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congelación de alimentos
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CONGELACIÓN DE ALIMENTOS.
1-INTRODUCCIÓN.
La conservación de alimentos mediante congelación se produce debido a
diferentes mecanismos. La reducción de la temperatura del producto a niveles por
debajo de 0ºC produce un descenso significativo en la velocidad de crecimiento de
microorganismos y, por lo tanto, en el deterioro del producto debido a la actividad
microbiana. La misma influencia de la temperatura puede aplicarse a la mayoría de las
reacciones que pudieran ocurrir en el producto tanto enzimáticas como de oxidación.
Además la formación de cristales de hielo dentro del producto disminuye la
disponibilidad del agua para participar en dichas reacciones.
La congelación como medio de conservación produce generalmente un producto
de alta calidad para el consumo, aunque dicha calidad depende finalmente tanto del
proceso de congelación realizado como de las condiciones de almacenamiento del
producto congelado. La velocidad de congelación o tiempo necesario para que la
temperatura del producto disminuya hasta alcanzar valores inferiores a la temperatura
inicial de congelación influirá en la calidad del producto, aunque de diferente manera
dependiendo del tipo de alimento.
Algunos alimentos necesitan una congelación rápida (cortos tiempos de
congelación) con el fin de asegurar la formación de cristales de hielo de pequeño
tamaño dentro de la estructura del alimento, ocasionando el mínimo daño en la textura
del producto. Sin embargo, otros productos no se ven afectados por los cambios
estructurales producidos durante la congelación y no son justificables los costes
añadidos asociados a una congelación rápida. Además existen otros productos que
debido a su configuración geométrica o tamaño no permiten una congelación rápida.
Por otro lado, las condiciones de temperatura existentes durante el
almacenamiento influyen de manera significativa en la calidad final de los alimentos
congelados. Cualquier aumento de temperatura durante el almacenamiento reduce la
calidad, y variaciones en dicha temperatura pueden afectar severamente la calidad final
del producto.
Se deduce de los comentarios anteriores que el proceso de congelación óptimo
dependerá de las características del producto. Como consecuencia de todo ello, existen
numerosos sistemas de congelación, cada uno de ellos diseñado para alcanzar la
congelación del producto de la forma más eficiente y preservando al máximo su calidad.
Debe destacarse la importancia del tiempo de residencia en el sistema de congelación,
así como la necesidad de una correcta predicción del tiempo de congelación.
2- SISTEMAS DE CONGELACIÓN.
Para congelar un alimento, el producto debe exponerse a un medio de baja
temperatura durante el tiempo suficiente para eliminar los calores sensible y latente de
fusión del producto. La eliminación de estos calores produce una disminución de la
temperatura del producto así como la transformación del agua de su estado líquido al
estado sólido.
El proceso de congelación puede lograrse mediante sistemas de contacto directo
o indirecto. En la mayoría de los casos, el tipo de sistema utilizado dependerá de las
características del producto, tanto antes de la congelación como después de ella. Existe
una gran variedad de circunstancias que hacen prácticamente imposible la utilización de
un contacto directo entre el producto y el medio refrigerante.
2.1.- Sistemas de contacto indirecto.
En numerosos sistemas de congelación de alimentos, el producto y el
refrigerante están separados por una barrera durante todo el proceso de congelación.
Aunque muchos sistemas utilizan una barrera impermeable entre el producto y el
refrigerante, se considera incluido dentro de los sistemas de congelación indirecta
cualquier sistema de contacto que no sea directo, por ejemplo aquellos donde el material
del envase hace de barrera.
a) Congeladores de placas: es el sistema de congelación indirecta más común.
El producto se congela mientras se mantiene entre dos placas refrigeradas. En la
mayoría de los casos la barrera entre el producto y el refrigerante incluirá tanto a la
placa como el material del envase.
La transmisión de calor a través de la barrera puede aumentarse mediante la utilización
de presión.
Los sistemas de congelación de placas pueden operar tanto de modo discontinuo como
de modo continuo.
b) Congeladores por corriente de aire: en muchas situaciones, el tamaño y/o la
forma del producto hacen que el congelador de placas no sea práctico, pudiendo
utilizarse alternativamente los sistemas de congelación por corriente de aire. En estos
casos, el envase supone la barrera para la congelación indirecta siendo la fuente de la
refrigeración una corriente de aire frío.
Los congeladores por corriente de aire pueden ser de un diseño simple, como es
el caso de una habitación refrigerada. Esta supone una operación discontinua y la
habitación refrigerada puede actuar como almacén además de como compartimento de
congelación. En esta situación los tiempos de congelación serán altos debido a las bajas
velocidades del aire alrededor del producto, la imposibilidad de alcanzar un buen
contacto entre el producto y el aire frío y los menores gradientes de temperatura
existentes entre el producto y el aire.
Sin embargo, la mayoría de los congeladores por corriente de aire son continuos.
En estos sistemas, el producto se coloca sobre una cinta transportadora que se mueve a
través de una corriente de aire que circula a elevada velocidad. El tiempo de
congelación o de residencia viene determinado por la longitud y velocidad de la cinta
transportadora. Estos tiempos pueden ser relativamente pequeños si se utiliza aire a muy
baja temperatura, altas velocidades de aire y un buen contacto entre el producto y el aire
frío.
c) Congeladores para alimentos líquidos: en la mayoría de los casos la forma
más eficaz de retirar la energía térmica de un alimento líquido puede lograrse antes del
envasado. El tipo más utilizado es el sistema de superficie rascada, aunque podría
utilizarse cualquier cambiador de calor indirecto diseñado para líquidos.
En la congelación de alimentos líquidos, el tiempo de residencia del producto en
el compartimento de congelación es el suficiente para reducir su temperatura varios
grados por debajo de la temperatura inicial de formación de cristales.
Los sistemas de congelación para alimentos líquidos pueden operar de forma
continua o discontinua.
2.2.- Sistemas de contacto directo.
Existen varios sistemas de congelación que operan por medio del contacto
directo entre el refrigerante y el producto. En la mayoría de las ocasiones, estos sistemas
operarán más eficazmente si no existen barreras a la transmisión de calor entre el
refrigerante y el producto. Los refrigerantes que se utilizan en estos sistemas pueden ser
aire a baja temperatura y altas velocidades o líquidos refrigerantes que cambian de fase
en contacto con la superficie del producto. En cualquier caso, los sistemas se diseñan
para alcanzar una rápida congelación, aplicándose el término de congelación rápida
individual (en inglés, individual quick freezing), IQF.
a) Corriente de aire: una forma de IQF, cuando el producto es de pequeño
tamaño, consiste en la utilización de corrientes de aire a bajas temperaturas y altas
velocidades que entran en contacto directo con el producto. La combinación de aire a
bajas temperaturas, elevados coeficientes de transmisión de calor por convección (alta
velocidad del aire) y el pequeño tamaño del producto permiten la rápida congelación del
mismo.
Los tipos de producto que pueden congelarse en estos sistemas se limitan a
aquellos de geometría apropiada y que necesitan una rápida congelación para alcanzar la
máxima calidad.
b) Inmersión: La superficie exterior del producto puede alcanzar temperaturas
muy bajas sumergiendo el alimento dentro de un refrigerante líquido. Si el tamaño del
producto es relativamente pequeño, el proceso de congelación se alcanza rápidamente
en condiciones IQF. Para algunos alimentos concretos, con este sistema se consiguen
menores tiempos de congelación que cuando se utilizan corrientes de aire o sistemas de
lecho fluidizado.
El proceso consiste en introducir el producto en un baño de líquido refrigerante y
se transporta a su través, mientras que el líquido refrigerante se evapora absorbiendo
calor del producto. Los refrigerantes más comunes son el nitrógeno, el dióxido de
carbono y el Freón.
Una de las mayores desventajas de los sistemas de congelación por inmersión es
el costo del refrigerante, ya que éste pasa del estado líquido a vapor mientras se produce
la congelación del producto, resultando muy difícil recuperar los vapores que se escapan
del compartimento.
3- PROPIEDADES DE LOS ALIMENTOS CONGELADOS.
El proceso de congelación produce un drástico cambio en las propiedades
térmicas de los alimentos. Las propiedades de los alimentos cambian debido a la pérdida
de agua que experimentan así como al efecto que el cambio de fase produce en el agua.
Cuando el agua dentro del producto pasa al estado sólido también cambian de forma
gradual propiedades como la densidad, la conductividad térmica, la entalpía y el calor
específico aparente del producto.
3.1.-Densidad.
La densidad del agua en estado sólido es menor que en estado líquido. La
densidad de un alimento congelado será, por tanto, menor que la del producto no
congelado, existiendo una dependencia con la temperatura. El cambio gradual en la
densidad se debe al cambio gradual en la proporción de agua congelada en función de la
temperatura. El cambio de densidad es proporcional a la humedad del producto.
3.2.- Conductividad térmica.
La conductividad térmica del hielo es aproximadamente 4 veces superior a la del
agua líquida. Esta relación tiene un efecto similar sobre la conductividad térmica del
alimento congelado.
La mayor parte del aumento producido en la conductividad térmica tiene lugar
en el intervalo por debajo de la temperatura inicial de congelación del producto. Si el
producto contiene una estructura fibrosa, la conductividad térmica será menor cuando se
mida en la dirección perpendicular a las fibras.
3.3.- Entalpía.
La entalpía de un alimento congelado es una propiedad importante a la hora de
realizar los cálculos de la refrigeración necesaria para la congelación del producto.
3.4.- Calor específico aparente.
En base a la definición de calor específico aparente de un producto alimentario
depende de la temperatura. El calor específico de un alimento congelado a temperaturas
20ºC por debajo del punto inicial de congelación o inferiores no difiere
significativamente del calor específico del producto sin congelar.
4-TIEMPO DE CONGELACIÓN.
El tiempo de congelación, junto con la selección de un adecuado sistema de
congelación, es un factor crítico para asegurar la óptima calidad del producto. El tiempo
de congelación requerido para un producto establece la capacidad del sistema, además
de influir de forma directa en la calidad del mismo. El método utilizado para calcular los
tiempos de congelación es decisivo a la hora de seleccionar el sistema de congelación
más adecuado para cada producto.
4.1.- Ecuación de Planck.
La primera ecuación, y la más utilizada, para calcular tiempos de congelación
fue propuesta por Planck(1913) y posteriormente adaptada al caso de alimentos por Ede
(1949). La ecuación es:
donde es obvio que el tiempo de congelación tF aumentará cuando aumente la densidad
, el calor latente de fusión HL y la dimensión característica a. Por otro lado, el tiempo
de congelación disminuirá al aumentar el gradiente de temperatura, el coeficiente de
transmisión de calor por convección hc y la conductividad térmica k del producto
congelado. Las constantes P´ y R´ se utilizan para considerar el efecto de la forma del
producto. La dimensión a es la anchura del producto para una lámina infinita, el
diámetro para un cilindro infinito y el diámetro para una esfera.
Las limitaciones de la ecuación de la ecuación de Planck se deben
principalmente al desconocimiento de los valores de los diferentes componentes de la
ecuación. Los valores de densidad de alimentos congelados son difíciles de obtener o de
medir. En la mayoría de las ocasiones, los calores latentes de fusión se consideran como
el producto del calor latente del agua por el contenido en agua del producto alimentario.
Aunque la temperatura de congelación inicial se encuentra tabulada para muchos
alimentos, las temperaturas inicial y final del producto no se tienen en cuenta en los
cálculos del tiempo de congelación. Además, no es sencillo encontrar valores precisos
de la conductividad térmica k de muchos de los productos congelados.
Sin embargo, a pesar de todos estos inconvenientes la ecuación de Planck sigue
siendo la más utilizada para calcular tiempos de congelación. Los demás métodos
empíricos existentes son modificaciones de la ecuación de Planck surgidos con el fin de
evitar algunas de sus limitaciones.
4.2.- Medidas experimentales.
Las medidas experimentales se utilizan cuando se necesita verificar tiempos de
congelación o cuando su cálculo resulta extremadamente difícil. Estos experimentos se
diseñan con el fin de simular lo más fehacientemente posible las condiciones reales, de
tal manera que sea posible medir la evolución de la temperatura al menos en un punto,
hasta que el proceso de congelación ha finalizado.
4.3.- Factores que influyen en el tiempo de congelación.
Existen varios factores que influyen en el tiempo de congelación que influirán en
el diseño del equipo utilizado para la congelación de los alimentos. Uno de estos
factores es la temperatura del medio de congelación, de tal manera que los tiempos de
congelación disminuirán de manera significativa cuanto menor sea ésta. De acuerdo con
la ecuación de Planck, el tamaño del producto afectará directamente al tiempo de
congelación, aunque este factor no puede ser utilizado para modificar dichos tiempos,
ya que también dependen de la forma del producto.
El parámetro que más influye en el tiempo de congelación es el coeficiente de
transmisión de calor por convección hc. Este parámetro puede utilizarse para variar los
tiempos de congelación mediante modificaciones en el diseño del equipo, debiendo
analizarse cuidadosamente su influencia.
Las propiedades del producto (TF,, k) influirán en los cálculos según lo indicado en la
ecuación de Planck.
4.4- Velocidad de congelación.
La velocidad de congelación (ºC/h) de un producto o envase se define como la
diferencia entre la temperatura inicial y final dividida entre el tiempo de congelación.
Teniendo en cuenta que la temperatura puede variar de diferente manera durante la
congelación en distintos puntos del producto, se ha definido una velocidad local de
congelación para un determinado punto, como la diferencia entre la temperatura inicial
y la temperatura deseada dividida entre el tiempo transcurrido hasta que dicha
temperatura se alcanza en dicho punto.
5- ALMACENAMIENTO DE ALIMENTOS CONGELADOS.
Aunque la eficacia de la congelación de alimentos depende directamente del
proceso de congelación, la calidad del alimento congelado varía significativamente en
función de las condiciones de almacenamiento. La temperatura de almacenamiento de
los alimentos congelados es una variable muy importante ya que la influencia de
aquellos factores que reducen la calidad del producto es menor cuanto menor es la
temperatura. Sin embargo, en realidad deben utilizarse las menores temperaturas
posibles que permitan alargar la vida del producto sin consumir energía de refrigeración
que resulte ineficaz.
El factor más importante que influye sobre la calidad de los alimentos
congelados son las fluctuaciones en la temperatura de almacenamiento. La vida de los
alimentos congelados se reduce significativamente si se ven expuestos a variaciones de
la temperatura de almacenamiento, que produce cambios en la temperatura del
producto.
5.1.- Cambios en la calidad de los alimentos congelados durante su
almacenamiento.
Un término normalmente utilizado para describir la duración de almacenamiento
de alimentos congelados es la vida práctica de almacenamiento (en inglés, practical
storage life, PSL). La vida práctica de almacenamiento es el periodo de
almacenamiento, una vez congelado, durante el cual el producto mantiene sus
propiedades características y permanece apto para el consumo u otras posibles
utilizaciones.
La temperatura típica de almacenamiento de alimentos comerciales es de –18ºC.
Sin embargo, para alimentos marinos se aconseja utilizar temperaturas inferiores con el
fin de mantener la calidad.
Otro término que se utiliza normalmente para definir la vida de almacenamiento
de los alimentos congelados es la vida de alta calidad (en inglés, high quality life,
HQL).
Tal como está definida, la HQL es el tiempo transcurrido entre la congelación de un
producto de alta calidad y el momento en que, por valoración sensorial, se observa una
diferencia estadísticamente significativa (P<0.01) con respecto a la alta calidad inicial
(inmediatamente después de la congelación). La diferencia observada se define como
diferencia apenas advertida (en inglés, just noticeable difference, JND). En un test
triangular realizado para detectar sensorialmente la calidad de un producto, la diferencia
apenas advertida se alcanza cuando el 70% de los catadores distingue satisfactoriamente
el producto de la muestra, la cual se ha almacenado en condiciones tales que no existe
degradación del producto durante el periodo considerado. La temperatura típica
utilizada para los experimentos de control es de –35ºC.
ÍNDICE:
PAG
1- INTRODUCCIÓN. 1
2- SISTEMAS DE CONGELACIÓN. 2
2.1.- Sistemas de contacto indirecto. 3
2.2- Sistemas de contacto directo. 5
3- PROPIEDADES DE LOS ALIMENTOS CONGELADOS. 6
3.1.- Densidad. 6
3.2.- Conductividad térmica. 7
3.3- Entalpía. 7
3.4.- Calor específico aparente. 7
4- TIEMPO DE CONGELACIÓN. 8
4.1.- Ecuación de Planck. 8
4.2.- Medidas experimentales. 9
4.3.- Factores que influyen en el tiempo de congelación. 9
4.4.- Velocidad de congelación. 10
5- ALMACENAMIENTO DE ALIMENTOS CONGELADOS. 10
5.1.- Cambios en la calidad de los alimentos congelados 11
durante su almacenamiento.
BIBLIOGRAFÍA:
-Introduccion a la ingeniería de los alimentos, R. Paul Singh
Dennis R. Heldman, Editorial Acribia, S.A.
CONGELACIÓNDE
ALIMENTOS.
