INTRODUCCIÓN La conservación de alimentos mediante congelación se produce debido a diferentes mecanismos. La reducción de la temperatura del producto a niveles por debajo de 0ºC produce un descenso significativo en la velocidad de crecimiento de microorganismos y, por lo tanto, en el deterioro del producto debido a la actividad microbiana. La misma influencia de la temperatura puede aplicarse a la mayoría de las reacciones que pudieran ocurrir en el producto tanto enzimáticas como de oxidación. Además la formación de cristales de hielo dentro del producto disminuye la disponibilidad del agua para participar en dichas reacciones. La congelación como medio de conservación produce generalmente un producto de alta calidad para el consumo, aunque dicha calidad depende finalmente tanto del proceso de congelación realizado como de las condiciones de almacenamiento del producto congelado. La velocidad de congelación o tiempo necesario para que la temperatura del producto disminuya hasta alcanzar valores inferiores a la temperatura inicial de congelación influirá en la calidad del producto, aunque de diferente manera dependiendo del tipo de alimento. La liofilización, que se basa en el desecado de determinados materiales por medio de la sublimación del agua contenida en éstos. Se realiza congelando el producto y se remueve el hielo aplicando calor en condiciones de vacío, de esta forma el hielo sublima evitando el paso por la fase líquida. Dicha técnica constituye un efectivo sistema de preservación de elementos biológicos como células, enzimas, vacunas, virus, levaduras, sueros, algas, frutas, vegetales y alimentos en general. Todos estos materiales contienen sustancias volátiles o termo sensibles que no se ven afectadas por este proceso, ya que se trabaja a temperaturas y presiones reducidas. Lo más importante del método es que no altera la estructura fisicoquímica del producto y admite su conservación sin cadena de frío, ya que su bajo porcentaje de humedad permite obtener un producto con elevada estabilidad microbiológica. Asimismo, el hecho de no requerir refrigeración facilita su distribución y almacenamiento. El proceso de liofilización tiene sus orígenes en el Imperio Inca, en el altiplano andino a 4000 metros sobre el nivel del mar. Allí los pobladores realizaban y continúan realizando un producto denominado Chuño, resultado de la deshidratación de la papa. La técnica 1
consiste en dejar las papas cosechadas sobre el suelo, de manera que durante la noche se congelen como consecuencia de las muy bajas temperaturas, y durante el día el sol y el viento seco produzcan el cambio de estado del agua (desde el sólido al vapor sin mediar la fase líquida). Con el paso de los años se desarrolló industrialmente esta técnica de conservación que integra dos métodos confiables: la congelación y la deshidratación.
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SISTEMAS DE CONGELACIÓN
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CAPITULO I SISTEMAS DE CONGELACIÓN Para congelar un alimento, el producto debe exponerse a un medio de baja temperatura durante el tiempo suficiente para eliminar los calores sensible y latente de fusión del producto. La eliminación de estos calores produce una disminución de la temperatura del producto así como la transformación del agua de su estado líquido al estado sólido. El proceso de congelación puede lograrse mediante sistemas de contacto directo o indirecto. En la mayoría de los casos, el tipo de sistema utilizado dependerá de las características del producto, tanto antes de la congelación como después de ella. Existe una gran variedad de circunstancias que hacen prácticamente imposible la utilización de un contacto directo entre el producto y el medio refrigerante.
1.1 Tipos de congelación: • Por
aire: Una corriente de aire frío extrae el calor del producto hasta
que se consigue la temperatura final. • Por contacto: Una superficie fría en contacto con el producto que extrae el calor.
Criogénico: Se utilizan fluidos criogénicos, nitrógeno o dióxido de carbono, que sustituyen al aire frío para conseguir el efecto congelador.
1.2 Efectos de la congelación: Aproximadamente el 80% del peso total de un animal e incluso más de una planta corresponden al agua. El agua es el componente mayoritario de los alimentos que derivan de animales y plantas. Al congelar un alimento, el agua se transforma en hielo y se produce un efecto de desecación
1.2.1 Nucleación:
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Al congelar un alimento a presión atmosférica normal, su temperatura desciende a 0 °C, en ese momento el agua comienza a convertirse en hielo. Permanece un cierto tiempo a esta temperatura y cuando la cristalización es completa, la temperatura sigue descendiendo hasta que se equilibra con la temperatura ambiental. Este periodo durante el cual no ha habido disminución de temperatura es el tiempo necesario para extraer el calor latente de congelación (80 kcal/g). Durante este periodo el efecto del frío se equilibra con el calor liberado por el agua al estar ésta sometida a un cambio de estado. La temperatura se mantiene constante, y da en una gráfica un tramo horizontal cuya longitud depende de la velocidad a la que se disipa el calor. En este periodo hay un equilibrio entre la formación de cristales y su fusión. Al inicio de este tramo horizontal se observa una ligera depresión que indica el sobre enfriamiento que sufre el agua antes del inicio de la cristalización (esto es más apreciable en volúmenes pequeños como células y microorganismos). Esto ocurre cuando hay una gran velocidad de eliminación de calor y asegura que, cuando se inicie la formación de cristales, será rápida. Dado que el agua en los alimentos no es pura sino que está formada por una solución de sales, azúcares y proteínas solubles, además de un complejo de moléculas proteicas que están en suspensión coloidal, su punto de congelación es más bajo. Este descenso es proporcional al nivel de concentración de los elementos disueltos Los alimentos más comunes se congelan entre 0 y -4 °C. A esta zona se la conoce como zona de máxima formación de cristales. Al convertirse el agua en hielo, se incrementa de manera gradual la concentración de elementos disueltos en el agua restante lo que origina un mayor descenso del punto de congelación.
1.2.2 Cristalización: Para que la cristalización se produzca más fácilmente se necesita la existencia de alguna partícula o sal insoluble que actúe como núcleo de cristalización. Cuanto menor es la temperatura, más fácilmente ocurre el fenómeno, formándose un mayor número de agregados cristalinos y, consecuentemente, el tamaño de los cristales es menor. Por el contrario a una temperatura próxima al punto de fusión, la nucleación es lenta, los 5
núcleos cristalinos son pocos y, por tanto, resultan cristales relativamente grandes. Al estudiar al microscopio las formas de los cristales de hielo se observa que la congelación rápida produce cristales pequeños más o menos redondeados mientras que la congelación lenta da lugar a cristales mayores, alargados o en agujas. Esta congelación lenta tiene como consecuencia la rotura de las fibras y paredes celulares perdiendo el alimento parte de sus propiedades. En alimentos sólidos o de viscosidad elevada el tamaño de los cristales varía en una zona u otra del alimento. En las zonas periféricas los cristales se forman rápidamente y son de pequeño tamaño, mientras que en el interior la transferencia de calor es más difícil y los cristales crecen más lentamente alcanzando un mayor tamaño. Al ir reduciendo la temperatura se alcanza un punto en el que agua restante conjuntamente con los solutos que han ido concentrándose se solidifican juntos en un punto de saturación llamado punto eutéctico. Este punto es muchas veces inferior al que son capaces de alcanzar muchos congeladores comerciales, lo que permite que queden pequeñas cantidades de agua no congelada que permite sobrevivir a algunos microorganismos, aunque no es posible su crecimiento y reproducción.
1.3 Velocidad de congelación:
La calidad de un producto congelado depende de la velocidad a la que éste es congelado. Dicha velocidad se define como la distancia mínima entre la superficie y el punto crítico partida por el tiempo en el que el punto crítico ha pasado desde 0 °C a -15 °C. • Lenta: < 1cm/h, por ejemplo un congelador doméstico con el aire inmóvil a -18 °C • Media: 1-5 cm/h, en un túnel de aire frío a 20 km/h y -40 °C • Rápida: > 5 cm/h, en la inmersión en nitrógeno líquido.
1.4 Efecto del almacenamiento:
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Se ha demostrado que la temperatura de -18 °C es un nivel adecuado y seguro para conservar los alimentos congelados. Los microorganismos no pueden crecer a esta temperatura y la acción de los enzimas es muy lenta, pero el propio almacenamiento produce alteraciones en el alimento.
1.4.1 Recristalización: Durante el almacenamiento hay una tendencia de los pequeños cristales a unirse entre ellos formando otros de mayor tamaño. Esto se debe a que los pequeños cristales resultan más inestables que los grandes al poseer más energía en la superficie por unidad de masa. Este fenómeno es más acentuado si se almacena el producto a temperaturas cercanas a 0 °C. Cuanto más baja es la temperatura, menores son los efectos, considerándose casi despreciables por debajo de -60 °C.
1.4.2 Quemadura por frío: Cualquier entrada de aire caliente al interior de la cámara de congelación da lugar a un gradiente de temperatura entre el aire frío interno y el caliente que penetra. Cuando el aire se calienta aumenta su capacidad de absorción de humedad. En una cámara de congelación, la única fuente de humedad disponible es el hielo contenido en los alimentos congelados. El aire caliente toma la humedad de los alimentos protegidos deficientemente, desecándolos. Luego, esta humedad es depositada al enfriarse el aire en las superficies frías del congelador. A la formación de hielo a partir de la humedad del aire, sin pasar por el estado líquido se llama sublimación. La quemadura por frío es una gran desecación superficial en un alimento congelado, producido por la deshidratación anterior. Aparece en la superficie del tejido como manchas de color oscuro al ir concentrándose y oxidándose los pigmentos de las capas más superficiales. También aparecen zonas blanco-grisáceas debidas a los huecos dejados por el hielo después de su sublimación.
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Si el fenómeno se mantiene durante suficiente tiempo, las capas superficiales se van esponjando y empiezan a deshidratarse las inferiores. Si la quemadura es pequeña, el fenómeno es reversible por exposición a la humedad y rehidratación. Esto se comprueba sometiendo a cocción una zona ligeramente quemada. Si la quemadura has sido por el contrario más profunda, se han producido oxidaciones, cambios químicos que ya no son reversibles. Es importante, pues, la utilización de un embalaje adecuado capaz de reducir entre 4 y 20 veces ésta pérdida de agua. La quemadura por frío causa una merma importante en el producto y una pérdida de valor del mismo porque se disminuye su calidad organoléptica. 1.4.3 Bolsas de hielo: Cuando en un alimento que tiene bolsas de aire, huecos o el envase está deficientemente lleno y hay además un gradiente de temperatura en él, el alimento desprende humedad, se produce la sublimación en el interior de dichos huecos o en la pared interior del envase, formando una capa de escarcha y cristales de hielo denominados bolsa de hielo.
1.4.4 Modificaciones en los espacios líquidos residuales: Una de las consecuencias de la congelación es la deshidratación y el aumento de la concentración de solutos en los espacios líquidos de los alimentos. Cuando se trata de solutos capaces de reaccionar entre sí, la velocidad de reacción aumenta durante la congelación a partir de -5 °C y hasta unos 15 °C, por debajo de este punto la velocidad de reacción disminuye. Las reacciones que se ven más afectadas por éste fenómeno son las químicas, como la oxidación, hidrólisis, más que las enzimáticas. Consecuencias de este aumento de concentración y velocidad de reacción son:
Variaciones del pH 8
Variaciones de la fuerza iónica
Alteración en la presión osmótica
Variación de la presión de vapor
Alteración de coeficiente Redox
Alteración de la tensión superficial
Disminución del punto de congelación
Aumento de la viscosidad debido a los coloides
Todos estos efectos son menores cuanto más rápidamente se produce la congelación y cuanto menor es la temperatura de almacenamiento.
1.4.5 Desnaturalización proteica: Cuando el producto se ha congelado lentamente o cuando ha habido fluctuaciones de temperatura durante el almacenamiento, los cristales de hielo que se forman crecen extrayendo agua ligada a las proteínas, de tal forma que estas se desorganizan siendo luego incapaces de recuperar dicha agua durante la descongelación, de manera que esta agua al perderse arrastra los nutrientes hidrosolubles. Este proceso cambia la textura del alimento, produciendo un endurecimiento e incluso disminuyendo su solubilidad y valor nutritivo.
1.4.6 Retracción del almidón: El almidón está formado por cadenas lineales de glucosa, llamadas amilosa, y por estructuras ramificadas complejas llamadas amilo pectina. Los gránulos de almidón en un suspensión fría tienden a hincharse, reteniendo agua, y a una cierta temperatura gelatinizan espesando el líquido. Cuando este gel se deja reposar, las cadenas lineales de amilosa se agregan como si cristalizaran y liberan parte del agua previamente retenida en su estructura, en un proceso llamado sinéresis. Por ello conviene seleccionar en los alimentos congelados almidones con muy baja proporción de amilosa. Por ejemplo el arroz tiene una
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proporción de amilosa del 16%, el maíz del 24% y el sorgo y la tapioca no contienen amilosa.
1.4.7 Contracción de los lípidos: Un lípido en estado sólido se denomina grasa, mientras que si está líquido se llama aceite. El cambio de estado de sólido a líquido depende de la temperatura de fusión del lípido. Al congelar un alimento los aceites se solidifican y pueden llegar a contraerse. Todos estos procesos descritos anteriormente dan lugar a tensiones internas que pueden llegar a producir agrietamientos o fracturas del alimento congelado.
1.5 Clasificación: 1.5.1 Sistemas de contacto indirecto: En numerosos sistemas de congelación de alimentos, el producto y el refrigerante están separados por una barrera durante todo el proceso de congelación. Aunque muchos sistemas utilizan una barrera impermeable entre el producto y el refrigerante, se considera incluido dentro de los sistemas de congelación indirecta cualquier sistema de contacto que no sea directo, por ejemplo aquellos donde el material del envase hace de barrera.
a)
Congeladores de placas:
Es el sistema de congelación indirecta más común. El producto se congela mientras se mantiene entre dos placas refrigeradas. En la mayoría de los casos la barrera entre el producto y el refrigerante incluirá tanto a la placa como el material del envase. La transmisión de calor a través de la barrera puede aumentarse mediante la utilización de presión. Los sistemas de congelación de placas pueden operar tanto de modo discontinuo como de modo continuo.
b)
Congeladores por corriente de aire: 10
En muchas situaciones, el tamaño y/o la forma del producto hacen que el congelador de placas no sea práctico, pudiendo utilizarse alternativamente los sistemas de congelación por corriente de aire. En estos casos, el envase supone la barrera para la congelación indirecta siendo la fuente de la refrigeración una corriente de aire frío. Los congeladores por corriente de aire pueden ser de un diseño simple, como es el caso de una habitación refrigerada. Esta supone una operación discontinua y la habitación refrigerada puede actuar como almacén además de como compartimento de congelación. En esta situación los tiempos de congelación serán altos debido a las bajas velocidades del aire alrededor del producto, la imposibilidad de alcanzar un buen contacto entre el producto y el aire frío y los menores gradientes de temperatura existentes entre el producto y el aire. Sin embargo, la mayoría de los congeladores por corriente de aire son continuos. En estos sistemas, el producto se coloca sobre una cinta transportadora que se mueve a través de una corriente de aire que circula a elevada velocidad. El tiempo de congelación o de residencia viene determinado por la longitud y velocidad de la cinta transportadora. Estos tiempos pueden ser relativamente pequeños si se utiliza aire a muy baja temperatura, altas velocidades de aire y un buen contacto entre el producto y el aire frío.
c)
Congeladores para alimentos líquidos:
En la mayoría de los casos la forma más eficaz de retirar la energía térmica de un alimento líquido puede lograrse antes del envasado. El tipo más utilizado es el sistema de superficie rascada, aunque podría utilizarse cualquier cambiador de calor indirecto diseñado para líquidos. En la congelación de alimentos líquidos, el tiempo de residencia del producto en el compartimento de congelación es el suficiente para reducir su temperatura varios grados por debajo de la temperatura inicial de formación de cristales. Los sistemas de congelación para alimentos líquidos pueden operar de forma continua o discontinua.
1.5.2 Sistemas de contacto directo Existen varios sistemas de congelación que operan por medio del contacto directo entre el refrigerante y el producto. En la mayoría de las 11
ocasiones, estos sistemas operarán más eficazmente si no existen barreras a la transmisión de calor entre el refrigerante y el producto. Los refrigerantes que se utilizan en estos sistemas pueden ser aire a baja temperatura y altas velocidades o líquidos refrigerantes que cambian de fase en contacto con la superficie del producto. En cualquier caso, los sistemas se diseñan para alcanzar una rápida congelación, aplicándose el término de congelación rápida individual (en inglés, individual quick freezing), IQF.
a)
Corriente de aire:
Una forma de IQF, cuando el producto es de pequeño tamaño, consiste en la utilización de corrientes de aire a bajas temperaturas y altas velocidades que entran en contacto directo con el producto. La combinación de aire a bajas temperaturas, elevados coeficientes de transmisión de calor por convección (alta velocidad del aire) y el pequeño tamaño del producto permiten la rápida congelación del mismo. Los tipos de producto que pueden congelarse en estos sistemas se limitan a aquellos de geometría apropiada y que necesitan una rápida congelación para alcanzar la máxima calidad.
b)
Inmersión:
La superficie exterior del producto puede alcanzar temperaturas muy bajas sumergiendo el alimento dentro de un refrigerante líquido. Si el tamaño del producto es relativamente pequeño, el proceso de congelación se alcanza rápidamente en condiciones IQF. Para algunos alimentos concretos, con este sistema se consiguen menores tiempos de congelación que cuando se utilizan corrientes de aire o sistemas de lecho fluidizado. El proceso consiste en introducir el producto en un baño de líquido refrigerante y se transporta a su través, mientras que el líquido refrigerante se evapora absorbiendo calor del producto. Los refrigerantes más comunes son el nitrógeno, el dióxido de carbono y el Freón. Una de las mayores desventajas de los sistemas de congelación por inmersión es el costo del refrigerante, ya que éste pasa del estado líquido a vapor mientras se produce la congelación del producto, resultando muy difícil recuperar los vapores que se escapan del compartimento. 12
1.6 PROPIEDADES DE LOS ALIMENTOS CONGELADOS: El proceso de congelación produce un drástico cambio en las propiedades térmicas de los alimentos. Las propiedades de los alimentos cambian debido a la pérdida de agua que experimentan así como al efecto que el cambio de fase produce en el agua. Cuando el agua dentro del producto pasa al estado sólido también cambian de forma gradual propiedades como la densidad, la conductividad térmica, la entalpía y el calor específico aparente del producto.
1.6.1 Densidad: La densidad del agua en estado sólido es menor que en estado líquido. La densidad de un alimento congelado será, por tanto, menor que la del producto no congelado, existiendo una dependencia con la temperatura. El cambio gradual en la densidad se debe al cambio gradual en la proporción de agua congelada en función de la temperatura. El cambio de densidad es proporcional a la humedad del producto.
1.6.2 Conductividad térmica: La conductividad térmica del hielo es aproximadamente 4 veces superior a la del agua líquida. Esta relación tiene un efecto similar sobre la conductividad térmica del alimento congelado. La mayor parte del aumento producido en la conductividad térmica tiene lugar en el intervalo por debajo de la temperatura inicial de congelación del producto. Si el producto contiene una estructura fibrosa, la conductividad térmica será menor cuando se mida en la dirección perpendicular a las fibras.
1.6.3 Entalpía: 13
La entalpía de un alimento congelado es una propiedad importante a la hora de realizar los cálculos de la refrigeración necesaria para la congelación del producto.
1.6.4 Calor específico aparente: En base a la definición de calor específico aparente de un producto alimentario depende de la temperatura. El calor específico de un alimento congelado a temperaturas 20ºC por debajo del punto inicial de congelación o inferiores no difiere significativamente del calor específico del producto sin congelar.
1.7 TIEMPO DE CONGELACIÓN: El tiempo de congelación, junto con la selección de un adecuado sistema de congelación, es un factor crítico para asegurar la óptima calidad del producto. El tiempo de congelación requerido para un producto establece la capacidad del sistema, además de influir de forma directa en la calidad del mismo. El método utilizado para calcular los tiempos de congelación es decisivo a la hora de seleccionar el sistema de congelación más adecuado para cada producto.
1.7.1 Ecuación de Planck: La primera ecuación, y la más utilizada, para calcular tiempos de congelación fue propuesta por Planck (1913) y posteriormente adaptada al caso de alimentos por Ede (1949). La ecuación es:
Donde es obvio que el tiempo de congelación tF aumentará cuando aumente la densidad, el calor latente de fusión HL y la dimensión característica a. Por otro lado, el tiempo de congelación disminuirá al aumentar el gradiente de temperatura, el coeficiente de transmisión de calor por convección hc y la conductividad térmica k del producto 14
congelado. Las constantes P´ y R´ se utilizan para considerar el efecto de la forma del producto. La dimensión a es la anchura del producto para una lámina infinita, el diámetro para un cilindro infinito y el diámetro para una esfera. Las limitaciones de la ecuación de la ecuación de Planck se deben principalmente al desconocimiento de los valores de los diferentes componentes de la ecuación. Los valores de densidad de alimentos congelados son difíciles de obtener o de medir. En la mayoría de las ocasiones, los calores latentes de fusión se consideran como el producto del calor latente del agua por el contenido en agua del producto alimentario. Aunque la temperatura de congelación inicial se encuentra tabulada para muchos alimentos, las temperaturas iniciales y final del producto no se tienen en cuenta en los cálculos del tiempo de congelación. Además, no es sencillo encontrar valores precisos de la conductividad térmica k de muchos de los productos congelados. Sin embargo, a pesar de todos estos inconvenientes la ecuación de Planck sigue siendo la más utilizada para calcular tiempos de congelación. Los demás métodos empíricos existentes son modificaciones de la ecuación de Planck surgidos con el fin de evitar algunas de sus limitaciones.
1.7.2 Medidas experimentales: Las medidas experimentales se utilizan cuando se necesita verificar tiempos de congelación o cuando su cálculo resulta extremadamente difícil. Estos experimentos se diseñan con el fin de simular lo más fehacientemente posible las condiciones reales, de tal manera que sea posible medir la evolución de la temperatura al menos en un punto, hasta que el proceso de congelación ha finalizado.
1.7.3 Factores que influyen en el tiempo de congelación: Existen varios factores que influyen en el tiempo de congelación que influirán en el diseño del equipo utilizado para la congelación de los alimentos. Uno de estos factores es la temperatura del medio de congelación, de tal manera que los tiempos de congelación disminuirán de manera significativa cuanto menor sea ésta. De acuerdo con la ecuación de Planck, el tamaño del producto afectará directamente al tiempo de congelación, aunque este factor no puede ser utilizado para 15
modificar dichos tiempos, ya que también dependen de la forma del producto. El parámetro que más influye en el tiempo de congelación es el coeficiente de transmisión de calor por convección hc. Este parámetro puede utilizarse para variar los tiempos de congelación mediante modificaciones en el diseño del equipo, debiendo analizarse cuidadosamente su influencia. Las propiedades del producto (TF,, k) influirán en los cálculos según lo indicado en la ecuación de Planck.
1.7.4 Velocidad de congelación: La velocidad de congelación (ºC/h) de un producto o envase se define como la diferencia entre la temperatura inicial y final dividida entre el tiempo de congelación. Teniendo en cuenta que la temperatura puede variar de diferente manera durante la congelación en distintos puntos del producto, se ha definido una velocidad local de congelación para un determinado punto, como la diferencia entre la temperatura inicial y la temperatura deseada dividida entre el tiempo transcurrido hasta que dicha temperatura se alcanza en dicho punto.
1.8 ALMACENAMIENTO DE ALIMENTOS CONGELADOS: Aunque la eficacia de la congelación de alimentos depende directamente del proceso de congelación, la calidad del alimento congelado varía significativamente en función de las condiciones de almacenamiento. La temperatura de almacenamiento de los alimentos congelados es una variable muy importante ya que la influencia de aquellos factores que reducen la calidad del producto es menor cuanto menor es la temperatura. Sin embargo, en realidad deben utilizarse las menores temperaturas posibles que permitan alargar la vida del producto sin consumir energía de refrigeración que resulte ineficaz. El factor más importante que influye sobre la calidad de los alimentos congelados son las fluctuaciones en la temperatura de almacenamiento. La vida de los alimentos congelados se reduce significativamente si se
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ven expuestos a variaciones de la temperatura de almacenamiento, que produce cambios en la temperatura del producto.
1.8.1 Cambios en la calidad de los alimentos congelados durante su almacenamiento: Un término normalmente utilizado para describir la duración de almacenamiento de alimentos congelados es la vida práctica de almacenamiento (en inglés, practical storage life, PSL). La vida práctica de almacenamiento es el periodo de almacenamiento, una vez congelado, durante el cual el producto mantiene sus propiedades características y permanece apto para el consumo u otras posibles utilizaciones. La temperatura típica de almacenamiento de alimentos comerciales es de -18ºC. Sin embargo, para alimentos marinos se aconseja utilizar temperaturas inferiores con el fin de mantener la calidad. Otro término que se utiliza normalmente para definir la vida de almacenamiento de los alimentos congelados es la vida de alta calidad (en inglés, high quality life, HQL). Tal como está definida, la HQL es el tiempo transcurrido entre la congelación de un producto de alta calidad y el momento en que, por valoración sensorial, se observa una diferencia estadísticamente significativa (P<0.01) con respecto a la alta calidad inicial (inmediatamente después de la congelación). La diferencia observada se define como diferencia apenas advertida (en inglés, just noticeable difference, JND). En un test triangular realizado para detectar sensorialmente la calidad de un producto, la diferencia apenas advertida se alcanza cuando el 70% de los catadores distingue satisfactoriamente el producto de la muestra, la cual se ha almacenado en condiciones tales que no existe degradación del producto durante el periodo considerado. La temperatura típica utilizada para los experimentos de control es de -35ºC.
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CAPITULO II CONGELACIÓN DE ALIMENTOS BAJO ALTA PRESIÓN El empleo de altas presiones en tecnología de alimentos, se remonta a 1899, Hite realizó ensayos con alta presión en leche para intentar incrementar su conservación reduciendo la microflora. Sin embargo en aquella época no era posible este método en la industria, por lo que sus trabajos fueron olvidados hasta 1989 cuando el Ministerio de Agricultura japonés con empresas de ingeniería y alimentación formo la “Asociación 18
para la Investigación y Desarrollo de la tecnología de altas presiones” en la industria alimentaria.
2.1 Principios básicos y equipamiento: Esta tecnología se basa en dos principios básicos: El Principio de Le Chatelier (todo fenómeno que se acompaña de una disminución de volumen se ve acelerado por un aumento de presión) y viceversa y la Ley isostática (a presión se transmite de forma instantánea y uniforme a través de toda la masa del producto, independientemente de su volumen). Por tanto, el tiempo de presurización es independiente del volumen de la muestra, al contrario de lo que ocurre con los tratamientos térmicos El alma de esos sistemas es la vasija contenedora de las muestras. La Figura 1 muestra una de ellas, cuyo volumen ha de adaptarse lógicamente a las necesidades productivas. Completan la instalación, el sistema de termostatización, el equipamiento de presurización, las válvulas, el tubeado, el aislamiento, Las altas presiones, provocan desnaturalización, coagulación y gelificación sobre proteínas, los almidones y los ácidos nucleicos por modificaciones en los enlaces no covalentes. Ya en 1914, Bridgman observó la coagulación de la clara de huevo bajo presión debida a la desnaturalización de proteínas. Día a día se conoce nuevas fuentes de aplicación de las altas presiones a la tecnología de alimentos. La más general es la de la pasteurización complementaria a los tratamientos térmicos. Otras de ellas se basan en la potenciación de la gelificación del almidón, la variación de la temperatura de fusión de las grasas, obtención de nuevos compuestos y alimentos, etc.
CAPITULO III PROCESOS PRÁCTICOS DE CONGELACIÓN Y DE DESCONGELACIÓN CON ALTAS PRESIONES De entre los existentes, podríamos destacar:
3.1 Congelación por cambio en la presión: 19
La congelación por cambio de presión se caracteriza porque el cambio de fase viene provocado por un cambio de presión. PROCESO ABCDE: PROVOCADA POR UNA EXPANSIÓN RÁPIDA;
PROCESO ABC12E: PROVOCADA POR UNA EXPANSIÓN LENTA
En este proceso, la muestra se enfría bajo presión, tal y como se indica en la Figura 2, permaneciendo en todo momento en estado líquido (tramo BC). Una vez conseguida la temperatura deseada en todo el volumen de producto se realiza una expansión hasta presión atmosférica (tramo CE). En esta expansión, la presión puede ser liberada lentamente (tramo C12E) o rápidamente (tramo CDE). Los puntos 1 y D, alcanzados en la expansión bien lenta o rápida, suponen un elevado grado de su enfriamiento y provocan una nucleación uniforme en todo el volumen de producto de pequeños cristales de hielo. Tras las expansiones rápidas, el agua permanece en estado líquido a presión atmosférica y a temperaturas por debajo de 0ºC (punto D), al menos durante unos instantes (Sanz, Otero, de Elvira y Carrasco, 1997; Otero y Sanz, 2000) Así, el agua se halla subenfriadas y en estado meta estable a presión atmosférica. 20
Las expansiones lentas conducen a condiciones meta estable sólo bajo presión (punto 1) y la curva de fusión se alcanza antes de la liberación completa de la presión, tan pronto como se produce el suficiente sub enfriamiento necesario para promover la nucleación del hielo. Por consiguiente, la nucleación del hielo se produce, en cada uno de esos casos, a distintos niveles de sub enfriamiento, que son alcanzados a distintas presiones. Así pues, cada cinética de congelación será diferente. Las congelaciones provocadas por cambio de presión son particularmente interesantes debido al hecho de que aparecen sub enfriamientos –y, por tanto, nucleación– después de la liberación de la presión a través de toda la muestra y no sólo en su superficie. Por ese motivo, los cristales de hielo que se forman se distribuyen uniformemente en todo su volumen.
3.2 Descongelación asistida por alta presión: La descongelación asistida por alta presión se caracteriza porque se produce a presión constante, mayor que la atmosférica, mientras se incrementa la temperatura de la muestra por encima del punto de fusión correspondiente (Figura 3). La descongelación se produce desde la superficie hacia el centro de la muestra, tal y como sucede a presión atmosférica. En la práctica, es
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difícil de llevar a cabo este tipo de experimentos, ya que la temperatura inicial de la muestra debe ser lo suficientemente baja como para mantenerse por debajo de la curva de fusión durante todo el proceso de compresión (Otero y Sanz, 2003). Por los mismos motivos, n es posible alcanzar elevadas presiones.
3.3
Descongelación inducida por presión:
La descongelación inducida por presión se caracteriza porque la transición de fase se inicia por un cambio de presión y se continúa a presión constante (Figura 4). Durante la compresión, una vez se alcanza la curva de cambio de fase (punto B) se inicia la descongelación que se ve reflejada en un descenso en la temperatura de la muestra (tramo BC). Una vez alcanzada la presión de trabajo (punto C), el proceso de descongelación se completa a presión constante durante el tramo CD. Para dos muestras a una misma temperatura inicial, cuanto mayor es la presión de trabajo, el descenso de temperatura es mayor y menor la duración del plateau debido a que se descongela una mayor cantidad de agua durante la presurización. Además, a mayor presión, menor es el calor latente que ha de suministrarse, mientras que el gradiente térmico entre la fuente de calor y el frente de fusión es mayor. Para procesos de descongelación a igual presión de trabajo, las muestras con una temperatura inicial mayor se descongelan más deprisa, debido a que hay que suministrar menor cantidad de calor para alcanzar la curva de cambio de fase durante la presurización y, por tanto, antes inician su descongelación.
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FIGURA 5: SECCIÓN TRANSVERSAL DE UNA MUESTRA DE MÚSCULO DE VACUNO
CONCLUSIÓN
Algunos alimentos necesitan una congelación rápida (cortos tiempos de congelación) con el fin de asegurar la formación de cristales de hielo de pequeño tamaño dentro de la estructura del alimento, ocasionando el mínimo daño en la textura del producto. Sin embargo, otros productos no se ven afectados por los cambios estructurales producidos durante la congelación y no son justificables los costes añadidos asociados a una 23
congelación rápida. Además existen otros productos que debido a su configuración geométrica o tamaño no permiten una congelación rápida. Por otro lado, las condiciones de temperatura existentes durante el almacenamiento influyen de manera significativa en la calidad final de los alimentos congelados. Cualquier aumento de temperatura durante el almacenamiento reduce la calidad, y variaciones en dicha temperatura pueden afectar severamente la calidad final del producto. Se deduce de los comentarios anteriores que el proceso de congelación óptimo dependerá de las características del producto. Como consecuencia de todo ello, existen numerosos sistemas de congelación, cada uno de ellos diseñado para alcanzar la congelación del producto de la forma más eficiente y preservando al máximo su calidad. Debe destacarse la importancia del tiempo de residencia en el sistema de congelación, así como la necesidad de una correcta predicción del tiempo de congelación.
BIBLIOGRAFÍA http://es.wikipedia.org/wiki/Congelaci%C3%B3n http://digital.csic.es/bitstream/10261/5738/1/IF_AGROCSIC_4.pdf http://www.ual.es/docencia/jfernand/TA/Tema9/Tema9-Congelacion.pdf
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LIOFILIZACIÓN
CAPITULO I LIOFILIZACIÓN Consiste en desecar un producto previamente congelado, logrando la sublimación del hielo bajo ciertas condiciones de temperatura y presión. Es decir: es el paso directo del hielo (sólido) a gas (vapor), sin pasar por su estado su estado líquido. Se obtiene una masa seca, esponjosa de más o menos el mismo tamaño que la masa congelada original, mejorando su estabilidad y siendo fácilmente re disuelta en agua.
1.1 LAS ETAPAS DE LIOFILIZACION: 26
Se realiza a temperaturas inferiores a la de solidificación total, o sea, el producto debe estar congelado a temperaturas entre 10 y 15 ºC por debajo de su temperatura eutéctica para evitar la formación de cuavulos de H2O.
1.1.1 Congelación inicial: Es una operación previa y obligatoria. El tiempo de duración depende de varios factores como la cantidad, concentración y naturaleza propia del producto. En líneas generales podemos decir que una congelación adecuada es la base de que el producto liofilizado presente óptimas condiciones de aspectos, conservación de sus propiedades originales y rápida rehidratación.
1.1.2 Sublimación o desecación primaria: Es la etapa en la que la mayor parte del agua libre pasa a vapor. Los parámetros temperatura, presión y tiempo pueden ser modificados independientemente pero están íntimamente relacionados, no es posible modificar, sin que se afecten los otros, por lo que en todo momento deben ser considerados conjuntamente y analizados sus efectos.
1.1.3 Desorción o desecación secundaria: Su misión es eliminar las últimas trazas de vapor de agua, evaporando el agua no congelada ligada al producto. Se lleva a cabo a una temperatura inferior a la de desnaturalización del producto y se logra una humedad final hasta valores inferiores al 1 %.
.
1.2 APLICACIONES: 27
Los científicos franceses bordas y D ´arsonval en 1906 y el americano Shackell en 1909, descubrieron la aplicación del principio físico de la sublimación, construyendo un sencillo aparato de liofilización de laboratorio. Pero como proceso industrial, empezó a impulsarse en los años 50 del siglo pasado, auspiciado por el éxito obtenido en algunos productos probados durante la segunda guerra mundial.
1.2.1 campo farmacéutico: • Ciertos antibióticos, vacunas, plasma, hemoderivados, sueros, vitaminas, extractos, leche materna, etc., son mucho estables durante su almacenamiento en formulaciones liofilizadas que en su estado natural.
•
Proyecto Genoma : Péptidos, proteínas , DNA,( estabilidad)
• Biofármacos: Fármacos de origen biológico. • Muchas proteínas y péptidos presentan inestabilidad química y física, desnaturalizándose rápidamente, incluso temperatura ambiente. • Muchos de los fármacos basados en este tipo de biomoléculas pueden estabilizarse por liofilización.
• La liofilización de microorganismos se hace actualmente de forma rutinaria; muchos de ellos se mantienen en medios de cultivos para almacenarse y distribuirse en forma liofilizada. liofilización rutinaria; liofilizada
1.2.2 Campo alimentario: 28
Mantienen intactas todas sus cualidades: forma, gusto, sabor, color y valores nutricionales, libre de aditivos y conservantes. Tienen larga vida útil. No necesitan demasiados cuidados de almacenamiento, solo requieren ser almacenados en un lugar fresco y seco. De fácil aplicación. Rehidratación instantánea. Excelente microbiología.
1.3 Ventajas de la técnica de liofilización:
• La temperatura a que es sometido el producto, está por debajo de aquella a la que muchas sustancias inestables sufren cambios químicos.
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• Debido a la baja temperatura que se opera, la pérdida de los constituyentes volátiles, es mínima, se reduce el peligro de contaminación microbiana y los preparados enzimáticos no sufren alteraciones.
• Se eliminan los fenómenos de oscilación, dado que se opera y envasa a alto vacío.
• La gran porosidad del producto facilita con rapidez la reconstitución por la adición de agua o del solvente adecuado.
• Al ser despreciable la humedad remanente, el producto puede ser almacenado por tiempo ilimitado, constituyendo productos de larga estabilidad.
Todas estas particularidades pueden resumirse en: una estabilidad óptima, una solubilidad fácil, rápida y completa; una conservación ilimitada; una buena protección contra las influencias externas nocivas y una rápida disponibilidad de uso.
1.4 Desventajas de la liofilización:
• Es un proceso costoso.
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• Necesidad de personal calificado en la operación y mantenimiento de los equipos.
• Elevado costo de inversión de las instalaciones y equipos.
•
1.5 Características de los productos a liofilizar: • Productos inestables. • Sustancias termolábiles. • Cuando se requieran condiciones de asepsia. • Resolución rápida y completa. • Productos de elevado.
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CAPITULO II APLICACIONES EN LA INDUSTRIA DE LOS ALIMENTOS
Por medio de la liofilización se puede extraer más del 95% del agua contenida en un alimento, lo que se traduce en un gran beneficio con relación al costo del transporte, ya que permite cargar mayor cantidad de 32
mercadería sin necesidad de cadena de frío (se logra un producto más estable microbiológicamente). Al finalizar el proceso de liofilización, el alimento se convierte en una estructura rígida que conserva la forma y el volumen pero con peso reducido, preservando sus características nutritivas y organolépticas. Al rehidratarlo se recuperaran la textura, el aroma y el sabor original.
CAPITULO III DESCRIPCIÓN DE LOS EQUIPOS Y FUNCIONES
3.1 Equipos de liofilización
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Como se mencionó antes, la gran desventaja de este proceso, es el elevado costo de los equipos. En el esquema presentado se pueden observar tres elementos que son los responsables de estos costos: • Condensador (de sublimador) y sistema de refrigeración. • Energía requerida para completar las etapas de sublimación del agua en la cámara de secado, y de sublimación y fundición en el condensador. • Mantenimiento de las bombas mecánicas del equipo de vacío.
3.2 Partes Generales del equipo de Liofilización: En la Figura 8 se ilustra un esquema de un liofilizado típico, con un condensador externo. Éste tiene tres componentes principales: la cámara de secado, el condensador y el sistema de vacío. La función básica del liofilizado es crear el entorno necesario para el proceso de liofilización. Esta sección, en general, no se ocupará de la operación de este equipo, sino del efecto que diversos componentes en los secadores pueden tener sobre el proceso. (T. A. Jennings, 1993) Los equipos de pequeña escala, tipo planta piloto o de laboratorio constan exactamente de las mismas partes representadas en la fig. 8. con la diferencia que se ha integrado todas estas en un solo equipo.
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3.2.1 Cámara del liofilizador: La cámara del secador sirve al proceso de liofilización mediante las siguientes funciones:(a) proporcionar un entorno limpio y a veces estéril para el proceso; y (b) proporcionar las temperaturas y presiones necesarias para congelar y secar el producto.
3.2.2 Condensador: La principal función del condensador es eliminar los vapores condensables antes de que entren en el sistema de bombeo de vacío.
3.2.3 Sistema de vacío: El sistema de vacío, según se muestra en la Figura 8, está conectado a la cámara del condensador y su función es proporcionar las presiones necesarias para las fases desecado primario y secundario. Los dos rasgos principales de un sistema de vacío que requieren consideración son la tubería de comunicación con el condensador y la naturaleza de la bomba de vacío.
3.2.4 Instrumentación: La instrumentación asociada con liofilizador es de gran importancia. El logro de un óptimo producto requiere un sistema de control que reproduzca el proceso de liofilización, siempre que esté dentro de los límites del equipamiento y de un sistema de recolección de datos que verifique la consistencia del proceso.
3.3. Clases de equipos: En el mercado comercial se puede conseguir equipos de laboratorio, para planta piloto e industria.
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CAPITULO IV 36
DIFERENCIAS ENTRE SECADO CONVENCIONAL Y LIOFILIZACIÓN
CAPITULO V 37
LIOFILIZACIÓN ATMOSFÉRICA Meryman (1959) demostró la posibilidad de secar productos congelados sin necesidad de vacío. Estableció que el gradiente de presiones de vapor es el que facilita el paso del agua entre el frente de secado y la zona seca. El proceso corresponde a la liofilización atmosférica.Lewin y Mateles (1962) obtuvieron resultados satisfactorios, en pruebas preliminares de liofilización sobre zanahorias, guisantes (arvejas) y carne de pollo.Sinnamon y colaboradores (1968), trabajaron con manzanas, reportaron de lo extenso del proceso de secado, si se desea obtener humedades inferiores al 15%.Heldman y Hohner (1974), en base a pruebas experimentales de liofilización atmosférica y al desarrollo de un modelo matemático, concluyeron que el principal limitante económico se debe a su baja velocidad de secado, controlada por la difusión molecular de vapor de agua en la estructura seca del producto .Schmidt y colaboradores (1977), liofilizaron zanahorias en cubos, observaron una disminución del tamaño y desarrollaron un modelo matemático para calcular las curvas desecado. Heldman (1977) mostró que el mayor potencial para hacer practicable el secado por liofilización atmosférica es la aproximación a lechos fluidizado intentada por Maléela y colaboradores (1970).Charm (1981) manifiesta que las bases que gobiernan la liofilización atmosférica son similares a las del secado convencional por aire. (Citado por: J. de D. Alvarado 1996)J. S. Ramírez y J. Cañizares (2003) liofilizaron dos variedades de papa concluyendo quede las características de la matriz sólida dependía del tiempo de secado .Alvarado (1979); (citado por: J. de D. Alvarado 1996; J. S. Ramírez y J. Cañizares 2003)concluyó que la liofilización atmosférica está controlada principalmente por el mecanismo de transferencia de masa desde la superficie del producto hacia el aire. (trabajo realizado a la papa característica de Guatemala).
CONCLUSIÓN 38
Históricamente el proceso de liofilización se ha considerado el mejor método de conservación de productos de diversa naturaleza: farmacéutico (comprimidos, tejidos, plasma, sueros y otros productos biológicos), catalizadores, materiales orgánicos (madera, flores, animales), alimentos y otros. Al liofilizar alimentos, además de conservar las características organolépticas y nutritivas, se le otorga un valor económico agregado aproximado del 1200%.Al realizar una revisión de los modelos matemáticos se concluye de la necesidad de desarrollar modelos matemáticos integradores que vincule la formación de cristales del producto con las velocidades de remoción de agua y de volátiles. La investigación del proceso de liofilización de alimentos ha sido poco estudiada por suelto costo, pero se incentiva al desarrollo de trabajos en esta área del conocimiento Estamos sujetos a cambios ambientales debido a nuestra irresponsabilidad en el manejo de los recursos Naturales, que provocan en algunas ocasiones desastres, de complicado manejo, especialmente por el suministro de alimentos a los damnificados en sectores afectados por inundaciones, terremotos, sequias, etc. Es imperativo tener bancos de alimentos imperecederos instantáneos sometidos a procesos que permitan su conservación, sabor, color y propiedades nutricionales ,empacados al vacío, con poco espacio de almacenamiento ,sin necesidad de cadena de frio ,ya pre cocidos ,para consumo directo sin necesidad de procesar ,sino útiles para consumo inmediato.
BIBLIOGRAFÍA 39
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http://ptgal.org/files/Liofolizaci%C3%B3n.pdf
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http://www.adiveter.com/ftp/articles/A2190210.pdf
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http://www.uv.es/~mbermejo/Freeze-Drying.pdf
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http://personal.us.es/mfarevalo/recursos/tec_far/liofilizacion.pd f
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http://www.itescam.edu.mx/principal/sylabus/fpdb/recursos/r46 891.PDF
•
http://www.alimentosargentinos.gov.ar/contenido/sectores/tecn ologia/Ficha_03_Liofilizados.pdf
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CRIOGENIA
CAPITULO I 41
CRIOGENIA La formación de hielo en los tejidos cambia de forma notable las propiedades físicas de los productos congelados. La calidad bacteriológica de un producto y el tiempo de conservación posterior en cámara va a depender del número de microorganismos que tenga ese producto cuando se congele. Por lo tanto, la única garantía que tenemos de que un producto no sufra alteraciones, ni físicas ni microbianas, es efectuando una congelación lo más rápidamente posible y esta rapidez queda garantizada como con ningún otro sistema, congelando criogénicamente con NITROGENO LIQUIDO.
1. ¿QUE ES LA CRIOGENIA? La palabra criogenia se deriva de los vocablos griegos "crios" y "genea" que significan, respectivamente, "frío" y "nacimiento". En la práctica, la criogenia se define como la ciencia dedicada a la producción de temperaturas entre 100 y 273 grados centígrados bajo cero (la más baja de ambas, equivale al cero absoluto de la escala KELVIN). En la actualidad, cuando hablamos de criogenia, estamos hablando de frío originado en la aplicación de gases licuados. La criogenia ha revolucionado un sinnúmero de técnicas de aplicaciones industriales. Aunque existen 11 gases básicos que pueden licuarse a temperaturas inferiores a -100ºC, sólo de cuatro se disponen en abundancia y son EL NITROGENO, EL OXIGENO, EL HELIO y EL HIDROGENO. La elección del gas licuado se hace en función de la técnica a emplear, de la temperatura requerida y del comportamiento físico-químico de aquel. El oxígeno, por ejemplo, promueve la combustión, lo cual constituye un factor muy importante a tener en cuenta en su aplicación. El hidrógeno es combustible. El nitrógeno y el helio no son ni combustibles ni comburentes. El punto de licuación de este último es el más bajo de todos los gases -269ºC (a sólo 4º Kelvin del cero absoluto). Pero el helio existe en el aire en proporciones minúsculas. Comercialmente, se produce por licuación y fraccionamiento de gases naturales que lo contienen. El oxígeno y el nitrógeno se obtienen por licuación del aire y destilación fraccionada de éste. Por lo tanto, de estos cuatro gases, por su abundancia, disponibilidad y por tratarse de un gas inerte, EL NITROGENO LIQUIDO ES EL FLUIDO CRIOGENICO POR EXCELENCIA.
2. APLICACION DEL NITROGENO A LA CONGELACION DE PRODUCTOS ALIMENTICIOS 42
Los primeros experimentos sobre la utilización del nitrógeno líquido para congelación de productos alimenticios, datan de 1930. En aquel entonces, eran muy limitadas las cantidades disponibles de nitrógeno líquido, resultando el precio de éste demasiado alto para considerar su utilización en la congelación de alimentos. Sin embargo, en los últimos 30 años, han surgido por doquier utilizaciones del nitrógeno líquido como fluido frigorígeno. Así mismo, se ha acometido su producción en instalaciones de gran tamaño, con las consiguientes reducciones de costes de fabricación. Los actuales precios del nitrógeno líquido en el mercado internacional, situan este producto en condiciones de franca competencia frente a cualquier otro sistema convencional de refrigeración.
3. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE UN TUNEL El principio de congelación se basa en utilizar el nitrógeno líquido como fluido de frigorífero, que se inyecta directamente en el interior del túnel a través de un conjunto de pulverizadores con caudal proporcional a las cantidades de productos que lo atraviesan. El líquido se pulveriza directamente sobre los productos, vaporizándose al contacto con ellos. El gas frío, más denso, se desliza hacia la entrada del túnel, siendo impulsado por un conjunto de ventiladores de circulación. De esta forma, tiene lugar un intercambio térmico en contracorriente entre el gas que se calienta y el producto que se enfría. De aquí resulta una prerefrigeración superficial del producto tratado en la primera parte del túnel, antes de recibir la lluvia de nitrógeno líquido. El producto se congela entonces y, seguidamente, equilibra sus temperaturas entre el centro y la superficie, lo cual tiene lugar en la zona llamada de estabilización. La gran diferencia de temperatura entre producto y nitrógeno líquido, permite lograr, además, grandes velocidades de congelación y, con ello, un producto congelado que retiene inalteradas sus propiedades organolépticas, siendo, por lo tanto, de la más alta calidad.
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4. VENTAJAS DE LA CONGELACION CRIOGENICA La primera y principal ventaja de la congelación criogénica, es la calidad. La calidad de la congelación depende de la rapidez de enfriamiento y se presenta bajo un doble aspecto: Calidad bacteriológica y calidad física.
4.1. Calidad bacteriológica Cuanto más rápidamente se efectúa el descenso de la temperatura del producto, más rápidamente se detiene el desarrollo de los microorganismos que pueden alterarlos. La calidad bacteriológica de un producto y el tiempo de conservación posterior en cámaras, va a depender del número de microorganismos que tenga ese producto cuando se congele. Los microorganismos deterioran las sustancias básicas de los alimentos (agua, sales minerales, glúcidos, lípidos, prótidos y vitaminas) por medio de las enzimas, originando compuestos de desecho. Tres son los factores que influyen en su crecimiento, tanto para los hongos como para las bacterias, y son: la humedad, el oxígeno y la temperatura. Con relación a la humedad, el nitrógeno líquido no contiene absolutamente nada de agua (puesto que se formaría hielo), luego evita su desarrollo. Los hongos son aerobios y las bacterias pueden ser aerobias o anaerobias; por lo tanto, el nitrógeno inhibe el crecimiento de todos los hongos y de las bacterias aerobias. En cuanto a la temperatura, existen tres tipos de bacterias: termófilas, mesófilas y sicrófilas. - las termófilas tienen una temperatura óptima de crecimiento de +60ºC - las mesófilas entre +20 y +45ºC - las sicrófilas hasta -10ºC Por lo tanto, se deduce que, al descender la temperatura, se disminuye la capacidad de crecimiento de los microorganismos y que cuanto más rápido enfriemos, menos microorganismos tendrá ese producto cuando alcance el punto de congelación. Pero es que, además, al congelar con nitrógeno líquido, se opera en atmósfera inerte, es decir, en presencia de un gas que no reacciona ni ejerce reacción química alguna sobre los alimentos a tratar, actuando como agente protector contra la acción degradante del oxígeno, evitando, como consecuencia de ello, reacciones enzimáticas y poluciones fúngicas y microbianas.
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4.2. Calidad física La formación de hielo en los tejidos, cambia de forma notable sus propiedades físicas. Veamos hasta qué punto influye la cristalización del agua de constitución de un producto en su calidad. Para ello, es necesario tener en cuenta como están construidos los tejidos de pescados, carnes y vegetales.
5. PRINCIPIOS BASICOS DE CONGELACION Antes de analizar estos factores, vamos a recordar básicamente los principios físicos en los que se basa la congelación de los alimentos. En la vida útil de un alimento, existen tres periodos claramente definidos, son: congelación, almacenamiento en estado congelado y descongelación. La calidad final del alimento reflejará el cuidado que éste ha recibido en las tres etapas. Dicha calidad quedará reflejada por la textura, color y sabor, así como el valor nutritivo del mismo. Los animales y las plantas están compuestos mayoritariamente de agua, que supone de un 70 a un 80% de su peso. Por lo tanto, el agua será el principal componente de los alimentos derivados de ellos. Cuando se congela un alimento, el agua que contiene se transforma en hielo. Esta separación o aislamiento del agua en forma de hielo (que, en efecto, deshidrata el alimento), es el principio en que se basa la congelación como método de conservación. Como consecuencia de ello, vamos a estudiar, a continuación, dos factores fundamentales que intervienen en la congelación de un alimento y son: su curva de congelación y las transformaciones físicas que producen en el tejido celular.
6. CURVAS DE CONGELACION Si un recipiente de agua a temperatura ambiente se coloca en un congelador, se observa que su temperatura decrecerá rápidamente al principio, a causa de la gran diferencia existente entre la temperatura del agua y la que hay en el interior el congelador. A 0ºC, el agua se transforma en hielo y durante cierto tiempo, su temperatura permanece constante. Cuando la cristalización es completa, la temperatura del hielo desciende hasta que se equilibra con la que hay en su ambiente. Cuando el agua se transforma en hielo, absorbe 80 Kcal/Kg., correspondiente al calor latente de cristalización; mientras dura la cristalización, la temperatura permanece constante, como indica el tramo horizontal de la curva. La longitud de este tramo, está determinada por la velocidad a que se disipa el calor. La ligera depresión que se observa al 45
principio del mismo, indica que el agua sufrió un cierto grado de sobreenfriamiento antes del inicio de la cristalización; el agua se enfrió entre -1 y -2ºC antes de que se empezaran a formar los cristales. Esto ocurrirá cuando haya una gran velocidad de eliminación de calor y asegura que, cuando se inicie la formación de cristales, esta será rápida. Para congelar un Kg. de agua desde +20ºC a -20ºC, necesitaremos absorber 110 Kcal/Kg., considerando que el calor específico del agua por encima del punto de congelación es 1; y por debajo de su punto de congelación 0,5. El agua de los alimentos no es agua pura, sino una solución de sales, azúcares y proteínas. Mientras que el agua pura congela a 0ºC, el punto de congelación de una solución siempre está por debajo de esta cifra, siendo proporcional a la concentración de los solutos.
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La carne, los pescados y los vegetales, tienen punto de congelación entre 0 y -4ºC. Esta es la zona conocida como zona de máxima formación de cristales. Algunos alimentos preparados con escaso contenido en agua, tienen punto de congelación más bajo.
7. TEJIDO CELULAR Los tejidos de los pescados, carnes y vegetales, están constituidos por células. Estas células están formadas por agua de constitución (agua celular) y agua intercelular o extracelular. También en un tejido existe lo que se llama isotonía, es decir, igualdad de presiones osmóticas entre las células que lo constituyen. Si la congelación es rápida, los cristales que se forman son pequeños y si es muy lenta éstos son muy grandes. Pero la velocidad de congelación afecta, no solamente al tamaño de los cristales, sino también a su localización. Si la congelación es muy rápida, se forman cristales muy pequeños en el interior de las células; pero si es lenta, los cristales se forman en los espacios intercelulares. El fluido que rodea a las células (el intercelular) está constituido por una solución menos concentrada en nutrientes que el contenido en el interior de las células y, por lo tanto, se congelará a una temperatura menos baja. El agua sale de las células y se incorpora a los cristales gruesos del líquido intercelular, dejando las células deshidratadas y desnaturalizadas. Las células se contraen y se deforman, mientras que los cristales intercelulares siguen creciendo. Otros factores que influyen en incrementar el tamaño de los cristales, es la variación de la presión de vapor que ocurre en los alimentos cuando se congelan. A la temperatura del congelador, la presión de vapor ejercida por las moléculas de agua en el aire en contacto con los cristales de hielo, es menor que la del agua no congelada y, por ello, hay una tendencia a que las moléculas de agua migren hacia los cristales ya formados y se agreguen a ellos. Al descongelar el producto, quedará blando y habrá perdido gran parte de su jugo, de su gusto y de su textura. Si la congelación es rápida: 1º) Se forman mucho núcleos cristalinos de agua de pequeño volumen. Cada molécula de agua congela en su sitio de origen sin participar en el crecimiento de la adyacente. 2º) Conserva la isotonía, pues no se produce expulsión de los líquidos con punto de congelación más bajo. 47
CONCLUSIONES Como consecuencia de todo lo anteriormente expuesto, la única garantía que tenemos de que un producto no sufra alteraciones, tanto físicas como microbianas, es efectuando una congelación lo más rápidamente posible y esta rapidez queda garantizada como con ningún otro sistema, congelando con NITROGENO LIQUIDO. Otras ventajas 1º Ausencia de pérdida de peso en el proceso de congelación 2º Reducida inversión inicial en el equipo frigorífico 3º Gastos de mantenimiento despreciables 4º Pequeña ocupación de espacio 5º Reducido consumo de energía eléctrica 6º Flexibilidad 7º Versatilidad 8º Simplicidad de manejo 9º Disponibilidades inmediatas de los equipos 10º Reducción de mano de obra 12º Perfecto glaseado en las proporciones que se quiera, en un tiempo mínimo, sin pérdidas considerables de temperatura del producto.
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BIBLIOGRAFIA http://www.conxemar.com/conferencias/presentacion_airliquide_resumen.PDF http://www.praxair.es/eu/es/esp.nsf/0/B96EA85D5741C1BE85256F8C004E2FD 7/$file/Praxair_RefrigeracionEnCocinasCentrales.pdf www.itescam.edu.mx/principal/sylabus/fpdb/recursos/r83424.DOC http://libros.redsauce.net/Termodinamica/PDFs/14Termod.pdf http://www.es.airliquide.com/file/otherelement/pj/alhabla-41271.pdf
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