Conservación de Los Alimentos (Pg 1 147)

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Díaz, Torres, Raúl. Conservación de los alimentos, edited by López, Deborah Prats, Editorial Félix Varela, 2005. ProQuest Ebook Central, http://ebookcentral.proquest.com/ http://ebookcentral.proquest.com/lib/unadsp/detail.ac lib/unadsp/detail.action?docID=3191636. tion?docID=3191636. Created from unadsp on 2018-03-29 08:36:47.


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Edición: Edición: Lic. Deborah Prats López Diseño de cubierta cubierta:: Leonardo Fernández del Río Diseño interior : Majela Pérez Martínez Diagramación Diagramación: Fanny Silva Martínez Corrección: Corrección: Verónica Verónica Morales Velásquez

© Raúl Díaz Torres, 2009 © Sobre la presente edición: Editorial Editoria l Félix Varela, 2009


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ISBN 978-959-07-1293-7 978-959-07-1293-7

Editorial Félix Varela Calle A No. 703, esq. a 29, Vedado, La Habana, Cuba. Díaz, Torres, Raúl. Conservación de los alimentos, edited by López, Deborah Prats, Editorial Félix Varela, 2005. ProQuest Ebook Central, http://ebookcentral.proquest.com/ http://ebookcentral.proquest.com/lib/unadsp/detail.ac lib/unadsp/detail.action?docID=3191636. tion?docID=3191636. Created from unadsp on 2018-03-29 08:36:47.

Índice

Introducción / 1

Deterioro de los alimentos / 4


1.1 FACTORES QUE INCIDEN EN EL DETERIORO DE LOS ALIMENTOS / 4 1.1.1 Efecto de la temperatura / 9 1.1.2 Efecto de la concentración / 11 1.1.3 Efecto de la aw y la humedad / 12 1.1.4 Efecto del oxígeno / 14 1.1.4.1 Factores que afectan la velocidad de oxidación/ 14 1.2 VIDA DE ANAQUEL / 15 1.2.1 Estimación de la vida de anaquel / 25 1.2.2 Alimentos de baja humedad cuyo deterioro se debe a los cambios ocurridos por la ganancia de humedad / 27 1.2.3 Alimentos cuyo deterioro se debe a los cambios ocurridos por la oxidación lipídica / 37 1.2.3.1 Alimentos con menos de 2,5 % de grasa / 37 1.2.3.2 Alimentos entre 2,5 y 10 % de grasa / 37 1.2.3.3 Alimentos con más de 10 % de grasa / 37 1.2.4 Alimentos cuyo deterioro se debe a los cambios ocurridos durante el almacenamiento en congelación / 37 1.2.5 Alimentos enlatados cuyo deterioro se debe a los cambios ocu-rridos en el interior del envase durante el almacenamiento /39

Envases para alimentos / 44 Díaz, Torres, Raúl. Conservación de los alimentos, edited by López, Deborah Prats, Editorial Félix Varela, 2005. ProQuest Ebook Central, http://ebookcentral.proquest.com/lib/unadsp/detail.action?docID=3191636. Created from unadsp on 2018-03-29 08:36:47.

III

2.1 CLASIFICACIÓN Y FUNCIONES DE LOS ENVASES / 44 2.1.1 Clasificación de los envases / 45 2.1.2 Funciones de los envases / 48 2.2 TIPOS DE ENVASES / 52 2.2.1 Envases metálicos / 52 2.2.1.1 Envases de hojalata / 52 2.2.1.2 Acero libre de estaño / 62 2.2.1.3 Aluminio / 63 2.2.1.4 Fabricación del envase metálico / 64 2.2.2 Envases de vidrio / 70 2.2.3 Envases plásticos / 75 2.2.3.1 Propiedades mecánicas / 76 2.2.3.2 Propiedades ópticas / 77 2.2.3.3 Propiedades térmicas / 77 2.2.3.4 Propiedades de transporte / 78 2.2.4 Envases a partir de materiales celulósicos / 86 2.3 ENVASADO ACTIVO E INTELIGENTE / 92 2.3.1 Nuevas tendencias / 92 2.3.2 Envases activos / 93 2.3.3 Envases inteligentes / 95

Conservación de alimentos por temperaturas reducidas / 98


3.1 ORÍGENES DE LA REFRIGERACIÓN / 98 3.2 FACTORES QUE INFLUYEN EN LA CONSERVACIÓN DE ALIMENTOS POR TEMPERATURAS REDUCIDAS / 99 3.2.1 Metabolismo celular / 100 3.2.2 Actividad enzimática / 100 3.2.3 Ataque de microorganismos / 101 3.2.4 Efecto de la temperatura / 103 3.2.5 Refrigeración y congelación / 105 3.2.5.1 Ciclo de refrigeración / 107 3.2.5.2 Características deseables en los refrigerantes/ 111 3.3 CAPACIDAD DE REFRIGERACIÓN / 116 3.3.1 Cálculo de la capacidad de refrigeración / 118 3.4 FACTORES TECNOLÓGICOS QUE AFECTAN EL ALMACENAMIENTO A BAJAS TEMPERATURAS / 132 3.4.1 Temperatura de almacenamiento / 132 3.4.2 Humedad relativa de almacenamiento / 133 3.4.3 Circulación de aire en la cámara / 134 3.4.4 Grado de ocupación de la cámara / 136 3.4.5 Incompatibilidad entre productos / 136 3.4.6 Preenfriamiento / 137

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3.4.7 Atmósferas modificadas / 140 3.4.8 Almacenamiento en la cámara / 142 3.5 CONGELACIÓN DE ALIMENTOS / 143 3.5.1 Expansión del agua / 147 3.5.2 Cambios en el medio celular / 147 3.5.3 Recristalización / 148 3.5.4 Sistemas de congelación de alimentos / 149 3.5.5 Descongelación / 150 3.6 OTRAS TABLAS DE INTERÉS PARA LOS CÁLCULOS / 152

Conservación de alimentos por control de su actividad de agua/ 184 4.1


ASPECTOS GENERALES SOBRE LA ACTIVIDAD DE AGUA / 184

4.1.1 El agua en los alimentos / 184 4.1.2 Actividad de agua / 185 4.1.3 Predicción de la actividad de agua / 192 4.1.4 Influencia de la actividad del agua sobre las reacciones de deterioro / 196 4.1.5 Influencia de la actividad de agua sobre las reacciones de deterioro causadas por microorganismos / 202 4.1.6 Influencia de la actividad de agua sobre las reacciones de deterioro sensorial de los alimentos / 204 4.2 CONCENTRACIÓN DE ALIMENTOS / 205 4.2.1 Concentración por congelación / 206 4.2.2 Ósmosis inversa / 211 4.2.3 Evaporación / 219 4.3 ALIMENTOS DESHIDRATADOS / 241 4.4 MÉTODOS COMBINADOS / 262

Conservación por tratamiento térmico / 271 5.1 LOS INICIOS DEL TRATAMIENTO TÉRMICO / 271 5.2 PASTEURIZACIÓN Y ESTERILIZACIÓN / 273 5.2.1 Intensidad del tratamiento térmico / 274 5.2.2 Pasteurización / 275 5.3 EVALUACIÓN DE LA INTENSIDAD DEL TRATAMIENTO TÉRMICO / 287 5.3.1 Método de Patashnik / 287 5.3.2 Método general / 294 5.3.3 Método gráfico / 294 5.3.4 Método de la fórmula / 296 5.4 ELABORACIÓN DE CONSERVAS ALIMENTICIAS / 299

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5.4.1 Método Appert / 299 5.4.2 Esterilización discontinua en autoclave / 302 5.4.3 Esterilización continua / 304 5.4.3.1 Producto dentro del envase / 304 5.4.3.2 Producto fuera del envase (métodos de alta temperatura y corto tiempo) / 306 5.2.3 Envasado aséptico / 308

Radiaciones ionizantes / 312 6.1 ANTECEDENTES / 312 6.2 ASPECTOS TÉCNICOS / 315 6.2.1 Dosimetría / 315 6.2.2 Objetivos de las radiaciones ionizantes / 316 6.3 ASPECTOS SANITARIOS / 320 6.4 ACEPTACIÓN POR LOS CONSUMIDORES / 323 6.5 PLANTA DE IRRADIACIÓN / 323 6.6 IDENTIFICACIÓN DE ALIMENTOS IRRADIADOS / 326

Anexos / 328 Bibliografía / 345


Díaz, Torres,VI Raúl. Conservación de los alimentos, edited by López, Deborah Prats, Editorial Félix Varela, 2005. ProQuest Ebook Central, http://ebookcentral.proquest.com/lib/unadsp/detail.action?docID=3191636. Created from unadsp on 2018-03-29 08:36:47.


Los alimentos son esenciales para el crecimiento y desarrollo del hombre, pues constituyen la fuente tanto de su energía como de su reposición de tejidos. Por tal motivo, la conservación de los alimentos es tan antigua como la historia de la humanidad y mucho tuvo que ver en la transformación del hombre cazador (hombre nómada) en hombre agricultor. Desde los inicios, los hombres se vieron ante la disyuntiva de poseer momentáneamente una abundancia relativa de alimentos (recién terminada la caza o la recolección) y enfrentar en cambio periodos posteriores de penuria. Aun cuando la domesticación de animales de granja mejoró esta situación, creó a la vez una nueva arista del problema: la necesidad de transformar y conservar los alimentos obtenidos por este medio. La necesidad de preservar los alimentos surge entonces            cuando en los inicios se realiza de forma empírica, sin el más mínimo conocimiento de los mecanismos de deterioro o de la forma de acción de los medios de preservación. En los países fríos, por ejemplo, el hombre primitivo observa que la carne enterrada en el hielo se conserva durante cierto tiempo y puede ser aprovechada para su consumo posterior. Igualmente la observación empírica permite comprobar que la adición de sal común o de sal de nitro, el ahumado, la fermentación, la deshidratación solar o ciertos tratamientos térmicos, prolongan la vida útil de los alimentos. Con el desarrollo de la sociedad, la conservación de alimentos va evolucionando en cuanto a alcance y objetivos, y se convierte además de una necesidad de subsistencia en un medio de creación de nuevos productos y en una herramienta del comercio entre regiones, llámese entre provincias, departamentos, países o continentes, pero también en una

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herramienta del mercadeo que basa su oferta en la atracción sensorial tanto o más que en la preservación del valor nutrimental. Aunque ahora sabemos que el deterioro de los alimentos es un problema multifactorial, en el que no solo se implican los problemas de tipo higiénico sanitarios, en un principio el deterioro se asociaba a los resultados de la acción de los microorganismos capaces de generar olores o sabores pútridos o al menos anómalos en los productos (por ejemplo los correspondientes al rompimiento de los puentes disulfuro                        (por ejemplo la aparición visible de moho en el pan o el queso), aun cuando los mecanismos por los cuales estos sucesos tienen lugar, fueran totalmente desconocidos.


Desde el punto de vista del conocimiento de los fenómenos asociados al deterioro, los trabajos de Louis Pasteur son los que demuestran la presencia en los alimentos de microorganismos capaces de causar el             preservación. Pero junto a esto el avance de la tecnología permite aplicar de forma industrial los conocimientos empíricos previamente adquiridos. Los trabajos de conservación de alimentos esterilizados de Nicolás Appert, el transporte de pescado congelado utilizando una mezcla de hielo y sal, y el desarrollo posterior de los sistemas de refrigeración, a partir de la invención de los compresores (originalmente para ser empleados en la industria cervecera), el desarrollo de tecnologías para la obtención de polímeros sintéticos que constituyen la base de un creciente porcentaje de los envases actualmente presentes en el mercado de alimentos o los aportes de la física teórica al conocimiento de la materia y en particular de las radiaciones, son algunos ejemplos de la evolución experimentada por las ciencias relacionadas directa o indirectamente con las técnicas de conservación de alimentos, a lo largo del desarrollo de la humanidad. No obstante, las técnicas de conservación de alimentos siguen teniendo como primer objetivo la preservación de la calidad higiénica sanitaria de los productos, aunque sin perder de vista aspectos tan importantes como la preservación de su valor nutricional, o de su calidad sensorial. Así las principales técnicas de conservación de los alimentos pueden ser agrupadas de acuerdo con el objetivo higiénico sanitario que persiguen, de la siguiente manera:

2


 Métodos destinados a reducir o inhibir el crecimiento microbiano  Métodos destinados a inactivar los microorganismos  Métodos destinados a restringir el acceso de los microorganismos Entre los métodos destinados a reducir o inhibir el crecimiento microbiano, se encuentran la reducción de temperatura (almacenamiento en refrigeración o congelación), la reducción de la aw o la elevación de         salado, adición de solutos), la restricción de nutrimentos (por ejemplo                   el uso de alcohol o de preservantes químicos (sorbatos, benzoatos) o biológicos (bacteriocinas). Por su parte, entre los métodos destinados a la inactivacion de los microorganismos, tenemos el empleo de los tratamientos térmicos (pasteurización, esterilización), de radiaciones (principalmente ionizantes) y el uso de métodos no térmicos como las altas presiones, los pulsos de luz, etc. Por último, para la restricción del acceso de los microorganismos, se emplean técnicas como el procesamiento aséptico y la descontaminación de ingredientes y del material de envase.



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1.1 FACTORES QUE INCIDEN EN EL DETERIORO DE LOS ALIMENTOS


¿Qué es un alimento? Desde el punto de vista de su conservación, un alimento puede ser considerado como una mezcla más o menos compleja de cuatro constituyentes principales (carbohidratos, proteína, grasa y agua) más otros constituyentes minoritarios (vitaminas y minerales). Las interrelaciones que se establecen entre estos componentes (tanto físicas como químicas), constituyen lo que denominamos calidad. El objetivo fundamental de la conservación de alimentos es llevar el producto desde la producción hasta el consumidor con la mayor calidad posible, con un costo razonable. El conjunto de los atributos del alimento, una vez procesado (y        Pero, ¿qué entendemos por calidad?              concepto muy útil en administración. En ventas y mercadeo es utilizada                que realmente se quiere decir con esta palabra; por ejemplo, en alimentos son usadas las palabras “fresco o frescura” y son probablemente las palabras más incorrectamente utilizadas en esta rama, debido a que posiblemente se cumpla con ese requisito y sin embargo no se satisfagan las expectativas del consumidor.               de la calidad de la norma ISO 9000:2000: “el grado en que un conjunto de características inherentes cumple con los requisitos”.

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“un rango diferenciador (física, sensorial, de tiempo, funcional, etc)” y como requisito “necesidad o expectativa establecida, generalmente implícita u obligatoria”. Se entiende como característica

Por tanto, resulta evidente que para hablar de calidad de los alimentos debemos partir de las expectativas que tienen los consumidores respecto a estos. De forma resumida, se puede apuntar que el consumidor espera que el alimento tenga como características imprescindibles lo agradable, nutritivo, seguro (inocuo), de un costo aceptable y apropiado             estas características para priorizar otras, como ocurre con los llamados “alimentos chatarra” que pese a poseer un bajo valor nutricional, presentan alta aceptación, sobre todo en determinados segmentos de mercado, como niños y adolescentes. En resumen, un sistema alimento-envase será formulado para cumplir en mayor o menor grado con todas o algunas de estas expectativas. Pero no basta con que estas sean cubiertas en el producto recién elaborado, pues, durante su conservación, los productos alimenticios           aspectos físicos, como en los aspectos sanitarios y nutricionales, que conducen a cambios en su calidad. Según las condiciones, estos cambios pueden llegar a ser tan profundos, que el producto debe ser total o parcialmente rechazado. La velocidad y el carácter de estos procesos de deterioro dependen de la composición del producto y de las condiciones de almacenamiento (factores de composición y factores ambientales) y puede ser disminuida con la aplicación correcta de las técnicas de . d e v r e s e r s t h g i r l l A . a l e r a V x i l é F l a i r o t i d E . 5 0 0 2 © t h g i r y p o C

C  factor de calidad



dC  f Ei , F j dt





dC  velocidad de deterioro donde:  dt Ei  factores ambientales (i=1...n) F j  factores de composición ( j=1...n)

conservación y almacenamiento, pero no puede ser evitada. Así, puede plantearse que:


5

Donde el signo más-menos nos indica que el valor numérico que hayamos seleccionado para estimar el grado de deterioro del producto puede aumentar o disminuir (por ejemplo en el caso del contenido vitamínico se trata de una disminución, mientras que en el caso de la contaminación metálica, ocurre un incremento), pero en todos los casos la calidad disminuye. De forma abreviada, y tomando en consideración la complejidad de los sistemas alimenticios, podría plantearse que la pérdida de calidad puede ser representada en la práctica o por la pérdida de un elemento deseable (por ejemplo nutrientes, sabor o textura característicos) o por la formación de un elemento indeseable (por ejemplo la aparición

dC  k(C ) n dt



de sabores extraños, decoloración) o por una combinación de ambos efectos que puede estar dado para cada caso por una o más reacciones. Así la velocidad de deterioro puede representarse desde el punto de vista cinético, con la siguiente expresión: Donde C           químico, microbiológico o sensorial), dependiendo del sistema particular estudiado, mientras que k es una constante de velocidad de reacción aparente y n el orden de esa reacción. Esto no quiere decir que se trate . d e v r e s e r s t h g i r l l A . a l e r a V x i l é F l a i r o t i d E . 5 0 0 2 © t h g i r y p o C

Tabla 1.1 Expresiones de utilidad para evaluar el orden aparente de reacción

de un mecanismo de reacción verdadero y por tanto tampoco n será un orden de reacción verdadero sino más bien un orden aparente o seudo orden. La determinación de estos parámetros se realiza ajustando los           

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mejor ajuste. Así para órdenes posibles diferentes tendremos como se aprecia en la tabla 1.1, las siguientes expresiones:

Fig 1.1 Determinación de la vida de anaquel para una reacción de deterioro de seudo orden cero

En las que el subíndice 0 representa el tiempo cero y el subíndice t                     el valor del factor de calidad C a diferentes tiempos, para hallar la constante de velocidad de reacción aparente y con esto determinar t,       


Tabla 1.2 Principales reacciones de pérdida de calidad


7

Algunos ejemplos de reacciones de seudo orden cero pueden ser la

pérdida de calidad global de los alimentos congelados y el pardeamiento no enzimático; mientras que como ejemplos de reacciones de seudo primer orden podemos citar la pérdida de vitamina, el crecimiento y la muerte microbianas, cambios oxidativos de color y la pérdida de textura durante el procesamiento térmico. . d e v r e s e r s t h g i r l l A . a l e r a V x i l é F l a i r o t i d E . 5 0 0 2 © t h g i r y p o C

Las tablas 1.2 y 1.3 presentan un resumen de las principales reacciones de la pérdida de calidad de los alimentos y sus posibles consecuencias. Tabla 1.3 Consecuencias de la pérdida de calidad Los mecanismos por los cuales los alimentos se alteran pueden ser:  Acción de organismos vivos  Actividad biológica propia del alimento y/o procesos químicos del entorno Pardeamiento enzimático Pardeamiento no enzimático Oxidación de lípidos Desnaturalización de proteínas Hidrólisis de polisacáridos o lípidos

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Degradación o transformación de pigmentos Contaminación por residuos  Acciones físicas del entorno (impactos y daños físicos como magulladuras, cortes, etc.)  Acción de la temperatura  Acción de la luz y radiaciones Los cambios no deseados pueden ser de diferente naturaleza, asociándose a problemas sensoriales, nutricionales u otros. Por ejemplo: Textura: Pérdida de solubilidad Pérdida de Capacidad de Retención de Agua (C.R.A). Endurecimiento / reblandecimiento Pérdida de turgencia Fragilización Color: Envejecimiento / blanqueado Desarrollo de colores extraños Olor y sabor: Rancidez, sabor a cocido, a caramelo Sabores y olores extraños Valor nutritivo: Pérdida de nutrientes . d e v r e s e r s t h g i r l l A . a l e r a V x i l é F l a i r o t i d E . 5 0 0 2 © t h g i r y p o C

Higiénicos: Alteración microbiana, residuos tóxicos Dentro de los factores de composición es necesario tomar en cuenta la naturaleza del alimento y en particular la sensibilidad a la humedad y al oxígeno, y cómo esta sensibilidad es afectada por la temperatura, humedad, acidez iónica y acidez titulable, potencial redox, actividad química y enzimática, actividad microbiana, presencia de aditivos y conservadores, composición, propiedades físicas.

Dentro de las condiciones ambientales deben considerarse aquellas que el alimento va a encontrar durante su distribución, así como el tiempo que va a estar expuesto a ellas y los factores de envasado (tipo de envase, k  k o e

 E A

RT

donde: k  Constante de velocidad de la reacción de deterioro


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k o 

Constante (independiente de la temperatura)

E A  Energía de activación [f (a w, pH, H,

sólidos,...)]

R  Constante de los gases ideales T 

Temperatura absoluta

propiedades y área de éste —sobre todo para el caso de los envases permeables—, y manipulación de componentes). Algunos efectos típicos de la acción del oxígeno y la humedad son la pérdida de crujencia en bizcochos, galletas, papas fritas, aparición de grumos en sal o azúcar, el crecimiento de moho en quesos o productos cárnicos y la rancidez de alimentos ricos en grasa como mantequilla o margarina, por ejemplo. Todos estos cambios son acelerados por la temperatura.

1.1.1 Efecto de la temperatura

El efecto de la temperatura puede ser evaluado a través de la ecuación       Q10           

alcanzar un determinado nivel de deterioro a una temperatura dada (T), encontramos que existirá una curva para cada reacción típica de deterioro en la que toda la región encontrada entre la curva y el eje . d e v r e s e r s t h g i r l l A . a l e r a V x i l é F l a i r o t i d E . 5 0 0 2 © t h g i r y p o C

de las temperaturas representa la región de aceptación del producto y 10


por ende el resto es la región de rechazo.

Q10 

kT  10 kT

Pero como cada curva representa el deterioro de una propiedad diferente, entonces las combinaciones adecuadas son aquellas que están por             

región de aceptación y otra de rechazo, en la que la región de aceptación será aquella que se encuentre por debajo de la curva que representa el menor tiempo para una temperatura dada. ln Q10 

E A 10 R T (T  10)

Por ejemplo, si un alimento puede sufrir deterioro por varios mecanismos diferentes, que responden de forma también diferente a las variaciones de temperatura, las líneas que representan el comportamiento del tiempo frente a la temperatura se interceptarán en puntos diferentes, lo cual                                     . d e v r e s e r s t h g i r l l A . a l e r a V x i l é F l a i r o t i d E . 5 0 0 2 © t h g i r y p o C

Tabla 1.4 Variación de Q10 en dependencia de E A y de la temperatura

El factor Q10 representa una forma rápida de evaluar este efecto, pues es una relación entre las constantes de velocidad de reacción a dos dCi  kC1 n1 C2 n2 ...C m m dt



(i = l....m)


11

temperaturas separadas entre sí: 10 oC, Este factor también puede expresarse en grados Fahrenheit. Por costumbre, en este caso se expresa como q10 y se puede demostrar que Q10 = (q10)1.8. El inconveniente es que Q10 puede cambiar a medida que varía la temperatura y por tanto su validez es solamente para un rango estrecho de temperatura. Obviamente debe existir una relación entre Q10 y E A Como se desprende de lo anterior, los valores de Q10 son propios de cada producto, de acuerdo con su naturaleza y con su reacción típica de deterioro. Es frecuente encontrar que los valores de Q10 estén alrededor de 2 para muchas reacciones típicas de deterioro de los alimentos, aunque como es lógico, esto depende del valor de E A y del valor de la temperatura. En general, a un aumento de temperatura, le corresponde una disminución de Q10 y a un aumento de E A le corresponde un incremento de Q10 como se muestra en la tabla 1.4 1.1.2 Efecto de la concentración

El efecto de la concentración puede ser expresada como: Ecuación que demuestra la interacción existente entre los diferentes componentes. Por ejemplo la tiamina es mucho más degradable cuando está unida a la proteína que en estado libre, lo que para otros nutrientes puede ser exactamente al revés. Otro efecto conocido es la relación entre el deterioro de dos nutrientes, por ejemplo el deterioro del ácido fólico es afectado por la presencia de vitamina C (ácido ascórbico), y en presencia . d e v r e s e r s t h g i r l l A . a l e r a V x i l é F l a i r o t i d E . 5 0 0 2 © t h g i r y p o C

             

luz. En cambio el  -caroteno protege a otros nutrientes de la luz.

Un ejemplo interesante de interacción entre factores es la degradación del ácido ascórbico, la que se incrementa al elevarse la temperatura, acomodándose muy bien a la ecuación de Arrhenius. Sin embargo, E A depende tanto de la actividad de agua (a w) como de la humedad, de manera tal que un aumento del contenido de humedad hace la reacción menos sensible a la temperatura. Por ejemplo, la pérdida de vitamina C en solución a pH alto tiende a ser una reacción muy sensible al oxígeno. La presión parcial de oxígeno afecta drásticamente la velocidad de descomposición del ácido ascórbico, mientras que en otros sistemas (por ejemplo, tomate en polvo) la velocidad de degradación es prácticamente independiente del oxígeno.

12


En alimentos enlatados, la destrucción de la vitamina C se inicia de manera aerobia, y mientras mayor es el espacio de cabeza, mayor destrucción de la vitamina C, que es acelerada por el cobre que actúa como catalizador. Cuando no hay oxígeno, puede comenzar la descomposición anaerobia que es mucho más lenta y es acelerada por la fructosa y sus derivados, pero no por el Cu, aunque otros metales (como el Pb y Zn, bivalentes) sí lo hacen. La retención total de vitamina C, tomando en cuenta las pérdidas, en todas las etapas está entre 65 % – 95 %. 1.1.3 Efecto de la aw y la humedad

En general, variaciones de humedad (o mejor aún de a w) provocan cambios en la velocidad de reacción. La oxidación, el pardeamiento, o el crecimiento bacteriano son ejemplos clásicos de este fenómeno, que estudiaremos en detalle más adelante. Sin embargo, debe observarse que para diferentes reacciones de deterioro, el máximo de velocidad corresponde a valores diferentes de a w                   

Existe una relación entre el valor de la a w y el desarrollo de los microorganismos, que, independientemente de casos particulares, sigue los siguientes criterios: Alimentos con a w de 0,98 o superior  Carnes y pescados frescos  Frutas, hortalizas, verduras frescas . d e v r e s e r s t h g i r l l A . a l e r a V x i l é F l a i r o t i d E . 5 0 0 2 © t h g i r y p o C

 Leche  Hortalizas en salmuera, enlatadas  Frutas en jarabes diluidos

En este rango de a w, crecen sin impedimento todos los microorganismos causantes de toxiinfecciones alimentarias. Alimentos con a w entre 0,93 y 0,98  Leche concentrada  Concentrado de tomate  Productos cárnicos y pescados ligeramente salados  Embutidos cocidos  Quesos de maduración corta


13

 Frutas en almíbar

Crecen sin impedimento todos los microorganismos causantes de toxiinfecciones alimentarias en el valor 0,98 Alimentos con a w entre 0,85 y 0,93  Embutidos fermentados y madurados  Jamón serrano  Leche condensada azucarada

Solamente pueden crecer en estos alimentos el Staphylococcus aureus y algunos hongos productores de micotoxinas Alimentos con a w entre 0,60 y 0,85  Alimentos de humedad intermedia

 Frutas secas  Harina de cereales      Pescado muy salado  Extractos de carnes


O2 dC  dt k1  k2 O2



 Quesos muy madurados  Nueces

No crecen en este intervalo los microorganismos patógenos, solo algunas especies de hongo Alimentos con a w menor de 0,60  Chocolate  Miel  Fideos, galletas  Verduras secas

14


 Huevos y leche en polvo

En este intervalo no crece ningún tipo de microorganismo patógeno ni ambiental. 1.1.4 Efecto del oxígeno

Debido a su papel en el crecimiento de los microorganismos y en las reacciones de oxidación, el oxígeno en general es indeseado desde el punto de vista de conservación de los alimentos, aunque en las atmósferas         

explicar adecuadamente el mecanismo de acción de muchas reacciones en las que el oxígeno desempeña un importante papel. Un ejemplo característico es el efecto de la concentración de oxígeno en la oxidación lipídica La oxidación de los lípidos insaturados es una reacción de radicales libres con un paso de inicio, una etapa de propagación y una etapa de terminación. La velocidad de la reacción es fuertemente afectada por factores ambientales y de composición. 1.1.4.1 Factores que afectan la velocidad de oxidación O2  R  k1  k2 O2 

Estos factores serán diferentes según la etapa en que se encuentre la reacción. Por ejemplo: . d e v r e s e r s t h g i r l l A . a l e r a V x i l é F l a i r o t i d E . 5 0 0 2 © t h g i r y p o C

Inicio

 Concentración de hidroperóxido  Presencia de catalizadores  Radiaciones electromagnéticas (incluida la luz)  Iniciadores químicos (incluidos algunos productos de oxidación) Propagación

 Grado de insaturación.  Concentración local de oxígeno Terminación

 Concentración de antioxidantes


15

Además, la temperatura y a w         los pasos. Debe señalarse que si la velocidad de iniciación es alta, la concentración de antioxidantes es rápidamente reducida a una velocidad igual a la velocidad de iniciación. Por tanto, si la velocidad de iniciación es alta, añadir antioxidantes puede ser sólo marginalmente efectivo en retardar la oxidación. La velocidad de la reacción Cuando k2 O2 es mucho menor que k1 , la velocidad de la reacción es directamente proporcional a la concentración de oxígeno, y si por el contrario k2 O2  es mucho mayor que k1 , la velocidad de reacción se hace independiente de la concentración de oxígeno.

1.2 VIDA DE ANAQUEL Durante el almacenamiento ocurre el deterioro de los alimentos a través de diferentes procesos, como pueden ser:  Procesos físicos: evaporación de agua (con la consiguiente         


y alteraciones del aroma, debidos a la pérdida de volátiles.  Procesos químicos y bioquímicos: reacción de Maillard, autolisis de proteína, oxidación de grasas, maduración de frutas.  Acción de microorganismos: tanto por rebasar límites aceptables desde el punto de vista higiénico, como por producir cambios organolépticos inaceptables. Resulta evidente entonces, que es necesario introducir el concepto de             

la manufactura de un producto alimenticio y su venta, durante el cual conserva una calidad satisfactoria (IFT, 1974).

Vida útil: tiempo durante el cual el producto envasado y almacenado        

Durante este tiempo el alimento sufre una disminución tolerable de su calidad sin llegar a la objetabilidad (Labuza y Schmidt, 1985).

Objetabilidad: cuando se alcanza un nivel de incumplimiento de alguna norma legal establecida para el producto, usualmente desarrollada de acuerdo con las características del alimento y su mercado y considerando la posibilidad de riesgos físicos, químicos, nutricionales o microbiológicos o por evaluación sensorial.

16


Por lo tanto son numerosos los indicadores de la vida útil de un alimento que pueden ser empleados, entre ellos son de destacar: Evaluación sensorial Concentración de nutrientes Remanencia de un preservante químico Concentración de aromas, sabores y colorantes químicos Color y textura instrumental Incremento o pérdida de humedad Índices de óxidación de lípidos Medición de productos de reacciones de deterioro Acidez Turbidez Separación de fases Recuento de microorganismos, producción de toxinas Concentración de migrantes o permeantes        

damiento, decoloración, fugas, golpes, fracturas)

          

generalmente conocida por el productor, para las condiciones de almacenamiento a que va a estar expuesto. . d e v r e s e r s t h g i r l l A . a l e r a V x i l é F l a i r o t i d E . 5 0 0 2 © t h g i r y p o C

Los estudios de almacenamiento forman parte de todo programa de desarrollo, tanto si se trata de un nuevo producto, como de una mejora tecnológica o un cambio de formulación y dependen de:  Deterioro por acción bacteriana o enzimática  Deterioro por insectos  Pérdida de propiedades funcionales  Pérdida de cualidades estéticas  Pérdida de valor nutritivo

Según su respuesta a estas vías de deterioro, los alimentos se dividen en perecederos (incluyendo semiperecederos) y no perecederos o estables. Perecederos:

aquellos que deben ser almacenados a temperatura de refrigeración o congelación si se desean conservar por un período Díaz, Torres, Raúl. Conservación de los alimentos, edited by López, Deborah Prats, Editorial Félix Varela, 2005. ProQuest Ebook Central, http://ebookcentral.proquest.com/lib/unadsp/detail.action?docID=3191636. La Habana: Created from unadsp on 2018-03-29 08:36:47. Editorial Félix Varela, 2009. -- ISBN 978-959-07-1293-7

17

Tabla 1.5 Ejemplos de alimentos de diferente estabilidad y su mecanismo crítico de deterioro

de tiempo dado, generalmente menor de 7 días. Generalmente poseen elevados contenidos de agua (mayor del 60 %), lo que los hace muy susceptibles al deterioro (como ejemplo pueden citarse las leches, los pescados, las carnes, etc.) Semiperecederos :


alimentos que contienen inhibidores naturales (como algunos quesos, raíces, vegetales y huevos) o que han recibido determinado tratamiento que les permite una mayor tolerancia a la distribución y manipulación, como por ejemplo carnes ahumadas y saladas, los cuales pueden comercializarse sin refrigeración por períodos de hasta tres meses. Muchos de ellos poseen menos de un 60 % de agua y pueden contener azúcares o ácidos en concentraciones, tales que impiden el desarrollo microbiano (miel, manzanas, ajos, etc.). Alimentos estables:

los que pueden ser conservados a temperatura ambiente, incluyendo aquellos no procesados que debido a su baja a w no son afectados por microorganismos (generalmente poseen menos de 12 % de agua libre y, si son almacenados en ambiente fresco, seco, limpio y protegido del sol, se conservan muchos meses sin alterarse, como ejemplo pueden citarse las legumbres, productos deshidratados, aceite y otros), y los preservados por esterilización (alimentos esterilizados en su envase, fundamentalmente los enlatados o los envasados en frascos de

18


vidrio) u otros medios (productos conservados por métodos combinados, pero con empleo de altas barreras, por ejemplo, acidez notable).

Q10 

T T 10

La tabla 1.5 presenta algunos de los alimentos que pertenecen a estos grupos, y su mecanismo crítico de deterioro. Se considera que un estudio de vida de anaquel concluye cuando:  La presencia de moho, o el crecimiento bacteriano es visible  Los conteos totales altos o la presencia de determinados microor-

ganismos hacen el producto rechazable para el consumidor  Debido a la aparición de cambios físicos que producen olores atípicos, decoloración, separación de fases, espesamiento, deshi        

química previamente establecida.

          

es usual emplear como indicadores los siguientes criterios:

 Un incremento o decremento de X unidades en la puntuación


media  Tiempo de fracaso  Vida de almacenamiento

    

Tabla 1.6 Semanas de vida de anaquel de un alimento a varias temperaturas de almacenamiento (para un alimento con vida de anaquel de una semana a 40 oC)


19

          Tratamientos estadísticos aplicados a resultados de panel

Resulta evidente que la vida de anaquel de un alimento dependerá de las condiciones bajo las cuales es almacenado, entre ella la temperatura. Como regla, a mayor temperatura menor vida de anaquel, pudiéndose     Q10 de la siguiente manera.

Dond Dondee

repr re pres esen enta ta el tiem tiempo po de vida vida de anaq anaque uel.l.

                    Q10 igual a 2,


incrementa su vida de anaquel al doble cada vez que la temperatura es reducida a 10 oC; mientras que si el valor de Q10 es igual a 3, este incremento será del triple. Para muchas reacciones de deterioro, el valor de Q10 es aproximadamente igual a 2, pero el valor valo r real para estas reacciones dependerá tanto de la reacción en sí, como del sustrato en el cual ocurra. Por ejemplo, en cereales que experimentan una oxidación enzimática de sus lípidos el valor de Q10 es aproximadamente igual a 2, mientras que para cereales con bajo contenido de grasa, sin actividad enzimática, es aproximadamente igual a 3 y para el pardeamiento no enzimático de tomate deshidratado en polvo es de aproximadamente 4, debido al alto valor de la energía de activación de esta reacción. Estos valores son solo una guía del comportamiento de estas reacciones, no valores que puedan ser empleados directamente para calcular el efecto de un cambio de la temperatura sobre la vida de anaquel, ya que el mismo producto, elaborado en días diferentes y/o en plantas diferentes, puede presentar alguna variación en el valor, que conduciría a diferencias apreciables en la vida de anaquel, como se muestra en la siguiente tabla:

20

Díaz, Torres, Raúl. Conservación de los alimentos, edited by López, Deborah Prats, Editorial Félix Varela, 2005. ProQuest Ebook Central, http://ebookcentral.proquest.com/ http://ebookcentral.proquest.com/lib/unadsp/detail.ac lib/unadsp/detail.action?docID=3191636. tion?docID=3191636. La Habana: Created from unadsp on 2018-03-29 08:36:47. Editorial Félix Varela, 2009. -- ISBN 978-959-07-1293-7

Obsérvese que un cambio de solo 0.5 unidades en el valor Q10 puede          

La tabla 1.7 muestra los rangos de la energía de activación para un conjunto de reacciones químicas asociadas al deterioro de los alimentos. Tabla 1.7 Algunos valores de energía de activación de reacciones asociadas a la conservación de alimentos Ejemplo 1.1 El estudio de almacenamiento acelerado de dos muestras de diferentes alimentos (A y B) presenta que ambos poseen una vida de anaquel de 25 días a 40 oC. Si los valores de Q10 para A y B son de 2 y 3 respectivamente ¿Cuántas veces mayor será la durabilidad de B que la de A a 20 °C? ¿Cuál de los dos alimentos tendrá mayor durabilidad a 20°C?

Solución:

Mayor Q10         la variación de temperatura, por tanto el alimento B debe tener mayor durabilidad a 20 °C.


Comprobación:

Para el alimento A. Vida de de anaquel a 30 °C = 50 días Vida de anaquel a 20 °C = 100 días ya que Q10 = 2 Para el alimento B. Vida de anaquel a 30 °C = 75 días Vida de anaquel a 20 °C = 225 2 25 días ya que Q10 = 3 Ejemplo 1.2 Se están elaborando dos alimentos formulados para los que se desea una durabilidad de 180 días durante su almacenamiento, distribución y venta a 20 °C. Q10 

Q10 

K T 10 K T

K 2510 ec.(1 ) K 25


21

Q10 

K 25 K 15

Pero también: Q10 

K 25 ec.( 2 ) K 15

Por lo que: K 25  Q10  K 15

Sustituyendo (2) en (1): Q10 

K 35 Q10  K 15

Q10 2 

K 35 K 15

Por lo que: T

Q10 10 

0,005 0,00125

Q10  . d e v r e s e r s t h g i r l l A . a l e r a V x i l é F l a i r o t i d E . 5 0 0 2 © t h g i r y p o C

K 35 K 15

Q10  2

Si el alimento A tiene una Q10 igual a 2 y el alimento B tiene una Q10 igual a 3. T

Q10 10 

Q10

15 10



tT tT 10 t25 t40

Despejando t25 queda que: t25  Q101,5  t40

22


Sustituyendo los valores: t25  21,5 * 50 días t25  141 días

¿Cuál de las dos fracasará primero en un estudio acelerado a 40 °C?

Solución:

Mayor Q10         la variación de temperatura, por tanto el alimento B debe tener menor durabilidad a 20 °C.

Comprobación:

Para el alimento A. Vida de anaquel a 30 °C = 90 días Vida de anaquel a 40 °C = 45 días Para el alimento B. Vida de anaquel a 30 °C = 60 días Vida de anaquel a 40 °C = 20 días Ejemplo 1.3


La aceptación de un alimento está condicionada por la aparición de un sabor extraño, resultado de reacciones oxidativas en él. Se ha estudiado la cinética de este proceso y se conoce que las constantes de velocidad de la reacción a 15 oC y 35 oC son 0,00125 y 0,005 día-1 respectivamente. ¿Qué vida de anaquel podrá esperarse a 25 oC si la durabilidad del producto a 40 oC es de 50 días. 0,004 g (2,1*106 )g  840 g 100 g

Solución:

Datos ln c   kt  ln c0 K 15 oC = 0,00125 día-1 K 35 oC = 0,005 día-1


23

t40 oC = 50 días t25 oC = ¿ ?       oC que disminuye la temperatura, el

tiempo de anaquel de producto se duplica entonces como: c0  anti ln

ln c  t

Respuesta:

c0  anti ln ln840 g 

0,0016 días 1 *100 días 

c 0  985,7g La vida de anaquel del producto a 25 oC es 141 días. Ejemplo 1.4 Un alimento está diseñado para proveer no menos de 40 mg de un componente con valor funcional por cada 100 g de producto. Si se va a producir un lote de 2 100 kg del alimento, ¿qué cantidad del componente con valor funcional debe añadirse por lote si se desean 100 días de durabilidad? Se sabe que la cinética de degradación de ese componente en el alimento envasado es de 1 er orden, con una constante de velocidad de 0,0016 días-1. . d e v r e s e r s t h g i r l l A . a l e r a V x i l é F l a i r o t i d E . 5 0 0 2 © t h g i r y p o C

Solución:

Datos K = 0,0016 días-1 2 100 kg= 2,1 * 106 g 40 mg =0,004 g Si el producto debe proveer 0,004 g del componente funcional por cada 100 g de alimento, entonces el lote que contiene 2,1*10 6 g deberá proveer: Se debe proveer por lote 840 g del componente funcional. La ecuación que le corresponde a una cinética de 1 er orden es la siguiente: Q10 10T

24

t  Tmenor tTmayor

Q10 421018



t18 o C t42 o C


Donde: c            t18 o C  Q10 2,4  t42 o C

la vida útil t18 o C  2 2,4  3 meses t18 o C  15 meses

Pérdida de color: c0 es la cantidad del componente que hay que añadir k es la constante de velocidad t es el tiempo de vida útil = 100 días

Entonces despejando c0 queda que: Q10

T

10

t  tTmayor

Tmenor

Q10 421018



t18o C t42 o C

Sustituyendo los valores: t18 o C  Q10 2,4  t42 o C

Sustituyendo los valores: . d e v r e s e r s t h g i r l l A . a l e r a V x i l é F l a i r o t i d E . 5 0 0 2 © t h g i r y p o C

t18 o C  2,6 2,4  2 meses t18 o C  19 meses

Respuesta: Se debe añadir del componente funcional 985,7g por lote para que una vez pasado los 100 días de vida útil quede el mínimo de este componente que es 840g por lote. Ejemplo 1.5 Un alimento presenta dos vías de deterioro con las siguientes características: pérdida de textura y cambios en el color, con valores de Q10 para la vida de anaquel de 2 y 2.6 respectivamente. En un estudio


25

de almacenamiento a 42 oC, se encontró que la vida de anaquel estimada por la pérdida de textura es de tres meses, mientras que si se estima por la pérdida de color es de 2 meses. ¿Cuál será la vida de anaquel esperada para este producto a 18 oC? Datos Pérdida de textura Q10 =2 T =42 oC T =3 meses t18oC = ¿?

Solución:

Que Q10             cuando disminuye la temperatura a 10 oC. Mediante la ecuación: Despejando t18oC queda que: Sustituyendo los valores: Q10 =2.6 T =42 oC t =2 meses t18oC = ¿?

Mediante la ecuación: . d e v r e s e r s t h g i r l l A . a l e r a V x i l é F l a i r o t i d E . 5 0 0 2 © t h g i r y p o C

Despejando t18oC queda que:

Respuesta

1.2.1 Estimación de la vida de anaquel

La vida de anaquel esperada para el producto si se almacena a 18 oC para la pérdida de textura y para la de color es 15 y 19 meses, respectivamente. Por tanto la vida de anaquel esperada se toma en base a la reacción crítica y será de 15 meses. Una vez conocido qué se entiende por vida de anaquel y algunas de las formas de evaluarla es necesario considerar los factores que debemos tener en cuenta para un estimado de la vida de anaquel, mediante experimentos de campo de tipo acelerado. Para ello se debe considerar:  El mecanismo por el cual el alimento se deteriora

26

 Los agentes que controlan la velocidad de deterioro


 La cantidad de producto en un envase  La forma y tamaño del envase  La calidad del alimento en el momento de envasado  La mínima calidad aceptable para el producto  Las características ambientales que el alimento va a enfrentar     

durante la distribución La posibilidad de daño mecánico de los envases que puedan afectar su apariencia La unidad de distribución, es decir el número y ordenamiento de los envases primarios en el contenedor correspondiente Los materiales de barrera usados para evitar el acceso de los agentes deteriorantes como oxígeno o vapor de agua El posible efecto del procesamiento sobre las propiedades de barrera de los materiales de envase La importancia y distribución de los defectos en la barrera y su       

También es importante precisar las fuentes de errores de este tipo de estudio, como son:  Método analítico  Cambios de fase  Paso del estado amorfo al cristalino . d e v r e s e r s t h g i r l l A . a l e r a V x i l é F l a i r o t i d E . 5 0 0 2 © t h g i r y p o C

 Concentración por congelación  Varias vías de deterioro con diferente Q10  Cambios en aw debidos al aumento de temperatura  Disminución de la solubilidad de los gases  El almacenamiento a alta temperatura y baja humedad, provoca

pérdida de humedad  Desnaturalización de proteínas La unión de estos datos con los requerimientos del mercadeo puede proporcionar un estimado de la vida de anaquel. Entre las posibles aplicaciones de la estimación de la vida de anaquel resulta importante considerar los siguientes casos:


27

1. Alimentos de baja humedad cuyo deterioro se debe a los cambios ocurridos por la ganancia de humedad 2. Alimentos cuyo deterioro se debe a la oxidación lípidica 3. Alimentos congelados 4. Alimentos enlatados 1.2.2 Alimentos de baja humedad cuyo deterioro se debe a los cambios ocurridos por la ganancia de humedad

La situación más simple puede ser concebida como la de un alimento cuya calidad se deteriora por una pérdida de crujencia atribuible a la acción del vapor de agua y el cálculo de las necesidades de barrera para preservar la calidad. El ejemplo 1.6 es un caso típico de esta situación, en el que se toman en consideración sólo los seis primeros factores enunciados y en alguna medida el séptimo, ya que los restantes provocan complicaciones mucho mayores, que usualmente serían resueltos por experimentos de campo en el mercado o aún con más frecuencia, mediante la simulación del modo de transporte, almacenamiento y condiciones de venta del sistema de distribución.


Si asumimos que los materiales usados como barrera no se afectan por el procesamiento y que el transporte de los envases evita el desarrollo de defectos y cualquier pérdida de integridad en el sellado, así como que la entrada de humedad es el agente controlante del deterioro, entonces existen diferentes formas de cálculo. Una de las más sencillas es la mostrada en el ejemplo 1.7. No obstante, debe considerarse que si bien en muchos casos tendemos a descansar en los resultados de laboratorio, es importante correlacionar éstos con las condiciones reales de venta y distribución. Si pensamos que los productos con defectos (vida de anaquel vencida) son los que generan las quejas y reclamaciones, que para un experimento de campo, entre 10 y 12 envases son sometidos a las condiciones climáticas esperadas (temperatura, humedad u otros) y que el estimado de la vida de anaquel lo haríamos sobre los valores medio encontrados para los 10 o 12 envases empleados, estaríamos perdiendo de vista la importancia de la variabilidad individual, tanto de las condiciones climáticas, como del valor de protección ejercido por el envase, pues serán aquellos productos peor protegidos y sometidos a las peores condiciones (por ejemplo mayor humedad relativa ambiental) los que generen las quejas o reclamaciones y no un “paquete promedio” sometido a condiciones ambientales promedio.

28


Por lo anterior, quizás sea recomendable restar, como factor de seguridad, dos desviaciones estándar a la vida media de anaquel calculada. Esto permite también “absorber” las variaciones que se puedan producir            

partir de modelos como el mostrado 

     

Cuando un alimento es almacenado, existe una temperatura nominal         

alrededor de ese valor nominal. Cuando el alimento está un tiempo dado a una temperatura dada, él consume una fracción de su vida útil total, siendo esa fracción dependiente tanto del tiempo como de la temperatura de que se trate. El tiempo útil de almacenamiento a una temperatura nominal podría pensarse que es aquel en el cual la fracción consumida se mantenga menor que la unidad, al ser calculada de la siguiente manera: f consumida =  (ti /  i)T i

donde ti representa la vida útil a la temperatura T i y  i representa la vida útil a esa temperatura.


Esta ecuación se basa en el principio de aditividad, esto es, todo deterioro que sufre un alimento es aditivo o lo que es lo mismo, la historia tiempo-temperatura no es importante, excepto para calcular la calidad remanente a un tiempo dado. Sin embargo, existen diversas situaciones en las que este principio no es válido. Por ejemplo, para alimentos         

alrededor de la temperatura nominal podría causar quemadura por frío

          

con el crecimiento de la microbiota contaminante cuando se almacena por encima de la temperatura de congelación. (C) =  k ( T (t)) dt,          f (C)

podemos establecer la existencia de una temperatura efectiva (Tefec) como la temperatura constante de almacenamiento a la cual ocurre el mismo cambio de calidad que bajo las condiciones de temperatura variable y por supuesto, existirá una k efectiva (kefec) que sería la constante de velocidad de deterioro que corresponda a la temperatura efectiva. Entonces es posible plantear f(C) = k efec t, donde, por ejemplo para una onda cuadrada kefec = kTmedia

sq


29

donde: PE 

GH At sq

=½ [Q10(Tm +10)/(Tm+a)(a/10)+Q10-(Tm +10)/(Tm-a)(a/10)]

a       

Claro está, para las condiciones reales de almacenamiento a la         

temperatura generalmente no siguen un patrón matemático de fácil

          

una onda cuadrada.

Caso 1 .- Entre las varias formas de calcular requerimientos de barrera             PE 

GH At

aconsejable el uso de una prueba práctica que se realiza a menudo en condiciones aceleradas, requiriéndose para ello de un conjunto de datos que incluyen:  Peso del producto por unidad de envase  Volumen ocupado por el peso unitario (para calcular el área    . d e v r e s e r s t h g i r l l A . a l e r a V x i l é F l a i r o t i d E . 5 0 0 2 © t h g i r y p o C

 Contenido inicial de humedad del producto  Contenido crítico de humedad del producto  Vida de anaquel requerida  Condiciones ambientales

Entonces la velocidad de transmisión de humedad estará dada por la ganancia de humedad (GH) que ocurre en un tiempo dado, a través de un área dada y será dependiente de las condiciones ambientales y para la selección del material debe corregirse la permeabilidad bajo  cm2  8,7g  10 000 2  m   P 400 cm2 180 días 

P= 1,208 g / (m 2)(día)

30


         

estén enfrentando. Esto implica suponer que el material de barrera no se afecta en sus propiedades por el proceso de conformación (plegado, sellado, etc.) y que es sellable al 100 %. Si como resultado obtenemos un valor de permeabilidad inaceptable o indeseable, o un tiempo de vida de anaquel inadecuado (según lo que estemos determinando) deberá cambiarse o la cantidad de material por unidad de envase, y/o el             

ajustar los requerimientos.

Empleamos la fórmula: Ejemplo 1.6 Cálculo de barrera Un alimento deshidratado es elaborado con un contenido de humedad             


bolsas de 200 g, que le proporcione una protección mínima de seis meses para que no rebase el 8 % de humedad, valor que se considera crítico desde el punto de vista de su conservación. ¿Que permeabilidad al valor de agua será la máxima permisible suponiendo que cada bolsa presenta un área de 400 cm 2?

Solución:

P

GH H f  H 0  1  A  t A t

     

Hi= 8 g / bolsa

Si planteamos la caja negra:     


31

    

Balance del componente de unión 200(0,96)= X (0,92) X = 208,695g  8,7g de agua ganados B. agua 200(0,04) + GH =X (0,08) Pero X=200+GH Por tanto, GH = X-200 200(0,04) + X-200 = (0,08) 200(0,96)= X (0,92) X=200(0,96)/0,92 = 208,7

H f 

4 g  195 g 100 g

H f  7,8 g

Ejemplo 1.7 P  . d e v r e s e r s t h g i r l l A . a l e r a V x i l é F l a i r o t i d E . 5 0 0 2 © t h g i r y p o C

7,8 g  5 g 0,045 m2  140 días

P  0,44 g / m 2 día

Se está elaborando unos productos extruidos de maíz con un 2,5 % de humedad, caracterizados por poseer una alta crujencia. Los estudios realizados muestran que cuando el contenido de humedad de estos productos alcanzan 4 g de agua por cada 100 g de sólidos, pierden esa característica, por lo que deben ser conservados empleando una película polimérica que reduzca la ganancia de humedad. Se desea escoger la mejor solución entre varias opciones factibles de acuerdo con la oferta de los proveedores y considerando una durabilidad mínima de 140 días. NOTA: considere las bolsas de 30*15 cm Datos

32


Ho = 2,5% Final 4 g de agua/100 g de sólidos 1m2 =10 000 cm2 A=30 cm*15 cm = 450 cm2 A = 450 cm2 *1 m2 /10 000 cm2 =0,045 m2

Solución:

Asumir una base de cálculo B.C = 200 g de producto extruido de maíz Mediante la fórmula: donde: P es la permeabilidad GH es la ganancia de humedad A es el área de la bolsa 20 cm = 0,2 m

t es el tiempo de vida de anaquel

30 cm = 0,3 m

16 cm = 0,16 m

20 cm = 0,2 m . d e v r e s e r s t h g i r l l A . a l e r a V x i l é F l a i r o t i d E . 5 0 0 2 © t h g i r y p o C

A 2 = 0,3 * 0,2 = 0,06 m2 T2 = 32 oC = 305 oK M2 = 400 g P2 = ¿? t2 = ¿?

Hf       Ho es la cantidad de agua inicial Ea  1 1 ln P2  ln P 1     R  T2 T 1 

Para saber cuál es la cantidad de agua inicial, se multiplica la masa de maíz inicial por el por ciento de humedad: Ho = 200 g * 0,025 = 5 g de agua

              

masa de sólidos secos sí es la misma hay que llevar estos resultados a base seca, o sea: Díaz, Torres, Raúl. Conservación de los alimentos, edited by López, Deborah Prats, Editorial Félix Varela, 2005. ProQuest Ebook Central, http://ebookcentral.proquest.com/lib/unadsp/detail.action?docID=3191636. La Habana: Created from unadsp on 2018-03-29 08:36:47. Editorial Félix Varela, 2009. -- ISBN 978-959-07-1293-7

33

hay 5 g de agua/195 g de sólidos al inicio. 1   15 000 cal / mol  1  2   g m día ln 0,2 /  305o K 297 o K   o cal mol K 1,98 /    

P2  anti ln 

P2  0,1 g / m 2 día

                

habrá 4 g de agua/ 100g de sólidos, por tanto se pude saber cuántos g de agua habrá en 195 g de sólidos: P 1 

H f  H o A1  t1

Ahora se puede calcular la permeabilidad mediante la ecuación (1) y H f   P1  A1  t1   H o

Ho =M1* % de humedad Ho =250 g * 0,03 = 7,5 g de agua inicial

Entonces sustituyendo los valores: H f 

0,2 g / m2 día  0,032 m2  87 días  7,5g

H  8,06 g    . d e v r e s e r s t h g i r l l A . a l e r a V x i l é F l a i r o t i d E . 5 0 0 2 © t h g i r y p o C

sustituyendo los valores queda que:

Respuesta

Las películas B1 y C1 tienen una permeabilidad semejante entre sí y a la calculada, además de que ambas tienen una excelente facilidad de sellado, se escogería entonces la B1 por tener mayor espesor. Ejemplo 1.8

GH   M2 final  % H 2 O final 87 días    M2 inicial  % H 2 Oinicial (87 días) 





Se procede a elaborar una caja negra:

34


Entonces se toma como base de cálculo A =400 g de galletas Balance de sólidos totales: A (0,97) =C (0,9678) 400g  0,97  400,91g 0,9678

C

Una bolsa que contiene 250 g de galletas con una humedad inicial del 3 %, mostró una durabilidad de 87 días a 24 oC. la bolsa vacía           P 2 

GH A2  t2

Por lo que despejando el t t2 

GH P2  A2

Sustituyendo: . d e v r e s e r s t h g i r l l A . a l e r a V x i l é F l a i r o t i d E . 5 0 0 2 © t h g i r y p o C

t2 

0,829g 0,1g / m2 día  0,06 m2

t2  138 días

por cada cara y la permeabilidad del material de la bolsa al vapor de agua a esa temperatura es de 0,2 g de vapor de agua/m 2día, para una película de 25 µm. Un estudio de mercado ha mostrado la conveniencia de exportar estas galletas en un envase de 400 g, empleando la misma película, solo que CR C q   t q C


35

en ese caso las dimensiones de una cara del envase serán 30 x 20 c. Además, la temperatura media en el mercado meta es de 32 oC, ¿qué durabilidad podrá esperarse ahora para el producto? Considere que la variación de la permeabilidad del material de la bolsa con la temperatura sigue una ecuación tipo Arrhenius, con una energía de activación de 15 kcal/mol. Datos M1 =250 g Humedad =3% t1 =87 días T1 =24 oC =297oK

A 1 =20 cm*16 cm =320 cm2 *1 m2 /10 000 cm2 A 1 =0,032 m2 P1 =0,2 g de vap de agua/m 2día Espesor =25 µm R =1,98cal/moloK E A =15 kcal/mol =15 000 cal/mol

Se desea que las bolsas ahora sean de 400 g para exportarlas. Solución: Según la ecuación de Arrhenius donde:


P2 es la permeabilidad de la 2 da bolsa P1 es la permeabilidad de la 1 era bolsa Ea es la energía de activación R es la constante de los gases ideales T 2 es la temp a la que se almacena la 2 da bolsa T 1 es la temp a la que se almacena la 1 era bolsa

Despejando el valor de P 2 tenemos que: Por otra parte tenemos que el por ciento de agua tanto al inicio como al                           

Despejando Hf queda que: La ganancia de agua = H f –Ho =8,06 -7,5(g) =0,5568 g              

agua por lo que

Mf =250,5568 g            

36


     /M f f ) *100 =3,22%

En el caso de la segunda bolsa sería GH =400,91 g (0,0322) -400 g (0,03) GH =0,829 g Entonces como: Caso 2.- Si la principal fuente de deterioro de un alimento la constituyen los cambios en el contenido de humedad, más que un almacenamiento en condiciones aceleradas de incremento de temperatura, se puede recomendar el uso de una ecuación simple, la cual ha sido derivada y probada exitosamente en productos tales como bizcochos y papas crujientes: donde: t = tiempo C = capacidad del producto para adquirir agua R = medida de la resistencia del envase a la transmisión

agua q = ganancia de humedad a un tiempo dado

del vapor de

Esta ecuación da muy buenos resultados si el producto se deteriora antes de alcanzar un 40 % de humedad, valor que muy pocos productos sensibles a la ganancia de humedad podrían alcanzar sin volverse totalmente inaceptables, por lo que resulta un método útil estimar su vida de anaquel. . d e v r e s e r s t h g i r l l A . a l e r a V x i l é F l a i r o t i d E . 5 0 0 2 © t h g i r y p o C

Ejemplo 1.7 Un paquete que contiene 223 g de bizcochos, con una humedad inicial de 1,3 %, envasados en una película de envolver, con los extremos sellados, recogió 0,26 g de agua en 3 días, en una cabina a 20 oC y 65% HR. Un bizcocho que pesaba1,04 g fue colocado sobre un vidrio reloj en la misma cabina, hasta alcanzar el equilibrio, lo que ocurrió el séptimo día cuando pesó1,194 g (al octavo día pesó 1,193 g) Las pruebas organolépticas han mostrado que el contenido de humedad crítico para la aceptación es de aproximadamente 3,2% La vida de anaquel requerida en la práctica es de 90 días en las condiciones de prueba. Estime la vida de anaquel. Peso seco= 223 g (0,987) = 220,1g H inicial = 223 -220,1 = 2,9 g


37

Tabla 1.8 Modos de deterioros en alimentos congelados


Peso seco bizcocho = 1,04 (0,987) = 1,026 g Máximo peso aceptable = 220,1/ 0,968 = 227,376 g Máxima de humedad aceptable= 227,376- 220,1 = 7,276 g Ganancia máxima de humedad aceptable = 7,276- 2,9 = 4,376g Humedad de equilibrio = (1,194 – 1,026) = 0,168 g % Humedad en el equilibrio = 0,168 g (100)/ 1,194 g = 14,07 % Capacidad de humedad para el equilibrio del paquete = 220,1/0,8593 = 256,139 g Cantidad de agua en el equilibrio = 256, 139- 220,1 = 36,039 g El paquete tomó 0,26 g de agua en 3 días = 0,0866 g / día

38


Para t = 1 día, sustituimos en la fórmula CR = 415,833

Si se sustituye la máxima cantidad de agua admisible, se puede hallar el tiempo máximo, despejando t de esa misma fórmula, y usando este valor de CR T = 51,25 días

1.2.3 Alimentos cuyo deterioro se debe a los cambios ocurridos por la oxidación lipídica

El tipo de estudio a realizar va a ser en gran medida dependiente del contenido de grasa del producto. Así se recomiendan diferentes indicadores del grado de oxidación, tomando en cuenta dicho contenido. . d e v r e s e r s t h g i r l l A . a l e r a V x i l é F l a i r o t i d E . 5 0 0 2 © t h g i r y p o C

1.2.3.1 Alimentos con menos de 2,5 % de grasa

No se recomienda llevar a cabo determinaciones de Valor Peróxido (VP) ni de ácidos grasos libres (AGL) debido a que el proceso de extracción                      

recomienda una medición de exanal.

1.2.3.2 Alimentos entre 2,5 y 10 % de grasa

No se recomienda llevar a cabo determinaciones de Valor Peróxido ni de ácidos grasos libres, siendo preferible seleccionar una prueba de acidez de la grasa que utilice una extracción tipo Soxhlet seguida por una valoración básica.


39

1.2.3.3 Alimentos con más de 10 % de grasa

Tanto la valoración de VP como de AGL o exanal pueden arrojar buenos resultados, si el método seleccionado mide el producto de deterioro apropiado. En el caso de las valoraciones de VP, para que sean efectivas se necesita conocer la historia de la muestra, ya que no existe una relación lineal entre el VP y el tiempo transcurrido. 1.2.4 Alimentos cuyo deterioro se debe a los cambios ocurridos durante el almacenamiento en congelación

Como cualquier otro alimento, ellos se deterioran por diversos mecanismos, como se muestra en la tabla: Valores de Q10 entre 2 y 20 han sido encontrados para los alimentos congelados. Sin embargo, el concepto de Q10 solo es aplicable si el efecto de la variación de temperatura es independiente del orden en que ocurren las variaciones de temperatura o de la historia térmica del producto, no siendo así en casos como el del crecimiento de microorganismos en refrigeración. Esto también se cumple para los alimentos congelados, cuando ocurren reacciones como la quemadura por frío o la desecación           

del alimento (como en los ciclos de congelación-descongelación), entonces tampoco es aplicable el concepto de Q10. Esto se puede ver fácilmente, observando la siguiente tabla: Tabla 1.9 Tiempos de conservación de la máxima calidad de alimentos almacenados a varias temperaturas . d e v r e s e r s t h g i r l l A . a l e r a V x i l é F l a i r o t i d E . 5 0 0 2 © t h g i r y p o C

Otro aspecto a considerar, es que algunas reacciones químicas, tanto enzimáticas como no enzimáticas pueden incluso acelerarse cuando la temperatura desciende por debajo del punto de congelación. A esto se le denomina efecto negativo de la temperatura y puede deberse a alguno de los siguientes factores;  Efecto de concentración por congelación  Efecto catalítico de los cristales de hielo  Aumento de la movilidad de las proteínas en el hielo, respecto

al agua.  Cambio en el pH debido a la congelación  Una orientación más favorable de las sustancias reaccionantes en el estado de congelación parcial  Efecto de “salting in” o “salting out” de las proteínas

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 Disminución de la constante dieléctrica  Desarrollo de sustancias antioxidantes a las temperaturas más

altas.

1.2.5 Alimentos enlatados cuyo deterioro se debe a los cambios ocurridos en el interior del envase durante el almacenamiento

Los alimentos enlatados son normalmente elaborados para largos periodos de conservación y si la esterilización se lleva a cabo adecuadamente, pueden ser microbiológicamente estables por tiempo            

menos dos años, a partir de la fecha de elaboración. Para este tipo de alimentos los problemas de estabilidad provienen principalmente de la interacción envase-producto (por ejemplo la aparición de sabor metálico en el producto), de problemas de operación (por ejemplo no es correcto el vacío obtenido durante el evacuado y por tanto aparecen reacciones oxidativas en el interior del producto) o de una mala selección del material del envase (por ejemplo la protección brindada por el estañado, la pasivación y/o el laqueado, no es la adecuada para la naturaleza del alimento). En estos tópicos se profundizará en los capítulos 2 y 5.


Durante el almacenamiento de los alimentos enlatados pueden ocurrir cambios en su valor nutrimental y en sus propiedades organolépticas. Estos cambios generalmente son mucho menores que los ocurridos por el propio procesamiento térmico, excepto en los casos en que la interacción envase-producto excede lo previsto, principalmente por una mala operación durante el proceso. En sentido general, los cambios que ocurren durante el almacenamiento son mucho más lentos que los que ocurrirían en el alimento sin procesar. Sin embargo, existen notables excepciones de esta regla general. Por ejemplo, en el caso de las ciruelas amarillas enlatadas, ellas experimentan un notable reblandecimiento y descomposición durante el almacenamiento y en las judías enlatadas se observa un aumento de coloración que depende de factores tales como el grado de laqueado y la cantidad de oxígeno presente. En general, para estos productos se considera que la vida de anaquel          

nida, especialmente si son almacenados a temperaturas moderadas de 75°F (  24 °C) o menos. De hecho, se han rescatado conservas enlatadas de barcos que han permanecido hundidos por alrededor de 100 años y ¡ellas aún se han considerado microbiológicamente seguras!. Por supuesto que no es recomendable el consumo de conservas de tanto


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tiempo, pero si las latas se conservan intactas, sin abolladuras, piteras y/o abombamientos, el producto será seguro desde ese punto de vista. Preguntas de autocontrol: 1. Si un alimento se encuentra deteriorado ¿qué tipos de cambios puede haber ocurrido en él? 2. ¿Qué factores ambientales pueden contribuir al deterioro de los alimentos y de qué manera lo hacen? 3. ¿Qué factores de composición pueden contribuir al deterioro de los alimentos y de qué manera lo hacen? 4. ¿Qué relación existe entre el factor Q10 y la susceptibilidad de los alimentos al deterioro ante un cambio de temperatura? 5. Se ha estudiado la destrucción de la vitamina C en un jugo de naranja, y se ha caracterizado la cinética de ella ¿Cree Ud. que los parámetros obtenidos puedan ser aplicados en un estudio de pérdida de vitamina C en pasta de tomate? 6. ¿Por qué existen reacciones de deterioro para las cuales un incremento de la concentración de oxígeno no representa un


incremento de su velocidad, mientras que en otras ocurre lo contrario? 7. ¿Cree Ud. que un cambio en la calidad de un alimento respecto a la que mostraba antes de comenzar el almacenamiento implica      

8. Enumere un conjunto de indicadores de la vida útil de un alimento          

cómo podrías emplear esos indicadores para establecer la vida útil de un alimento.

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9.           a un estudio de almacenamiento de alimentos y vincula esos resultados a sus posibles causas. 10. ¿Qué importancia le atribuye conocer la reacción crítica de Datos deterioro de un alimento? Ante un cambio de temperatura ¿se Tabla 1.mantendrá Peso del bizcocho contra elesa tiempo (días) necesariamente reacción como la reacción crítica de deterioro? 11. ¿Qué ventajas o limitaciones poseen los estudios de almacenamiento acelerado de alimentos? Explíquelas 12. Busque en la lista de las fuentes de posibles errores para los estudios de almacenamiento acelerado de alimentos aquellos consideredeaplicables a unsensorial estudio de durabilidad de papas Tabla 2.que Resultados la evaluación fritas. Explique su selección. Ejercicios propuestos: 1.- El estudio de almacenamiento acelerado de dos muestras de diferentes alimentos (A y B) presenta que ambos poseen una vida de anaquel de cinco semanas a 40 °C. Si los valores de Q10 para A y B son de 2,5 y 3, respectivamente ¿Cuántas veces mayor será la durabilidad de B que la de A a 25 °C? 2.- Al evaluar la pérdida de tiamina en carne de cerdo calentada a temperatura constante de 133 oC se hallaron los siguientes datos: Halle la constante de velocidad de reacción . d e v r e s e r s t h g i r l l A . a l e r a V x i l é F l a i r o t i d E . 5 0 0 2 © t h g i r y p o C

3.- La cinética de la inactivación de la enzima polifenol oxidasa en hongos comestibles se ha reportado como de primer orden (McCord y Kilara, J Food Science 48:1479, 1983) con constantes de velocidad 0,019, 0,054 y 0,134 min –1 a 50, 55 y 60 oC, respectivamente. Calcule el valor de E A , sabiendo que R = 1,987 kcal/gmol oK              

humedad sea de 1,42 g de agua /100 g de sólidos y se desea seleccionar

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una protección mínima de 120 días a 40 oC y 90% HR sin que pierda su crujencia característica, en una bolsa de 400 g de peso y un área estimada de 700 cm2. Para ello se diseñó un experimento sensorial en el que los jueces encontraron que la mínima intensidad de crujencia aceptable se corresponde con un valor de 0,684 hallado mediante la normalización


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de los datos obtenidos sobre una escala continua, correspondiendo dicho valor a 4,8 g de agua/100 g de sólidos. ¿Qué película Ud. seleccionaría? Datos 5.- Un paquete con un contenido de 248 g de bizcochos con una           

extremos sellados, recogió 0.075 g de agua/día en una cabina a 20 oC y 65% HR. Una unidad que pesa 1,06 g fue colocada en un vidrio reloj en la misma cabina y se pesó diariamente para recoger su ganancia de humedad (tabla 1). Al mismo tiempo, un grupo de jueces expertos evaluó varias muestras de bizcochos previamente equilibrados a diferentes valores de humedad, mediante una escala de 7 puntos en la que se asignó el valor 7 a “extremadamente crujiente” y el valor 1 a “extremadamente no crujiente”, obteniéndose los resultados mostrados en la tabla 2 . Se desea saber si será posible esperar una vida de anaquel superior a los 90 días en las condiciones de la prueba, tomando en cuenta que se desea una puntuación media correspondiente a “muy intenso”.


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2.1 CLASIFICACIÓN Y FUNCIONES DE LOS ENVASES La industria de envases y embalaje es considerada por muchos expertos la más grande industria del mercado, siendo por ejemplo, dos veces mayor que la industria del vestido, lo cual se comprende fácilmente si consideramos que en nuestros días no existe ningún bien de consumo que no requiera de un envase. La globalización de la economía parece ser un fenómeno irreversible, y como parte de dicho fenómeno, la competencia por el mercado crece, al mismo tiempo que requiere de cada productor una racionalización de sus recursos y procesos que conlleve a mejorar la tecnología para a la vez lograr un incremento en la productividad y una calidad superior. . d e v r e s e r s t h g i r l l A . a l e r a V x i l é F l a i r o t i d E . 5 0 0 2 © t h g i r y p o C

En este marco de referencia, una acción imprescindible es el desarrollo de envases que cumplan con las funciones que de ellos se esperan, no solo de protección al producto, sino también al consumidor y al ambiente. Al mismo tiempo debe resultar un atractivo agente de ventas, pues no hay que olvidar que el porcentaje de valor agregado por el envase en ocasiones puede ser mayor que el propio valor del producto. Así, la repercusión económica y social que posee el diseño de envases, hace evidente la necesidad de transmitir los conocimientos de la tecnología, mercadotecnia, historia y diseño en la industria de envase y embalaje para adaptarlos a las peculiaridades de los aspectos económicos, tecnológicos, ecológicos y normativos de cada país o región económica. El uso de los envases en la conservación de alimentos reviste particular importancia, ya que en un mundo donde la población crece a una velocidad incluso superior a la del crecimiento de la producción de alimentos (debido a la distribución desigual existen amplios sectores de la población enfrentando serios problemas nutricionales) ocurren


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considerables pérdidas de productos alimenticios que no llegan a ser consumidos por no cumplir con las condiciones higiénicas                       

imprescindible conocer profundamente las técnicas de selección y empleo para una conservación apropiada. Para la selección de los envases se deberá tener en cuenta los siguientes factores:  Su adecuación al producto  Facilidad de manipulación  Rapidez de llenado  Facilidad de cierre  Facilidad de procesado  Forma y diseño  Facilidad de impresión y etiquetado  Vida útil del producto  Necesidades del consumidor  Aspectos legales y ambientales 2.1.1 Clasificación de los envases

En múltiples ocasiones empleamos los términos envase, empaque, embalaje, de forma indistinta e indiscriminada. Aunque están ínti         

referimos al emplear cada uno de ellos. . d e v r e s e r s t h g i r l l A . a l e r a V x i l é F l a i r o t i d E . 5 0 0 2 © t h g i r y p o C

Llamamos empaques y envases a aquellas estructuras externas de barrera que se encuentran en contacto directo con los alimentos; es de uso corriente emplear el término empaque para referirse a una estructura         

etc. y emplear el término envase para referirse a una estructura rígida

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fuerte y resistente que contiene uno o varios productos aislados en envases o empaques. El objetivo del embalaje es proteger el contenido del producto durante el traslado o transportación de la fábrica a los centros de consumo. El envase puede considerarse como la frontera entre el contenido (en este caso, el alimento) y el ambiente (oxígeno, humedad, luz, etc.) y de        

Primario: mantiene un contacto directo con el producto (contiene directamente al alimento para la venta almacenamiento y distribución).

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Secundario: contiene varios envases individuales (ej. una caja con latas). Terciario: también conocido como paquete de distribución o de envío. Su función fundamental está relacionada con la protección al producto durante la distribución y almacenamiento, además de proveer una        

secundarios (ej. una caja conteniendo varios estuches con latas de cerveza o refresco)

Carga unitaria: un conjunto de envases terciarios unidos y unitarizados          

distribución

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consumidor como una unidad de venta en un establecimiento.

Envase industrial: un envase para el envío de mercancías de un productor a otro, que usualmente, aunque no siempre, contiene materiales para un procesamiento posterior.          

Envase pasivo: el que se limita a contener y proteger el alimento, sin una interacción positiva con este. Envase activo: el que ejerce una acción positiva sobre la conservación del alimento, mejorándola. En ocasiones estos envases a su vez se . d e v r e s e r s t h g i r l l A . a l e r a V x i l é F l a i r o t i d E . 5 0 0 2 © t h g i r y p o C

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envase inteligente es una forma de envasado activo.

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Envases de un solo uso: son aquellos que una vez empleados no pueden retornar al proceso productivo. Envases reutilizables: aquellos que pueden volver a ser incorporados al proceso productivo, después del uso de su contenido. La utilización de envases reutilizables o de un solo uso, es en muchos casos, una estricta decisión de mercado. El envase de vidrio, por ejemplo, ha desarrollado de manera óptima las dos opciones: la reutilizable y la de un solo uso, donde ambas se complementan y, en todo caso, se       


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Los envases de un solo uso son prácticos para aquellos productos con alto valor añadido y en los que el precio del envase no tiene una gran importancia frente al valor total, por ejemplo productos de alta calidad, destinados a la exportación, etc.; mientras que los envases reutilizables se emplean especialmente para productos de consumo frecuente, en los que podría ponerse en marcha una logística de distribución descentralizada. Debido a que la mayor parte de los envases son de un solo uso, han surgido normas y leyes que impulsan su reutilización y el reciclado de los materiales. La reutilización de los envases usados es conveniente desde el punto de vista económico, debido a la posibilidad de la amortización de su costo, pero tiene una serie de inconvenientes por:  Subutilización de la capacidad de transporte al tener que

transportar de retorno los envases ya usados.  Se ocupan espacios de almacenes o depósitos.  Se requieren recursos para su administración (personal para la entrega o recepción, pago o cobro de dinero para su alquiler, estibado, limpieza, reparación y control, etc.).  Mayor riesgo de contaminación o deterioro de los productos, por rotura, suciedad, restos de productos envasados con anterioridad, etc. Debe aclararse que el hecho de que un envase sea de un solo uso o reutilizable, no implica que sea no reciclable, pues este concepto se . d e v r e s e r s t h g i r l l A . a l e r a V x i l é F l a i r o t i d E . 5 0 0 2 © t h g i r y p o C

          

de los materiales de envase depende de factores políticos (por ejemplo la voluntad de recuperación de materias primas, legislaciones sobre el medio ambiente, etc.), económicos (el costo del proceso frente al costo de la materia prima) y técnicos.           

podemos comparar la hojalata con el aluminio. Mientras que el aluminio puede ser simplemente fundido y, con pequeñas adiciones, volver a ser usado para fabricar las latas, en el caso de la hojalata deberá primeramente ser separado el acero de los otros componentes. Por ejemplo una vía para separar el estaño sería eliminarlo mediante el uso de la sosa cáustica, pero este procedimiento no será viable en los casos de cierres abre fácil de hojalata que contengan además aluminio, pues este reacciona violentamente con ella.

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comportamiento mecánico durante y después del llenado; aunque convencionalmente, el término envase rígido se ha aplicado casi exclusivamente a los envases de vidrio y metal. Se toma como criterio general:

Envase rígido: todo envase en que la forma o los contornos del recipiente lleno y cerrado no quedan afectados por el producto encerrado ni son deformados por una presión externa de hasta 70 kPa (10 psig o 0,7 kg/cm2), es decir, la presión que se puede ejercer normalmente con un dedo. Envase semirrígido: todo envase en que la forma o los contornos del recipiente lleno y cerrado no pueden quedar afectados por el producto encerrado a temperatura y presión atmosférica pero pueden ser deformados mediante presión externa mecánica de menos de 70 kPa (10 psig o 0,7 kg/cm2), es decir, la presión que se puede ejercer normalmente con un dedo.            

recipiente lleno y cerrado quedan afectados por el producto envasado. 2.1.2 Funciones de los envases

Las funciones usualmente atribuidas a los envases incluyen en primer lugar las de contener y proteger. Realmente el objetivo primordial de los envases para la mayoría de los productos alimenticios es asegurar que el producto contenido se mantenga en condiciones adecuadas . d e v r e s e r s t h g i r l l A . a l e r a V x i l é F l a i r o t i d E . 5 0 0 2 © t h g i r y p o C

           

durante el periodo de vida de anaquel previsto. Por supuesto, estas no             

tipo de envase a otro.

Cada una de las funciones puede ser desglosada de acuerdo con los  

1. Protección: el envase debe proteger al producto, al ambiente y al consumidor.  Proteger al producto de: »

»

Los daños físicos que pueden ocurrir durante la distribución. Para ello el envase debe poseer buenas propiedades estructurales y mecánicas. Los cambios físico químicos indeseables. Mediante las propiedades de barrera al paso de gases, vapores y radiaciones.


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»

»

»

»

»

La pérdida de contenido. Mediante el empleo de un mecanismo de cierre adecuado. El ataque de microorganismos, insectos, roedores, evitando la pérdida de esterilidad o asepsia. Evitar por consideraciones higiénicas, la manipulación del producto fuera de la fábrica procesadora, eliminando los riesgos de contaminación. Evitar la adulteración humana. Evitar los daños sensoriales debidos a la migración de compuestos.

Con ello se contribuye a que se obtengan las condiciones correctas de almacenamiento que permitan garantizar la vida de anaquel requerida.  Proteger el ambiente: »

»

»

»

Mediante el uso de envases reutilizables. Envases que poseen una función útil después de abiertos. Envases reciclables. Envases desechables sin efectos negativos sobre el medio ambiente.

Para lograr las funciones de proteger al producto, el envase debe tener mayor vida útil que el producto. 2. Contenedor: . d e v r e s e r s t h g i r l l A . a l e r a V x i l é F l a i r o t i d E . 5 0 0 2 © t h g i r y p o C

»

El envase debe contener el producto, en unidades de venta 

»

El envase debe estar integrado al sistema de procesamiento del alimento, siendo fácil de llenar y cerrar.

Obviamente, la selección del envase apropiado para la función de contenedor, está relacionada con la naturaleza del alimento y su forma física. Así serán de considerar aspectos tales como:       

perecedero, frágil, aséptico, tóxico, abrasivo, oloroso, sujeto a la adsorción de olores, pegajoso, higroscópico, presurizado, de forma irregular.          

mezcla sólido/líquido, mezcla gas/líquido, material granular, pasta,

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        

de partículas discretas. 3. Comportamiento: »

»

»

»

»

El envase debe ayudar en el transporte, almacenamiento, venta y uso del producto. El envase debe ser seguro, pero fácil de abrir. El envase debe ofrecer al usuario un servicio rápido, mediante la presentación del producto en forma tal que no requiera ser pesado, envuelto o envasado en el punto de venta. La manipulación en todos los puntos debe ser segura, higiénica y adecuada (conveniente). Por ejemplo un pomo de aceite no debe tener los bordes lisos. El envase debe disminuir las cargas a transportar mediante el empleo de materiales de envase y embalaje más ligeros.

Por tanto, la función de comportamiento abarca desde el proceso de producción, hasta el consumo del producto. 4. Comunicación: »

»

»


         

etc. El envase debe brindar información: valor nutricional, toxicidad. El envase debe valorizar el producto: promover la compra, ser atractivo.

Dentro de la función de comunicación se incluyen tres mensajes fundamentales desde el punto de vista del diseño: 1. ¿Qué es este producto? 2. ¿Qué puede hacer este producto por mí? 3. ¿Quién garantiza este producto? El primer mensaje está dirigido a lo familiar, lo reconocible: por ejemplo producto de chocolate. Esto es especialmente importante para         

al recibir un punto de referencia sobre la base de su comprensión.

El segundo mensaje está dirigido a lo diferente, pues sin un punto de diferenciación, el producto es uno más en el estante. Sin embargo este           Díaz, Torres, Raúl. Conservación de los alimentos, edited by López, Deborah Prats, Editorial Félix Varela, 2005. ProQuest Ebook Central, http://ebookcentral.proquest.com/lib/unadsp/detail.action?docID=3191636. La Habana: Created from unadsp on 2018-03-29 08:36:47. Editorial Félix Varela, 2009. -- ISBN 978-959-07-1293-7

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que se desea resaltar: por ejemplo chocolate instantáneo, chocolate        

El tercer mensaje está dirigido a resaltar que el producto está respaldado por una compañía con un prestigio sólidamente instalado en el mercado y por tanto se relaciona con el nombre y la reputación del fabricante. El consumidor estará seguramente más dispuesto a comprar un nuevo producto ofertado por una compañía de renombre que por una desconocida. Esto es particularmente crítico en aquellos productos que se relacionan directa o indirectamente con la salud, como los fármacos, suplementos nutricionales y alimentos. Sin embargo, no necesariamente tiene que aparecer el nombre de la compañía, pues para los productos con un fuerte posicionamiento en el mercado basta con un símbolo peculiar dado que lo evoque. Como ejemplos podemos mencionar la forma peculiar de una botella (COCA COLA), una inicial en una caja de cereales (KELLOGS) o una combinación de colores en una lata de sopa (CAMBELL). Obviamente, las funciones básicas del envase tienen diferente grado de importancia en función del nivel particular que representa el envase y el destino para el cual está concebido. Por ejemplo, en un cereal para desayuno, el envase primario es una bolsa interior usualmente sin decoración alguna, cuya función principal es contener y conservar, y en menor medida, proteger físicamente al producto. Esta bolsa a su vez está contenida en una caja de cartón (envase secundario) cuyas principales funciones son las de protección física, comportamiento y sobre todo, comunicación, pues esta caja actúa como agente de venta por su atractivo y a la vez informa al consumidor sobre aspectos tales como el valor                . d e v r e s e r s t h g i r l l A . a l e r a V x i l é F l a i r o t i d E . 5 0 0 2 © t h g i r y p o C

el consumo de ciertos grupos especiales de nutrición, etc. Una docena de estas cajas están entonces empacadas en una caja de cartón corrugado (el envase terciario) para proteger mecánicamente a los productos y a la vez facilitar la distribución. En este caso la información se limita            

un nivel de información mucho más bajo que el anterior; y por último, estas cajas son arregladas en forma de carga unitaria cuyo propósito es facilitar la distribución, transporte, almacenamiento y la manipulación en todos los puntos del proceso. Su nivel de información es similar al del envase terciario. Se puede inferir entonces que la función de información desempeña un papel de comunicación mucho más amplio en los envases destinados directamente al consumidor individual, que en los envases industriales. Esta función de comunicación puede ser cumplida por muchos canales diferentes a la vez, como son por ejemplo:  el material seleccionado  la forma y tamaño

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 el color  la tipografía predominante  signo o iconos fácilmente reconocibles  ilustraciones

Por ejemplo, una marca de mantequilla de maní para consumo familiar puede venderse en un pote plástico, con una tapa a presión y un texto mínimo, mientras que por el contrario, una marca de mantequilla de           

cristal, con un cierre de estilo antiguo y una etiqueta con un diseño

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un estuche de madera o un cesto de mimbre. Aunque se trata del mismo género de producto, el tratamiento dado al envase los convierte en dos productos diferentes, destinados a dos mercados también diferentes.

2.2 TIPOS DE ENVASES Los principales materiales empleados para la fabricación de envases son: hojalata, aluminio, vidrio, plástico, papel, cartón y diferentes películas           

empleado para su elaboración. 2.2.1 Envases metálicos

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rígido para contener productos líquidos y/o sólidos y que además puede cerrarse herméticamente. Estos envases tienen la ventaja de ser relativamente baratos, térmicamente estables, rígidos, fáciles de procesar en líneas de alta velocidad y ser reciclados; además de ofrecer una barrera total contra los gases, vapores y la luz. Lo anterior permite que, a pesar de los avances tecnológicos en la fabricación de envases de otros materiales, ellos sigan ocupando un lugar importantísimo en la conservación de alimentos. Los principales envases metálicos son los que se elaboran de hojalata y aluminio, aunque también se usa la chapa de acero libre de estaño. 2.2.1.1 Envases de hojalata

El término hojalata se emplea comúnmente para caracterizar una lámina de acero revestida de una capa protectora de estaño, aplicada por inmersión en baño caliente o electrodeposición. El acero que se Díaz, Torres, Raúl. Conservación de los alimentos, edited by López, Deborah Prats, Editorial Félix Varela, 2005. ProQuest Ebook Central, http://ebookcentral.proquest.com/lib/unadsp/detail.action?docID=3191636. La Habana: Created from unadsp on 2018-03-29 08:36:47. Editorial Félix Varela, 2009. -- ISBN 978-959-07-1293-7

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emplea para fabricar la hojalata es generalmente de bajo contenido en             

capacidad de ser estampada sin romperse. Además, son importantes en la selección del acero base, su temple y aleación, aspectos que serán considerados más adelante. Por su gran resistencia al impacto y al fuego, su inviolabilidad y hermeticidad, estos envases ofrecen al consumidor el mayor índice de seguridad para la conservación prolongada de alimentos y por tanto ofrece la posibilidad de almacenamiento de alimentos de reserva para situaciones de emergencia, por periodos prolongados de tiempo. En la hojalata, el hierro y el estaño forman una capa intermetálica hierroestaño que desempeña un papel importante en evitar la corrosión. La combinación de estos materiales permite obtener un aspecto metálico brillante, conformabilidad y rigidez, además de brindar una excelente barrera contra los gases. Debido a su constitución, la hojalata es parcialmente resistente a la corrosión, además de permitir buena velocidad de soldadura, tanto si ésta es eléctrica como mediante una aleación estaño–plomo.


La corrosión de la hojalata puede ser tanto externa como interna. La corrosión externa es consecuencia bien de la formación de óxido o de manchas o pérdidas de estaño localizadas como resultado del contacto con sustancias alcalinas agresivas. Estos efectos pueden reducirse al mínimo mediante un buen control en la planta donde ocurre el envasado y durante su distribución. Por ejemplo, una refrigeración excesiva de las latas después del tratamiento térmico puede iniciar la oxidación externa. Igualmente, una cantidad excesiva de cloro en el agua de refrigeración también puede provocar la corrosión externa de la hojalata. Un almacenamiento inapropiado, a temperaturas o humedades relativas        

puede acelerar este fenómeno.

La corrosión interna y su mecanismo de aparición varían con la naturaleza del producto y con el tipo de lata. El avance de la corrosión es provocado por la disolución de los componentes del material del envase que puede llegar en caso extremo a la alteración comercial. Esta disolución del          

características organolépticas (especialmente color y sabor) de ciertos productos. La disolución del estaño determina un efecto reductor que protege a ciertos alimentos frente a las coloraciones oxidativas y proporciona también un sabor amargo a productos tales como jugos cítricos, frutas blancas y productos semiácidos, por ejemplo judías en salsa de tomate. Sin embargo para que pueda llegar a apreciarse el sabor metálico del estaño se requieren varios cientos de ppm, mientras que en el caso del hierro disuelto basta con 50 - 60 ppm para que se detecte.

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El color del producto se favorece también por la acción reductora del estaño en alimentos como setas, espárragos, papas y zanahorias que tradicionalmente se envasan en envases sin lacar. Una desventaja del            

cuando se procesan y envasan alimentos que contienen azufre, aunque las manchas de azufre, que afectan la apariencia del producto pueden eliminarse en gran medida mediante la pasivación de la hojalata durante el proceso de producción.

La pasivación de la hojalata puede llevarse a cabo química o electroquímicamente. En la pasivación química se emplean soluciones de ácido crómico o cromato, para producir una capa de pasivación sobre la            2. En la pasivación         

de hojalata, alrededor de 5 mg de cromo por m 2, de una solución de dicromato de sodio. La pasivación controla el desarrollo de óxidos, evita la formación de sulfuros y facilita la adhesión de las lacas.

             

lubricado para facilitar su manipulación durante el proceso y evitar arañazos. El peso de la película de aceite varía entre 3 y 15 mg/m 2 en cada cara y sólo se emplean lubricantes seguros desde el punto de vista           

y dioctil. Comúnmente se usa dioctil seboceato (DOS) o acetil tributil citrato (ATBC). La película de aceite es absorbida por la capa de laca                                       

esquemática cómo se lleva a cabo la obtención de la hojalata.


Fig. 2.1 Corte transversal de una lámina de hojalata Díaz, Torres, Raúl. Conservación de los alimentos, edited by López, Deborah Prats, Editorial Félix Varela, 2005. ProQuest Ebook Central, http://ebookcentral.proquest.com/lib/unadsp/detail.action?docID=3191636. La Habana: Created from unadsp on 2018-03-29 08:36:47. Editorial Félix Varela, 2009. -- ISBN 978-959-07-1293-7

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Fig. 2.2 Vías de obtención de la hojalata

En algunos casos, para lograr una mayor protección en la relación envase-producto, se utilizan diferentes resinas, conocidas como lacas o barnices. Las lacas y los barnices son disoluciones de resinas naturales o sintéticas, entre las que pueden situarse también los aceites secantes, disueltos en solventes apropiados. Si una laca o barniz se pigmenta con polvos metálicos (aluminio) o con óxido de metales (óxido de zinc) entonces se denomina esmalte. La función de estas resinas es tanto proteger el sistema producto-envase, como proteger el sistema envase medio ambiente, por lo que pueden ser aplicadas tanto por dentro como

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por fuera del envase. En general se aplican en forma de una disolución o dispersión en un disolvente apropiado y se transforman por eliminación del disolvente y eventual reacción química, en una película sólida que queda adherida al soporte metálico. Los principales requisitos que deben poseer estos barnices son:  Compatibilidad con el producto.  Resistencia a los procesos mecánicos durante la conformación.  Estar libres de sustancias tóxicas y aditivos no autorizados en la

legislación sanitaria.  Facilidad de aplicación y manipulación.  Ventajas económicas.

La tabla 2.1 muestra algunas propiedades de los principales recubrimientos utilizados. Tabla 2.1 Recubrimientos de protección para latas


Escala. 1 = Buena, 2 = Regular o Aceptable, 3 = Pobre                        

que el recubrimiento no se rompe cuando el envase es sometido a condiciones de abuso.

Los envases en blanco (sin laca protectora) se emplean cuando la          Díaz, Torres, Raúl. Conservación de los alimentos, edited by López, Deborah Prats, Editorial Félix Varela, 2005. ProQuest Ebook Central, http://ebookcentral.proquest.com/lib/unadsp/detail.action?docID=3191636. La Habana: Created from unadsp on 2018-03-29 08:36:47. Editorial Félix Varela, 2009. -- ISBN 978-959-07-1293-7

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la calidad del producto envasado es satisfactoria (por ejemplo, cuando el estaño de la hojalata actúa como reductor y ejerce una acción blanqueadora que evita el oscurecimiento del producto por oxidación, como en las conservas de colores blancos o muy claros, como los jugos de piña y toronja por ejemplo). Aunque la hojalata es conocida hace aproximadamente 700 años, el primer envase estañado para alimentos se inventó en 1810 y consistía de un cuerpo cilíndrico, una tapa (anillo) y un fondo (disco). Los bordes del fondo y de la tapa eran remachados a 90 ° y entonces se les hacía rodar por un baño de soldadura para sellarlos. A través de la perforación del anillo se introducía el producto (lo cual limitaba las características de los sólidos a envasar en cuanto a tamaño) y una vez lleno, se colocaba y soldaba un pequeño disco con un pequeño agujero             

lata y su contenido eran calentados para expulsar el aire del espacio libre, y entonces se aplicaba un punto de soldadura para sellar el pequeño agujero, después de lo cual se procesaba térmicamente el producto. Ya en 1920, la lata de tapa abierta (la denominada lata sanitaria), había         

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Las latas pueden fabricarse más rápidamente. Las latas pueden llenarse más rápidamente. Las latas pueden cerrarse más rápidamente.      

Junto con los avances en la tecnología de manufactura de envases han ocurrido cambios en la composición de los materiales. Particularmente en el caso de la hojalata, estos cambios han sido considerables.             

acero dulce, de bajo contenido en carbono, recubierta por las dos caras de una capa de estaño comercial puro.

La lámina de acero se obtiene por métodos de laminado en caliente o en frío. En este último, al no calentar los lingotes, se obtienen hojas más           

Las láminas terminadas poseen un espesor entre 0,004 y 0,079 pulgadas (0,1–1,97 mm), por lo que la mayoría se ubica entre 0,009 y 0,012 pulgadas (0,23 – 0,30 mm). Por otra parte, la composición del acero varía con el tipo, país de origen, etc., e incide directamente sobre la corrosión, resistencia mecánica, y demás propiedades del material.

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El acero base de la hojalata ha de ser dúctil para poder plegarlo y doblarlo sin riesgo. Como el estaño es un metal blando, el revestimiento sigue, en alto grado, los movimientos del acero durante las transformaciones a que se somete la hojalata. Como ni el estaño ni el hierro son tóxicos, pueden ser empleados con seguridad en aplicaciones donde haya contacto con alimentos. Antes de 1937, toda la hojalata era producida por el método de estañado en baño caliente, sumergiendo la lámina de acero sin recubrimiento en un baño de estaño derretido. Actualmente, la inmensa mayoría de las latas para alimentos se fabrican con hojalata obtenida mediante la deposición electrolítica de la capa de estaño. Este método es más rápido, y produce rollos en vez de láminas, obteniéndose un recubrimiento más uniforme, por lo que las capas de estaño pueden ser más livianas y además diferenciales, es decir, presentan diferente peso de estaño                         

líneas indica las calidades. Es práctica común señalar primero la capa más gruesa. Por ejemplo, D 11,2 / 5,6 quiere decir que el interior de la lata se encuentra revestido con una capa de estaño de 11,2 g/m 2 y el exterior con 5,6 g/m2. El estaño utilizado debe estar libre de metales tóxicos, si el envase se destina a la producción de alimentos. Según la norma ISO, EURONORMA y otras, debe tener una pureza de 99,75 a 99,95 %, expresándose el revestimiento en términos de gramos de estaño por m2.             . d e v r e s e r s t h g i r l l A . a l e r a V x i l é F l a i r o t i d E . 5 0 0 2 © t h g i r y p o C

en libras por caja base, en vez del espesor o calibre. Una caja base es igual a 112 hojas de 14 x 20 plg (350 x 508 mm) que representan un área de 31360 plg2 o 217,78 pie2 (20,2335 m2       caja base de 80 libras, quiere decir que un cargamento de hojalata, con       2 pesa 80 libras. La relación entre el peso base y el espesor se establece por la siguiente fórmula: Espesor de la hojalata plg  Peso base  0,00011 El espesor de la hojalata en mm puede ser calculado mediante las siguientes expresiones: Espesor mm  

lb/cb 0,15902x2,200


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Espesor mm  

masa gr  Área real mm  x 0,00785 gr/mm 3 

Algunos factores de conversión de interés para el manejo de la información relativa a la caja base son mostrados en las tabla 2.2 y 2.3, mientras que la tabla 2.4 muestra la comparación entre algunos revestimientos de hojalata. Tabla 2.2 Factores de conversión para la caja base

Tabla 2.3 Peso de acero y espesor teórico


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Tabla 2.4 Comparación de revestimientos de hojalata

  

A cada peso nominal le corresponde un valor mínimo de peso de estaño que normalmente es menor que el valor nominal indicado.


Como queda dicho, el temple y el tipo de aleación son variables importantes en la selección del acero base el cual puede ser de diferentes tipos como L, MR, MC, D, N. El acero tipo MR (“medium residual”, referido a la cantidad de elementos metálicos residuales diferentes al fósforo) es el más comúnmente empleado, aunque los tipos L y LT de bajos valores de residuos se emplean para alimento ácidos y otros productos corrosivos, mientras que el MR, de mayor contenido de fósforo presenta mayor resistencia mecánica (por ejemplo se usa para chapa corona) o el D para embutido profundo en el que debe evitarse la aparición de arrugas por el troquelado. El temple de la hojalata, designada usualmente por un número tal como T1, T2...T6, indica las propiedades de formación o dureza de la hojalata (T1 = dúctil, T6 excesivamente duro). En años recientes se ha introducido la hojalata doble reducida en frío (2 CR) obtenida en los molinos de acero–estaño en el cual se realizan dos etapas de reducción del espesor, ambos en frío, lo que permite reducir el grosor en aproximadamente un 33 %, pues el metal es endurecido al trabajarlo en frío. En este caso el acero es enrollado en frío, recocido y enrollado en frío de nuevo. La hojalata              


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con pesos base menores se pueden fabricar envases de igual o mayor resistencia mecánica. Tabla 2.5 Designación del temple


NOTA: estos valores de dureza solo constituyen una guía para la adquisición y procesamiento de productos de hojalata, pues su variabilidad es demasiado grande como para establecer rangos precisos. La escala Rockwell mide la pe              

fuerza dada.

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2.2.1.2 Acero libre de estaño

Después de la Segunda Guerra Mundial, el aumento en los precios del estaño llevó a la búsqueda de un sustituto, lo que condujo al hallazgo de la chapa negra cromada y otros. En un sentido amplio, el término acero o chapa libre de estaño, conocido como TFS (tin free steel)   a materiales con capas protectoras de fosfatos de cromo, aluminio o níquel y aceites que se aplican en los molinos de laminado. La tabla 2.6 resume los principales tipos y las características de las chapas de acero libre de estaño. La chapa negra cromada puede ser obtenida por dos procesos diferentes: - Proceso químico, mediante el cual se deposita una película de cromo metálico, ejemplo TFS-CT. - Proceso electrolítico, mediante el cual sobre el acero base se          

Ejemplo TFS-CCO. La TFS-CCO tiene un acabado gris mate o brillante. Debido al poco espesor de la capa de cromo-óxido de cromo (10 veces menor que el              


a las rayaduras debe usarse laqueada en envases para alimentos por razones toxicológicas. Comparada con la hojalata electrolítica, la TFS-CCO presenta mejor adhesión de la laca y mayor resistencia al azufre, pues no presenta la decoloración azul-negra que se observa en la hojalata. Igualmente, la TFS-CCO es más resistente que la hojalata a los pH alcalinos pero menos resistente para alimentos ácidos. Con respecto al proceso de conformación del envase la TFS-CCO no puede ser soldada por temperatura con plomo estaño (lo que de todas formas está actualmente en desuso) sino que tiene que ser electrosoldada o cementada. Esta chapa se emplea para la producción de fondos, tapas corona y cuerpos de envases embutidos, pero es poco útil para alimentos ácidos por su sensibilidad, aún después de laqueada.


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Tabla 2.6 Algunas características de las chapas de acero libre de estaño (TFS)

2.2.1.3 Aluminio

Una atención cada vez mayor reciben los envases de aluminio por parte de los fabricantes de envases para alimentos. Hasta la fecha, el empleo principal de estos envases se debe a la ventaja inherente de estos sobre los envases de hojalata, como son: menores costos de transportación, evitar la reacción con los sulfuros, lograr una apertura fácil por punción o por otro método cualquiera.


Por otra parte, la hojalata es un material muy bien establecido en la industria de envases, que sólo por razones excepcionales puede pensarse en un cambio por otro material y el hecho de que el área unitaria de aluminio sea más costosa que el área unitaria correspondiente de hojalata, puede conducir a pensar que el aluminio no es competitivo. Sin embargo, los envases de aluminio poseen algunas propiedades que los          

de 2,7, mientras que el del hierro es 7,8), resistencia a la corrosión y a las manchas de azufre, buena conformabilidad (lo que facilita las operaciones de troquelado, embutido y estirado), buena conductividad térmica, impermeable a los gases y vapores, no reaccionan con el alimento, no son tóxicos, no permiten el paso de la luz, se pueden reciclar y no se encuentran sujetos a la acción de los fenómenos electroquímicos como ocurre con los envases de hojalata.

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Sin embargo, por otra parte posee propiedades desfavorables. Por ejemplo, presentan menor rigidez que los envases de hojalata, no pueden ser soldados eléctricamente ni con Sn-Pb y el grado de superposición es de 0,15 a 0,5 mm, lo que permite un ahorro considerable de material y le proporcionan menor vida de anaquel a los alimentos ácidos. Como puede observarse, los envases de chapa de acero y los de aluminio         

para cada cual hay aplicaciones en las que resulta uno más ventajoso que el otro. 2.2.1.4 Fabricación del envase metálico

El envase metálico tradicional es conocido como lata de tres cuerpos, aunque en los años recientes se ha desarrollado exitosamente la lata de dos cuerpos. Inicialmente, estas latas se fabricaban de forma artesanal, y se decía que un artesano hábil, podía fabricar hasta cuatro envases diarios. Hoy día, el desarrollo tecnológico, permite elaborar aproximadamente 400 latas por minuto. La lata sanitaria (lata de tres cuerpos) se fabrica de la siguiente manera:  Las láminas van a la cuchilla, donde se cortan según la medida

deseada. A continuación se hacen las heridas para formar los bordes o pestañas. . d e v r e s e r s t h g i r l l A . a l e r a V x i l é F l a i r o t i d E . 5 0 0 2 © t h g i r y p o C

 En la pestañadora se forman los bordes o pestañas por donde se

va a unir el cuerpo y a continuación se enganchan, se forma el cuerpo, se plancha y suelda. Actualmente se emplea la soldadura eléctrica mediante un electrodo de cobre, la cual además de eliminar los problemas toxicológicos del empleo del plomo permite reducir la superposición de material lo que representa un ahorro considerable, aunque entonces se hace imprescindible laquear interiormente el envase en la costura, pues se ha alterado     En la rebordeadora se forman los ganchos de cuerpo y a

continuación se pone el fondo, que ya tiene aplicado el cemento


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sellador. Las propiedades de este cemento deben ser escogidas de acuerdo a las características del alimento (por ejemplo si tiene que ser resistente a la grasa). Esta operación se realiza en dos etapas sucesivas. Primero se entrelazan la pestaña del cuerpo y la pestaña de la tapa o fondo y después se aprietan los ganchos. Aquí deben controlarse todos los parámetros del selle, tal como grado de sobreposición o solapamiento, longitud de los ganchos, grado de planchado, etcétera.  El envase ha quedado listo para ser llenado y después de lleno y evacuado se coloca la tapa, mediante el mismo procedimiento.                  


Figura 2.3 Proceso de fabricación de envases de tres piezas

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Figura 2.4 Doble cierre


Por su parte, la lata de dos cuerpos puede ser fabricada tanto de aluminio como de hojalata. Los envases de dos piezas de hojalata se utilizan frecuentemente para pescados (por ejemplo atún, sardinas) y algunos cárnicos; mientras los de aluminio se utilizan frecuentemente para bebidas carbonatadas. Estos envases pueden fabricarse por embutición simple o por pasos. La embutición simple se emplea cuando la relación altura-diámetro es menor o igual a 0,6, pudiendo obtenerse velocidades de producción de 1 000 envases por minuto o más. Si la relación altura-diámetro es mayor a 0,6 se emplean dos técnicas diferentes:  Estirado reestirado (DRD)

Las paredes del envase no son más delgadas que el metal original y por tanto pueden emplearse para alimentos esterilizados, pues tienen una resistencia térmica adecuada, pero presenta un alto costo de fabricación debido a que no hay economía de materiales.


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Figura 2.5 Formación de un envase DRD: (1) Plancha metálica circular, (2) copa, (3) primer reestirado, (4) segundo reestirado, (5) formación de la base y recorte del reborde  Estirado y prensado (DWI)


La base mantiene su espesor original, pero las paredes quedan reducidas a espesores que pueden ser del orden de 0,09 mm. Presentan gran economía de materiales que puede llegar a ser de hasta 40-50 %. Esta lata se produjo por primera vez en 1964 y la versión en hojalata está disponible desde 1972. El procedimiento general consiste en cortar un disco de metal, el cual se estampa mecánicamente en forma de copa, que es forzada mediante un mandril a pasar a través de una serie de aberturas (anillos) cada una ligeramente más pequeña que la anterior, elongando su pared mediante estirado o planchado, que reduce su espesor. Los envases obtenidos por estirado reestirado pueden ser empleados para procesamiento térmico, ya que el espesor de material es prácticamente el mismo original. Sin embargo, como en el proceso de estirado y prensado solo el fondo conserva el espesor original y las             

mucho mayor que la original, estos envases no pueden ser empleados para procesamiento térmico y por eso encuentran gran aplicación en bebidas carbonatadas. Un elemento que contribuye al ahorro de metal es el estrechamiento que ocurre en la parte superior, inmediatamente antes de la inserción de la tapa (“necking”) que reduce el diámetro de la tapa, la cual tiene un espesor mayor que las paredes.

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Figura 2.6 Formación de un envase DRI: (1) Plancha metálica circular, (2) copa, (3) reestirado, (4) fase del primer prensado (5) fase del segundo prensado, (6) tercer prensado y formación de la cúpula, (7) cuerpo recortado

Las dimensiones de las latas se dan como el diámetro por altura,            

pulgada y los otros dos 16 avos de pulgada. Por ejemplo, una lata 307 x 314 posee un diámetro de 3 pulgadas y 7/16 avos y una altura de 3 pulgadas y 14/16 avos. En la tabla 2.7 se muestran algunos tamaños y capacidades de envases metálicos típicamente empleados en la industria de alimentos. Tabla 2.7 Algunos tamaños y capacidades de envases comunes . d e v r e s e r s t h g i r l l A . a l e r a V x i l é F l a i r o t i d E . 5 0 0 2 © t h g i r y p o C

el primer número representa pulgadas y los siguientes 1/16 de plg b diámetro por altura en cm. c Mililitros de agua a 20 oC a


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A continuación se muestra un resumen con las principales propiedades de los envases de aluminio y hojalata. Envases de hojalata:   Parcialmente resistente a la corrosión  Buena velocidad de soldadura  Conformabilidad  Rigidez  Resistencia mecánica  Impermeabilidad a gases  Opacos  Buena conductividad térmica

Perjudiciales             Acero al C  7,8 (> C disminuye PE)  Acero Níquel  8 (>Ni aumenta PE)  Acero al Cr  7.8 (>Cr disminuye PE)  Estaño  7.3 . d e v r e s e r s t h g i r l l A . a l e r a V x i l é F l a i r o t i d E . 5 0 0 2 © t h g i r y p o C

Envases de aluminio:        Resistencia a la corrosión y a las manchas de azufre  Buena conformabilidad  Buena conductividad térmica  Impermeable a gases y vapores  Inerte respecto al alimento  Atóxico  Reciclable  Opaco  No están sujetos a la acción de fenómenos electroquímicos.

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Perjudiciales  Menor rigidez  Menor vida de anaquel para alimentos ácidos 2.2.2 ENVASES DE VIDRIO

Sin lugar a dudas, el vidrio fue el líder sólido, sin rival, para los alimentos y también para los productos químicos y para el almacenaje en general, hasta el siglo XVIII cuando se inventó el bote de hojalata. Se han encontrado restos de vidrio desde el 7 000 a.n.e. y de la primera fábrica en el 1 500 a.n.e. en Egipto. La razón por la cual los antiguos podían producir fácilmente el vidrio residía en que los materiales que necesitaban (caliza, carbonato sódico y sílice o arena) los tenían en abundancia y uniéndolos se lograba un vidrio claro, fácil de moldear en           

como “un material sólido que se obtiene por enfriamiento rápido de una masa fundida, impidiendo su cristalización”. cristalizac ión”. Por tanto, el vidrio puede ser considerado como un líquido subenfriado, rígido por su alta viscosidad. El proceso de fabricación de los envases de vidrio comienza cuando las materias primas (ver más adelante) se funden a 1 500 oC. El producto             oC, es distribuido a los moldes donde los futuros envases obtienen su forma             

que, mediante un tratamiento térmico, se eliminan tensiones internas y           . d e v r e s e r s t h g i r l l A . a l e r a V x i l é F l a i r o t i d E . 5 0 0 2 © t h g i r y p o C

Figura 2.7 Proceso de fabricación del vidrio Díaz, Torres, Raúl. Conservación de los alimentos, edited by López, Deborah Prats, Editorial Félix Varela, 2005. ProQuest Ebook Central, http://ebookcentral.proquest.com/ http://ebookcentral.proquest.com/lib/unadsp/detail.ac lib/unadsp/detail.action?docID=3191636. tion?docID=3191636. La Habana: Created from unadsp on 2018-03-29 08:36:47. Editorial Félix Varela, 2009. -- ISBN 978-959-07-1293-7

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El vidrio convencional es duro, frágil, transparente, aunque hoy en día existan vidrios tan duros como el acero, opacos, que se oscurecen o aclaran según la iluminación, etc. Duro y frágil pueden parecer a simple vista términos excluyentes pero se comprende fácilmente la distinción entre ambas expresiones cuando se analiza que aún un vidrio débil puede soportar un peso de más de 100 kg aunque tiene poca resistencia al impacto y se rompe con facilidad si se cae. Los envases de vidrio pueden romperse por diversos motivos como son           

2.8 ilustra las diferencias entre estos tipos de fractura.


Figura 2.8 Tipos de fractura

Las materias primas fundamentales para la elaboración del vidrio son: arena sílice, carbonato de sodio y carbonato de calcio, aunque para la mayoría de los vidrios el componente más importante es el SiO2 proveniente de la arena, el cual representa más del 70 % en el caso de vidrios para envases. Además es posible emplear vidrio roto (para abaratar el proceso), proveniente del propio proceso o foráneo, en este último caso la composición debe ser constante y estar libre de

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impurezas. La proporción típica de los ingredientes del vidrio se muestra a continuación:

         

Entre los más empleados se encuentran los colorantes como:  Óxido de cromo----------- verde

           

300 – 400 nm)  Óxido de cobalto---------- azul Aunque se pueden obtener otros colores mediante el uso de otras sustancias. Por ejemplo:


Entre las características generales del vidrio son de destacar las siguientes. El vidrio es inerte a la mayoría de los reactivos químicos, por lo que puede considerarse inerte al ser muy resistente a todas las sustancias orgánicas          

esta forma los alimentos no lo atacan y por tanto no lixivia componentes que puedan alterar su olor, sabor, o propiedades nutricionales o higiénicas. Además el vidrio es completamente impermeable, lo que permite el almacenamiento por plazos prolongados de bebidas de diferentes tipos (vinos, refrescos, carbonatados, etc.) o de productos sensibles a la oxidación o la pérdida de sustancias volátiles. Además su transparencia puede ser una ventaja en aquellos productos donde la visibilidad es importante. Otras propiedades favorables son su rigidez, que su forma y volumen se mantienen estables al aplicar presión o vacío y su estabilidad a altas temperaturas que permite el llenado en caliente y la esterilización. El vidrio es resistente y puede soportar presiones incluso de hasta 100 kg/cm 2, pero no tiene resistencia al impacto. La


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resistencia de los envases de vidrio está determinada por la forma del envase, la distribución del vidrio y el grado de recocido. Si presenta algún defecto en su resistencia o es tratado inadecuadamente, pueden ocurrir distintos tipos de fractura: por impacto, por choque térmico o por presión interna; todos ellos originados por una descompensación en las fuerzas de tensión interna. La formulación puede ser ajustada según el tipo de envase requerido, es tan maleable que con él se pueden fabricar desde garrafas hasta ampolletas, es reciclable y reutilizable y como no se oxida, no pierde su atractivo al usarlo, excepto a la intemperie. Se puede apilar, volver a cerrar transportar, es limpio, puro e higiénico, se puede cerrar herméticamente y los agentes punzantes no lo perforan. Su estabilidad frente a la dilatación térmica garantiza que el volumen se mantenga aproximadamente constante en un rango relativamente amplio de temperaturas y por tanto permite obtener fácilmente buena correspondencia entre el contenido real y el declarado. Sin embargo,             3 a temperatura ambiente dependiendo del tipo de vidrio), su fragilidad y la dependencia de su costo del costo de las fuentes de energía, pues el proceso de fabricación es consumidor de gran cantidad de energía. Desde el punto de vista de manufactura, todo envase de vidrio consta de             Acabado  Cuerpo  Fondo . d e v r e s e r s t h g i r l l A . a l e r a V x i l é F l a i r o t i d E . 5 0 0 2 © t h g i r y p o C

Figura 2.9 Partes básicas del envase de vidrio

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El acabado es la parte del envase de vidrio que sujeta la tapa o cierre al vidrio que rodea la abertura del envase y el nombre se debe a que antiguamente era la última parte que se fabricaba.                      

con la junta o revestimiento sellador.  Agarradera de vidrio: uno de varios rebordes de vidrio horizontal, ahusado y levantado alrededor de la periferia del acabado, que permite que orillas o agarraderas especialmente diseñadas en           

 

 

vuelta parcial. Rosca continua: reborde continuo de vidrio en espiral, que engrana con la rosca de un cierre tipo tornillo. Reborde de transferencia: reborde horizontal continuo, cercano al fondo del acabado, que se emplea para transferir el envase de una operación a otra. Costura vertical del anillo del cuello: marca que ocurre cuando el acabado se fabrica en dos partes. Línea de partida del anillo del cuello: marca horizontal que resulta de la unión del cuello y cuerpo.

El cuerpo es la parte intermedia del envase y consta a su vez de:  hombro: región donde termina el corte transversal máximo y el . d e v r e s e r s t h g i r l l A . a l e r a V x i l é F l a i r o t i d E . 5 0 0 2 © t h g i r y p o C

cuerpo disminuye para unirse al cuello o al acabado.  pared lateral.  talón: porción curva entre el fondo y el comienzo de la pared lateral.

          

resultante de la unión de las dos partes del molde del cuerpo.

El fondo es la parte del envase que lo sostiene y consta a su vez de:  Línea de partida de la placa del fondo: marca horizontal en la            

molde del cuerpo con la placa del fondo.  Asiento: porción del envase donde este descansa, que puede poseer una “característica de estiba”.


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Según el tipo de acabado será el tipo de tapa. Los acabados más comunes son:

La tapa puede ser de metal, vidrio, plástico o de corcho y los tipos de          

vidrio esmerilado), externos (tapas metálicas, de hojalata o aluminio, con sello de goma o plástico, tapas plásticas a presión, etc.) y por soldadura (ampolletas donde un extremo se cierra por calor).


En el cuerpo quizás el punto neurálgico sea el hombro, no solo por su importancia para el diseño del envase, sino también por ser el punto más vulnerable para el contacto con otras botellas, durante los procesos de lavado, llenado, etc. por lo que se recomienda que el área de contacto sea lo más grande posible, para minimizar las consecuencias. 2.2.3 ENVASES PLÁSTICOS

La palabra plástico describe la habilidad de un material para ser formado o moldeado. Por tanto los plásticos son materiales susceptibles de moldearse mediante procesos térmicos a bajas temperaturas y presiones. En general se trata de sustancias orgánicas caracterizadas por su estructura macromolecular y polimérica, cuya composición           

Generalmente la palabra plástico se emplea para designar el producto obtenido, mientras que para la materia prima, se emplea el término polímero. Los nombres propios de estos polímeros lógicamente se derivan de las unidades monoméricas que los forman, como se muestra en la tabla 2.8. Aunque estos materiales pueden ser naturales como el

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hule que se obtiene de la secreción del árbol del guayule, la mayoría de estos materiales son polímeros sintéticos obtenidos de diversas fuentes, como pueden ser la celulosa o los derivados del petróleo. Los plásticos                       

150  . A estos envases se les evalúan diferentes propiedades, como las propiedades mecánicas, ópticas, térmicas y de transporte. Tabla 2.8 Ejemplo de monómeros y sus polímeros correspondientes

2.2.3.1 Propiedades mecánicas

Los materiales plásticos en general tienen baja densidad, lo que los hace enormemente atractivos por la disminución del costo original y sobre todo, de los costos de transporte y almacenamiento. Respecto a estos dos últimos aspectos existe un conjunto de propiedades que deben considerarse para la incorporación del envase en el sistema de distribución y almacenamiento como son: . d e v r e s e r s t h g i r l l A . a l e r a V x i l é F l a i r o t i d E . 5 0 0 2 © t h g i r y p o C

 resistencia a la abrasión  resistencia a la tracción  elongación de la rotura  resistencia al desgarre  resistencia al estallido       resistencia al impacto  resistencia a la perforación  resistencia a la fatiga


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A continuación la tabla 2.9 muestra algunas propiedades mecánicas de diferentes materiales plásticos. Tabla 2.9 Propiedades mecánicas de algunos materiales plásticos

2.2.3.2 Propiedades ópticas . d e v r e s e r s t h g i r l l A . a l e r a V x i l é F l a i r o t i d E . 5 0 0 2 © t h g i r y p o C

Los materiales plásticos pueden ser trasparentes, translúcidos y opacos.         

adición de pigmentos o colorantes. Las principales propiedades ópticas son:  brillo  transparencia  índice de refracción 2.2.3.3 Propiedades térmicas

En general los plásticos presentan baja conductividad térmica por lo que pueden ser empleados como aislante en la refrigeración de ali         

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variaciones en la temperatura externa, ya como envase. Las principales propiedades térmicas a considerar son:  temperatura de fusión  temperatura de reblandecimiento  temperatura de termosoldabilidad 2.2.3.4 Propiedades de transporte

Aunque los plásticos son relativamente resistentes a la humedad, el oxígeno, ácidos débiles, soluciones salinas y solventes orgánicos, ellos presentan propiedades de transporte como son:  permeabilidad  migración  sorción

Otras propiedades importantes de los plásticos son su grado de integración al diseño, su adecuación higiénica, y la seguridad que ofrecen al usuario respecto a lesiones o cortaduras que pudieran derivarse de una rotura eventual del envase. Sin embargo, tienen limitaciones como su baja resistencia frente a las temperaturas elevadas y los rayos UV, el                    


otro material, como por ejemplo, la resistencia a la abrasión que puede ir de excelente a pobre. El conjunto de estas propiedades es de hecho, lo que determina la aplicabilidad de estos materiales, que pueden además            

Termoplásticos: en estos materiales plásticos ya no hay reacción y se pueden moldear y reutilizar mediante su granulación y un proceso posterior de remoldeo, aunque la reutilización del material está limitada por la degradación que sufra durante el procesamiento.          

proceso de moldeo sufren una reacción química de polimerización, que hace que al terminar el proceso el material no sea susceptible de una nueva fusión. Los materiales plásticos de uso más común y la abreviatura que los       


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Tabla 2.10 Materiales plásticos más empleados y sus abreviaturas



Los envases plásticos pueden ser formados por varias vías en dependencia de sus características. Los envases de cuerpo hueco pueden ser formados por extrusión y soplado o por inyección y soplado; mientras que las bandejas, cajas, botes, vasos, cubetas, cajones, etc. se obtienen por inyección. También se pueden fabricar envases por termoformado, y dentro de este grupo se diferencian dos grandes subgrupos.  piezas profundas como los envases redondos para yogurt y zumos

de frutas o los vasos redondos, cuadrados o rectangulares para el envasado de materias primas pastosas.  piezas planas como los blisters para tabletas de suplementos nutricionales, los embalajes de múltiples cavidades para el envasado de frutas y vegetales, huevos, productos de chocolatería, bandejas, cubetas y embalajes para comidas preparadas.  

Cuando se habla de películas, generalmente nos referimos a materiales plásticos con un espesor menor de 10  , caracterizados por sus bajos valores de permeabilidad a los gases, su baja absorción de humedad, por no liberar olores o sabores que afecten el producto y que además, si es necesario, lo pueden proteger de la luz y los rayos UV. Gracias a que tienen buen deslizamiento en las máquinas, buen sellado y resistencia al rasgado o punción, son procesados en máquinas formadoras, llenadoras,           


la década de los 40 para el envasado de caramelos en celofán. En la actualidad suelen combinarse varios materiales para la conformación del envase y satisfacer así las características deseadas por el productor de alimentos y las necesidades del consumidor. Para el productor  Facilidad de impresión de textos: decoración, impresión  Brillo y transparencia  Resistencia mecánica

 Facilidad de transportación, almacenamiento y distribución del

producto  Conservación del alimento Para el consumidor

 Facilidades mecánicas (abrir, cerrar)  Ecológicas (reciclable, biodegradable)  Económicas (bajo costo)


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El empleo de estas máquinas tiene las siguientes ventajas:  Todas las operaciones se realizan en un módulo compacto          Se reduce el material de envase y los costos  Se obtienen envases más atractivos

Para ser usadas en estas máquinas las películas deben cumplir con ciertas propiedades como son:  Poseer rigidez mecánica para la “maquinabilidad”  Capacidad de deslizamiento  Buen comportamiento al doblado  Sellabilidad

Las máquinas de acuerdo con la posición o sentido del proceso de           

envases son formados con materiales que representan barreras para diferentes gases o vapores, por lo que pueden emplearse para la

                     

muestra en las tablas 2.11, 2.12 y 2.13.

          

de agua . d e v r e s e r s t h g i r l l A . a l e r a V x i l é F l a i r o t i d E . 5 0 0 2 © t h g i r y p o C

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          

(cm3 /m2 - 24h-atm-90%hr-23 oC)

Tabla 2.13 Permeabilidad de varios materiales para diferentes gases (ml/m2 mpa día)


Nota: todos los valores para una película de 25 mm de espesor La densidad expresada en g/cm3

Como ya habíamos dicho es frecuente combinar varios de estos materiales de forma tal que cada uno de ellos aporte una propiedad de particular importancia, como en los ejemplos que se muestran a continuación:


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Ejemplo de película polimérica (industria cárnica) Ejemplo de bolsa esterilizable Se trata de un laminado compuesto por tres capas de 0,00048 pulgadas de película de poliéster, laminado por adhesión a 0,00035 a 0,0007 pulgadas de hoja de aluminio la cual a su vez es laminada a 0,003 pulgadas de película de polipropileno o cubierta por extrusión con 0,003 pulgadas de resina de polipropileno. La película de poliéster es usada para la resistencia a la alta temperatura, ayudar a la resistencia mecánica y por la facilidad de impresión. El poliéster puede ser impreso por el reverso, es decir con la tinta entre la película y la lámina de aluminio que a su vez tiene como función proveer la barrera contra la luz y los gases. Por último, el polipropileno         

fortaleza y compatibilidad con el sabor y aroma de un gran número de alimentos. De acuerdo con las características de estos materiales, esta bolsa puede ser procesada hasta 275 oF (135 oC).

Las películas pueden ser fabricadas por diferentes métodos como el de la colada, la extrusión y coextrusión o el soplado, obteniéndose en muchas ocasiones materiales complejos (es decir formados de varias capas).


Los materiales plásticos pueden ser laminados para obtener materiales con entre 3 y 7 capas combinadas según las características que se desean obtener, pero debe tomarse en cuenta que una disposición simétrica de las capas es favorable porque disminuye la tendencia a enrollarse sobre sí mismo, asegura igual sellabilidad en ambas caras, protege a la capa barrera y se requiere menor espesor de esta, que generalmente es la más costosa. El proceso de laminación comprende la combinación de dos o más películas, papeles o foils procedentes de dos bobinas, con adhesivos obteniéndose una sola lámina con varios estratos. Este proceso se lleva a cabo tanto por extrusión como por adhesivos. Los materiales complejos están desempeñando actualmente un papel de primordial importancia en la elaboración de envases para sistemas asépticos. Un ejemplo de especial importancia es el denominado TETRA BRICK, ya que por su concepción de diseño en forma de ladrillo permite un gran ahorro de espacio de anaquel y distribución. Este sistema, originalmente concebido para leche y nata, está siendo empleado además para jugos y bebidas de frutas, salsas, sopas, bebidas derivadas del té y el café, y más recientemente, para algunas bebidas alcohólicas y aguas minerales.

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Tabla 2.14 Características requeridas y combinaciones recomendadas    

             . d e v r e s e r s t h g i r l l A . a l e r a V x i l é F l a i r o t i d E . 5 0 0 2 © t h g i r y p o C

permeabilidad, pues es su función fundamental. De hecho hay tres formas por la que los gases o vapores pueden permear en un paquete:  A través de la lámina  Por los dobleces y arrugas  A través del cierre

Pero el intercambio con el exterior puede ocurrir más rápidamente a través de imperfecciones en el cierre que por ningún otro sitio, y es posible que un material con buenas propiedades de cierre ofrezca mayor protección que otro de menor permeabilidad, pero con pobres condiciones de sellado, esta es la razón fundamental por la que se emplean materiales combinados. Otro aspecto a considerar en la selección de un material de envase es la posibilidad que tiene de interacción con el medio o el producto, la que es característica de cada material, como se muestra en las tablas:


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         

       

Un aspecto a considerar en la selección de los materiales plásticos, es su posible interacción con el alimento, o con el proceso, que podría ser diferente de acuerdo con sus características. La tabla 2.16 es ilustrativa al respecto. Tabla 2.16 Propiedades de algunos materiales de barrera ante los agentes químicos . d e v r e s e r s t h g i r l l A . a l e r a V x i l é F l a i r o t i d E . 5 0 0 2 © t h g i r y p o C

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2.2.4 ENVASES A PARTIR DE MATERIALES CELULÓSICOS

Los materiales denominados papeles, cartulinas y cartones son conocidos           

de celulosa provenientes de productos vegetales como madera, algodón, lino, caña de azúcar y otros. Probablemente entre los materiales de envase empleados en la actualidad se traten del más antiguo, pues su aparición se sitúa aproximadamente en el año 105 de n.e y se le atribuye su invención a los chinos.

El papel y sus derivados son los materiales de envasado más extendidos actualmente, pese al auge creciente de los materiales plásticos que lo han desplazado de ciertas aplicaciones o con quienes se ha asociado para otras. Sin embargo, las tendencias modernas de protección a la ecología tomando en cuenta su carácter reciclable y biodegradable, han servido para revalorizar el uso del papel y sus derivados, ya que se trata de un material de constitución muy simple, pero que a la vez es una materia prima de particular interés, debido a lo extendido de su empleo y a sus características, de las cuales vale la pena mencionar:   facilidad para imprimir por cualquier método.  buen comportamiento mecánico para conformar y llenar, lo que  . d e v r e s e r s t h g i r l l A . a l e r a V x i l é F l a i r o t i d E . 5 0 0 2 © t h g i r y p o C

    

permite la automatización de estas operaciones. el uso de una amplia gama de adhesivos y de broches metálicos permite mejorar sus cualidades mecánicas dentro de ciertos límites. son livianos, pero a la vez, rígidos y resistentes a impactos y deformaciones. poseen alta compatibilidad con gran parte de los alimentos. son fáciles de eliminar, y son reciclables. adaptables para uso en materiales compuestos. bajo costo relativo.

Perjudiciales  barrera pobre.  sensibles a la humedad y/o grasa.            

dispuestas irregularmente, pero fuertemente adheridas entre sí, en una Díaz, Torres, Raúl. Conservación de los alimentos, edited by López, Deborah Prats, Editorial Félix Varela, 2005. ProQuest Ebook Central, http://ebookcentral.proquest.com/lib/unadsp/detail.action?docID=3191636. La Habana: Created from unadsp on 2018-03-29 08:36:47. Editorial Félix Varela, 2009. -- ISBN 978-959-07-1293-7

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         

procedente en primer lugar de madera, pero también de algodón, lino, caña de azúcar, paja y otros materiales.

Una distinción entre papel y cartón (o cartulina) no resulta tec        

como elemento el gramaje o el espesor del material. Así se considera: cartón: >300  o >200-250 g/m2 cartulina: >150  o >120-130 g/m2 papel: <150  o < 120 g/m2

De hecho, la Organización Internacional de Normas (ISO, siglas en inglés) señala que ningún material con más de 250 g/m2 puede ser conocido como papel. Lógicamente, la rigidez y en general el comportamiento mecánico de estos materiales es también diferente y las propiedades que presentan son dependientes de numerosos factores, principalmente              

fabricación, la maquinaria en que se elabore y el tratamiento que se le

           

celulosa en un 50%, también posee hemicelulosa, lignina y compuestos inorgánicos y de acuerdo con su origen y composición se considera suave como la de las coníferas o duras como la del fresno, el arce o el castaño.                           

de longitud e igualmente son diferentes los ángulos de las cadenas de celulosa. . d e v r e s e r s t h g i r l l A . a l e r a V x i l é F l a i r o t i d E . 5 0 0 2 © t h g i r y p o C

El papel empleado para envase debe tener ciertas características, de las cuales las que se consideran más importantes son:  resistencia a la rotura por tracción, al alargamiento, reventamiento

y plegado (tanto para la maquinabilidad, como para su uso ya como envase, sobre todo en bolsas)  resistencia a la fricción (para evitar deslizamientos al apilarlas)             resistencia al agua (la humedad es un enemigo natural de

este material, que provoca perdida de funcionalidad debido al debilitamiento de sus propiedades mecánicas)  propiedades ópticas (como la opacidad, brillo y blancura)  aptitud para la impresión (comprende un conjunto de características que debe poseer un papel para poder imprimirlo, como la absorción de aceites y tintas)

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 impermeabilidad a las grasas  resistencia a la luz (estabilidad del color del papel al ser expuesto

a la luz)  barrera a líquidos, gases y vapores (esta es una propiedad que adquiere el material cuando se emplea en laminados con materiales como películas plásticas o foil de aluminio)  acidez o pH (los papeles ácidos, con pH por debajo de 7, tienden a la autodestrucción, mientras que los papeles con pH entre 7 y 8,5, presentan mayor vida útil si el resto de los factores permanece constante) Los envases de papel y cartón más empleados en la industria de alimentos      

Bolsas:  según su diseño pueden ser cilíndricas, de cuña, de fondo

rectangular, planas, con agarradera  según su estructura pueden ser sencillas (una sola capa) o doble (dos capas) . d e v r e s e r s t h g i r l l A . a l e r a V x i l é F l a i r o t i d E . 5 0 0 2 © t h g i r y p o C

Se trata de envases o contenedores no rígidos, relativamente económicos, en forma de tubo, constituidos por una o más capas de papel superpuestas y pegadas por los bordes opuestos, en los que el fondo se forma por dobleces del mismo tubo. Se suele considerar como un límite arbitrario entre la bolsa y el saco, que la bolsa no contenga más de 11,5 kg, mientras que el saco contiene pesos superiores. Entre sus características pueden señalarse las siguientes:  son seguras y herméticas al polvo, cuando están cerradas por los

cuatro costados  toman automáticamente la forma del producto, lo que puede ser tanto una ventaja (un producto plano no ocupa más espacio que el que le corresponde) como una desventaja (es posible que no pueda ponerse de pie por sí misma en un estante durante el almacenamiento)


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Sacos multicapas: Envases compuestos por varias capas de papel kraft grueso, generalmente                        

consta generalmente de 3 a 6 capas de papel kraft de 70, 80 o 100 g / m 2, aunque los sacos laminados con otros materiales como el aluminio o el polietileno se están haciendo cada vez más populares para alimentos donde es necesario prevenir la ganancia de humedad. Debido a las facilidades de impresión del papel, se pueden lograr diseños en los que la información principal impresa sobre el saco sea visible, aun cuando el saco esté apilado. Entre otras propiedades importantes, son de señalar las siguientes:  constituye una barrera contra los gases o vapores, lo cual es

   

especialmente importante en relación con la retención de sustancias volátiles evita la fuga de productos en polvo protege al producto de la contaminación por bacterias o sustancias ajenas (suciedades, contaminantes) asegura un vaciado fácil del producto facilidades de estiba

Papel de envolver:


Pliegos de papel de composición, características y tamaños muy variables que según la necesidad, pueden ser a prueba de grasa (grease proof), resistente a las grasas (papel cristal o “glassine”), papel seda (tissue), papel vegetal (que es virtualmente celulosa sin aditivos, resistente al agua y a la grasa y que preserva bien los olores y sabores de los alimentos), etc. Algunas de sus principales características son:          

para incrementar esta barrera. Se emplea para envolver bocadillos, dulces, caramelos y productos oleosos.  Glassine: es el papel a prueba de grasa que se ha sometido a un proceso posterior de super calandreado dándole una alta terminación y densidad. Como resultado es un papel apropiado para retener aromas y sabores y por supuesto aísla los olores extraños y si se recubre con cera es barrera para gases vapor de agua y olores. Generalmente es translúcido. Se usa para mantequilla y manteca.  Pergamino (Parchment): son el paso siguiente en esta progresión. Cuando el papel es tratado con ácido sulfúrico cambia la calidad

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          

un papel de alta resistencia a la humedad, que no se desintegra en agua y es también resistente a la grasa y no es tóxico. Puede imprimirse, se usa para empacar galletas, dulces y otros productos horneados; mantequilla, margarina, queso y helado, pescado fresco y curado, papas fritas, pollo y carne. Los paquetes de té y café a menudo traen este papel como envoltura intermedia. Cuando es para mantequilla no debe tener más de 3 ppm de cobre, ni más de 6 ppm de hierro soluble pues da mal sabor. Hoy día está siendo desplazado por las películas plásticas en la mayoría de las aplicaciones, incluidas las relacionadas con los alimentos.  Kraft: es el más fuerte de los papeles y se emplea cuando se necesita la máxima resistencia posible en este material. Sin            

más recomendable para trabajos de impresión. Se emplea profusamente en la elaboración de bolsas simples o sacos

         


fuerte y se aplica al papel o cartón hecho únicamente de pasta al sulfato. Puede ser al natural (carmelitosa) o blanqueada (crema). La primera se usa para envolturas en general y la segunda para bolsas y envolturas de ropa, alimentos, medicamentos y otros artículos.  Kraft blanqueado: es la base del papel encerado. No es otra cosa que un papel kraft que ha recibido un proceso destinado a mejorar su apariencia y aumentar sus facilidades de impresión.  Seda (Tissue): tissue es un término genérico para papel ligero, que se emplea para envoltura de protección (por ejemplo de frutas) o para laminación. Plegables: Envases, cuya construcción y propiedades permiten plegarlos sin quebrantamiento de sus aristas, hasta obtener el volumen mínimo posible, para facilitar el almacenamiento y transportación; pero que al utilizarlos, adoptan la forma prevista. Por sus características pueden ser empleados como envase primario del producto o como envase secundario, como en los estuches de bebidas. Sus principales ventajas son:  Bajo costo relativo.  Fáciles de almacenar y transportar.


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 Excelente calidad de la impresión, que realza la presentación del

producto. Sus principales desventajas son:

 Tienen menor resistencia que las cajas rígidas prearmadas o

contenedores similares de otro material.  No se pueden emplear cartones de más de 0,04 pulgadas y por tanto el producto no debe exceder de 1,5 kg de peso. Cajas rígidas:

Integrados por dos piezas que se conforman por la unión de sus dos aristas y que para el montaje, la tapa se inserta sobre el fondo. Probablemente las más populares son las de cartón corrugado, que            

con el cual se forma propiamente el corrugado, que puede ser:  Corrugado una cara  Corrugado sencillo  Corrugado doble  Corrugado triple

                                    

por metro de 118; . d e v r e s e r s t h g i r l l A . a l e r a V x i l é F l a i r o t i d E . 5 0 0 2 © t h g i r y p o C

            

metro;

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Las principales características de las cajas elaboradas con este material son:  Protección al producto de los daños mecánicos ocasionados

durante la transportación y manejo.  Aumenta la facilidad de almacenamiento entre la producción y la venta.

          

consumidor.  Son económicos.

92


2.3 ENVASADO ACTIVO E INTELIGENTE 2.3.1 Nuevas tendencias

En los últimos años, los sistemas de envasado para alimentos han ido evolucionando como respuesta a las exigencias crecientes de los consumidores, en cuanto a durabilidad, conservación de las propiedades nutricionales, frescura, apariencia; lo que se combina con la necesidad de los métodos modernos de marketing de un envasado atractivo y que comunique algo más al consumidor para que de esta forma este adquiera el producto. En consecuencia, los sistemas tradicionales se están viendo limitados para satisfacer las nuevas expectativas y necesidades lo que ha conducido al desarrollo de nuevos sistemas que han sido denominados como envases activos e inteligentes. Podemos denominar como envase activo aquel que cambia el estado del alimento envasado para extender su vida útil, mejorar sus propiedades organolépticas y su seguridad alimentaria y al mismo tiempo mantener la calidad del alimento. Se puede decir que un envasado es activo cuando, además de suponer una barrera entre el alimento y el exterior, ayuda de alguna otra forma a conservar el producto.            

disminuir el grado de deterioro dentro del envase, sino en convertir en positivos los cambios que acontezcan durante la vida del “producto envasado”. O sea, pasar de una meta apoyada en la inercia total, a la

          . d e v r e s e r s t h g i r l l A . a l e r a V x i l é F l a i r o t i d E . 5 0 0 2 © t h g i r y p o C

el producto incluso pueda mejorar mientras está almacenado en su envase, incluyendo esto tanto aspectos de calidad como de seguridad alimentaria. Algunas de las ventajas que ofrecen los envases activos en sus diferentes manifestaciones son:  Capacidad de respuesta del envase, frente a los cambios que se

producen en sistema envase-alimento.  Realización de operaciones como calentamientos, enfriamientos, o fermentaciones, que se pueden realizar ya dentro del mismo envase.  Reducción del empleo de aditivos o conservantes, que inquietan al consumidor; en el mismo envase pueden incorporar, incluso de forma localizada, para reducir las cantidades o concentraciones.


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 Reducción de los costos de envasado bajo técnicas de atmósfera         

dividuales (anteriormente sólo era posible en productos a granel).

           

las condiciones del alimento envasado dando información sobre su calidad durante el transporte y el almacenamiento. Se entienden por cambios en la condición del alimento aquellos derivados de los diferentes procesos posibles como:           Procesos químicos (oxidación de lípidos).  Procesos físicos (endurecimiento de pan, deshidratación).  Aspectos microbiológicos (deterioro por microorganismos).  Infección (por insectos).

Los dispositivos de envasado inteligente son capaces de registrar y suministrar información relativa al estado del envase y del producto (integridad, rotura del precinto, calidad, seguridad), y se utilizan en aplicaciones tan diversas como: demostración de la autenticidad de un producto, antirrobo, trazabilidad, etcétera.


Su acción posibilita las aspiraciones del consumidor del mundo moderno, ya que es el envase mismo el que muestra su calidad o los sucesos que han marcado su procesado, actuando como revelador de un posible mal estado o degradación o simplemente vencimiento, así como de acciones de mantenimiento, transporte o distribución inadecuada, como por ejemplo, abusos de temperatura. 2.3.2 Envases activos          

Los absorbedores eliminan sustancias no deseadas como oxígeno, exceso de agua, etileno, dióxido de carbono, olores, sabores y otros         

aportan activamente al alimento envasado sustancias como dióxido de carbono, agua, antioxidantes o conservantes, incluidos agentes            

en muchas ocasiones mejorar la calidad del alimento.

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Existen dos formas de aplicar el componente activo al envase: 1) Colocar el componente activo en el interior del envase: Se utilizan pequeñas bolsas o sobres que contienen el principio activo (por ejemplo sustancias que actúan absorbiendo oxígeno, CO 2, humedad, etc.) constituyen el sistema más desarrollado y utilizado hasta nuestros días. Estas bolsitas están fabricadas con un material permeable que, por una parte, permite actuar al compuesto activo y, por otra, impide el contacto con el alimento. Estos dispositivos deben ser resistentes a las roturas y además ir convenientemente etiquetados para evitar que se ingiera su contenido. 2) El componente activo está incluido en el material del envase: Como alternativa al uso de bolsas se están desarrollando materiales para envasado, películas sintéticas y comestibles, que contienen el principio activo en su estructura (aditivos, agentes antimicrobianos, enzimas, etc.). Se basan en fenómenos deseables de migración, ya que ceden al    

Como ventajas de esta técnica cabe destacar que se consigue que toda            

que el consumidor no encuentre ningún elemento extraño en el producto adquirido. Además se logra que la liberación del componente de interés

           

ejerciendo su acción además de hacerlo justo allí donde se necesita.

Entre los sistemas de envasado activo más empleados se pueden mencionar: . d e v r e s e r s t h g i r l l A . a l e r a V x i l é F l a i r o t i d E . 5 0 0 2 © t h g i r y p o C

 Absorbedores (scavengers) de oxígeno :

Ejemplos de uso: pan, pasteles, arroz cocido, galletas, pizzas, pasta, queso, carnes, pescados curados, café, aperitivos, alimentos secos, bebidas.  Absorbedores de etileno:

Se utilizan para el envasado de frutas, verduras y otros productos hortofrutícolas.  Controladores de humedad    

- Absorbentes de humedad: Polímeros absorbentes y granulares        

almidón).


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- Plásticos con aditivos antivaho. - Reguladores de humedad.  Absorbedores de sabores y olores  Liberadores de sistemas antimicrobianos Pueden dividirse en dos tipos: los que contienen un sistema antimicro                      

migración intencionada del agente activo al alimento. 2.3.3 Envases inteligentes

         

propiedades o bien componentes del alimento o de algún material del envase como indicadores del historial y calidad del producto.

Dentro de este grupo los más desarrollados hasta el momento son los denominados Indicadores de Tiempo Temperatura (TTI), los que pueden dividirse en tres grupos: 1. Los Indicadores de temperatura crítica (CTI) dan respuesta sólo si una temperatura de referencia a la cual fueron programados es sobrepasada en algún punto de la cadena de distribución 2. Los Indicadores tiempo-temperatura crítica (CTTI) entregan           


tiempo-temperatura acumulado sobre una temperatura crítica 3. Los Indicadores o integradores tiempo-temperatura (TTI) miden tanto la temperatura como el tiempo y los integran en un solo resultado visual Existen otros muchos tipos de sistemas de envasado activo o inteligente que quedan fuera del alcance de este texto. Preguntas de autocontrol

1. ¿Cómo debe contribuir un envase a las expectativas del consumidor? 2. ¿Qué quiere decir la frase “El envase es un vendedor silencioso”? 3.           en un envase primario y en un envase secundario. 4.           en un envase primario y en un envase secundario.

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5. ¿En qué se parecen o diferencian la función comportamiento durante la elaboración del alimento, con la función comportamiento durante el uso del producto? 6. ¿Cuál o cuáles de las funciones de un envase se relacionan con la durabilidad de un alimento y cómo lo hacen? 7.        8. Describe la estructura típica de la hojalata y la función de cada uno de sus elementos. 9. Haga un listado de las características comunes a todos los envases metálicos. 10. Cite y explique algunas características diferenciantes de hojalata, la chapa negra y el aluminio como materiales de envase. 11. ¿Qué importancia tiene el compuesto sellador en garantizar la hermeticidad de una lata sanitaria? 12. ¿Cuáles son los componentes esenciales de los envases de vidrio? 13. ¿Qué otros componentes pueden incorporarse y con qué objetivo? 14. Describa las partes estructurales de un envase de vidrio. 15.              vidrio? 16. ¿Qué importancia tienen el hombro y el asiento en el comportamiento del envase? 17.           de un material plástico? 18. Los materiales plásticos se nombran a partir de un polímero constituyente. Si decimos que un envase es de polipropileno o         

propiedades? 19. Si un material presenta buena barrera al oxígeno, ¿será también buena barrera al vapor de agua? 20.           complejos? ¿Cuál es la razón de su uso? 21. ¿Cuál es la diferencia entre papel y cartón? 22.               


97

23. ¿Qué aspectos comunes y diferenciantes presentan los envases        

24. De los materiales de envase estudiados ¿cuáles permiten la interacción ambiente-producto? 25. De los materiales de envase estudiados ¿cuáles permiten la interacción envase-producto? 26. De los materiales de envase estudiados ¿cuáles permiten la interacción ambiente-envase? 27. De estas interacciones ¿todas serán siempre perjudiciales? Explique. 28.            no solo considerando el material con que ha sido elaborado?


98


3.1 ORÍGENES DE LA REFRIGERACIÓN El origen de la utilización del frío como técnica de conservación posiblemente se vincule a la práctica ancestral existente en muchos              

refrescar bebidas. Aunque se trata de una técnica que se remonta a los orígenes del hombre, no fue hasta 1860 que el físico francés Carré obtuvo una patente en la que proponía al amoníaco como refrigerante, que se sentaron las bases para la utilización industrial del frío que se concretó en 1895 al patentar Linde el primer proyecto realizable industrialmente         

fabriles. En la actualidad esta técnica se emplea ampliamente para extender el periodo de conservación de los alimentos perecederos y para . d e v r e s e r s t h g i r l l A . a l e r a V x i l é F l a i r o t i d E . 5 0 0 2 © t h g i r y p o C

  

A diferencia de otros métodos de conservación de alimentos, el empleo de temperaturas reducidas es capaz de conseguir que el sabor natural, el olor y el aspecto de los productos conservados apenas se diferencien de los productos frescos. Aunque los productos enlatados, ahumados, encurtidos, deshidratados, etc. también pueden ser excelentes desde el punto de vista nutricional, gozar de gran aceptación y ser inocuos para la salud del consumidor, se diferencian notablemente de los géneros frescos; mientras que los productos conservados por disminución de la temperatura se mantienen por un tiempo (variable según el producto y el tratamiento) sin presentar alteraciones notables con relación al producto fresco, si bien una vez extraídos del ambiente refrigerado deben ser consumidos con rapidez, por lo que es necesario garantizar una cadena de frío que abarca almacenamiento, transporte, venta mayorista y minorista y al propio consumidor.


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Al inicio de la refrigeración industrial, los equipos eran voluminosos,             

la producción de hielo y la conservación de carnes. Hoy día esta situación ha cambiado y posiblemente la refrigeración sea la forma de conservación de alimentos más empleada a escala mundial, si incluimos la refrigeración doméstica.

3.2 FACTORES QUE INFLUYEN EN LA CONSERVACIÓN DE ALIMENTOS POR TEMPERATURAS REDUCIDAS Es sabido que el deterioro de los alimentos frescos se retarda mediante su almacenamiento a bajas temperaturas, debido a que su pérdida de calidad es ocasionada por cambios que ocurren en ellos por alguno de los siguientes factores o una combinación de estos:  El metabolismo del tejido vivo  La actividad enzimática y química  El ataque de microorganismos

Todo lo cual se interrelaciona con otros factores como actividad de agua, acidez, pH, concentración de oxígeno, temperatura. Así, existen alimentos que típicamente necesitan refrigeración. Algunos ejemplos son los siguientes:  Lácteos: Yogurt, queso, cremas, mantequilla, etc.  Cárnicos: carnes de res, cerdo, aves, pescados, embutidos de   


 Pastas  Vegetales  Huevos  Aliños y aderezos: Mayonesa, salsa rusa, mostaza, catsup, etc.  Margarina  Alimentos listos para comer: pizzas, sándwich, etc.  Productos de masa refrigerados: croissant, bizcochos, etc.  Pastas y postres: pastel, pudín, etc.  Jugos de frutas y bebidas: jugo de naranja, de manzana, etc.

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El empleo de la refrigeración disminuye el efecto de deterioro que poseen estos factores. No obstante, esto no quiere decir que sea posible su inhibición completa y por tanto durante el almacenamiento ocurrirán cambios inducidos por estos factores. Algunos aspectos generales a tener en cuenta son: 3.2.1 Metabolismo celular          

por medio de complejas reacciones bioquímicas muy controladas, que suministran la energía y los elementos para el crecimiento y el mantenimiento de las funciones vitales que requieren los organismos          

muy alta para cada reacción particular

Las frutas y vegetales frescos son tejidos vivos en los cuales se mantienen los procesos vitales durante su almacenamiento y distribución, y pueden llegar durante el periodo postcosecha a la maduración o senescencia en dependencia del tiempo y condiciones de almacenamiento. Para cada producto existirá una temperatura óptima en la cual el metabolismo será retardado sin que el producto se afecte. Por encima de esta temperatura o rango de temperaturas, el metabolismo se acelera, acortándose el periodo de almacenamiento posible; mientras que por            


de una desorganización del metabolismo y la aparición de daños en las células, que pueden llegar a la muerte del tejido, sin que se desactive el sistema enzimático. 3.2.2 Actividad enzimática

Las carnes frescas no son más que tejidos muertos cuyo metabolismo ha cesado con la muerte del animal, aunque en las primeras horas después          

de calor de los canales. Cualquier actividad metabólica observada será resultado de la microbiota contaminante de los tejidos y de la actividad inducida por el sistema enzimático, como puede ser cambios de pH, oxidaciones, autolisis, etcétera.


101

3.2.3 Ataque de microorganismos

En principio los microorganismos son capaces de atacar cualquier tipo de alimento, aunque unos sean más susceptibles que otros. La acción microbiana sobre los alimentos se realiza por medio de enzimas que reducen los sustratos alimenticios a compuestos más simples que pueden ser incorporados por la célula microbiana, excretando posteriormente sustancias de desecho que pueden tener diversos efectos sobre el producto. El resultado neto de esta acción es el deterioro de los alimentos, con la posibilidad de que estos se conviertan en perjudiciales para la salud del hombre. Este deterioro puede ser lento o puede tener lugar rápidamente. Por ejemplo el pescado fresco se deteriora a temperatura          

en esta velocidad como son, entre otros:

 Actividad de agua: Como regla general, a mayor actividad de

agua, mayor riesgo de deterioro.  Acidez: Algunos microorganismos, como los hongos, son muy tolerantes a la acidez, y encuentran sus condiciones óptimas de crecimiento a pH entre 4 y 6, aunque pueden crecer en un rango más amplio, incluso por debajo de pH 2. Las condiciones ácidas ligeras, con valores de pH aproximadamente 5 suponen las mejores condiciones para el crecimiento de levaduras y bacterias ácido lácticas, mientras que el resto de las bacterias, en general, crecen mejor a pH neutro.  Oxígeno: Los hongos son fuertemente aerobios, mientras que las levaduras crecen mejor en presencia de aire. Las bacterias por su parte, pueden ser aerobias, anaerobias o anaerobias facultativas. Esta últimas crecen mejor en condiciones aerobias, pero pueden crecer en condiciones anaerobias en medios adecuados.  Temperatura: Existen microorganismos que deterioran los alimentos en todo el rango de temperatura comprendido entre –10 °C y 70 °C. Los hongos y levaduras tienen su crecimiento óptimo alrededor de los 25 °C pero se han reportado crecimientos por debajo de los –7 y los –5 °C, respectivamente.


102


         

a la temperatura.

Figura 3.1 Termómetro de los alimentos                   

crecimiento. . d e v r e s e r s t h g i r l l A . a l e r a V x i l é F l a i r o t i d E . 5 0 0 2 © t h g i r y p o C

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entre los 49 °C y 60 °C (120 a 140 °F), pudiendo alcanzar crecimiento aún por encima de 60 °C, en el rango de 95 a 160 °F (71 °C).          

45 °C (con mayor frecuencia entre 30 y 40 °C). Se considera el grupo más numeroso entre las bacterias, al que pertenecen gran número de los microorganismos patógenos y transmisores de enfermedades a través de los alimentos.

Si la temperatura disminuye, por debajo del valor óptimo, la velocidad de crecimiento se reduce e incluso alrededor de los 10 °C (que es la mínima temperatura de crecimiento) la multiplicación cesa. Bajo esas        

períodos de tiempo y volver a multiplicarse si las circunstancias se tornan nuevamente favorables. Incluso la congelación no los destruye a todos. Díaz, Torres, Raúl. Conservación de los alimentos, edited by López, Deborah Prats, Editorial Félix Varela, 2005. ProQuest Ebook Central, http://ebookcentral.proquest.com/lib/unadsp/detail.action?docID=3191636. La Habana: Created from unadsp on 2018-03-29 08:36:47. Editorial Félix Varela, 2009. -- ISBN 978-959-07-1293-7

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       

para los cuales se ha reportado crecimiento incluso a temperaturas de –10 °C, requiriendo meses para producir colonias visibles a esa temperatura. Sin embargo a 0 °C se puede obtener una gran población en solo una semana. La tabla 3.1 nos muestra la temperatura mínima de crecimiento para algunos microorganismos de interés. Tabla 3.1 Temperatura mínima de crecimiento para algunos microorganismos de interés

3.2.4 Efecto de la temperatura . d e v r e s e r s t h g i r l l A . a l e r a V x i l é F l a i r o t i d E . 5 0 0 2 © t h g i r y p o C

El metabolismo y la actividad enzimática son esencialmente un conjunto de reacciones químicas y bioquímicas, y consecuentemente un cambio de temperatura generará un cambio en la velocidad de esas reacciones. Generalmente, una disminución de temperatura provoca una disminución de la velocidad de reacción y por tanto del deterioro de los alimentos. Por otra parte, reduciendo la temperatura por debajo del valor óptimo para el crecimiento de los microorganismos, se reducirá también la velocidad de descomposición de los alimentos. No puede inferirse, sin embargo, que cuanto más baja sea la temperatura, mayor será el tiempo de almacenamiento, pues a cada alimento le corresponde un rango óptimo de temperatura de almacenamiento, por encima o por debajo del cual el tiempo de almacenamiento se acorta. En el caso de la congelación, esta ocurre cuando los alimentos son          

el desarrollo de la mayoría de los microorganismos del deterioro, pero la actividad enzimática solo se encuentra retardada y los alimentos

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pueden deteriorarse en almacenamientos prolongados, por ejemplo a–7 °C . Por esta razón en la producción de muchos alimentos congelados, particularmente vegetales, las enzimas se destruyen mediante un ligero tratamiento térmico preliminar llamado “escaldado” o en ocasiones, “blanqueo”. De esta forma, los productos congelados se hacen más estables, pero el deterioro aún se mantiene, debido a la interacción química entre los constituyentes de los alimentos y entre estos constituyentes y el medio ambiente, principalmente con el oxígeno, cuando el aire entra en contacto con el material congelado. Igualmente pueden ocurrir procesos físicos de deterioro, por ejemplo cambios en el           

Cada uno de estos procesos tiene su propia velocidad de reacción, la cual es dependiente de múltiples factores. En términos generales, un aumento de temperatura implica un aumento de la velocidad de reacción y la proporción en que ocurre dicho aumento, es aproximadamente              Q10) indicador del efecto del cambio de temperatura sobre la velocidad de reacción. Mayor valor de Q10 indica que la reacción es

más susceptible a los cambios de temperatura. Matemáticamente, este    Q10 

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ratura, se considera que para la mayoría de los procesos biológicos

               . d e v r e s e r s t h g i r l l A . a l e r a V x i l é F l a i r o t i d E . 5 0 0 2 © t h g i r y p o C

reacción, en sentido general, duplica o triplica su velocidad cada vez que la temperatura aumenta 10 °C. Como estas reacciones, en términos          

se puede inferir que la vida útil de estos se prolonga 2 o 3 veces por cada 10 °C que disminuye la temperatura. Si se toma un valor promedio de 2,5, se puede esperar que la mayoría de los alimentos se pueden conservar a 0 °C durante un tiempo superior 15 veces al que se pueden mantener si se almacenan a 30 °C. Esto es aproximadamente cierto, siempre y cuando la reacción fundamental de deterioro no cambie.           

los procesos químicos aumenta fuertemente en las proximidades del punto de congelación. Por ejemplo, en el caso de los pescados, ellos pueden almacenarse a 0 °C por un tiempo mucho más largo que a 1 °C, y a – 1°C por un tiempo mucho más largo que a 0 °C. En algunas

         

superpuestas son tan diferentes entre sí que al aproximarse a 0 °C, se

          Díaz, Torres, Raúl. Conservación de los alimentos, edited by López, Deborah Prats, Editorial Félix Varela, 2005. ProQuest Ebook Central, http://ebookcentral.proquest.com/lib/unadsp/detail.action?docID=3191636. La Habana: Created from unadsp on 2018-03-29 08:36:47. Editorial Félix Varela, 2009. -- ISBN 978-959-07-1293-7

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la aparición de las denominadas enfermedades de conservación por frío. Un ejemplo inocuo de lo anterior puede ser la aparición de un sabor dulce en las papas almacenadas a temperaturas inferiores a 4 °C, pero a menudo los perjuicios pueden ser mucho más serios y la magnitud de la afectación podría estar relacionada con la forma de utilización de las bajas temperaturas. 3.2.5 Refrigeración y congelación

En la conservación de alimentos se distinguen convencionalmente dos tipos de actividades: la refrigeración y la congelación, diferenciándose ambas en cuanto al periodo de tiempo por el cual se conservan los alimentos, el grado de preservación de las características originales del producto, el rango de temperatura empleado y como consecuencia de esto, el estado físico en que se encuentra el agua contenida en los alimentos.  Refrigeración

La refrigeración implica eliminar del alimento tanto el calor sensible como el metabólico, manteniendo la temperatura por encima del punto de congelación, sin por supuesto eliminar calor latente debido a la congelación del agua presente en el producto. En muchos casos se puede obtener un incremento          

la composición de la atmósfera que rodea al producto, generalmente mediante la reducción del contenido de oxígeno y un incremento del contenido de CO2 en relación con el aire normal. De esta forma se retarda tanto el metabolismo de los tejidos propios del alimento como el crecimiento bacteriano, por lo que los productos pueden ser almacenados de algunas semanas a varios meses, con una afectación muy pequeña de su calidad, dependiente del tipo de alimento almacenado.  Congelación Durante la congelación los alimentos son enfriados hasta


       

hielo la mayor parte del agua presente en ellos. Frecuentemente la calidad sufre con la congelación, pero con una buena y cuidadosa aplicación del procedimiento estas afectaciones pueden ser minimizadas y el alimento se puede mantener en condiciones adecuadas por un año o más. Las temperaturas necesarias para garantizar esto varían considerablemente con el tipo de alimento.

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Sin embargo, ambas técnicas tienen en común que utilizan un ciclo de refrigeración para disminuir la temperatura del producto. Esto           

elementos, existe una sustancia que cambia periódicamente su estado físico, pasando por diferentes etapas pero concluyendo siempre en las condiciones originales: a esta sustancia la denominamos sustancia refrigerante o simplemente refrigerante.

Debe aclararse que aunque la refrigeración y más aún la congelación, destruyen o al menos inhiben, parte de los microorganismos, no los eliminan por completo y que de ninguna manera la conservación a temperaturas reducidas puede ser considerada una técnica de eliminación de microorganismos Por esto, ellos pueden multiplicarse cuando el alimento se encuentre expuesto a temperaturas adecuadas para su reproducción o germinación, según se trate de formas viables o esporuladas. De esta forma, para que la conservación a temperaturas reducidas garantice la inocuidad de los alimentos deben cumplirse tres requisitos: 1. Partir de un alimento sano. Los alimentos han de ser de buena calidad higiénica, por lo que deben ser inspeccionados en la           


calidad correspondientes. Se deben respetar además las normas de manipulación y almacenaje exigiendo las condiciones adecuadas de higiene tanto a los operarios durante la manipulación, como en las instalaciones. 2. En establecimientos tales como los mataderos de la industria cárnica y centros de elaboración de productos lácteos, el enfriamiento se debe aplicar de modo inmediato nada más obtenida la materia prima o producto, para no dar opción a la multiplicación de los microorganismos que pudieran existir, ya que no es posible pensar en un nivel de contaminación cero. 3. La cadena de frío no se debe interrumpir nunca. Ésta ha de ser constante desde que se obtiene el alimento y durante su almacenamiento, transporte y comercialización como única vía para que llegue en óptimas condiciones a manos de los consumidores, ya sean sociales (restaurantes, centros de elaboración de comida, procesos industriales) o individuales (hogares). Cuando los alimentos hayan sido descongelados para su consumo, no deben volver a congelarse. La mejor opción es cocinarlo y consumirlo en breve o procesarlo, según el destino que tenga.


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3.2.5.1 Ciclo de refrigeración

Lo que ha permitido verdaderamente la aplicación masiva de la refrigeración en la conservación de alimentos ha sido la invención de las técnicas de refrigeración mecánica, para lo cual el hombre previamente tuvo que desarrollar una serie de conceptos, basados en observaciones empíricas. Por ejemplo, cuando salimos del mar, notamos que el cuerpo se enfría como resultado de la evaporación del agua, pues el calor necesario para evaporar el agua es tomado de nuestro cuerpo. Este principio de enfriamiento es útil en otras aplicaciones: al envolver una botella de vino en un paño húmedo, esta se enfría debido a que la vaporización del agua hacia el ambiente requiere de energía y, al             

interior se enfriará.


Existen otros líquidos que se enfrían más rápidamente que el agua como el éter, el alcohol o el amoníaco. Este efecto de enfriamiento está relacionado con la presión de vapor del líquido y en general con su naturaleza y el estado termodinámico en que se encuentra: un líquido que se evapora absorbe calor, mientras que un vapor que se comprime aumenta su temperatura, pero puede ser llevado a la presión original por expansión, con la consiguiente disminución de temperatura. Para aplicar estos conceptos a la refrigeración se requerían dispositivos mecánicos capaces de obligar a la sustancia refrigerante a cambiar de estado. Una vez que el hombre inventó dispositivos mecánicos para impartir movimiento, desarrolló máquinas para la aplicación de fuerza. La habilidad de con vertir la energía eléctrica en energía mecánica permitió el desarrollo de las bombas y compresores y esto unido a los conocimientos sobre gases y vapores que permiten la selección del refrigerante adecuado, permitió el desarrollo de la refrigeración mecánica. De manera general, se puede decir que refrigerante es cualquier sustancia que actúa como agente de enfriamiento al absorber calor de un cuerpo, pero desde el punto de vista de un ciclo de refrigeración el refrigerante es la sustancia de trabajo del ciclo, la cual sufre cambios de estado producidos por la absorción o entrega de calor, según corresponda. La refrigeración puede ser llevada a cabo por absorción o por compresión, siendo esta última forma la más utilizada desde el punto de vista industrial. Los elementos mínimos para constituir un ciclo de refrigeración por compresión serían: El evaporador: es dentro del ciclo donde la sustancia refrigerante toma el calor (en forma fundamentalmente de calor latente). Generalmente se trata de un serpentín de tubos de acero o cobre, por cuyo interior viaja la sustancia refrigerante. El medio circundante que va a ser enfriado puede ser una cámara de refrigeración o un depósito de

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agua o salmuera, que posteriormente serán empleados para enfriar un determinado producto. En una cámara de almacenamiento, normalmente el refrigerante enfría el aire que circula por el interior de la cámara y este a su vez, al alimento y su envase. Además el refrigerante debe extraer el calor que constantemente está entrando a la cámara de almacenamiento por conducción-radiación a través de las paredes, piso y techo, por el uso de motores y sistemas de alumbrado, por la entrada y salida de operarios a la cámara, por el movimiento de aire y eventualmente por la entrega de energía para llevar a cabo el descarche del sistema, cuando se forme      

El compresor: esencialmente, es un intercambiador de calor y es dentro del ciclo donde la sustancia refrigerante recibe el trabajo necesario para transformarse en un gas sobrecalentado y elevar por medio de la compresión su temperatura hasta un valor tal que le permita a su vez ceder el calor absorbido en el evaporador. Es el elemento mecánico fundamental de la “producción de frío” realizando dos funciones: a)             que lo requieran. b) Aumenta la presión del refrigerante para que este pueda realizar los pasos termodinámicos del ciclo, manteniendo una presión de         

una baja temperatura de vaporización. . d e v r e s e r s t h g i r l l A . a l e r a V x i l é F l a i r o t i d E . 5 0 0 2 © t h g i r y p o C

La capacidad del compresor depende de la cantidad de refrigerante, pero también de las condiciones de operación, pues no puede perderse de vista que una unidad de masa de refrigerante ocupa más volumen mientras más baja sea la presión. El condensador: es el otro intercambiador de calor del sistema y es dentro del ciclo donde la sustancia refrigerante cede el calor absorbido del alimento y el medio de la cámara de almacenamiento. Su función por tanto es enfriar y condensar los vapores obtenidos a la salida del compresor, obteniéndose un líquido que puede ser almacenado para         

Toda la energía recibida por el refrigerante debe ser extraída en el condensador. Para esto, recibe los vapores procedentes del condensador           

licuarse a temperaturas ordinarias. Normalmente, el valor de la temperatura en esta etapa es superior a la temperatura ambiente lo que posibilita que el calor sea cedido al ambiente. Díaz, Torres, Raúl. Conservación de los alimentos, edited by López, Deborah Prats, Editorial Félix Varela, 2005. ProQuest Ebook Central, http://ebookcentral.proquest.com/lib/unadsp/detail.action?docID=3191636. La Habana: Created from unadsp on 2018-03-29 08:36:47. Editorial Félix Varela, 2009. -- ISBN 978-959-07-1293-7

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Aunque existen muchos tipos y diseños de condensadores para refrigeración, los más comunes son: a) Serpentín con aletas y enfriamiento por aire (tanto para la refrigeración industrial como doméstica). b) Intercambiador de tubo y coraza con enfriamiento por agua (refrigeración doméstica). La temperatura del refrigerante a la entrada del condensador se sitúa aproximadamente 5 oC por encima de la temperatura de salida del agua del condensador, pudiendo calentarse el agua entre 5 y 12 oC. En la condensación por aire, la temperatura de condensación será entre 7 y 8 oC superior a la temperatura de salida del aire, calentándose este de 5 a 6 oC, lo que implica que la temperatura de condensación sea aproximadamente 15 oC superior a la de ambiente.


La válvula de expansión: es dentro del ciclo de refrigeración donde la sustancia refrigerante se expande para alcanzar nuevamente la presión inicial y volver a entrar al evaporador para iniciar un nuevo ciclo. Generalmente se encuentra acoplada con un recibidor donde se recoge el líquido proveniente del condensador, el cual se mantiene parcialmente lleno, con una atmósfera en equilibrio de vapores del refrigerante. El recibidor se mantiene a la presión de alta, debido al estrangulamiento que produce la válvula de expansión, en la línea de salida del recibidor. Al pasar a través de la válvula de expansión el refrigerante sufre una expansión que puede ser a entalpía constante, produciendo una mezcla líquido-vapor que es la que entra al evaporador para reiniciar el ciclo de refrigeración.            

la sustancia refrigerante pueda realizar un ciclo de refrigeración típico.

Figura 3.2 Elementos mínimos de un ciclo de refrigeración

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El paso del refrigerante por el evaporador hace que éste alcance la condición de vapor saturado o sobresaturado y entre en esa condición al compresor. Si este fuera ideal, el proceso de compresión sería isentrópico, pero en la realidad esto no ocurre. Sin embargo, el          

alcanzar la misma presión de salida, en un compresor real se requiere lograr una temperatura mayor que en el ideal y por tanto se requiere entregar mayor cantidad de trabajo. Por tanto, el vapor que sale del compresor es un vapor sobrecalentado (su temperatura es superior a la de saturación a la presión de salida del compresor) y deberá ser enfriado en el condensador hasta vapor saturado, antes de empezar a condensarse para obtener un líquido saturado o subenfriado. Pero este líquido tiene una presión demasiado alta por lo que pasa a través de una válvula de expansión para alcanzar nuevamente la presión de entrada al evaporador y cerrar al ciclo. Si esta válvula de expansión fuera ideal, el proceso de expansión sería isentrópico, pero en la realidad esto no ocurre. Pero la válvula de expansión sí puede trabajar adiabáticamente

            

real es más rica en vapor que la que se obtendría en un ciclo ideal. Como la cantidad de vapor que puede absorber una sustancia dada es función directamente de la masa que se vaporiza, es obvio entonces que en un ciclo real se requiere mayor cantidad de refrigerante que la que se requiere en un ciclo ideal.

           


del frío estimuló el desarrollo de la industria de refrigeración y con ella la búsqueda de sustancias refrigerantes de uso industrial. A principios del siglo XX solo se contaba con unas pocas sustancias refrigerantes y todas ellas con serias desventajas y problemas. El amoníaco y el dióxido de azufre son tóxicos, el éter es anestésico y          

poco peligroso, tiene una elevada presión de vapor, que requiere el uso de recipientes y tuberías de paredes gruesas, además de propiedades termodinámicas inadecuadas. No obstante en ocasiones se emplean bloques de dióxido de carbono (hielo seco) para mantener bajas temperaturas. A pesar de su naturaleza tóxica y de que puede ser           

de empleo industrial, tal vez porque su costo es relativamente bajo y sus propiedades termodinámicas cumplen los requisitos de diseño de          

el amoníaco no puede entrar en contacto con el cobre o sus aleaciones, aunque puede emplearse si se utilizan metales ferrosos. El amoníaco afecta la calidad de los alimentos si entra en contacto con ellos. Díaz, Torres, Raúl. Conservación de los alimentos, edited by López, Deborah Prats, Editorial Félix Varela, 2005. ProQuest Ebook Central, http://ebookcentral.proquest.com/lib/unadsp/detail.action?docID=3191636. La Habana: Created from unadsp on 2018-03-29 08:36:47. Editorial Félix Varela, 2009. -- ISBN 978-959-07-1293-7

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Las propiedades indeseables de los primeros refrigerantes condujeron a la búsqueda de compuestos más seguros y de mayor utilidad, libres o casi            

se descubrió que un grupo de compuestos conocidos como hidrocarburos             

propiedades positivas que los convertían en excelentes refrigerantes.         

conocido como refrigerante 12, hasta hace poco el más conocido y empleado de estos compuestos. Estos refrigerantes han recibido variados nombres comerciales como: Arctón, Fréon, etc. Sin embargo a            

de ozono, por lo que su empleo ha sido prohibido en numerosos países y se ha erradicado su uso en la construcción de nuevas plantas.

De lo anterior se desprende que para que una sustancia pueda ser empleada como refrigerante, tiene que ser capaz de realizar el ciclo termodinámico bajo las condiciones de operación del sistema. Esto es: la sustancia refrigerante tiene que poseer un equilibrio líquido vapor dentro de todo el rango de temperaturas del ciclo de refrigeración. Teóricamente pueden existir muchas sustancias

capaces de cumplir con este precepto, pero solo podrán ser utilizadas como refrigerantes aquellas que cumplan con la mayoría de una serie

           

selección de un refrigerante nos basaremos entonces en las siguientes características: 3.2.5.2 Características deseables en los refrigerantes . d e v r e s e r s t h g i r l l A . a l e r a V x i l é F l a i r o t i d E . 5 0 0 2 © t h g i r y p o C

Presión de trabajo: preferentemente moderada a baja, para evitar costos excesivos por el grosor de las tuberías, sin embargo debe estar por encima              

empleo de presiones elevadas de trabajo en el condensador, por encima del rango de 25 a 28 kg/cm 2 requiere el empleo de materiales extra         

Temperatura de trabajo: el refrigerante debe tener su temperatura crítica por encima de la temperatura ambiente y su punto de congelación muy por debajo de cualquier temperatura a la cual pudiera opera el evaporador. La mayoría de los refrigerantes comerciales tienen temperaturas críticas por encima de los 93 oC.            

utilicen sean más económicos y ocupen menos espacio.

112


Costo: lo más barato posible.       

Corrosivo: no debe ser corrosivo Toxicidad: aunque el refrigerante no debe entrar en contacto ni con el alimento ni con el personal de la planta, es una medida de precaución recomendable que no sea tóxico, debido a la posibilidad de fugas en el sistema. En el caso de que existiera una fuga es aconsejable que esta pueda ser detectada con facilidad. Calor latente: mientras más alto sea este valor, menor masa de refrigerante se necesita para obtener el mismo efecto de enfriamiento. Propiedades para la transferencia de calor: el refrigerante debe tener buenas propiedades de transferencia de calor, o sea el valor de su            

posible. Esta es una propiedad que depende tanto de las propiedades físicas del refrigerante como de las condiciones de trabajo.                   


Inerte y estable: aunque el refrigerante no debe entrar en contacto ni con el alimento ni con el personal de la planta, él no debe reaccionar (debe ser inerte) con los materiales con los que se pone en contacto (por ejemplo partes metálicas, aceite lubricante) pero además no debe sufrir cambios en su estructura o composición debidos a las variaciones periódicas a que se ve sometido (debe ser estable). Además debe ser inocuo para los aceites lubricantes, pues no debe alterar la acción de lubricación. Gran resistencia dieléctrica: el refrigerante no debe ser conductor de la electricidad pues eventualmente esto podría conducir a accidentes. Ser ecológico: el uso del refrigerante no debe afectar el medio ambiente. Un refrigerante que cumpliera todos esos requisitos sería un refrigerante ideal. En la práctica la mayoría de los refrigerantes industriales cumplen con la mayoría de esos requisitos (no con todos) y su selección depende de los criterios que se sigan en un momento dado, aunque para las instalaciones de gran envergadura (por ejemplo cervecerías, naves de refrigeración), generalmente se utiliza el amoníaco, por su volumen             


113

       

por las que no se utiliza como refrigerante doméstico.

Ejemplos de otros refrigerantes de uso industrial que no cumplen algunos de los requisitos deseados:       Bióxido de azufre y cloruro de metilo: tóxicos  Freones: destruyen la capa de ozono  Dióxido de carbono: alta presión de saturación y bajo volumen          

por lo que se ha descontinuado su uso.

Es necesario considerar que el desarrollo actual de la conservación de alimentos por temperaturas reducidas, incluida la necesidad de lograr en ocasiones enfriamientos o incluso congelación, muy rápidos, ha llevado a la práctica de utilizar los denominados líquidos criogénicos, que no son otra cosa que gases licuados. Entre los más empleados está el nitrógeno líquido, aplicado por inmersión o por duchado. Es fácil comprender de todo lo anteriormente expuesto, que las pro              El calor latente de evaporación  La relación de compresión            . d e v r e s e r s t h g i r l l A . a l e r a V x i l é F l a i r o t i d E . 5 0 0 2 © t h g i r y p o C

de vapor

Por las excelentes propiedades en este sentido de los hidrocarburos halogenados, estos han ocupado un papel importante como refrigerantes en los procesos de refrigeración, no solo para la conservación de alimentos, sino también para otras actividades domésticas o industriales. En la actualidad existen tres tipos de refrigerantes de la familia de los hidrocarburos halogenados: CFC       genado, no contiene hidrógeno en su molécula química y por lo tanto es muy estable, lo que hace que permanezca durante largo tiempo en la atmósfera afectando seriamente la capa de ozono y es una de las causas del efecto invernadero. Como ejemplos se pueden señalar los refrigerantes R-11, R-12, R-115. Está prohibida su fabricación desde 1995.

114


HCFC          con átomos de hidrógeno en su molécula. La presencia de hidrógeno         

la parte inferior de la atmósfera y no llegará a la estratosfera. Posee un potencial reducido de destrucción de la capa de ozono. Su desaparición está prevista para el año 2015. Como ejemplo se puede señalar al refrigerante R-22.

HFC          átomos de hidrógeno sin potencial destructor del ozono dado que no contiene cloro. Como ejemplos se pueden señalar los refrigerantes R-134a y R-141b.

Los nuevos refrigerantes (HFC) tenderán a sustituir a los CFC y HCFC.                    

por un código adoptado internacionalmente siguiendo las siguientes reglas: el código va precedido de una R y a continuación aparecen unas cifras relacionadas con la fórmula química del refrigerante que indican lo siguiente:  La primera cifra de la derecha en los compuestos que carezcan   . d e v r e s e r s t h g i r l l A . a l e r a V x i l é F l a i r o t i d E . 5 0 0 2 © t h g i r y p o C









de Br indica el número de átomos de F en sus moléculas. La segunda cifra de la derecha es el número de átomos de hidrógeno más uno. A la izquierda de la anterior se indica con otra cifra el número de átomos de C-1. R-(C-1)-(H+1)-(F). Si la molécula contiene átomos de bromo se procede según lo visto añadiendo luego a la derecha una B seguida del número de dichos átomos. Los derivados cíclicos se expresan según la regla general, encabezándolos por una C a la izquierda del número del refrigerante. Los compuestos no saturados siguen las mismas reglas anteponiendo el número 1 como cuarta cifra contada desde la derecha. Las mezclas determinadas de refrigerantes o mezclas azeotrópicas (disolución de 2 o más líquidos cuya composición no cambia por destilación) se expresan por las denominaciones de sus componentes intercalando entre paréntesis el porcentaje


115

en peso correspondiente a cada uno. También pueden designarse por un número de la serie 500 completamente arbitrario.         

añadiendo a la cifra 700 el peso molecular de los compuestos. Por ejemplo, el amoníaco (NH3) que se denomina R-717 o el anhídrido carbónico (CO2), que se denomina R-744

A continuación se detallan algunos aspectos importantes del comportamiento de diferentes refrigerantes. Tabla 3.2 Comparación de las propiedades de algunos refrigerantes * medido en cm. de Hg de vacío. . d e v r e s e r s t h g i r l l A . a l e r a V x i l é F l a i r o t i d E . 5 0 0 2 © t h g i r y p o C

Amoníaco            

encuentra entre los más empleados en instalaciones industriales de gran capacidad. Algunas de sus características son:

                   

humedad se vuelve corrosivo para los metales no ferrosos como el cobre y el latón.           

de masa, sus fugas son fáciles de detectar, es fácil de conseguir y es el más barato de los que se emplean con mayor frecuencia. Posee buena             

116


Para las instalaciones industriales de gran capacidad, que cuentan normalmente con personal experimentado y donde su naturaleza tóxica es de poca importancia, constituye un refrigerante ideal.

3.3 CAPACIDAD DE REFRIGERACIÓN No basta saber cuáles son los elementos que integran un ciclo de refrigeración, sino que es necesario conocer cómo calcular los requerimientos de la instalación donde se empleará el sistema de refrigeración. Al calcular la capacidad de refrigeración necesaria para        

etapas.

Una etapa primaria en la que el producto es enfriado desde la temperatura de entrada a la cámara (posiblemente, aunque no necesariamente, la temperatura ambiente) hasta la temperatura de almacenamiento, que puede ser de refrigeración o congelación. Existe una temperatura de almacenamiento óptima para cada producto, que depende de sus características (por ejemplo su sensibilidad a los daños por frío) y del tiempo de almacenamiento deseado. Una etapa secundaria en la que ocurre el almacenamiento del producto propiamente dicho, donde el objetivo no es enfriar el producto, sino lograr mantener la temperatura de almacenamiento alcanzada. Sin embargo en esta etapa la tendencia del sistema es


al aumento de temperatura debido a la penetración de calor desde el exterior a través de las diferentes posibilidades (ver en los componentes del sistema el evaporador) y por tanto el sistema de refrigeración solo tendrá que extraer el calor externo, excepto para aquellos productos que mantengan una actividad vital (calor metabólico). El valor de este calor

          

la temperatura de almacenamiento empleada.

Así, la distribución de la carga calórica será diferente de una etapa a otra, tal como se muestra en la Tabla 3.3. Tabla 3.3 Distribución de la carga calórica


117

* en dependencia de la existencia o no de calor metabólico

Obviamente, la cantidad de calor que tiene que extraer un ciclo de refrigeración está estrechamente asociada al uso de materiales aislantes en la cámara de refrigeración. La función del aislante es disminuir la entrada de calor a través de paredes, piso y techo, por lo que debe reunir una serie de propiedades. Un aislante ideal debe ser:  De baja conductividad térmica  Ligero y no higroscópico (de preferencia impermeable al agua)  Imputrescible e inodoro  Neutro frente a materiales de albañilería, plásticos, etc.     Plástico para que resista deformaciones sin romperse  Resistente a la compresión (sobre todo el que se emplea en el

suelo)  Resistente al ataque de roedores


Un problema que se presenta en la explotación de la cámara refrigerante es que el vapor de agua tratará de pasar desde el exterior de la cámara hacia el interior, a través de las paredes. Si la temperatura interior es de congelación, este vapor se congelaría dentro del aislante, y podría empujarlo fuera de la pared. Para garantizar que el aislante no se humedezca (a no ser que el aislante en sí mismo sea totalmente no higroscópico, como el caucho o la ebonita expandidos), se utiliza un sello de vapor, aplicado del lado caliente, que puede presentarse en forma de hojas o como emulsiones, Los primeros tienen la ventaja de un espesor más regular y por tanto una permeabilidad al vapor de agua más conocida, pero presentan la desventaja de la existencia de juntas, mientras que los segundos no presentan juntas pero es más difícil controlar el espesor. Como en la práctica, los aislantes en general poseen poca resistencia             

revestimientos que los protejan de la humedad debida al lavado de paredes o a la inclemencia del tiempo. Estos revestimientos deben poseer las siguientes propiedades.  Resistencia mecánica a los choques

 Estabilidad dimensional que permita la absorción de los esfuerzos

118

debidos a los cambios de temperatura


 Ausencia de olores  Fácil limpieza  Incombustibilidad

3.3.1 Cálculo de la capacidad de refrigeración

Al calcular la capacidad de refrigeración necesaria para una instalación de almacenamiento de alimentos, es necesario considerar dos fuentes de energía:  Calor del alimento  Calor externo

Calor del alimento, puede desglosarse en cuatro fuentes diferentes: 1. Calor sensible por encima del punto de congelación Es la cantidad de energía que se debe extraer debido a la diferencia entre la temperatura de entrada del alimento y su temperatura de congelación; si este se almacena por debajo del punto de congelación o Textraer debido a la diferencia entre la temperatura Q =semcp el calor que debe de entrada del alimento y la temperatura de almacenamiento, si esta se encuentra por encima del punto de congelación. Se puede evaluar como:


El valor de c p es propio de cada alimento y generalmente se encuentra tabulado (ver Anexo 7), siendo necesario distinguir entre el valor de c p por encima y por debajo del punto de congelación. En caso de no encontrarse tabulado, se puede hacer una aproximación, mediante las fórmulas: Por encima del punto de congelación c p = [0,008 (%H) +0,2] kcal / kg

o

C

Por debajo del punto de congelación c = [0,003 (%H) +0,2] kcal / kg oC p

Para el calor de cambio de fase por unidad de masa


119

= 0,8 (%H) kcal / kg También puede utilizarse la expresión: Q = m  H

Para el caso de la entalpía, los valores pueden encontrarse en tablas o              

un valor absoluto, sino un valor relativo considerando un cierto estado de referencia, no pueden mezclarse libremente datos provenientes de diferentes fuentes. 2. Calor sensible por debajo del punto de congelación Es la cantidad de energía que se debe extraer debido a la diferencia entre la temperatura de congelación del alimento y su temperatura de almacenamiento, si este se almacena por debajo del punto de congelación (ver Anexo 7). Se puede evaluar como: Q = mcp  T o Q = m  H

3. Calor de cambio de fase Es la cantidad de energía que se debe extraer para que ocurra la congelación del agua del alimento. Se puede evaluar como: Q = m  o Q = m  H

En el caso de evaluarse como  H, generalmente se calcula desde la temperatura inicial hasta la de almacenamiento, y va incluido en el cálculo el calor de cambio de fase. . d e v r e s e r s t h g i r l l A . a l e r a V x i l é F l a i r o t i d E . 5 0 0 2 © t h g i r y p o C

El valor del calor de cambio de fase (  ) es propio de cada alimento y no debe tomarse (a no ser de forma muy aproximada) el valor de  del agua pura, pese a que lo que realmente se congela es solamente el agua contenida en el alimento y aun así, no toda el agua, pues como se sabe, no toda el agua es congelable. 4. Calor metabólico Es la cantidad de energía que se debe extraer debido a la actividad metabólica de los alimentos, por tanto solo está presente cuando los alimentos presentan actividad vital, como sucede en el caso del almacenamiento de frutas y vegetales en condiciones de refrigeración. Este valor es altamente dependiente de la temperatura de almacenamiento, la cual a su vez es propia de cada producto y se encuentra tabulada (ver

120


Anexo). Generalmente se expresa como la cantidad de energía liberada (producto de la respiración del tejido celular) por unidad de masa de alimento y por día y se calcula multiplicando ese valor por la masa total de alimento almacenado.

La tabla 3.4 muestra algunos valores de interés, como ejemplo de la       

Tabla 3.4 Calor metabólico de algunos vegetales, a varias temperaturas Ejemplo 3.1


Una cámara de refrigeración fue diseñada para el almacenamiento de 24 toneladas de melones. Por necesidades de la producción se ha planteado utilizarla para conservar provisionalmente, 24 toneladas de limones y se desea conocer si esto podrá afectar el calor metabólico a extraer. Datos Melones

Talmac =4,5 oC 24 ton

En una tabla se busca el calor metabólico de ambos productos: qmmelones =540 kcal/kg

qmlimones=830 kcal/kg

Qm m  mm  qm m Qm m  24

000 kg  540 kcal/kg Qm m  12 960 000 kcal Díaz, Torres, Raúl. Conservación de los alimentos, edited by López, Deborah Prats, Editorial Félix Varela, 2005. ProQuest Ebook Central, http://ebookcentral.proquest.com/lib/unadsp/detail.action?docID=3191636. La Habana: Created from unadsp on 2018-03-29 08:36:47. Editorial Félix Varela, 2009. -- ISBN 978-959-07-1293-7

121

Limones

Talmac =15,5 oC

Qm l  ml  qm l Qm l  24

000 kg  830 kcal/kg Qm l  19 920 000 kcal 24 ton Solución: Cálculo del calor metabólico que hay que extraerle a los melones se realiza mediante la siguiente ecuación: El cálculo para los limones es mediante la misma ecuación: Respuesta: Se puede concluir que el calor metabólico a extraer de la cámara se afecta con el cambio del producto, o sea, el calor metabólico a extraer de los limones es 1,537 veces mayor que el de los melones. Calor externo: puede desglosarse en cuatro fuentes diferentes:


1. Calor de conducción Es la cantidad de energía que penetra a la cámara de almacenamiento a través de paredes, techo y piso, debido a la diferencia entre la temperatura de almacenamiento del alimento y la temperatura corregida (como la temperatura exterior varía durante el día, es necesario corregir su valor)           

Se puede evaluar como:

Q = A  T/  R o Q =UA  T

                        

temperatura exterior es la de un área climatizada, simplemente se toma el valor de temperatura correspondiente a dicha área.

Los valores de la conductividad térmica pueden encontrarse en el Anexo correspondiente. Igualmente en dicho Anexo se pueden          

construcciones típicas.

Para la corrección de la temperatura se utiliza la siguiente expresión

122


 T = Tme – Tmi, donde: Tme = 0,4 Tmin + 0,6 Tmax Tmin = valor medio de las temperaturas medias mensuales

Tmax = valor medio de las temperaturas máximas mensuales             

tabla 3.5:

Tabla 3.5 Corrección del valor de la temperatura exterior 2. Calor de irradiación Es la cantidad de energía que penetra a la cámara de almacenamiento a través de paredes, techo y piso, debido a la irradiación solar. Solo           

acción solar y es frecuente calcularla como una tolerancia (tabla 3.5) por temperatura que se adiciona al cálculo del calor de conducción. . d e v r e s e r s t h g i r l l A . a l e r a V x i l é F l a i r o t i d E . 5 0 0 2 © t h g i r y p o C

3. Calor humano


123

Es la cantidad de energía liberada por el personal que labora en el interior de la cámara en labores de estiba, mantenimiento, etc. Generalmente se

expresa como la cantidad de energía liberada por hora–hombre, la cual es función de la temperatura de almacenamiento del alimento. Tabla 3.6 Tolerancia a la irradiación solar ( oF) Tabla 3.7 Equivalente de calor por persona dentro del espacio refrigerado Ejemplo 3.2


Una cámara de refrigeración está diseñada para el almacenamiento de naranjas, como etapa de tránsito hacia el área de producción, por lo que cada día se renueva en 25 % del total del producto almacenado, mediante el trabajo de una brigada de 8 hombres, que trabajan 6 horas diarias dentro de la nevera. ¿Cuál será el valor del calor humano? Datos: Q h  f *  n*  t 8 hombres 6 h/día 48 h-hombres/día

Talmac =5oC f* =206 kcal/h-hombres

Q h  206 kcal/h - hombres * 48h - hombres/día Q h  9 888 kcal/día

124


Para calcular el valor del calor humano se utiliza la siguiente ecuación: Donde: f * es el calor equivalente a 5 oC n* * t son las h-hombres por día Entonces sustituyendo: 4. Calor eléctrico Es la cantidad de energía liberada por luces y motores en funcionamiento en el interior de la cámara.


En el caso del calor atribuible a los motores, generalmente se expresa multiplicando el número de kw - h o de HP- h por la cantidad de energía liberada por 1 kw - h o por 1 HP- h, atendiendo a la situación del motor con relación a la cámara de almacenamiento, de acuerdo con la siguiente tabla. Tabla 3.8 Factores de cálculo para el calor eléctrico En el caso del calor atribuible a las luces, generalmente se expresa como la cantidad de energía liberada por hora–vatio y se calcula multiplicando el número total de lámparas por su potencia y por el número de horas que están encendidas, por un valor de 860 kcal (si se trata de lámparas


125

          

reactiva suplementaria). Ejemplo 3.3

Una cámara de almacenamiento de res las mantiene a -18 oC. La operación de la cámara es garantizada por un compresor cuyo motor tiene una potencia de ¼ HP y está situado fuera de la cámara. En la cámara hay instaladas 16 lámparas de 40 watt cada una, que permanecen encendidas 1,5 h/día como promedio. Calcule el calor eléctrico a extraer en esta cámara. Talmac =-18 oC Datos: n=16 lámparas 40 watt tL = 1,5h/día El motor está fuera de la cámara y realiza el trabajo dentro por lo tanto es el caso 2 y con la Potencia =1/4 HP se busca en una tabla el valor del factor según el caso, entonces: f * =640 kcal/HP-h Q E  QL  QM Q E  n  P *  t L  0,86 kcal / h  watt  n*  f *  tM  Pot Q E  (16  40 watt  1,5h / día  0,86 kcal / h  watt)  (1  640 kcal / HP  h  21 h / día  1 / 4 HP ) Q E  4 185,6 kcal / día


n* =1motor tM =21h Solución: Para calcular el calor eléctrico se utiliza la siguiente ecuación Respuesta: El calor eléctrico a extraer es 4185,6 kcal /día 5. Calor de cambios de aire Es la cantidad de energía que penetra a la cámara de almacenamiento debido a la renovación del aire del ambiente de almacenamiento. Se considera una renovación el cambio de un volumen de aire igual al volumen interior de la cámara. Esta renovación no solo se debe atribuir a la fuga de aire por falta de hermeticidad en la cámara, sino que es necesaria para lograr el control de la humedad y evitar la acumulación de olores.

126


Tabla 3.9.- Renovación diaria de aire como función del volumen de la cámara

Una operación típica implica un número diario de renovaciones de aire, el cual es función del volumen de la cámara y de su forma de explotación, estando los valores típicos tabulados en función del volumen de la cámara. Nota: para uso intenso, estos valores se multiplican por 2; para almacenamiento prolongado se multiplica por 0,6.

Se consideran tres formas de explotación de las cámaras de almacenamiento refrigerado: uso ligero, uso medio y uso pesado.  Uso ligero: cuando los alimentos se encuentra almacenados


por periodos largos de tiempo, sin que se produzcan entradas y extracciones periódicas.  Uso medio: instalaciones que no se encuentran sujetas a temperaturas extremas y donde la cantidad de alimentos manejados no es irregular. En los refrigeradores que tienen manjares delicados y los de los clubs, generalmente se considera este tipo de uso.  Uso pesado: se consideran instalaciones como las de los mercados muy concurridos, cocinas de restaurantes y hoteles, donde las temperaturas del cuarto de refrigeración son probablemente relativamente altas, donde se colocan de forma precipitada cargas pesadas en el refrigerador y donde con frecuencia se colocan cantidades grandes de alimentos calientes.

El cálculo se realiza multiplicando el número de renovaciones diarias por el volumen interior de la cámara, por la diferencia de entalpía entre el aire que penetra a la cámara y el que sale de ella. Ejemplo 3.4


127

Una cámara de refrigeración tiene como dimensiones 24 m de largo,

10 m de ancho y 3 m de altura y está diseñada para el almacenamiento Qaire  n  V  H

prolongado de papas, ¿cuál será el valor por cambios de aire en dicha cámara? Datos Solución: El calor por cambios de aire se calcula mediante la siguiente ecuación: V =10m*3m*24m =720m3 . d e v r e s e r s t h g i r l l A . a l e r a V x i l é F l a i r o t i d E . 5 0 0 2 © t h g i r y p o C

Teniendo en cuenta que el volumen de la cámara es 720 m 3 y que la temperatura de almacenamiento es mayor que cero se busca en una tabla el número de cambios de aire (n) 720  600  n  3,2 800  600  2,8  3,2 200( n  3,2)  120(2,8  3,2) 120(0,4)  3,2 n  200 n  2,96

128

V (m3)

T>0

600

3,2


720

n

Qaire  n  V  H

Sustituyendo los valores: Qaire  2,96  720 m3  23,99  8,1 Qaire  3

3864,8 kcal

Como el almacenamiento es prolongado se multiplica el valor por 0,6 entonces: Qaire  33 864,8 kcal *0, Qaire  20

318,4 kcal 800

2,8

Entonces se realiza una regla de tres para hallar n  H es la diferencia de entalpía entre el aire exterior y el interior de la cámara y este se calcula mediante el programa psicrométrico que está en la carpeta de conservación de alimentos.

Hext =100,3KJ/m3 = 23,99kcal/m3 Hint =33,87KJ/m3 =8,1kcal/m3 . d e v r e s e r s t h g i r l l A . a l e r a V x i l é F l a i r o t i d E . 5 0 0 2 © t h g i r y p o C

Respuesta: El calor por cambio de aire es 20 318 kcal. 6. Calor por descarche Es el calor necesario para eliminar la escarcha formada sobre el evaporador en aquellas aplicaciones en las cuales el aire de la cámara se encuentre a una temperatura por debajo de su punto de rocío. Se             

proceso. Depende del método empleado para suministrar el calor.

        

extendida (tubos y aletas por ejemplo) y calculamos el calor necesario

           

el calor por descarche teórico. Pero como es imposible realizar este proceso sin que se disipe parte del calor suministrado al ambiente de Díaz, Torres, Raúl. Conservación de los alimentos, edited by López, Deborah Prats, Editorial Félix Varela, 2005. ProQuest Ebook Central, http://ebookcentral.proquest.com/lib/unadsp/detail.action?docID=3191636. La Habana: Created from unadsp on 2018-03-29 08:36:47. Editorial Félix Varela, 2009. -- ISBN 978-959-07-1293-7

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la cámara, el calor por descarche real, será mayor. Sin embargo, no todo ese calor deberá ser removido posteriormente por el sistema de refrigeración, pues el agua obtenida de la fusión del hielo es extraída de la cámara de almacenamiento refrigerado y solo habrá que extraer            

extendida.

Se calcula el calor de descarche teórico a partir de la siguiente expresión: QDT = Q agua + Q aletas + Q tubos

Y el calor a extraer ( QR) será: QR = Q aletas + Q tubos + (% disipado) QDT

Ejemplo 3.5 Durante el almacenamiento de pescado a -18 oC, se ha observado que se depositan aproximadamente 375 g/h de escarcha sobre el evaporador. Si el sistema está diseñado para que el descarche ocurra 4 veces al día, con una parada de una hora cada vez, y se disipa al ambiente el 15 % del calor suministrado para el descarche. Considere que hay 15 kg de tubos de cobre y 30 kg de aletas de aluminio. ¿Cuál será el valor del calor           

de 2 oC.

Los valores de cp de tubos y aletas se buscan en una tabla. Datos . d e v r e s e r s t h g i r l l A . a l e r a V x i l é F l a i r o t i d E . 5 0 0 2 © t h g i r y p o C

Talmac =-18 oC Magua =375g/h Como se realizan 4 descarches durante el día con una hora de duración se entiende que el tiempo del descarche es 4h/día. Por tanto, los g de escarcha se depositan sobre el evaporador durante 5 horas en el día por lo que: Q D  Qtubos  Qaletas  ( fp  QDteórico )



Q D  mt  Cpt  T   ma  Cpa  T   f p Qagua  Qt  Qa



Magua =375g/h*5h/día =1875g/día Q agua  Qs1  Qs2  Ql

130


Entonces el calor sensible 1 sería: Qs1  m agua  Cp1  T1

1 875 g / descarche  4,19 KJ / kg o K  0  18  o K Qs1  1 000 g 1 kg Qs1  141 pKJ / descarche El calor sensible 2 sería: Qs2  m agua  Cp2  T2

1 875 g / descarche  2,1KJ / kg o K  2  0  o K Qs2  1 000 g 1 kg Qs2  7,875 KJ / descarche El calor latente sería: Q L  magua  

1 875 g / descarche  80,38 KJ / kg 1 000 g 1 kg Q L  30,14 KJ / descarche Q L 


Entonces Q agua  Qs1  Qs2  Ql Q agua  141  7,875  30,14 KJ / descarche Q agua  179 KJ / h  42,8 kcal / descarche

Para calcular el calor de los tubos: Qt  mt  Cpt  Tt Qt  15 kg *0,38 KJ / kg o K (2  18)o K Qt  114 KJ / h  109,1 kcal / día


131

Para el de las aletas sería: Q a  ma  Cpa  Ta Q a  30 kg * 0,9 KJ / kg o K (2  18)o K Q a  540 KJ / h  516,6 kcal / día

Con estos datos se puede calcular el calor de descarche teórico: Qdt  Qt  Qa  Qagua Qdt  109,1  516,6  42,8 Qdt  227,8 kcal / h  4 h / día Qdt  911,27 kcal / día

El compresor trabaja 20h/día T =2 oC Cp1agua = 4,19 KJ/kg oK Qd real 

Qdt

0,85 911,27 kcal / día Qd real  0,85 Qd real  1 072,09 kcal / día . d e v r e s e r s t h g i r l l A . a l e r a V x i l é F l a i r o t i d E . 5 0 0 2 © t h g i r y p o C

Para calcular el calor a extraer se realiza con la siguiente ecuación: Q extraer  Qt  Qa  0,15(Qreal ) Q extraer  109,1kcal / día  516,6 kcal / día  0,15*1

072,09kcal / día 

Q extraer  786,51kcal / día

Cp2 agua =2,10 KJ/kg oK  agua =80,38 KJ/kg Cptubos =0,38 KJ/kg oK Cpaletas =0,9 KJ/kg oK Mtubos =15 g Maletas =30 kg El calor del descarche se calcula mediante la siguiente ecuación:

132


El calor del agua se calcula mediante la siguiente ecuación:

N

QT 24 1  f s  f t

Como las pérdidas durante el descarche por radiación fueron un 15 % del calor suministrado, este calor de descarche teórico será el 85 % del calor real por lo que: Una vez calculados los diferentes calores que son necesarios extraer del sistema, es posible calcular la capacidad de refrigeración que se necesita en él. Para ello se calcula el calor total (Q T), como la sumatoria             

divide por un factor para obtener el NÚMERO DE TONELADAS DE REFRIGERACIÓN (N). El número obtenido se multiplica por 24 h y se divide por el tiempo real de trabajo del compresor en un día (que depende del método de descarche empleado) y por último, se multiplica por un factor de seguridad (fs) que oscila entre -5 y + 10 %, el cual se escoge de acuerdo con la manera en que se hayan realizado los cálculos. f = 200 BTU/min 48 . d e v r e s e r s t h g i r l l A . a l e r a V x i l é F l a i r o t i d E . 5 0 0 2 © t h g i r y p o C

BTU  kg   2,2 lb  BTU  1 000 105 600 lb  h   kg  h

f = 12 000 BTU/h f = 288 000 BTU/día Ejemplo 3.6 Un congelador continuo se emplea para congelar una mezcla normal de helado de crema hasta 23 oF desde una temperatura inicial de 40 oF. Calcule las necesidades de refrigeración para congelar 1 000 kg de la mezcla por hora. Solución:             

diferencia de entalpía de la mezcla a las dos temperaturas, la cual es de 48 BTU/lb. Díaz, Torres, Raúl. Conservación de los alimentos, edited by López, Deborah Prats, Editorial Félix Varela, 2005. ProQuest Ebook Central, http://ebookcentral.proquest.com/lib/unadsp/detail.action?docID=3191636. La Habana: Created from unadsp on 2018-03-29 08:36:47. Editorial Félix Varela, 2009. -- ISBN 978-959-07-1293-7

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2) Ya que se necesitan congelar 1 000 kg/h, las necesidades de refrigeración son: y expresado en toneladas de refrigeración, suponiendo el proceso   

105 600 / 12 000 = 8,8 toneladas de refrigeración

3.4 FACTORES TECNOLÓGICOS QUE AFECTAN EL ALMACENAMIENTO A BAJAS TEMPERATURAS Los factores más importantes a tener en cuenta son: 3.4.1Temperatura de almacenamiento

Como regla general se puede plantear que mientras más baja sea la temperatura, menor será el crecimiento microbiano y menor la velocidad de las reacciones químicas y bioquímicas y, por tanto, mayor la conservación del producto; pero como ya fue dicho, cada producto tiene su temperatura óptima de almacenamiento (ver Anexo 7) y esta regla debe ser aplicada entonces con limitaciones.            


sea la solución única a la detención del crecimiento microbiano. Aunque muchos de los microorganismos productores de ENFERMEDADES TRANSMISIBLES POR ALIMENTOS no crecen por debajo de 4,4 oC, se ha encontrado crecimiento de hongos y levaduras a temperaturas tan bajas como -5 oC y microorganismos tan preocupantes desde el punto de vista higiénico sanitario como Listeria monocytogenes y Yersinia enterocolitica crecen bien en refrigeración. Al mismo tiempo, existe una interrelación entre la temperatura y otros factores de almacenamiento y el comportamiento de los microorganismos. Por ejemplo, el Clostridium botulinum genera toxinas en carne molida almacenada entre 3 y 30 oC, pero no si se almacena a 1 oC. A temperaturas menores de 8 oC un           

de Clostridium botulinum, no así a temperaturas mayores.

Por otra parte, la evaporación de agua y las pérdidas de peso relacionadas con ella, además de ser función de la humedad relativa de almacenamiento, disminuyen con la disminución de la tensión de vapor, que a su vez es más baja cuanto más baja sea la temperatura. Por ejemplo a 3 oC, la presión de vapor de agua es de 31,8 mm de Hg., mientras que a 0 oC es de solo 4,6 mm de Hg. Del mismo modo, disminuye la presión de vapor de los componentes aromáticos volátiles.

134


3.4.2 Humedad relativa de almacenamiento          

en refrigeración de los alimentos. Como regla general se puede plantear que mientras más baja sea la humedad relativa, menor será la posibilidad de crecimiento microbiano pero a la vez, mayor será la pérdida de peso del producto, debido al aumento de la diferencia entre las presiones

             

Así tenemos que las bacterias se reproducen lentamente a una humedad relativa del 75 % pero las pérdidas de peso son indebidamente altas; por el contrario a una humedad relativa entre 90 y 95 %, las pérdidas de peso son muy pequeñas pero la multiplicación de las bacterias solo puede mantenerse dentro de límites aceptables si la temperatura disminuye hasta unos 0 oC. Sin embargo, la humedad relativa carece

        

de los alimentos.

Por lo antes expuesto, en general la humedad relativa puede ser tanto más elevada cuanto más baja sea la temperatura. Un efecto indeseable de una baja humedad relativa de almacenamiento                     

microorganismos. Esa desecación disminuye en gran medida el valor comercial de muchos alimentos, ya que por ejemplo se le exige al


                     

Cada producto tiene su propia humedad relativa óptima de almacenamiento (ver Anexo) como resultante de estos dos efectos opuestos, la que a su vez es regulada mediante el llamado “salto térmico”. Por ejemplo para carnes frescas se recomienda una humedad relativa entre 80 y 85 %, para huevos entre 85 y 90 % y para productos vegetales


135

alrededor de 85 %, aunque estas recomendaciones se pueden hacer más 

Salto Térmico: Es la diferencia de temperatura entre la temperatura de diseño del espacio refrigerado y la temperatura de saturación del refrigerante en el evaporador (ver tabla 3.10) Tabla 3.10 Valores de salto térmico en convección natural y forzada según la humedad relativa deseada 3.4.3 Circulación de aire en la cámara

Para cámaras pequeñas es posible trabajar con aire estanco (convección natural, en este caso probablemente sea conveniente el empleo de         

circular el aire (convección forzada) para garantizar una distribución homogénea de la temperatura. En términos generales, si el almacén tiene de 8 a 9 m de largo (25 – 30 pies), los ventiladores acoplados al

           

obligarlo a que recorra todo el espacio. En caso contrario se requiere instalar dispositivos para descargar el aire en puntos intermedios. Por lo general, el aire regresa solo, aunque eventualmente pudiera dirigirse el regreso.


Normalmente el ventilador está sincronizado con el funcionamiento del sistema de enfriamiento de aire, pero en ciertos casos, como por ejemplo en el almacenamiento de quesos, no es conveniente que el aire se estanque, por lo que los ventiladores deben trabajar continuamente. A veces se toma una solución intermedia, reduciendo la velocidad de los ventiladores a 0,5 – 0,25 de la velocidad de diseño, para reducir los costos y la vez evitar el estancamiento.         

del calor, pero también mayor pérdida de peso del producto, lo que desde el punto de vista económico es perjudicial, además de que los costos de la potencia necesaria para la circulación del aire aumentan exponencialmente con la velocidad. El empleo de grandes conductos para reducir la velocidad del aire, requiere de un espacio que por otra parte es valioso y a la vez, hace los conductos más costosos. Frecuentemente se emplean velocidades del orden de los 400 m/min 0 lo que es lo mismo 1 200 pies/min. El volumen de aire a mover en la cámara puede ser estimado de forma aproximada mediante la fórmula mostrada, aunque si se desea conocerlo con exactitud, es necesario establecer el balance de energía y hacer uso de la carta psicrométrica.

136


V=D/9 donde D=rendimiento del evaporador en BTU/h y V=pie 3 /min o V=D/8 donde D=rendimiento del evaporador en kcal/h y V=m 3 /min. En todo caso, para cámaras de dimensiones relativamente grandes, es claro que la distribución de temperatura presentará un gradiente interno según el aire avance, por tanto si el aire tiene que recorrer más de nueve metros lineales, se recomienda el uso de un sistema distribuidor para garantizar el acceso por igual a todo el producto. También es importante la circulación de aire para la extracción de malos olores y la extracción de sustancias volátiles desprendidas del producto, como en el caso del almacenamiento de frutas y vegetales.             

tenga húmeda al coadyuvar a la formación de una película desecada

                    

carne fresca en los mataderos, la circulación de aire con temperaturas por encima de 0 oC y se aceptan las relativamente grandes pérdidas de peso diarias, por tratarse de un almacenamiento de corta duración.            

para huevos, frutas y verduras, entre otros productos, por permitir una distribución de temperatura más homogénea que con aire en reposo. Si se cuenta con un solo almacén para la recepción y enfriamiento de alimentos y para su posterior almacenamiento, la recirculación del aire es recomendable en interés de la rápida refrigeración. . d e v r e s e r s t h g i r l l A . a l e r a V x i l é F l a i r o t i d E . 5 0 0 2 © t h g i r y p o C

3.4.4 Grado de ocupación de la cámara


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Una cámara de refrigeración es diseñada para una cantidad de producto. Si la cámara es sobreocupada, se corre el riesgo de que la capacidad de          

no se alcance de ninguna manera la temperatura deseada o el proceso de refrigeración sea más lento. Si por el contrario la cámara está subutilizada, entonces probablemente las pérdidas de peso por unidad de masa de producto se incrementan, debido a que el volumen de aire que se maneja es superior al necesario en esas condiciones. 3.4.5 Incompatibilidad entre productos

Un factor importante a tener en cuenta en el almacenamiento refrigerado es la compatibilidad entre productos, sobre todo en cámaras de uso pesado, pues existen productos que generan olores que son absorbidos por otros productos, afectando así sus características organolépticas. Tabla 3.11 Ejemplos de incompatibilidad de almacenamiento 3.4.6 Preenfriamiento

En ocasiones se utiliza el preenfriamiento, es decir una reducción de temperatura del producto antes de su entrada a la cámara de almacenamiento con el objetivo de retardar los procesos que conducen a su deterioro. Este preenfriamiento ocurre fuera de la cámara de almacenamiento y se puede llevar a cabo por diferentes vías en dependencia del producto y de la temperatura de almacenamiento deseada. . d e v r e s e r s t h g i r l l A . a l e r a V x i l é F l a i r o t i d E . 5 0 0 2 © t h g i r y p o C

Por ejemplo: Para frutas y vegetales, el preenfriamiento consiste en bajar rápidamente la temperatura del producto que viene del campo, antes del transporte, almacenamiento o procesamiento y su objetivo es reducir rápidamente los procesos metabólicos de respiración y transpiración y retardar la deterioración, constituyendo el primer paso de la cadena de frío. El periodo de tiempo entre la cosecha y la prerefrigeración debe ser lo menor posible y la temperatura de la fruta debe ser reducida lo más rápido posible. Para carnes congeladas, el preenfriamiento consiste en bajar rápidamente              

de reducir la velocidad de desarrollo microbiano (es la zona expuesta a la contaminación, debido a la manipulación sufrida) y a la vez reducir la

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de peso que, de otra manera, se originarían debido a la alta velocidad que se debe emplear en un túnel de congelación. El preenfriamiento se puede llevar a cabo utilizando agua fría (por inmersión o por aspersión), aire frío (en cámaras o en túnel, con velocidades de aire de hasta 5 m/s), por vacío (implica la evaporación a bajas presiones de parte del agua del producto) o por el empleo de

hielo o de un material criogénico (hielo seco o nitrógeno líquido, por ejemplos). . d e v r e s e r s t h g i r l l A . a l e r a V x i l é F l a i r o t i d E . 5 0 0 2 © t h g i r y p o C


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Conservación de Los Alimentos (Pg 1 147)

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