquido al dISolverse en ~l un soluto es igual a la (raccin molar del solvente". La expresin matemtica de la ley de Raoult es:

El agua presente en los alimentos ejerce. por lo tamo. una presil\ de vapor que depende de la cantidad de agua, de la concentracin de so1ut05 en el agua y de la lempe ratura. Evidentemente. SI no hay solutos. como es el caso del agua pura. la relacin enlre las pre slones es la unidad; en consecuencia, la a~ de lodos los alimentos es SIempre nfenor a uno eSte descenso se explica porque los constitu yentes qumicos que estn presentes inmovili zan parcialmente el agua. con lo que disminuye su capacidad de vaponzacin y su reactividad qwmlca En re21idad. la a ~ es la re!acin en"~ la fugacidad del disolvente en la disolucin (j) res pecto a la fugacidad del disolvente puro (fr), entendiendo por fugaCIdad la tendencia que presenta un disolvente a escapar de una solucin Sin embargo. a bajas presiones, como es la presin ambiental, la diferencia entre la rugacidad y la presin de vapor es tan pequea (inferior a 1%) que normalmente se habla de presiones. Seria. por lo tanto, ms correcto ex presarlo como'

dO:ld~ :

P", presin de vapor de la solucin. Po., presin de vapor del agua pura. ni'" moles de soluto . n z " moles de solvenle.La actiVidad de agua se defi ne como la relacin existen le entre la .presin de vapor de una so lucin o de un alimento (P) con respecto a la presin de vapor de! agua pura (Po), a la mis ma temperatura.Q~'"

0 Dado que 1 que se mide realmente son las presiones y a veces no coincide totalmente con la Q .. , algunos autores han indicado que sera m.is razonable utiliur el t~rmino presin dI! va por .";:il/:; (P!Po). Si., embargo, dado lo extendido que est el trmmo d~ Q. en la comunidad cientfica y la poca diferencia que representa, en este lioro se ha preferido utiht.r dicho t~rmino La Q .. de un al imento y la humedad relaliva del ambiente en el que se encuentra tienden siempre a eqUilibrarse, por lo que a menudo, se expresa como humedad relativa de equilibrio (%)(HRE),a~ '" HREIlOO

PIPo

La relacin entre Q .. y el contenido en humedad de un alimento viene determinado por la ecuacin 8ET (g ru :.a'..:!~, S::::::e:. Te1!e.~:

Cepiluto ] ; Agua

31

donde'

!ti .. bume::lad del producto (gflOO g de ma lena seca). M, cont.:nloo en agua GOneipvndiente I la capa monomclecular (g/!OO g d~ materia St:.

O , 9S~

,,)C = constanH~ relacionada con el calor de adsorCIn del agua retenida.

'.

I

0*[

El "alor de la capa monoonolecular, denomi 0.85 '=-~c:-~c:---::--:---:---:--::----,::- I nada mOfuxapa BET. representa el contenido -20 -15 -lO -$ O S 10 15 20 de humedad al cual el alimento es mis estable A contenidos ms bajos, puede haber oXLda cln lipidlca, mIentras que a contenidos mayo res pueden eyistir actividades cnlLmticas, no FGUItA 2 onooco.. CocO>OIIOICO

C"ptICO lC\IIico Mori ...ico 1'01"';""0 MotpICO f.:t...:oAloqudlCo a.N .. icoL;', ~,--",

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e.....llllicocin... ",o,;doC!, gel~coe.nc;.i,i>cocln. e~poc,dod do cboorci6n d. 09UO. em\lI .,~eoclnr..cin. oun d,0t0mCI1.

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:>blOlCiOn y r''-ncin d. oguaEmulwli.;ocin

AJologa. d, eotn, ..

Ma!.one...rno....-q~i!lo

es dominante en detrimento de las ,,(eracciones protena-agua. b) Propiedades ligadas a caracterslicas de superficie. Se indu>en en es{e apartado la capacidad de formacin de e.-pumas, emulsiones y todos 105 fenmenos -elacionados con la tensin superficial.

4.3. Propiedades de hidratadonLa te,-.;tura y las propiedades reolgicas de [os alimentos dependen de la inleraccin del agua con ouos componentes alimentarios, especialmente con macromolculas como las proteinas y los polisacridos. De aqu la importancia de conocer el comportamiento de las protenas en presencia de agua. El agua puede modificar las propiedades fisicoqumicas de los productos alimeoticios e influir de una forma

cruc!. e!1 !l l!ce?t2ciCoteicas que se estableccn cuando el 'sua que estabihza cIertos gru005 funcionaks se separa en fOnTla de tudo. - La presencia de CL~nos disolventes disminUye las fuerzas electr051.iticas de repulsi6n entre las moltculas prcteicas, lo que ravorece la agregac\C~n y pomrior precipitacin Adems, los disolvent~s cor.pit:n por las molculas de :!gua y, ror lo tan te, t2.I!lbin r:ducen la solubilidad de las proten/!$ Para valorar la !olUbilidad de una proteinJ se ullliza el ndice ~e solubLhdad de l nitrgeno y d perfil de solub lidad en funcin d:l pH (tigurJ 4.1), dellrata niento !nnico y de la fuerta i6nica. "

4,5, ViscosidadLa viscosidad de un fluido es la medLda de su resis!~ocia a fluir o romperse Se expresa mediaote el codicien!: de \"!scosid J) que depende directamente de la fueru de flUJO (r) e Lnversamente de la velocidld relat!va del flujo (y);

Ei GlJefi:i.ente de ..isc~idad es in~ependien te ce la fuerz;, o velocidad de !lujo en los OUIdr~s newtCfl~nCf; s:n embargo, la mayorfa de [as macrrunclculas en disoluci6n, entre [as que se mcluyen las proteln!.S, no se componan de eSle modo, sino que el coeficiente de viscosidad decrece a medida que aumenla la velocidad de flujo : es decu, siguen un comportamleoto puudopkUrico.

La viscosidad de los auidos proteicos est.i directamente relacionada con el dimetro apareole de las molculas disperus. que a su ve: de-

PC";; de ;oli .:..a:':'';:':;~:.'::3~ ~:;;il;:.s d~ .::.s.~3 ;':l tena (masa, volumen, estructura, cargas elctrlC., etc.j, Oc as m.,,cciones :HOeina-aguJ (determina el hinchamiento de las molculas) y de las interacciones protefna-protena (influye en el tamao de los agregados). Por tanto, la perdrda de VISCOSidad de los tlu,dos prolelcos est siempre determmada por la dlsmtnucin d::1 cimetro aparente.d:: las molculas. Al igual que toJas las pr,Jpiedaces fur:.: io nales en las que influye la interaccin entre molcula3 proteicas y el agua, la \iscosidad se ve afeclada por el pH. temperatura, concentra cln proteica y concentracin salina, debIdo a q:.l:: todos estos factores llevan consigo [a rotura de puentes de hLdrgeno o disulfuro. con 10 que se modifica el dLmelto aparente. Cuando se agitan algunas disoluciones proteicas_ su viscosidad (!tsmtnuye~ 510 embargo, al permanecer un tiempo en reposo la VISCOSidad se recupera hasta su eslado inicial. Este fenmeno, llamado nxotropD, se explica por la rotura de l produ::tos Similares) Sm embargo. la dollS total d= radiacin ionizante requerida para conseguir un determinado efectO puede aplicarse de forma fracciona da De esta fonna. pueden irradlane alimentos con un contenido mfeTlor al 5% de mgredlentes irradIados o cuando los componentes se han tratado por separado a dosis bajas (S 1 kGy). En todo caso, La media global absorbida com.o consecuencia de una Irradiacin repetida no debe exceder los 10 kG)!. Las modificaciones qumicas ind ucidas por las radiaciones loniunles alteran, en mayor o menor grado. la calidad organolpuca y nUlntlYa de los alimentos. La magnitud de los cambios oro !anotptlcos indUCidos por la radiacin depende, prinCipalmente, de la dosis absorbida. Parece ser que eXIste una dOSIS umbral por debajo de la cual los cambios no son detectables. mientras que dosis elevadas de madiacin causan modificaciones del sabor, color y textura que pueden hacer al alimento mlccptable. Estas alteraClo, nes. Sin embargo. pueden mInimizarse Irradian do el alimento enl'asado al vado o en atmsferas modificadas, en estado congelado o en pre sencia de antioxidantes; es deor, siempre que se reduzca el efecto ICcundano de la irradiacin. Una de las alteraciones organolpticas ms aracteTSticas es la aparicin de un olor ylo sao bor tpico a radIacin. Este hecho se debe, fun damentalmente, al efecto del proceso de la ra diolisis en pidos y prolenas. En los pnmeros'"Se potencia la formaCIn de perXIdos e htdroper. xidos con la consiguiente produccin de alde hdos }' cetonas voltiles que modifican el aro-

184

Tecnolog;a dtt 101 AJim~ntoJ. (1) Componen/eJ de IoJ a/i7len/oJ y proceWJsometi::las a irradiacin se ha observado un mayor oscurecimiento durante la coccin. Al Igual que otras modificaciones produci. das por la irradiacin, la prdida de nutrientes depende principalmente de la dosis absorbida y de la condiciones en las que se realice el Iratamiento_ Las investigaciones realizadas h3S!:l la actuJlidad indican que el valor nutnuvo de riv3do de! apone d~ ma:cronutrientes no se modifi:a significativamente en los alimentos irradiados con las dosis recomendadas. As, di versos trabajos afirman que el valor nutritivo de las ?foteinas en los alimenlOS irradiados es Similar al que ttenen cuando reciben un trata miento emLCO equi~alente. Los datos existentes sobre el efecto de irradiacin en los micronutrientes son diversos. La vitamir_a O, la riboflavina y la niacina son bastante radiorresistentes, sin embargo las vitami. nas A, BL E Y K son mucbo ms radiosensi bIes. Puece ser que las p;didas de vitamina sc han sobreestimado ya que el cido ascrbi ca sc OXIda a dehidroascrbico, el cual es igualmente acttvo. Para mitigar estas prdidas. cuando se utilizan dosis cercanas o supenores a los 10 kGy. es necesario lomar medidas de proteccin como puede ser tratar el producto a baja temperatura y envasado al vaco.

ma. En cuanto a las prolenas, una de las causas del mal olor deriva de la posible liberacin de sulfuro de hidrgeno. Por estos efectos, la rradiacin no es conveniente, incluso a d05;s bajas, para el pescado graso y nicamente sedan ade cuados tratamientos muy ~aves para la leche y productos derivados. En el caso d~ la carne, la irradiacin produce un cambio de sabor ms acusado en los cort~s magros que ~n aque1!o5 con un conlenido elevado de grasa. Estas alteraciones son menos manifiestas en I:! came de cero do que en la de \'acuno, posiblemente debido al mayor contenido de grasa de la primera, ESle reguSIO es ms pronunciado inm.::diatamente despu~ de la madlacin y decreeo:: o incluso de saparee~ durante el almacenamiento o despus de cocinar el producto. Efcolo; tambin puede verse afecudo. As las carnes irradiadas con dosis superiores a 1,5 IcGy presentan un cierto oscurecimiento. Por otra parte, puede intensIficarse el pardeamiento eaz.imtico como consecuen cia de la liberacin de enzimas de orgnulos celulares debido a la alleracin de sw membranas, lo que facilita que.sustratos fenlicos se pongan en contacto con polifenoloxidasas. Es frecuente tambin que se produzca una disminUCin de la viscosidad, como ocurre en la clara de huevo y en sopas y salsas elaboradas con almidn tratado por irradiacin con dosis superiores a llcGy. En frutas y honalizas se producen cambios de textura derivados de la prdl' da de fumeza del tejido vegetal que conducen a un ablandamiento del producto y a un incremento de la permeabilidad de los ITUsmos. Este efectO se debe a la despolimerizacln parcial de los po[isacridos de [a pared celular (celulosa y pectinas) y a la alteracin de la membrana celular (en e3pecial del componente Jipdico de la misma). El ablandamiento no se presenta de in mediatO 3inO al cabo de varias boras e incluso das despus de recibir la irradiacin. Esta modificacin puede utilizarse coa cienas ventajas tecnolgicas en alguaos procesos, aunque tambin limita la dosis pennisible ya que a menudo acelera I~ fenmen03 de descomposicin. Bajo este aspecto, en aJguoas variedades de patatas

e

9.3.3. ;'plicoon en le Indujlrio AJimenlorioEltVlarniento por irradiacin. ya sea solo o combinado con otros tralamientos, ofrece ciertas ventajas en comparacin con los mtodos clSICOS. entre las que pueden destacarse la poSibilidad de tratar alimentos dC3pues de envasados y la de conservarlos en estado fresco durante perodos re lativamente largos. Este tratamiento requiere, sin embargo, mayores medidas de control y seguridad y su eleccin de~ bacerse cuando, frente a otras formas de procesar los alimenlos. las ventajas sobrepasen con mucho a 135 desventajas. La irradiacin de alimentos slo incrementa ligeramenlc la temperatura de stos, por lo

Capiluk. 9; Uttlizodn de rcdirx.ioneJ .I&CIromognericaJtanto puede utiliurse filfa destruir microorganismos en alimentO! c(,ngelados sin que stos cambien de estado. Ad ~ms, la mayoa de los materiales utilizados er. el envasado de los alimentos, incluso aquellos que no resisten los tratamien tos trmico!, tienen un comporta miento adecuado frentl' a las radiaciones ioruuntes en las coodicior,es de ulilizacin de la Industria Alimentaria (cuadro 9 8). Inicialmente, los Ira amientos con radiaciones ionitantes se clasilicaron comparndolos con 105 tratamientos termicos tradicionales y teniendo en cuenta la dosis de irradiacin aplicada. De esta forma, se definieron los siguientes trminos:

185

e) Radurilacin, que consiste en aplicar dosis de radiacin IOnizanre que no alteran el producto y reducen sensiblemente la carga microbiana alterante, con el fin de aumentar la vida til del alimento. Las dosis nece~arias estan comprendidas entre 0,4 y 10 kGy En la actualidad, se prefiere rea lizar una clasificacin de acuerdo con la dosis empleada De esta torma, se consideran tratamientos con dosis baja (hasta 1 kGy), con dosis media (de 1 a 10 kGy) Y con dosIS aIra (de 10 a 50 KGy). Esta clasificacin permite agrupar con mayor exactitud los efectos r objetivos conseguidos. El cuadro 9.9 recoge algunas de las aplicaciones de estos tr3t.1mientos. Para cada aplicacin existe una dosis mnima por debajo de la cual no puede conseguir.;e el electo que se pretende. La radapertizacin, al igual que la aplicacin de altas dosis, son tratamientos !la avala. dos por las recomendaciones del Comit Mixto de Expertos FAO/OIEAfOMS y la Comisin del Codex Alitnenrarhu. La aplicacin de dosis bajas o reducidas, inferiores a 1 kGy, con escaso efecto sobre las caractensticas organolpticas y nutritivas de los alimentos, aporta considerables ventajas tecnolgicas. Estos tratamientos son vlidos para impedir que aparezcan brotes en [os tubrculos de patata y batata (0,08-0,14 kGy), cebollas y ajos (0,03-0,12 kGy) y jengibre (0,0.;..0,10 kGy), as como para inhIbir la germinacin de las castaas (0,20 kGy) como una alternativa a los inrooidores qumiCOS como la hidrazida del cido maleico. La irradiacin comercial de patatas lleva practicndose eo Japo desde 1973 con gran xito, de forma que est prohibido el empleo de tnhIbldores qumicos de la gemUn8cio. De la misma forma, muchos pases (AJemania, Bangladesh, Chile, EspaDa, Hungra, Israel, Uruguay, Tailandia) penniten el cntamieD(O iodusrrial de rubculos (dosis .s 0,1.5 kGy) y de ceboUaJ y ajos (dosis .s 0,08 kGy). u aplicaciD a la cebada de dosis compreDdidas entre 0,25 y 0,50 kGy retrasa notablemeDte el crecimiento

a) Radapurilacin, :uando la. dosis apli:adas son sufiCIentes para reducir el mimero y/o la actividad de los microorgams mas viables :1asta conseguir la esterilidad comercial (na a!CMItO ...""", .:. ..."'. CId,,...,. oh.... """IO.

'''9'''''"'''''": ..!lo ....... CO ...., _o.poocdo .

de races durance el malteado. De esta forma. se obtiene malta de gran calidad y se reducen las prdidas debidu a esa causa. Por otra parte, doSIS muy pequel'ias de irradiacin (0,Ol-O,10 Ic:Gy) estimulan la germinacin de la cebada, lo que permite acortar el proceso de maheado y aumentar la capacidad de produccin. 1..1 irradiacin con dosis relativamente bajas (infenores o iguales a 0,50 kGy) permite elimi nar los insectos que con mayor frecuencia daan los cereales, incluso los huevos deposita. dos dentro de los granos. Este mismo objetivo puede conseguirse en frulos secos, hortalizas y pescado seco (aplicando dosis de 0.2-0,7 kGy). La desinseclacin por irradiacin comenz a realizarse a escala industrial en la antigua Unin Sovitica en el ao 1980, al entrar en funciOnamiento en Odessa una planta de rradiacin electrnica para Iratamiento de granos importados. La desinsectacin por irradiacin puede contribuir significativamente a mejorar el cl}.lerdo de muchos produc:os tro:licales 'j

subtropicales (cilncos, mangos, papayas, etc.), al ehminarse el peligro de difusin de plagas. La irradiacin permite inacth'ar cienos oro ganismos parsitos patgenos tanto para el hombre como para 105 animales. El nematodo T,ichi"tIla lpi,afu se deslfuye con una dOSIS mnima de 0,15 kGy. Olros parsitos, como las tenias del ganado vacuno y del cerdo, el prolozoo del cerdo que causa la toxoplasmosis y d i versos nematodos que infectan al pescado se eliminan con dosis inferiores a 1 kGy. Las dosis bajas de radiacin son igualmenle vlidas para retrasar la maduracin y el envejecimiento de algunas frutas y hortalizas. Dosis comprendidas entre 0,3 y 1,0 kGy permiten prolongar la conservacin de los mangos en una semana y en dos en el caso de los pltanos, 1..1 magnitud de este declO depende de la dosis y del grado de madurez alcanzado en el momenlO del tra!amiento , Demorar la madura cin de setas y esprragos requiere dosis algo ma)ores, entre 1,0 y 1,4 kGy.

Con fines tecnolflcos pueden utilizarse dolis medias (eDtre 2 y 7 kGy) para redUCir el tiempo de coccin de lesumbres (hbas , . udu). aumentar el rendimiento de extraccin de zumos en las frutas y acelerar el proceso de deshidratacin de frutas y ve.!!etales Uno de los principales objetivos de la ;:-:a dlacin d~ ahmentos es la destruccin de mi croorganismos patgeno, y alterantes, auncue la doSIS de irndlacln requenda para ello es, en muchos casos. demasiado elevada (supt.nor a 10 IcGy) . Sin embargo, los tratamientos tOn dosis medias (comprendidos entre 1 )' 10 lcGy) permiten p.olongar considerablemente el tiem po de conservacin de dlyersa.s frutas . carne . pescado}' manscos y mejorar su calidad higi nica . La combinacin con otros Sistemas de conservacin (envasado al vado. tratamIentos tnnicos) permite conseguir mejores resultados con dosis inferiores de irradiacin Tratamien tos entre 2 y 7 kGy se hao utihudo para reducir la tasa de bacterias patgenas no esporuladas (Salmondla. Campylobaclu, Lu/tna. Yersinia) en carnes de mamferos, de aves, pescado, gambas. ancas de rana, etc. Estos productos suelen irradlane congelados para mtnimillr las modificaCiones organolptic.ls Con dosis de irradIacin comprendidas enne 3 y 10 kGy es posible descontaminar especias. condimentos vegetales secos, hierbas. almidn, concentrad os de protenas y preparaciones entimticas comerciales utiliz.ados en la l nd uslria Allmentana, que suelen presentar una elevada carga tan:o de agentes alterantes como de pa t6genos. Sin embargo. los tratamientos de esterilitaci6n industrial por irradlaci6n, requieren dosis elevadas desde 10 hasta SO kGy. los tratamIentos de descontaminacin a do sis media e incluso elevada se utilizan, en d versos pases. cada yez con ms frecuencia En los Parses Bajos se Irradian cantIdades conside rabies de gambas, camarones y ancas de rana a dos de hasta 4 kGy, .si como alimentos deshidratados. En Francia se lleva a cabo la madiaci6n de bloques congelados de carne de ave deshuesada mecnicamente. En Ca:13d! se

practica a gran escala la IrradIacin de carne fresca de a\'e. En Argentina. Brasil, Dinamarca, Estados Unidos. Finlandia, FranCIa, Hungria, Israel y Noruega es una prctica habitual la irradlaci6n de especias En algunos pases. los envases empleados plU la leche, productos lcteos}' zumos de COD.5et'lacn prolongada se esterilizan con rayos gamma a dOSIS comprendidas entre los 15 y los 25 kG)" En Alemania. Pases BalOS y Reino Unido se ha aprobado la estenhzacln por IrradIaCIn de la comIda de pacientes hospitalludos Con problemas de in munodeficiencia. La IrradIacin de alimentos puede ser espe cialmente ulll en las tonas troplc.lles, donde las condiCIones climticas favorecen el detenoro rapldo de los allmentos_ En estos lugares, las prdidas debidas a la proliferacin de in sectas y hongos, , la germinaCin y a la apancin de brotes pueden superar el 50% de la prodUCCin El tratamiento con- radiaciones requiere, adems de personal cualificado y de un equIpamiento sumamente especialiudo. et desarrollo de un sistema legislatlYo que garantice la correcta apltcacin del proceso. Muchos paises en desarrollo carecen de los mecanismos JurdIcos y de una reglamenta.::in que determine los alimentos que pueden irradiarsc, los objetivos del tratamiento, la dosis de irradiacin que puede uuhurse en cada caso y las nonnas de segundad requeridas. Por OHa parte, se neceSIta determinar el upo de mformacin que debe figurar en el etiquetado de estos productos En este contexto, la Norma General del Codrx AI!mtnCiUiw para el Etiquetado de los Alimentos PreenvasadO$ establece que en [a etiqueta de los alimentos tratados con radIaCin ionizante debe figurar claramente este tratamiento, El desarrollo de pruebas para detectar y cuantificar la irradIacin de los alimentos es un requisito esencial para eSfablecer un conuol legislativo y potenciar la aceptaci6n de este tratamiento entre los consumIdores Se conocen dIversos mtodos basadO'S en ta deteccin de los cambios qufmlcos. fislcos v biolgicos que expc

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kcnologa de los A1imenkH. (t} Compoflenre.J eJe los a{imenloJ y prcxewsCu.o.cl 9. 10........ _0. ~I,hoo". poro.., ","occiOtl

rimen tan los alimentos cuando se someten a el' :e t;po de tratamiento. Sin embargo, ninguno :le ellos resulta fiable para. cuantificar el nivel Je irrad iacin y no son igualmente vlidos pa.ta. :OOos los aliment03. En el cuadro 9.10 se cita el 'undamemo de algunos de estos m~todos. En la Iccualidad, la t:cnic:! ms precisa es la espec I:-oscopia de resona ncia paramag.'1tica electr' nica y de resonancia magn~tica nuclear.~.3.d

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OMOli."."", po' li. d.1 "",itIo limitada) .. que su extraccin es COstosa. Los rayos gamma desprendidos por los radionuchdos en su desUllegracin tienen un poder de ~ne[facin ade cuado pa ra ellratamiento de alimentos y pennilen eratar induso grandcs contenedores. La actiYldad de estas fuentes se mide en bequerehos (Sq) y las casas proveedoras deben lDdlcaIla. Durante el proceso de irndlaon se expone el ahmento a la fuente de energia de manua que absorba una dosis precisa y especfica. Pata regular la dosis absorbida es necesario consi dera r b produccin de energia de la fuente por unidad de tiempo, la distancia entre la fuente y el producto y el tiempo de e' bf 3

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TecnoIo:?jo de lo, AJimenlo,. tI} ComponfJIlfU de lo, alimentoJ y proc~JOJ

E:::cn:-::i::;:!::l:::::~ ~O ::1 ;osib!: ;;:3n:::::::r las condicione3 ptimu de temperatura y hu-

medad relativa para caca prodl,;~o duranu el transpone y el almacenamiento temporal en refrigeracin . Habitualmente se llega a un compromiso disponiendo dos ambiente3 con distintas condiciones: uno a O oC y 90% de hu medad relativa, para -huevos, leche, t~Jid os animales,! frutas y ~ortlhzas no susteptibles a dao por frio, y otro a l a C y 85-90% de hl.!medad relativa , pa ra todas aquellas frutas y hortahzas que pueden sufnr dao por frfo.

El efecw con!i:rvador de la refrigeracin puede potenciarse si se combina con el adecuado control de la composicin de gases de la atmsfera de almacenamIento (capitulo ll).

10 J./! CorccteriJ/i Pa.s, en oposiCIn al estado cristalino quo! se caractenza por una elevada organizacin . El estado vltreo se ronna cuando una solucin de un compuesto con estruCtura molecular desordc;nada se enfria (o se concentra) muy rpidam~nte a una temperatura inferior a la temperatura de equihbrio de cristalizadn. El cambIO do:! estado liquido superenfriado y concentradu, de consistencia Viscosa o !lomosa. al estado slido vtreo se denomina tTafUlcifl ",ilrea y se considera como UD cambio de fase de segundo orden. Aunque no implica una variacin en el calor larente, se puede detectar?Or la .. ariacin de olras propiedades (capaCidad calorfica. viscosidad. conSfante dielctrica, etc.). Este cambio tiene lugar a una temperatura, o ms euc

tamente un r~ngo de temperatura, caracterisfica de cada compuesto, que se denomina tt.m puarura de tTons icin 'Irea (T ). En el estado vftreo la movilidad translacionJ de las mol~cu las es fan reducida que no pueden alcanz.a.r la conformacir, 'J el empaquetafTllento propIos del equilibrio (estado cristalino). la viscosidad es tan e!evad que impide la reorganizaci6n de las mol~cuas en una escala de tiempo prjcti ca. por lo que' el estado v(treo se considera en equihbno metaestable. Entre los componentes de los alimer.tos que pueden encontrarse en este estado pueden citarse los biopolmeros (prolelnas como gelatIna, elastina y gluten y carbohldratos como amilon y amilopectina) y algunas moll!culas pequeas como monosacndos y oligosacridos. Durante la congelacin, la transicin 'ltrea tiene lugar cuando, al disminuir la temperatura y rormarse los cristales de hielo, los slidos concentrados al mximo en la fraccin liquida no congelada se transforman en una matriz slida amorfa (estado ~itreo). la gran importancia de

la transicin vftrea radIca en que marca un cambio abrupto en el comportamiento fsico y quimico de los alimentos y. por lo tanto, en su estabilIdad. A temperaturas inferiores a la T" la viscosidad de los materiales vtreos es muy ele vada y constante (figura 10.14). En esas condIcIones la movilidad molecular y el volumen libre estn severamente rest:1rtgldos. por lo que la velocidad de las reacciones y la cristaliucln de! agua se reducen notablemente. Por el con trario, cuando la temperatura supera el valor de T . la vis:osidad disminuye significaivamente, t1cilitando la movilidad molecular. Esta mayor capaCIdad de ddusin molecular favorece los fe nmenos de recristalizacln y el desarrollo de dlvef"YS reacciones alterantes. De todo esto se dedu~ que los cambios o propiedades fsicas de los alimentos, que en su mayora dependen de la difusin molecular, uf como todas aquellas reaCCIones qumicas que dependan ms de la dIfusin que de la reactividad qumica. estarn COIltroladas por la T (cuadro 10.7). Algunas reac. Clon~s en las que lOtervlenen compuestos no

~

. ., 10 'C Vil/eo

(e!J:> ns) VD\" /. t'!pui!::lSoli -u.:i Jod opeuoJJl~s:>p OIZ~:>J.:i01SrlJ::> EW:lSlS ,:> S; UO!:leUlqwo:> EIS; ;P o dw .. r.. u11 OlUn rUO:l ns U~ U9!:lli'pliuOJ e1 ~p $:l150:l .. p u9!J:lnp:>1 li'] e f.. 2'1:>E"Y:> e] e ~!.nq!Jiuo" e:lluy:lOlW uO!Je]:lliuo:l :lp edel; 2'punS:ls t1 -OI!J!pOIdns ns ;J:llnpUOI :mb ]el.l!Ur tJ!u?80u:l u~UJ.l] OUlO") SopCJ!"PP sOI:lOpoJd s010pe:ls:lp ]:>lIlu JI! o]:mpo Jd ]:lp IE]Ol !!SEUJ E[ :lp 2'lmeJ:ld -W:I 'l!1 J)Jnp:u ead t'J!Up:lW U91:)el;guO:l (un :>p :lIU:lW2'lE!p:>WU! 2'P!n~:>s 'Ol:lnpoJd ]OIP :11' -!.l J:K:!ns El :l1;SUO:l .. nb \!J!UjlSOU:I U9!J2pSUO:l :lp peplun eun JIlOldw:I u; :l1'15UO" E1l11eUJ0I1]e 2'U11 -OJ!Up:lW OP01?W U~S]2' UO:l sopeu!qwo:l sO::'lu?~o!n s:lJope:lSuo:l Op11nOl.les~p DEl ;S SopeOI~UO:l so:>npOJ 501 :lp peP!]I!:l el JeJo(;w U9!::'EI;~UO" E] :lp S:ISOJ sal JI::.np:lJ ;:J2'J

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9El

velocidad d~ cOllgelac:i6n depende en gra me dida de la composicin global de! alimento (cua. dro 1O.U). La velocidad de la congelacin esta r determinada no slo por [as propiedades del alimento. sino tambin por la eficacia de la transmisin de calor desdo:. el alimento al medio de enfriamientO, es decir, por el coeficieme glo bal de transmiSIn de calor. En el cuadro 10.H se comparan los distintos mtodos de congela. cin segun la eficacia de la transmisin de calor y 5e muestran los tIempos de procesado que re quieren algunos alimentos representatlvO$. Considerando la velocidad de congelacin como la diferencia de t::mperatufl enlre la inicial y la fina! dividido por el tIempo total empleado en la congelacin 5e distinguen: a) Congelacin lenta. :s 2 C min 1 (congeladores de aire eStallco). b) CongelaCIn rpida: lO-lOO C min-! (congeladores de aire forzado) . e Congelacin ultrarrplda: 1.000-1O.00JC ; ffiln- I (congeladores criognicos). La velocidad de congdacin a menudo tambIn se expresa como la velocidad a la que avanza el frente de congt/acin desde la superfiCIe del producto (donde se inicia la congela cln) haC su centro trmico. Segun e5[O, 100s ia sistemas de congelaci6n se pueden clasificar de la sigUIente forma:a) Congelacin lenta: t (N liqu,do)

0,5 m,n"",,

S m,nulO.1500Ff"~I(I. y

hanaliz".

r"" (O.HglHo",bo",It"'I.Q,

0,5" 6 /I'I,n"fO. 1,5 m ,,,....,... m,nU'IC1

posible las prdidas por goteo. Si el tamao de estas piezas no es unifonne es conveniente congelarla5 con aire forzado}' si es uniforme se pueden emplear congeladores de placas. Para mantener la calidad de la carne (;robien es adecuado el empleo de compuestos criognicos. Finalmente, durante la aplicacin de fro se han de considerar dos situaciones con distintos requerimientos Por un lado, cundo se debe eliminar calor del alimento para redUCIr su temperatura inicial a la deseada para su almacenamiento en refrigeracin o congelacin. Esto debe ocurrir lo ms rpidamente posible para reducir el deterioro dd alimento y requiere el empleo de cmaras de preenrriamiento de gran potencia. Por o tro lado, durante el almacenamiento, transporte y distribucin en refrigeracin o congelacin el pri nCipal obJetivo es mantener una temperatura conStante, compen-

sando las con tinuas prdidas de fro. Las cmaras empleadas para este fin habitualmente son de mayor tamao y menor potencia.

10.7, OescongelacionLa correcta descongelacin de los alimentos es tambin una operacin muy importante, pudIendo ser una de las causas de la perdida de calidad y rendimiento, asi como una fuente potenCial de deterioro de 10$ productos congelados No se debe olvidar que 10$ productos con ge lados son con frecuencia un sistema de reserva de materia prima en la industria alimentaria, por lo que es fundamental una descongelaCin correcta que no merme su calidad. La es::ongelacin se considera finalizada cuando la temperatura del cen tro trmico del

Capilvlo O' COo'I--..ocicin por friaalimento alcanza los OoC. En algunas C>Ca3iones no es necesario descongelar completamente el producto y se adrrute un atempuado, con el que se alcantan temperaturas ms bajas (-5 -e). Cuando los productos van a ser picados o troceados mecnicamente son mduso ms mane Jables en este estado que el de completamente descongelados. Aunque la descongelacin es el proceso Inverso de la cong:elacin, emten diferencias sigm Scallvas emre ambas. Aphcando el rrusmo gradieme I~rmico, la descong:elacln es mucho ms lema que la congelacin por dos motivos. En pn :ner lugar, porque la conductIvidad trmica dd hielo (225 W m- I K-I a OoC) es cuatro veces superior a la del agua (O.5i W m- I K-I a O-C). Du rante la descongelacin lo pnmero que se fun je es la capa superficial de hielo del ahmento Esta capa de ag:ua formada tendr menor con ductlvidad y dlusividad trmica que el hielo orig:inal, reducindose notablemente la velocidad de transmisin de calor hacia el interior de! alimento . Este fenmeno se acenta a medida que transcurre la descongelacin. En la figura 10.25 puede apreciarse la diferencia de \'e locidad entre la congelacin)' la desconge lacin de laras comeniendo un gel de almidn al aplicar el mismo gradien te trmico. Mientras que el centro trmico se ha congelado a 10528 minutos, su descongelacin completa reqUIere 52 minutos. En segundo lugar, no se pueden emplear gradientes de temperatura de gran magmtud enlte el medio de calentamiento y el ahmento congelado, para eVitar el calentamIento excesi vo de las capas externas y el crecimiento de microorganismos. Mientras que durante la congelacin los gradientes de temperatura pueden llegar a ser de casi 200 oC, durante la descongelacin rara vel son superiores a los lOO-C. La evolucin completa de la temperatura en el centro t~rmico durante la congelacin y descongelacin de las latas con geles de almidn antenormente mencionadas se muestra en la figura 1026 Durante la descongelaCIn tambin se aprecian tres etapas claras. En la pnmera eta-

239

CONGELACION Tiempo:

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DeSC~GeLACIN -

TIempo:

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20min

FlOu.u 10.25. Secuencio de lo congelodo... y de lo deKongelocin d. Ioto$ conleniendo geles de ol""i, drl los lona) $OmbreadOI ndicon el moteriol COI'\gelodo los Reckol olrededor de 101 circvlos /epr. .enton lo direceion de lo Ironlmisin de color El gillro de lo temperaturo, reol'lodo con cuerro termopares, se muestro en lo, graficol inferioru. lo pOSicin de 101 termoporu esl indicodo en et pri. mer circulo. Fuen/e: Fennemo {1987J

r.

pa (AS ) la temperatura del producto aumenta rpidamente (atemperado), porque no hay agua superficial y el hielo actua como un buen con du(mr del calor. La sIgUIente etapa (l;JCl. es muo cho ms prolongada y se corresponde con la aprOXImaCIn de la temperatura del producto al punto de fusin . En el momento en que comienza la fusin de la capa superficial de hielo

240

Tecnologio d,IoI Ahmelll'OJ. PI Compone,,!u de 10, alime"rol y procesol

o8

~O~--~--~--=---~--~--~ O 10 20 JO 40 SO 60reTlpo (minutos) L -_ _ _ ___flGUlA 1026 Evo[vC'()II de lo temperCh.Jro lro el ceolro seomrrico de I::lJ !o'el del ejemplo de lo ~9vro ! D. 25 dvronle IV congeklcin :' delcoflgeloc:ifl. Fv,n/e fennemo 11987].

A

la velocidad de transmisin de calor, y por lo tanto la de~onge!acin, disminuye notablemente. A partir de! puntO e, cuando todo el hielo se ha tundido, la temperatura aumenta hasta igua. larse con la del medio de calentarnJento. De la comparacin de ambas curvas destaca que la princIpal diferencia se encuentra justo por debajo de la temperatura de fusin (lIgera mente infenor a O oC). Esta zona es la ms des iavorable para los alimentos, como anterior mente.se habia indicado:a) La elevada concentracin de 50lut05 en

croorganismos patgenos, si los hubierl originalmente ~n el alimento y hubieran sobrevivido durante el almacenamiento. De lo dicho anteriormente se deduce que es conveniente descongelar los productos lo ms rpidamente posible. Aunque la calidad de los alimentos puede disminuir bastante durante la descongelacin, hay que tener en cuenta que su duraetn es significativamente inferior a la del almacenamiento en congelacin. Es decir, en la mayoria de los productos congelados se :onsidera que Ii! pr.nc:pal causa de perdida de calidad se debe al almacenamiento en congela cin ms que a las modificaciones que se pue dan producir durante su descongelacin. Los alimentos que han de cccinane para su consumo (horta[izas, carnes. etc.) se pueden descongelar directamente mediante inmerSIn en agua hirviendo. las frutas no tolera.n el em pleo de n:tnperaturas tan altas y deben descoa gelarse a temperatura ambiente o en refrigera cln. Para carne y pescado, ~bre todo [as pie zas de gran tamao, se recurre al empleo de balas temperaturas: SI se emplea agua caliente o temperatura ambIente ha de limitarse a cor-

solucIn fav orece las reacciones qumi cas yenzimtlcas. b) Los cristales de hielo se agrandan, modt ficando la textura del alimento. e) Se produce una prdida de componentes en el exudado (prdidas por goteo), es peialmente de [os bidrosolubles como las vitaminas. d) Se favorece el crecimll!:nto de los micro orgamsmos psicrotrofos que, adems, encuentran en e[ exudado un medio de crecimiento ptimo por su Contenido en nutrientes; tambin pueden crecer mi

CapiN/a 10: CO 4,5). ci dos (pH 4,5-4,0) Y muy cidos (pH < 4.5) de pendiendo de que puedan germinar todo tipo de esporas, no pueda germi.nr las de Clostrj aium bOfldflum }' no pueda hacerlo ninguna espora. respeclivamen'.e (vase apartado 8.3). Otras veces. se conjuga el pH con otros agentes. como la a .. y aitri:os, para inhibir la germinacin de ciutas esporas bacterianas.

11 . 1.2. El pH Y10$ microorganismo$ pOlegenaJAlgunos microorganismos patgenos , como las salmonelas, pueden controlarse con pH re latlvamente bajos 4.5) p~ro pa.a otros, ca mo los coliformes y otros patgenos. se requie re un FH ms baJO 0, combinar!e con airas agentes, de forma particular la a... Por ejemplo. a medida que sta desciende se necesita un pH menos bajo para inhibir el crecimiento de Sra phylococcus aureUJ y la produccin de sus en tero toxinas. Igualmente , la eficacia de los tratamientos trmicos est relacionada con e! pH del ali mento. Ya se ha comentado en el apartado ano terior el caso de Cl boruliltum . Cuando se trata de bacterias no esporuladas la situacin es similar; puede decirse, de forma general. que la termorresistencia de estos microorganismos dismi nuye a med ida que el pH se desva de! ptimo de crecimiento. Siendo el descenso ma yor en la zona cida

248

TecnoJogia d.., las Alim",n/os. {II Componen/es de las alimentas y prac~sas

11 . 2. Afm5fenlSLa \ida til de la mayora de lo; alimentos (carne, pescado, frutas y hortalizas productos de panadera. etc.) es muy limitada:n pn:sencia de aire; se debe al oxgeno atme,sfrico, ya que en su presencia se multiplican rpidamente los microorganismos aerobios, se pr:,ducen reacciones qumica; oxgeno-dependiente y progresan velozmente los fenmenos re~piratorius en frutas y hortalizas. Desde hace muchos aos se sab! que dis minuyendo la concentracin de oxgeno y/o aumentando la de dixido de carbon,) se coniigue ampliar la vida til de los alimeitos perecederos. El cambio en la composicin de la ato msfera que rodea a los alimentos c:nlleva el almaCenamiento de los mismos en o:ontene dores, cmaras o envases con la alm,SsEera se leccionada. En e l pasado, las tecno logas de conservacin en atmsferas disti"l1tas al aire 'ie empleaban en grandes almacenes, para el transpOrte en contenedores 'f en la distribucin en grandes volmenes. Estas aplicaciones todava continan pero las-tendencias actuales se dirigen hacia la adaptacin de dichas tecnologas a los ltimos tramos de la distribucin de ali mentas, como, por ejemplo, a nivel de comer do minorista o envasado en porciom:s para el consumo directo. Las preferencias crl:cientes de los consumidores hacia alimentos con una aparienCia narural, {r!!Jcos o mnimamente procesados unidas al gran avance e:resiones. Dada !a compleJi dad de los alimenloi, la relacin de DUhring resulta dific il de aplicar, pero puede utilizarse a nivd orientativo. e) Prl!Jin htdrosttica La temperatura de ebu!1icin del lqUIdo tratado en un evapora dar varia con la prOfundIdad. A cualqUIer nivel por debajo de la superficIe libre , pafa comenu; 1:1 ebu!licin ser necesario superar la pre non ~el medio i la corresponaientt la eJerCIda por la columna de lquido SItuada por en cIma de{ ni vel considerado (presin o cabeza hidrosttic.a) Con el Incremento de la temo pe ratura de ebulliCin se reduce la dIferenCIa de temperaturas entre los medios de transmisin de calor. El efecto de la presIn hidrosttlcJ es ms pronunciado en los evaporadores de grandes dimensiones (de tubos largos, por ejemplo). En estos cala$", para las detenninacioDes cuanti tativas suele considerarse el punto de ebulli cin medio detenninado en la mitad de la a[tura alcanzada por el lqwdo en el evaporador.

IlIn

la modilicrxin d.1 F o/mchf"ra y ,H,

257

230

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E 190 ~ 170i ,:o

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Temperarura !le ebllllicin del agua (OC)

fGURA t t 5 Grficos de Dhring poro d is.rinros dilOluciofles de hdrKido sooico.

1/. d.3. Electo en las propioffioes de 105 c!imenlosPara redUCir los danos debidos al incremento d~ temperatura durante la evaporacin, los eqUIpos deOen ajus:afl para que las tempera turas de ebullicin sean bajas y los uempos de permanencia del produclo en las zona.! de calentamiento cortos. Para ello, se recurre al empleo de evagotadorei qLe operan a presiones reducidas y permiten un Tan desarrollo super ficial (p6r eiemolo, evaporadores de pelicula aelgaaa). l::.n algunos casos, para evitar un tra tamlentO excesivo de los componentes de los alimentos despus de su concentracin, stos se enfrian rpidamente nebuliZlindolos en una cmara. Las ca racteristlcas sensortales ms afectadas durante la evaporacin son el aroma yel color:

P~rdida de aroma. La mayora de los compuestos responsables de! aroma, y en algunos casos de! sabor, de los alimentos son ml voltiles que e! agua. Por tanto, durante la evaporacin estas sustancias son arrastradas coro e! vapor de agua y el concentrado obtenido resulta total o parcialmente desaromatizado. En algunos casos, esta prdida de sustancias puede re~ultar beneficiosa al eliminarse voltiles desagradables (cacao, leche). Las sustancias aromticas deseables pueden separarse del vapor de agua por destilacin fraccionada y recuperarse en fonna de t.un cia que se incorpora al producto concentrado. Cambios de color. Los alim.:ntos evaporados generalmente presentan un color ms intenso, debido por una parte al incremento de la concentracin de slidos y a que la reduccin de la a.. favorece algunas reacciones qumicas (pardeamJento no enzimtico).

11 .4.4. Equipos y aplicacionesLos e;aporadores presentan una serie de elementos bsicos y Otros aU:l:iliares que permiten disminuir el pumo de ebullicin e incrementar el rendimiento econmico.

Un evaporador consta, al menos, de los siguientes componentes: L Un cambiadlJf de calor que permite la transmisin de calor entre el fluido calefactor y el alimento. 2. Un separador en el que el vapor se separa de la fase lquida concentrada. 3. Un condensadqr que permite eliminar el vapor de agua en forma de condensado. En los sistemas que operan a presin atmos[~rica este elemento puede omitirse. Los cambiadores de calor utilizados en 105 equipos de evaporacin pueden ser muy diver-

sos (tubulares, placas, cnicos, etc.). En muchas ocasiones los evaporadores se clasifican atendiendo al tipo de cambiador que presentan y a la fonna de circulacin del lquido que se va a procesar en su interior. ste ser el criterio que se seguir para la deSl:opcin de los equipos. Los separadores pueden ser simples espacios que permiten que el vapor secundario se aparte del lquid o concentrado. Algunas instalaciones presentan los denominados separado ,~ d~ a"asere. Estos dispositivos son imprescindibles cuando la velocidad de evaporacin es elevada. En estas circunstancias, el vapor de agua puede arrastrar gotitas de! lquido en ebullicin, con las consiguientes prdidas. Los separadores de a"asfr~ o defleceores se sitan a la salida del vapor y pueden consistir en una simple lmina de choque, en un conjunto de lminas inclinadas o estar formados por un en tramado de barras metlicas entrecruzadas. En algunas ocasiones se recurre al empleo de sepa radores de cicln (captulo 12, figura 12.10). En e51e caso. la mezcla de vapor y lquido pasa a un recipiente cilndrico por una entrada tangencial. Por la accin de la tuerta centrfuga las gotas. ms pesadas, son lanzadas hacia las paredes y al perder energa cin~tica en la colisin escurren hacia la base. El vapor sa le del sistema por una chimenea superior. Los conder..sadores sor.. elementos esenciales cuando la concentracin se realiza bajo cierto grado de vaco para aminorar los daos por el incremento de temperatura. En un evaporador se liberan vapor condensable y gases incondensables (procedentes de la desgasificacin de los alimentos y aquellos aspirados por el sistema), Para mantener las condiciones de presin, el vapor de agua se condensa mientras que los gases incondensables se eliminan con una bomba o un ~y~cfor. En la Industria Ali mentara, normalmente se utilizan cond~ns(!do res de aspersin o de lluvia, dado que su instalacin es simple y barata. En ~stos, el vapor se mezcla directamente con una lluvia de agua fra que se elimina, junto con el condensado, con una bomba o mediante una columna baro-

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11: Coruerv:::I::-in d, olim,t!los bcJodc

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259

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mtrica, Esta ltima eslJ; formada por un rubo vertical de unos 10 m de altura conectado en su par:e superior a la base de descarga del con densador, mientras que el extremo infrior est $umergido en un cIerre hidrosttico. Ptn mantener la presin de tnbajo de! evaporador, la altura de la columna hidrosttica (distancia entre el nive! del agua en el tubo y la superflcie del cIerre h.idrosttico) se ajusta automtica mente a la correspondiente diferencia con la presin atmosfric.a. De esta fonna , puede e~ traerse e! condensado Sin romper el vado. Cuando el "apor condensable no puede mezclarse con agua se recurre al empleo de condell.$adores de superficie (tubulares, de pla cas) , stos son mucho menos utihzados ya que requieren una instalacin ms costosa }' tienen un elevado gasto de agua de enfri amientO

BJ Equipol ouxiliaraEn los sIstemas que operan a presin reducida se requiere un equipo adicional que , ade ms de los condensadores de vapor, incluye las correspondIentes bombas de vacio o eyeclores de \'apor1.

vacio es responsable de la eliminacin del si.nema de los gases no condensable". Otros equipos auxiliares, que pueden enCODtra~ en los evaporadores. tienen como objetivo mejorar su funcionamiento al facilitar la eliminacin del condensado de! vapor primario. 2. Colectores de cOlldensado y purgadora. Estos elementos son esencLales para qu~ la transferencia de energa sea adecuada en los cambiadore5 de c.alor. Se trata de dispositivos que ptrrmten controlar la salida de los condensados del vapor pnmario y de los gases inertes. La a:::u;nulaci6n de agua en el inlerior de los cambiadores de calor dLsllUnuye el rendimiento del equipo puesto que, entonces , en parte de su superficie slo se transmitir calor sensible. El funcionamiento ptimo se produce cuando en el cambiador se transmite s610 calor latente de condensacin, lo que implica que los condensados deben salir a una temperalura lo ms prxima posible a 1. de ~ambio de estado.C) Silemas de ohorro de tlltrg/o

BombaJ de vac(o y eyectores de cnorro

de lIopor. Para evacuar los evaporadores se emplean bombas de desplaze.mlento positivo '!

eyectores de chorro de vapor (figura 11 6) , Es importanle tener en cuenta que el equipo de

La eliminaCin del agua de los alimentos por evaporacin requiere un aporle considerable de energa (2.257 kJ por kg de agua evaporada a 100 eC), que generalmente se proporciona con vapor de agua. Por tanlO, es necesario utilizar equipos con un diseo adecuado yajuslar las condiciones de proceso para reducir al mnimo la remtencia a la transferencLa de ca-

fIGURA 11.6. Diagrama d.

un .yeclOI

d. ,hOl"/a d" vapor de

f01l

\mico

260

Tecnolog;o de 10J Afimen/oJ. {IJ ComponenleJ Ol! JoJ olimltnloJ y fKoc.JOJ nmente Como el vapor secu!ldaria s610 li!:!).e energa para permitir que el lfquido hierva a una temperatura infenor a la dd efecto del que procede, y la concentraci6n del liquido aumenta al avanzar por los efeccos, es necesano que d sistema funciOlle a presiones progreSIvamente ms bajas (figura 11.8). As!, la temperatura Je ebuHicin desciende a medida que avanzan el numero de efectos. Con esta forma de proceder. el nesgo de que se produzcan daos trmicos en el aimemo ms concentrado y viscoso se reduce, dada la menor temperatura de los ltimos efectos El incon~'enienle de este sistema est en que el vapor con mayor poder calorfico se emplea en las primeras fases de la evaporacin. cua.,do el producto se concentra con :;rayor facilidad, y al final se requiere un gran jescenso de la presin. Para aumentar la eficada de! sistema. es convem~nte que el lquido 'lue entra en el primer efectO est preca[entado, a una temperatura pr6:tima a la de su punla de ebullicin. Si en este primer decto se !ransfiere algo de calor sensible, se dispondr de una menor cantidad de vapor para los efec tos subsiguientes. b) AlimtntacilI hacia atrs o ell contra comtfltt. En este sistema el a.vance del lquida t":ltado y el aprovechamiento del vapor liberado se realiza en sentido contrario (figura 11.7.b). De esta forma, el alimento mas diluido se ca henta con vapor procedente de un efecto en el que se ha tra.tado producto ms concentrado y as suceSivamente (qUicio y vapor [luyen en contracorriente). Para este mtooo se requiere intercalar bombas entre los dIferentes efectos. El vapor con mayor poder calorfico se usa para el producto ms dificil de concenltar. Por tanto, y a diferencia del sistema anterior, su funcionamiento no depende de los cambios de p,esin y temperatura y la transferencia de ta lar y la economa energtica es mayor. Sin embJ.rgo, si el equipo no est ajustado de forma adecuada, pueden producirse daos tl!nnicos en las ecapas finales, ya que el producto entra en conlacto con las superficies ms caliemes cuando se halla ms conc~ntrado.

!o~ 'j evitar todo tipo de p~rd!.!s de energi!. Por otra pacte, en la evaporacin se obtiene un producto concentrado por Iib~racin de vapor de agua, el cual contiene calor que puede utili zarse. Los mtodos para la conservacin de la energa en los sislemas d~ evaporacin estn basados, precisamente, en el aprovechamIento del calor contenido en el vapor exuaido del alimento y son fundamentalmente tres:

t. Efectos mltip!u Este mtodo consiste en conectar diversos evaporadores (tftctol) entre sr, de forma que el vapor secundario produ cido en uno de ellos se utiliza como vapor pri. mano (o nuido calefactor) en otro y as sucesi vas veces (figura 11.7). De este modo, se consigue un sistema de 11 etapas o efectos. Cuando una masa m de vapor primario se con densa a nivd del primer efecto, se evapora aproximadamente ur.a masa m de agua: esta masa de vapor liberado se condensar en otro evaporador distInto consiguiendo la evapora cin de una masa similar de agua. Por tanto, en conjunto, la masa de ajua que se evapora es aproximadam~nte n x m, con un consumo enero gtico en cada uno de ellos equivalente a mili. El nmero de efectos de una Instalacin est determinado por el equtlibrio entre el ahorro energtico obtenido y e! incremento de! coste de la instalacin. En la mayorla de los casos se utllizan instalaciones de 3 a efectos, aunque existen equipos de h3..5ta 9 efectos. Las sistemas de cvaporacl()n de efectos mltiples (fen~n cua tra formas bsicas d~ operar:a) Alimentacin hacia adtlalllt o COllC!4rrtll' (e. Es el procedimIento ms sencillo, barato y fctl de manejar, ya que no precisa bombas de alimentacin enrre los distintos efectos. En este caso, el avance del lquido y el aprovechamiento del vapor producido se realizan en el mismo sen tido (figura 11.7.01). De esta forma, el vapor secundario que sale de un evaporador A. se utiliza como fluido caldactor del siguiente evaporador, en el que se trOlla el l(quido pre concentrado en el mismo efecto...t y as sucesi

Copirulo 11 COnJarvo/ock> con lItO(! CQ(I"ia"", de .,;. ... cal .... te. El cobt .. aparta al ptodCO::k> principolme .... ?eracin de gases y vapores. Esta eSlructura porosa favorece una rpida velocidad de sec.f.do y de posterior rehi dra lacin Si se desea que el producto final se;). muy poroso se puede inyectar previamente ruIrgeno gaseoso: al aplicar vaco, el gas se e.lpande y sale rpidamente del producto, aumen tanda su enponlosidad.

C) Dfin,dflJllJCIO'1 por opONe de enugio

l!iecrromagnnca

En los equipos descri tos anteriormente el Clla r radiante. procedente de sus superficies metlicas calienlO::!, part1C1pa en clena medida apor tanda calor senSible y calor latente de evaporaCIn. 51n0:: mbargo, no o::s hab!tual emplear calor radiante como principal fuenle de calor. ESto se debe a que 561 un cieno rango de longitudes de 0 onda llenen una profundidad de penetracin adecuada en el allmeoto. Adems. es dilct1 lograr un secado homogneo cuando la superficie de los ahmentos no es regular o si sus componenles dlfien::n en cuanto a las caracter.mcas de

absorcin de caJor (capitulo 9). Sin embargo. en este caso el gudo de contacto del alimento con las supertciO::$ no es un factor critico. En los suoderos infrarrojos continuos el alimenru es transportado en una cinta continua o un sororte ~ibratorio, que los hace pasar por una fuo::nle do:: mfrarrojos. Para alimentos sensibles II calor se emplean fuentes que emiten onda COrta, mientras que para los menos senSibles se uuliZ3n las de onda larga El secado de productos shdos, como rebanadas de pan, t, espe' Clas, almendras o pan. ~ su pnnclpal aphca..:in Los ftcodtrOf mrCfoondaJ y dielmcos e mplean I'neegla electromagnllca en un rango de fre cuencia dado (capitulo 9) lienen la VentJ.Ja de que eSI:! enerya es abso rbida seleCllllamen te por las porciones hum edas del allnlcnto, mcntns que las partes ya secas prcllcamente no se ca lienta n (captulo 9) Es dec1r, el dete nora l('mllCO del produclo es mi01mo 510 em ba rgo, el gasto energtiCO que requ iere la eh minac!rin de un:! ~ran cant idad de agua en este ti po de ~qUlpos es elevado. Por ello. se uullzan fundamenla lme nfe para fi nalizar y acelerar la deshidratacin, cuando la velocidad de secado se reduce en los Sistemas convenC ionales. El calentamiento d!e lctri co se ha aplicado para secar gallefas y otros productos de nvados de cereales. mie ntras que el calentamlenlo con

Ccpjtvlo 11: COrU.f\amag..... 'zocin. ele rOtO"ltneada. u; . H,d'09"'ocio.. y ...."Ioc;oc", de graso . ~id,61;.". tIC.

e) El aumento de la gama de Cabricacin

(por ejemplo, los embutIdos loncheados). d) Facilitar, en general, su manejo y transo porte.

/2.2. /. RedUCCin de tamao de alimentos

slidosLas tuerzas mecnicas que intervienen en la reduccin de tamao de alimentos slidos son la compresin, el impacto y la cizalla, aunque en cada equipo suele predominar una de ellas. Las tuerzas de compresin son las ms impor tantes en la trituracin de materiales groseros hasta obtener partculas de unos 3 mm, mientras que las de cizalla suelen estar asociadas a la molienda o reduccin de tamao para obtener productos de tamao mucho menor, en polvo. La trituracin y la molienda se suelen considerar operaciones muy ineficaces desde el punto de vista energtico. Tan slo una pequea parte de la energa aplicada se emplea realmente en la ruptura o fragmentacin del slido. La mayor parte se dirige a la deformacin de ese slido y a la creacin de nuevas lneas de debilidad por las que se pueda producir la rup-

tura sucesiva de los fragmentos. El resto de la energa se disipa en (arma de calor. Entre as propiedades de los alimentos que determinan la cantidad de energa necesaria para su fragmentacin se encuentran la durera y la friabili dad (o tendencia al desmenuzamiento), as ca mo el contenido en agua . La friccin entre las partculas de producto y entre as partculas y la maquinaria, junto con la disipacin del exceso de energa aplicada, puede hacer que la temperatura de los productos aumente notablemente, favoreciendo su alteracin Durante el procesado de alimentos sensibles al calor, la temperatura se puede controlar mediante dispositivos de refrigeracin (como camisas O serpentines) O mezclando directamente Nl lquido o COl slido con el alimento antes de su tratamiento.A) Equipo y aplicaciones I!n [a Industria Alimentaria

Los aparatos para la reduccin de tamao tienen diferentes diseos y dimensiones. La seleccin del equipo adecuado depender de las caractersticas que tenga el producto de partida y de las que se deseen en el producto fina!.

J 12

TeCnokJgio de /O, Ai,mefl,.;I1 (/1 Componen/eJ de /os alim~tos y procelol

Atendiendo a las caracten st cas del producto de partida se distingue en u ~ aparatos para la desintegracin de:duros J secos, con los que se persigulO': la ob tencin d,: fragmen tos o polvos ms o menos seC..J :

flGlJRA 12 11, T ipol buicOI d. eomorol dI! eenrrfvgo.; oJ rubylor; b) de plOlllcl o dleo,; y eJ mybc:imcro.

cin entre discos de 0,5-1,3 mm (figura 12.12) . Todos los discos tienen un orificio central, por donde se ensamblan en un eje hueco (por el que se introduce la alimentacin en la cmara), y un conjunto de orificios coincidentes, que forman canales por donde fluye el lquido en sentido ascendente. Cuando un fluido entra en la

cmara por la parte inferior, la fase ms densa" se desplaza hacia la pared de la cmara, mientras que la menos densa se dirige hacia los discos. En el interior de los discos, a su vez, la fase densa circula por la parte inferior de los discos hacia el exterior de la cmara, mientras que la ligera 10 hace por la parte superior de los dis

o

Cal1ales de salidade lquido ligero

o

o

11-_+_de alimenlacl1 Canal centralCanales de

ascanso de laalimenlaCin e) CimJlacln del fluido ~n el inlerior' del paquele ~ discos

FIGURA 12. 12 . Cer'l~rfugo de di.l(o~ o plo~illoi: o) elquemo generol de lo centrfuga; b) detolle de un di.ICo; y cl esquemo de lo circulocion df!l Ruido en el interior del poquete de dilCOI .

Copirulo 12: Op.rociones d.lrcnOtmoc'n

335

cos y hacia el centro (figura l2.12.e). La fun cin de estos discos es dividir el liquido en capu muy delgadas. En estas capas, la distancia que han de recorrer las partCJlas o las gotas de lquido inmiscible para una s".C,.

j~

FIGlJI'" 12,17 , E.quema d. las principal.s aperociOl1es d. sapo/acin poi' membrana legn ti 'Qmoa d. porticula.

:;00...1.000 Da, permitiendo eliminar iones dependiendo de 5U carga y 5115 caracterisueas de difusin,

d) La .JmoJI.s inversa (01) o hiperfilrrClcin retiene mol(!!culas con un tamao inferior a 1 run (unos 100 Da). Las presiones

11) Ultnfiltr.lCll

Presin >Pttosin_.~

MembraN.

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Prain lIunoslricll

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FIGUIA 12. t 8. E$()u.mo de lo seporociOn por: o) ullrolil~rodOrl ; y bj osmOlis i n~t{so .

empleadas, 5-10 veces superiores a las de la ultrafittracin, son necesarias para superar el aumento de la presin osmtica en el concentrado. Las molculas de agua pasan de una solucin concentrada (alimentacin) a una solucin diluida (permeJldo) (figura 12.18.b). e) La diofillfocin (DF) tiene como prop sito mejorar la recuperacin de solutos

penneables en la ultrafiltracin o la mi crofiltracin . Consi$le b.bicamenle en diluir el concentrado, generalmente con agua, mientras se efecta la separacin y proseguir hasta lograr una eliminacin satisfactoria del soluto. En la microfiltracin y la uluafiltracin se membranas que separan los distintos $0 '

usan

CapilVlo /2: Operocione. de /ron.lormociOn [utas basndose en un simple mecanismo de tamiz, segn su tamao de porn. La relacin existente entre las dimensiones de lapartcula y la distribucin del tamano de poro efe la membrana detennina si esa partcula la amiviesa o no. La smosis inversa y la pervaporacln pueden separar especies moleculares con un tama"-o comparable, como por ejemplo, agua y cloruro sdico; la separacin se debe a un mecanismo distmto al de la simple filt raCIn. En estos casos es tunda mental la afmidad entre la membrana y el so[uto, actuando la membrana como un medio de extraccin del so[uto: los compuestos con mayor afinidad por el matenal de la membrana se disuelven ms fcilmente en ella que otros componentes. La fuena conductora de la separacin es la dIferencia entre los coeficientes de ditusin de [os distintos solutos a travs de la membrana. La di/uu consiste simplemente en la difusin de un soluto a travs de una membrana, siendo la fuerza conductora el gradiente de concentracin. Tambin utilita membranas se mipenneables, aunque, a diferencia de los anteriores, no requiere presin La dectrodilisis, que tiene un inters creciente, se basa en el em-

343

pleo de membranas con carga elctrica (de intercambio inico) en las que la migracin de solutos a travs de ellas se acelera con un c:.a.mpo elClrico (figura 12.19) . Estas membranas de intercambio aninico y catinico para la electrodi'lisis tienen un tamal'lo de poro muy pe_ quel'lo (1-2 nm); algunas discriminan, incluso, entre iones mono- y polivalentes. La ptrvaporacil1 es otra open.cin de separacin can membrana en la que una mezcla lquida se separa (a travs de una membrana permeable no porosa), por evaporacin parcial de un compuesto, obtemndose un concentrado liqUIdo y un permeado en estado de vapor (figura 12.20). La tuerza conductora para la separacin es el gradiente del potencial qumico que se establece al existir una dlrerencia en la presin parcial del soluto a travs de la membrana. Esta diferencia en la presin parcial a ambos lados de la membrana se consigue redu ciendo la presin total en dIado del penneado mediante un condensador y una bomba de vado o por arrastre con un gas inene. Uno de 105 prinCipales problemas que exil' ten en la separacin con membranas es la re duccin del flu jo, como resultado de distintos

PRXlUCIO desali"lludo

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344

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Membrana ermeabje 00 pornsa (vacio) Permeado (vapor)