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Temas Selectos de Ingeniería de Alimentos 1 (2007): 80 - 96
Aspectos tecnológicos de la congelación en alimentos
A. I. Gómez-Sánchez; T. G. Cerón-Carrillo; V. Rodríguez-Martínez; M. M. Vázquez-
Aguilar.
Departamento de Ingeniería Química y de Alimentos, Universidad de las Américas-Puebla, Cholula, Pue.,
México.
Resumen
La congelación como método de conservación de alimentos, es una tecnología aplicada a frutas,
hortalizas, productos cárnicos, del mar, preparados y lácteos, entre otros. En este documento, se
presenta una revisión de su uso, así como los métodos para el cálculo de los tiempos de congelación,
los factores que influyen en el cálculo de estos tiempos y las variables que afectan la congelación de
los alimentos. Es bien conocido que este método de conservación puede afectar las características
organolépticas y por consiguiente la calidad de los productos alimenticios. Es por ello que se deben
de evaluar las características de los alimentos y las condiciones de los sistemas de congelación que se
van a aplicar a alimentos. Entre las variable que se revisan en este documento se encuentran los
tratamientos aplicados a los alimentos previos al proceso de congelación, las condiciones
recomendadas para la congelación de alimentos, el empaque y almacenamiento; así como la
composición del sistema alimenticio.
Palabras clave: Nucleación, IQF, pretratamientos, condiciones de congelación.
Abstract
Freezing as a method of food preservation, is a technology apply to fruit, vegetables, meat products,
seafood, prepared products and dairy products, among others. This paper presents a review of the
applications of freezing technology, the methods for calculating freezing times, the factors that
influence the calculation of those times and the variables that affect the food freezing.
It is well known that this method of preservation can affect the organoleptic characteristics and hence
the quality of foodstuffs. For that reason its necessary to assess the characteristics of the food and
conditions of freezing systems to be applied to food freezing. Among the variable that are reviewed in
this paper are the treatments applied to food before undergoing freezing, the recommended conditions
for food freezing, conditions of packing and storage, as well as the composition of the food system.
Keywords: Nucleation, IQF, pretreatments, freezing conditions.
Introducción
La preservación de alimentos por
congelación ocurre por diversos mecanismos, la reducción de la
temperatura por debajo de los 0°C
Temas
Selectos de
Ingeniería de
Alimentos
A. I. Gómez-Sánchez et al. / Temas Selectos de Ingeniería de Alimentos 1 (2007): 80 - 96
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favorece la reducción significativa tanto la
velocidad de crecimiento de
microorganismos, como el
correspondiente deterioro de los productos
por la actividad de éstos. Además la
disminución de la temperatura, ocasiona la
reducción de la actividad enzimática y de
las reacciones oxidativas, debido a la
formación de cristales de hielo que
modifican la disponibilidad del agua y
evitan que se favorezcan las reacciones
deteriorativas (Singh y Heldman, 2001).
Por consecuencia, el empleo de
congelación como método de
conservación, generalmente resulta en el
incremento de la calidad de los productos;
sin embargo, dicha calidad se ve
influenciada por el proceso de congelación
y las condiciones de almacenamiento. La
velocidad y el tiempo de congelación son
factores importantes que determinan la
calidad final del producto. Para algunos
productos, la congelación rápida es
requerida para asegurar la formación de
cristales pequeños en la estructura del
producto y con ello minimizar el daño a la
textura. En otros productos que no
requieren cuidado de la textura, no se
justifica el gasto de una congelación
rápida. Sin embargo, existen productos
que por su configuración geométrica y
tamaño no es posible que se les aplique
una congelación rápida. Las condiciones
de almacenamiento influyen de gran
manera a la calidad de los productos
congelados, debido a que si durante esta
etapa no hay un adecuado manejo y
control de la temperatura, se puede
presentar el defecto de recristalización,
provocando pérdidas de calidad y
modificación de la estructura del producto
(Welti-Chanes, 2007).
Revisión Bibliográfica
Generalidades
Los alimentos son sometidos
comercialmente a tratamientos de
conservación empleando bajas
temperaturas (-10 °C ó inferiores) cuando
se desea preservar su calidad, obtener una
estructura y consistencia especial (por
ejemplo, helado y yogurt congelado), ó
para llevar a cabo determinados procesos
de producción (Lund, 2000). A pesar de la
creciente investigación y desarrollo de
métodos de conservación, la congelación
sigue siendo el proceso más utilizado
(Rahman y Vélez – Ruiz, 2007).
La efectividad de éste método se
relaciona con la disminución de la
actividad fisicoquímica y bioquímica del
alimento, la disminución de las reacciones
enzimáticas y no enzimáticas, además de
que a temperaturas por debajo de los -
18°C el crecimiento microbiano se ve
detenido (George, 1993; Moharram y
Rofael, 1993).
El proceso de congelación consiste de
diferentes etapas:
a) Sub-enfriamiento. Se debe de pasar
una barrera energética antes de que ocurra
el proceso de cristalización como punto
inicial de congelación (Franks, 1985). El
proceso de sub-enfriamiento se observa
cuando se retira calor sensible por debajo
de 0 °C sin cambio de fase, resultando en
un estado termodinámico inestable que
inicia la formación de agregados
submicroscópicos de agua llegando a una
interface conveniente que es necesaria
para la transformación de líquido a sólido.
El grado de subenfriamiento esta
dictaminado por el inicio de la nucleación.
Sin embargo, cuando no hay una interface
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estable, no se inicia la separación de fases
ya que las moléculas de líquido no son
capaces de alinearse por sí mismas (Reid,
1993).
b) Nucleación. La nucleación se define
como el agrupamiento de átomos en fase
líquida en un núcleo estable pequeño. Para
un grupo de radio r, el proceso está
gobernado por la energía libre de
formación acompañada por una
condensación líquido-sólido (G1 –s), y
esta dada por la ecuación 1
23
14
3
4rGrG vs
(1)
donde r es el radio de la partícula, ΔGv es
la diferencia de energía libre entre la fase
sólida y la acuosa, y γ es la energía libre
interfacial por unidad de área entre el hielo
y la fase sin congelar (Franks, 1982).
De manera termodinámica, la
agrupación de partículas a temperaturas
por debajo del punto de fusión inicial no
es favorable debido a que la relación entre
la superficie y el volumen de los nucleos
es muy grande y por lo tanto la energía
interfacial con el líquido se vuelve una
barrera (Sahagian y Goff, 1996).
El proceso de nucleación se divide en:
Nucleación homogénea. Las
fluctuaciones de densidad en la fase
liquida resultan en la formación de un
núcleo en un patrón tridimensional puro.
Se da en sistemas puros en ausencia de
impurezas o cualquier tipo de sustancia
que ayude a la nucleación. La probabilidad
de que se de este tipo de nucleación en
agua a 0 °C es cercana a cero, sin
embargo, al disminuir la temperatura la
probabilidad de que el núcleo llegue a un
tamaño crítico incrementa y alcanza 1
cerca de -40 °C (Franks, 1982; Reid, 1983;
Franks, 1985).
Un parámetro importante que se toma
en cuenta al estudiar la nucleación del
hielo, es la velocidad a la cual el núcleo
aparece por volumen por unidad de
tiempo. La relación generalizada se
establece por medio de la ecuación 2.
BATJ exp
(2)
donde J(T) es la velocidad de nucleación a
temperatura T, A y B son constantes que
representan los parámetros físicos del
hielo y el agua, y θ describe la
dependencia de temperatura, ((ΔT)2T3)-1,
donde ΔT es el grado de sub-enfriamiento
y T es la temperatura absoluta. Se observa
que al incrementar ΔT, existe un punto
característico del sistema donde la
velocidad de nucleación se incrementa
rápidamente (Franks, 1984; Franks, 1987).
Nucleación heterogénea. Este tipo de
nucleación es el más importante en el
proceso de congelación de alimentos.
Ocurre cuando las moléculas de agua se
ensamblan en un agente de nucleación
como las paredes del contenedor donde se
encuentra, en cuerpos extraños o en
material insoluble (Welti-Chanes, 2007).
La congelación de agua debido a este tipo
de nucleación se lleva a cabo en
temperaturas más altas, ya que las
partículas tienden a incrementar la
estabilidad de la agrupación facilitando el
proceso. Esto se traduce en una reducción
de la energía de activación a cualquier
temperatura y sugiere que es controlado
por algún mecanismo catalizador
(McBride, 1992)
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c) Propagación de cristales de hielo. Una
vez que se inicia la nucleación y el
crecimiento de cristales, las moléculas de
agua se mueven rápidamente para alcanzar
la estabilidad termodinámica como hielo
hexagonal, el cual es el arreglo estructural
favorecido energéticamente (Hobbs,
1974). El crecimiento de los cristales
ocurre cuando el número de moléculas de
agua se difunden a través de la interfase y
la orientación hacia un sitio de crecimiento
es mayor que el número de moléculas
desviadas. El mecanismo y la velocidad de
crecimiento de cristales dependen de la
concentración y de la morfología de la
superficie. Los mecanismos incluidos en el
desarrollo de la morfología de los cristales
durante la congelación son complejos y se
ven afectados por diversos factores
(Fennema, 1973).
También es fuertemente afectado por
variables termodinámicas, (propiedades de
transferencia de calor), variables cinéticas
(propiedades de transferencia de masa) y
variables propias del alimento (ej.,
composición y tamaño). La modificación
de éstas variables puede conducir a
grandes cambios en la distribución del
hielo y por consecuencia en la calidad del
producto (Sahagian y Goff, 1996).
Congelación rápida individual (IQF)
La calidad de diferentes alimentos
congelados se pude mejorar por un cambio
rápido de temperatura y por formación de
cristales de hielo pequeños en la estructura
del producto. Este concepto involucra la
exposición del producto a bajas
temperaturas por un periodo de tiempo
corto. En muchos casos, la velocidad de
congelación se incrementa por medio de
un contacto íntimo entre el producto y el
refrigerante.
En los alimentos de congelación rápida
la zona de máxima cristalización se
alcanza y supera lo más rápido posible, el
tiempo depende del tipo de producto (SI,
1990), y se mantienen a temperaturas de -
18 °C ó inferiores con las mínimas
fluctuaciones (Lund, 2000). Es
recomendable almacenar estos productos a
temperaturas de -18 °C ó inferiores, y no
superiores nunca los -12 °C (SI, 1990;
CAC, 1994).
Estimación del tiempo de congelación
Uno de los factores principales a
considerar en el diseño y operación de un
sistema de congelación es el tiempo de
congelación. Cuando se considera el
sistema de congelación, el tiempo
requerido para el congelado establecerá la
velocidad de movimiento del producto a
través del sistema y por lo tanto la eficacia
del sistema (Welti-Chanes, 2007).
La calidad del producto congelado será
directamente dependiente de la velocidad a
la cual se remueve el calor latente de
fusión y por lo tanto la velocidad la cual se
mantienen los cristales pequeños de hielo.
Debido a la importancia del tiempo de
congelación, es importante desarrollar
métodos para estimar estos tiempos tan
exactos como sea posible (Heldman y
Hartel, 1997).
Factores que influyen sobre el tiempo de
congelación
Los factores que influyen en el tiempo
de congelación de productos alimenticios
se deben principalmente a las
características del alimento y las
condiciones del equipo en el cual se va a
llevar a cabo el proceso. Referente al
alimento, es necesario conocer su
conductividad térmica, sus dimensiones y
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su temperatura inicial. De las condiciones
del equipo, se debe de considerar el
coeficiente convectivo de transferencia de
calor, el medio de congelación y la
temperatura a la cual se encuentra éste
(Heldman y Hartel, 1997).
La aproximación para estimar el
tiempo de congelación, usa la ecuación de
Planck (ec. 3), la cual fue desarrollada
para sistemas ideales
k
RL
h
PL
TT
t
MF
f
2
(3)
donde ρ es la densidad del producto
congelado, λ es el calor latente de
fusión, h es el coeficiente convectivo de
transferencia de calor, k es la
conductividad térmica del producto
congelado, P y R son las constantes
dependiendo de las dimensiones y forma
del producto, L es el espesor del producto
(o la dimensión horizontal del mismo), TM
es la temperatura del medio de
congelación y TF es la temperatura inicial
del producto.
Los valores para tres formas de
productos más comunes son el plato
infinito, el cilindro infinito y la esfera, y
estos se presentan en la tabla I, se puede
observa que productos con una forma más
esférica, tendrán menores tiempos de
congelación que los productos con una
forma cilíndrica; y los productos con
forma cilíndrica tendrán valores de tiempo
de congelación más bajos que los
productos con forma de placa.
El espesor del producto (L) tiene un
influencia directa sobre el tiempo de
congelación (tf). Al incrementar el espesor
el tiempo de congelación incrementa. Por
otra parte, el gradiente de temperatura (TF
– TM) se encuentra indirectamente
relacionado al tiempo de congelación. A
su vez, si el gradiente de temperatura
incrementa, el tiempo de congelación
disminuye. Otro factor que tiene una
relación inversa al tiempo de congelación
es el coeficiente convectivo de
transferencia de calor (h), debido que al
incrementar éste en la superficie del
producto, el tiempo de congelación
decrece. En la tabla II se muestran las
magnitudes del coeficiente convectivo de
calor para diversos tipos de sistemas de
congelación, el cual puede variar en un
factor mayor a 100. Estas diferencias
tienen una gran influencia en el tiempo de
congelación, si se tiene altos valores de
este coeficiente el tiempo del proceso
disminuye (Heldman y Hartel, 1997).
La conductividad térmica del producto
congelado, es otro factor que influye en el
tiempo de congelación, este valor es
inversamente proporcional al tiempo, en la
tabla III se muestran valores de
conductividad, calor específico y calor
latente para algunos productos
alimenticios. Para la mayoría de los
productos la conductividad térmica se
acercará a los valores de conductividad
térmica para el hielo y por lo tanto, su
Forma P R
Placa infinita 1/2 1/8
Cilindro infinito 1/4 1/16
Esfera 1/6 1/24
Heldman y Hartel, 1997
Tabla I. Valores de las constantes de la ecuación de Plank
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variación no será significativa. El último
factor que está relacionado con el tiempo
de congelación son las constantes de
forma (P y R) (Heldman y Hartel, 1997).
Congelado y calidad de productos
Existen cambios en la calidad de los
productos cuando son sometidos a
procesos de congelación. Por ejemplo, un
producto sin congelar tendrá 70% de agua
y 30% de sólidos totales a cualquier
temperatura por encima de la temperatura
inicial para la cristalización de hielo. Sin
embargo, con un cambio de temperatura
de 5 ° por debajo de la temperatura inicial
de congelación, un producto podría tener
30% de agua sin congelar, 40% de agua
congelada o hielo y el mismo 30% de
sólidos totales. Este cambio se presenta de
manera gradual y por cada grado de
cambio de temperatura, habrá cambios en
la composición del producto.
Al disminuir la temperatura, el
porcentaje de hielo incrementará en
oposición al agua sin congelar. A una
temperatura mucho menor que la inicial a
la de congelación, una pequeña fracción de
agua permanecerá en el estado líquido y
será agua no congelable (Heldman y
Tabla II. Coeficientes convenctivos de transferencias de calor durante la congelación
Condición
Coeficiente de transferencia
de calor (W/m2K)
Circulación natural 5
Chorro de aire 22
Congelación por contacto de placas 56
Circulación lenta en salmuera 56
Circulación rápida en salmuera 85
Nitrógeno líquido
Lado lento placas horizontales donde se expande el gas 170
Parte superior de las placas horizontales 425
Ebullición del líquido 568
Heldman y Singh, 1981
Arriva de T fusión Debajo de T fusión
Manzanas 0.513 (antes de congelar, agua 84.9%) 3.65 1.90 281
Platanos 0.481 (antes de congelar, agua 75.7%) 3.35 1.78 251
Pollo 3.32 1.77 247
Helado 0.460 (antes de congelar, a 0°C) 2.95 1.63 210
Lecha (entera) 0.473 (antes de congelar, agua 87.0%) 3.79 1.95 294
Naranjas 0.580 (antes de congelar, agua 85.9%) 3.75 1.94 291
Camarones 0.490 (antes de congelar, agua 75.3%, grasa 1.2%) 3.62 1.89 277
Fresas 0.462 (antes de congelar/1.125 (a -15.5°C) 3.86 1.97 301
Tomato (maduro) 0.571 (antes de congelar, agua 92.3%) 3.99 2.02 314
Pavo 0.343 (antes de congelar, agua 92.8%, grasa 12.4%) 2.98 1.65 214
1.437 ( agua 92.8%, grasa 12.4%, a -9.4°C)
1.627 (agua 92.8%, grasa 12.4%, a -23.3°C)
Sandía 0.571 (antes de congelar, agua 92.8%) 3.96 2.01 311
Agua 0.594 (antes de congelar a 0°C) 4.23 (a 0°C) 2.01 334
Alimento
k (W/m K)
Cp (kJ/kg K)
Calor latente de
fusión (kJ/kg)
Tabla III. Propiedades termofísicas de algunos alimentos a
a Rahman y Vélez-Ruiz, 2007
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Hartel, 1997).
Muchos atributos de calidad se
encuentran influenciados por la velocidad
de congelación. Si el cambio de
temperatura entre la temperatura inicial de
congelación y 5 grados por debajo de esta
es rápido, los cristales de hielo formados
en la estructura del producto serán
pequeños. Por otro lado, si se reduce la
temperatura con una velocidad más lenta,
los cristales de hielo serán más grandes. El
atributo de calidad que más se ve afectado
por los cambios de temperatura, es la
textura, especialmente en productos donde
el agua se encuentra contenida en la
estructura celular, en estos casos, la
formación de cristales grandes puede
romper las paredes celulares y producir
pérdidas de la estructura del producto que
no se recuperarán al descongelarlos
(Heldman y Hartel, 1997)
Almacenamiento de alimentos congelados
Aunque los cambios en la calidad
disminuyen conforme disminuye la
temperatura, mantener la calidad es
costoso. En los sistemas de congelación
con gran capacidad es necesario disminuir
las temperaturas del producto durante el
proceso de congelación. Temperaturas más
altas en el almacenamiento de alimentos
congelados se deben evitar debido a la
sensibilidad de los alimentos a la
temperatura inicial de congelación.
Existen diferentes tipos de cambios en
calidad que pueden ocurrir durante el
congelado de alimentos. Las temperaturas
por debajo de la inicial de congelación no
elimina la oportunidad para la actividad
microbiana. Sin embargo, el crecimiento
de la mayoría de microorganismos es
despreciable a -18 °C.
Una segunda categoría de cambios
relacionados a la calidad del producto
incluye reacciones bioquímicas que
pueden ocurrir durante el almacenamiento
de alimentos congelados, pero a
velocidades bajas siempre y cuando la
temperatura sea mantenida a -18 °C o
menores. Otro cambio asociado a la
calidad de alimentos está relacionado con
las enzimas. Las reacciones enzimáticas
ocurrirán a temperaturas de congelación
típicas, pero a velocidades más bajas
(Heldman y Hartel, 1997).
Existe poca información acerca del
tiempo de almacenamiento de alimentos
congelados, en la tabla IV se presenta
información aproximada referente a este
tema (Lund, 2000).
La información anterior muestra que
en general, los alimentos que presentan
menor tiempo de vida son: mariscos,
Vida de almacenamiento (meses) Vida de almacenamiento (meses)
a -18°C a -24°C
Frutas 18 − 24 > 24
Hortalizas 6 − 24 15 −> 24
Carnes y aves 10 − 24 15 −> 24
Mariscos 5 − 9 9 −> 12
Crema y mantequilla 12 − > 24 14 −> 24
Helado 6 24
Pasteles y masa para panadería 12 − 15 18 − 24
Pan 3 −
a IIR, 1986.
Tabla IV. Tiempor de vida en almacenamiento congelado para diversos alimentos, a -18 °C y -24°C.a
Grupo de alimentos
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helado y pan; por el contrario, los
alimentos de mayor duración son: frutas,
hortalizas, carnes y aves.
Los alimentos congelados se
caracterizan por su seguridad y calidad. La
temperatura mínima de crecimiento de la
mayoría de las bacterias causantes de
deterioro en carnes y otros alimentos es,
para propósitos de índole práctico es de -2
°C a -3 °C; así mismo, la temperatura
mínima de crecimiento para mohos es
aproximadamente de -8 °C. Sin embargo,
muchos microorganismos pueden
sobrevivir en alimentos congelados, se
han reportado casos de enfermedades por
el consumo de helado y otros alimentos
congelados (Lund, 2000).
Aplicaciones
1. Congelación de Frutas
La influencia de la congelación,
almacenamiento congelado y
descongelado sobre la calidad de los
productos ha sido investigado
extensamente por varias décadas. La
congelación de frutas constituye un
proceso de conservación importante,
debido a que pueden ser transportadas a
mercados remotos o pueden ser
almacenadas para la manufactura de
jaleas, jugos y jarabes (Skrede, 1996).
La mayoría de las frutas son suaves en
textura incluso antes del congelado y
descongelado, sin embargo la congelación
tiende a alterar la estructura y destruir la
turgencia de las células vivas en los
tejidos. Los métodos de preparación para
frutas que se van a congelar se ven
influenciados por la fragilidad de tejidos
de frutas y deberán de ser escogidos
cuidadosamente, a diferencia de las
hortalizas donde fibras permiten mantener
la estructura después del congelado.
Regularmente entre los pretratamientos se
encuentran: el lavado, el pelado, el
rebanado o cortado, el escaldado, también
están el procesado de la fruta (generación
de jugos o néctares) y el empacado
(Skrede, 1996).
Para establecer las condiciones de
congelación es necesario considerar las
velocidades del proceso de congelación,
con la finalidad de minimizar la ruptura de
la pared celular (tabla V), ya que se tiene
como objetivo disminuir las pérdidas de
calidad, causadas por las diferentes
velocidades de congelación a las que
pueden ser sometidos los alimentos, así, se
deberá elegir la velocidad y condiciones
más adecuadas para el producto en
cuestión (Skrede, 1996).
El empacado de frutas es utilizado para
excluir el aire desde el tejido de la fruta. El
reemplazo del oxígeno por azúcares o gas
inerte, los cuales consumen el oxígeno por
la glucosa-oxidas y/o el uso de vacío y de
películas impermeables al oxígeno para
prevenir y retardar el oscurecimiento y
otros cambios de color. Las frutas son
empacadas en bolsas de plástico, botes de
plástico, bolsas de papel, latas o en bolsas
de polietileno (Gradziel, 1988; Venning et
al., 1989).
2. Congelación de Hortalizas
Las hortalizas congeladas son seguras
y nutritivas en tanto se utilicen materiales
crudos de alta calidad, se empleen Buenas
Prácticas de Manufactura y los productos
sean almacenados a temperaturas
adecuadas. El congelado se considera
como la forma más natural y simple para
conservar las hortalizas, por lo que los
productos al alcance del consumidor son
de alta calidad (Cano, 1996)
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Para que la calidad de los productos
congelados sea la óptima, se debe de
considerar el estado de en el que se
encuentre antes de someterse a cualquier
pretratamiento, es por eso que las
características del material crudo es el
factor más importante relacionado a la
calidad final del producto congelado, este
factor está relacionado con la especie,
producción de cultivo, maduración del
cultivo, practicas de cosecha, transporte y
recepción en fábrica. El cultivo vegetal
escogido para el proceso debe tener un
excelente aroma y sabor, un color
uniforme, textura deseable, madurez
uniforme, debe ser resistente y con altos
rendimientos (Mazza, 1989). Si la cosecha
se retrasa más allá del punto de madurez
óptima, la calidad se deteriorará y el
cultivo puede volverse inaceptable (Lee,
1989). Las prácticas de cosecha tienen un
efecto profundo en la retención de calidad
de vegetales congelados. Ocasionalmente,
las hortalizas están sujetas a golpes y
ablandamiento durante la cosecha.
Retrasos en la post-cosecha de los
vegetales a ser procesados producen
deterioración del sabor, textura, color y
pérdida de nutrientes. Sin embargo, estos
retrasos son inevitables y se usará
refrigeración al momento de la cosecha,
durante el transporte o al momento de
recepción del producto en la planta
procesadora (Lee, 1989).
El escaldado es una de las operaciones
más importantes que preside a otros
métodos como empacado, congelado y
deshidratación. Es utilizado para prevenir
reacciones enzimáticas durante el
procesado. El término de escaldado se
utiliza o se asocia a la destrucción de la
actividad enzimática. El agua caliente para
el escaldado se lleva a temperaturas entre
75 y 95 °C y entre 1 a 10 minutos,
dependiendo del tamaño de la pieza del
vegetal. Las que se obtienen de este
pretratamiento son la estabilización de la
textura, color, sabor, aroma y calidad
nutricional, destrucción de
microorganismos, y el marchitado de
hortalizas con hojas. Por otra parte, las
Producto Observaciones Referencias
Medio Temperatura (°C)
Congelación profunda -20
Congeladores en placas -40
Nitrógeno líquido -196
Congelador en túnel -20 (1h)
Congelación convencional (13h)
Tabla V . Condiciones de congelación para algunas frutas
Holdsworth,
1970
Manzanas y duraznos
Se encontró que una alta velocidad
de secado en combinación con una
rápida descongelación por
microondas da como resultado una
estructura más firme y minimiza el
exudado de las frutas
Ramamurty
y Bongirvar,
1979
Phan y
Mimault,
1980
Condiciones de congelación
Rebanadas de mango
Buen pretratamiento al secado, al
rehidratar el producto mejora la
textura debido a que facilitala
rehidratación del tejido
Fresas
Nitrógeno líquido
-20 y -30
Mejor textura y menor pérdida por
goteo en periodod de
almacenamiento de 6 a 12 meses
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desventajas son la perdida de parte de la
textura, formación de sabor cocido,
perdidas de sólidos solubles e impacto
ambiental adverso (Williams et al., 1986)
Para la selección de empaque de éste
tipo de productos se debe de buscar que:
proteja al alimento del oxígeno
atmosférico, de la pérdida de humedad, de
contaminación, entrada de
microorganismos, daño mecánico y
exposición a la luz. Además debe tener
una alta tasa de transferencia de calor para
que el congelado sea más rápido (Harrison
y Croucher, 1993).
Durante el almacenamiento hay una
perdida gradual y acumulativa de la
calidad con respecto al tiempo (IIR, 1986).
Las temperaturas de almacenamiento, las
fluctuaciones de temperatura y los tiempos
de almacén son los factores principales
que afectan la calidad del producto y estos
se conocen como factores TTT (tiempo-
temperatura-tolerancia). La vida de
anaquel de casi todos los alimentos
congelados, hasta los vegetales,
incrementa al disminuir las temperaturas
de almacén al menos entre -25 a -40 °C.
Una temperatura de -18 °C es aceptada
como el límite superior para el
almacenamiento de la mayoría de los
vegetales de una temporada a otra. En el
caso de la mayoría de los vegetales, la vida
de anaquel congelado puede exceder un
año (IIR, 1986). Los vegetales más
frágiles como los champiñones y
espárragos blancos, tienen una vida de
menos de 1 año a -18 °C. Para la mayoría
de los vegetales, si se requiere una
extensión de vida de anaquel, se usará el
escaldado (Katsaboxakis, 1984).
A continuación (tabla VI) se presenta
las condiciones de temperatura para
almacenamiento de frutas y hortalizas, y la
vida de anaquel que pueden alcanzar si son
manejadas apropiadamente.
3. Congelación de Carnes.
La vida útil de la carne se incrementa
considerablemente mediante el empleo de
la congelación. La carne está compuesta
de un grupo complejo de sustancias
bioquímicas, incluyendo proteínas
solubles y estructurales, grasas y
electrolitos. La combinación de estas
sustancias le imparte a la carne ciertas
características que deben ser consideradas
durante el almacenamiento congelado y la
descongelación. Debido a ello, se debe
monitorear el historial del producto antes
de su congelación, para asegurar así
obtener un producto deseable desde el
punto de vista organoléptico, y con
estabilidad química y microbiológica
(Devine et al, 1996).
El factor biológico dominante que
afecta la calidad de la carne es el
glicógeno muscular (Bendall,1973).
Posterior a la matanza, el glicógeno
muscular es convertido en ácido láctico, el
cual causa la disminución gradual del pH
muscular hasta el valor final alcanzado en
el rigor mortis, determinado “pH final”. El
valor de este “pH final” para un animal
que fue bien alimentado y sacrificado es
aproximadamente 5.5. Si el animal
presentó elevado stress previo a su
sacrificio, el pH final es mayor a 6.0, lo
cual ocasiona que la carne sea obscura,
firme y seca (Dutson,1981;Young,1993).
A valores extremos de pH, la carne es
suave, pero a valores intermedios ésta es
dura (Purchas, 1990; Jeremiah, 1991;
Devine et al., 1993; Purchas y
Aungsupakorn, 1993).
A. I. Gómez-Sánchez et al. / Temas Selectos de Ingeniería de Alimentos 1 (2007): 80 - 96
90
El proceso de glicólisis puede ser
acelerado a través del uso de estimulación
eléctrica (Chrystall y Devine,1986). El
efecto inmediato de la estimulación es la
liberación de ácido láctico y disminución
del pH del músculo debido a una
contracción muscular intensa.
Posteriormente, el pH continúa
disminuyendo, ocasionando un inicio
prematuro del rigor mortis. En ovejas, la
estimulación eléctrica de alto voltaje
produce el rigor mortis dentro de un
período de 3 horas post-matanza. Es difícil
generalizar y cuantificar los efectos de la
estimulación debido a la amplia variedad
de sistemas y rangos de longitudes de onda
usadas, variando desde 14.3 pulsos/seg a
50 ó 60 Hz con intervalos de 1 seg. La
estimulación eléctrica generalmente no es
usada en carne de cerdo para evitar las
altas temperaturas y las condiciones de
bajo pH que causan que la carne sea
pálida, suave y exudada (Devine et
al,1996). Sin embargo, se puede usar ésta
seguida de una rápida refrigeración
(Taylor y Martoccia,1992).
Un proceso empleado antes de la
congelación es el deshuesado en caliente,
en este proceso, la carne es separada del
hueso antes del rigor mortis. Estos
procedimientos se aplican generalmente a
carnes de res y puerco, pero también se
pueden aplicar a carne de cordero
(McLeod et al, 1973). La estimulación
eléctrica y el siguiente enfriamiento
controlado, pueden ser procedimientos
adjuntos al deshuesado en caliente (Van
Laack,1989; Chrystall,1986).
En cuanto a la congelación, es
simplemente la cristalización del hielo en
el tejido muscular, e incluye los
subsecuentes procesos de nucleación y
crecimiento de cristales. Estos procesos
son claves para los efectos en las
velocidades de crecimiento y la calidad de
la carne. Un concepto importante es el
“tiempo de congelación característico”, el
cual es una medida de la velocidad de
congelación local, y se define como el
tiempo durante el cual la temperatura
disminuye desde -1 °C (inicio de la
congelación) hasta -7°C (cuando 80% del
agua es congelada). El crecimiento de
cristales de hielo extracelulares ocurre a
expensas del agua intracelular. Esto
conduce a una deshidratación parcial de
las fibras musculares y a una distorsión
subsecuente. A tiempos elevados
(congelación lenta), los cristales de hielo
son mayores, y la distorsión del tejido es
mayor.
El tipo de congelación que deberá ser
usado depende de la velocidad de
congelación requerida y de las
características del producto. La cantidad
de resistencia externa a la transferencia de
calor en la congelación de carne varía
desde la congelación en aire mediante
convección natural (usando un coeficiente
de transferencia de calor superficial de 2 a
5 W/m2K), hasta la congelación en aire por
convección forzada (10 a 30 W/m2K),
congelación por inmersión (>100 W/m2K),
congelación criogénica (>1000 W/m2K), o
congelación en placas (velocidad de
transferencia de calor superficial infinita).
De esta forma, se puede cambiar la
velocidad de congelación mediante el
cambio del método de congelación. El
tamaño de los cortes de carne es una
característica dominante para la velocidad
de congelación. Los animales pequeños
tales como conejos, se congelan
rápidamente. Suponiendo que el
acortamiento por frío se evita, y la
maduración de la carne es apropiada, los
animales de éste tamaño se congelarían en
forma similar a los cortes de carne con las
mismas dimensiones. En los casos de res,
A. I. Gómez-Sánchez et al. / Temas Selectos de Ingeniería de Alimentos 1 (2007): 80 - 96
91
cordero y puerco, las principales
diferencias son en cuanto a tamaño, lo cual
afecta el tratamiento post-matanza.
Mientras que el cordero puede ser
congelado en cortes enteros, las carnes de
res y cerdo son generalmente deshuesadas
en frío y colocadas en cajas antes de ser
congeladas (Devine et al, 1996).
La congelación de carne descubierta en
aire forzado puede causar pérdidas de peso
significativas, por ello, puede ser necesario
empacarla previamente a la refrigeración o
a la congelación. Asimismo, se requiere el
empacado para la carne congelada en un
sistema de inmersión líquida para prevenir
que el producto entre en contacto directo
con el refrigerante secundario. En la
congelación criogénica se puede evitar el
empacado, ya que los refrigerantes pueden
entrar en contacto directo con los
alimentos. La congelación en placas puede
ser realizada con o sin empacado, y los
beneficios del contacto directo entre la
placa refrigerante y el alimento a congelar
se reducen en caso del uso de empaques
(Devine et al, 1996).
Durante el almacenamiento congelado,
se presenta una adicional
desnaturalización de proteínas, debida a
una concentración de soluciones por la
formación de cristales de hielo; una
máxima desnaturalización ocurre a -3 °C
en carne de res (Love,1966). Asimismo,
ocurre una re-cristalización del hielo, lo
que provoca movimiento del agua, y
consecuentemente, el crecimiento de
cristales a expensas de los de pequeño
tamaño ya presentes (Fennema,1975). El
almacenamiento de carne congelada
generalmente ocurre a temperaturas
inferiores a -18 °C (I.I.R.,1986). Sin
embargo, es común que las temperaturas
fluctúen por arriba de estos valores, ya sea
dentro o fuera de la cámara de
almacenamiento. Los cambios ambientales
son frecuentes, y las superficies de los
cortes de carne, o de los empaques,
cambian su temperatura más rápido que
las capas internas del producto. Las
variaciones de temperatura son
Producto
Tiempo de conservación
(meses)
Temperatura
(°C)
Carne de cerdo 1 -15
4 - 6 -18
8 - 10 -23
12 - 14 -29
asada, chuletas 6 - 8 -18
picada 3 - 4 -18
ahumada 5 - 7 -18
Carne de vacuno 18 - 12 -18
18 -24
filetes asados 12 -18
carne picada 4 - 8 -18
Carne de ternera, asada, chuletas 8 - 10 -18
Carne de ovino, asada, chuletas 12 -18
Herrman, 1977
Tabla VII. Condiciones de almacenamiento para productos cárnicos
(Res, cerdo y ternera)
A. I. Gómez-Sánchez et al. / Temas Selectos de Ingeniería de Alimentos 1 (2007): 80 - 96
92
posiblemente la principal causa de los
cambios de calidad indeseables. Por ello,
se debe mantener una cadena de frío con
las mínimas variaciones de temperatura
posibles (Devine et al, 1996).
En las tablas VII, VIII y IX se muestran
condiciones de almacenamiento congelado
para carnes, aves y pescados.
Conclusiones
En la industria, la congelación es
utilizada para la conservación de
alimentos, para la obtención de un tipo de
estructura en particular y por último para
el proceso de fabricación de algunos
productos como el helado. Este proceso se
lleva a cabo por medio de tres pasos o
etapas; el subenfriamiento, la nucleación y
la propagación de cristales de hielo. Uno
de los parámetros más importantes en el
diseño de sistemas de congelación es el
tiempo de congelación, el cual se relaciona
con parámetros como el coeficiente
convectivo de transferencia de calor del
medio de enfriamiento; la conductividad
térmica, el espesor y la forma del
alimento, y las temperaturas tanto del
producto como del sistema de
enfriamiento, con la finalidad de obtener
los tiempos y velocidades de congelación
eficientes para los sistemas alimenticios.
Esta relación se da a través de la ecuación
de Planck. Por otra parte, el tamaño de
cristales es un factor muy importante en la
calidad de los productos alimenticios
conservados por esta tecnología, sin
embargo, también se relaciona con los
cambios o las fluctuaciones entre las
temperaturas, las reacciones enzimáticas y
supervivencia de los microorganismos en
el sistema. El factor de mayor relevancia
para obtener las estructuras deseadas es la
velocidad de congelación, debido a que la
estructura de los alimentos se ve
modificada principalmente por este
parámetro, el cual modifica la nucleación
y crecimiento de los cristales. Si se toma
en cuenta los factores citados y las
características de los alimentos, la calidad
de los alimentos congelados puede llegar a
ser la óptima o deseada, considerando que
durante las condiciones de
almacenamiento, manejo y transporte
comercial la temperatura se mantenga
estable o sea la que el producto requiera, el
Producto
Tiempo de
conservación
(meses)
Temperatura
(°C)
Observaciones
Pollo sin envasar 1 a 1.5 -18
A las 4 semanas perdida de peso de 1 a 2 % y
piel con aspecto decrepito
Pollo envasado 10 - 14 -20
Presencia de superficies picadas de viruela o
afectadas por quemaduras
8 - 10 0.9
Pato 9 -18
No hay cambios en el sabor y aroma
9 - 12 -23
Ganso Maximo 8 -18
Despues de 8 meses hay cambios en sabor y
aroma
Pavos 6 - 8 -18/-20
Aves asadas, a la parilla 2 -18
Ligeras variaciones en el sabor, se deben
almacenar en atmosfera inerte
Lane, 1964
Tabla VIII. Condiciones de almacenamiento para productos derivados de aves
A. I. Gómez-Sánchez et al. / Temas Selectos de Ingeniería de Alimentos 1 (2007): 80 - 96
93
alimento va a llegar al consumidor con la calidad que el industrial le haya otorgado.
Especie de Pescado
Tiempo de
conservación
(meses)
Temperatura
(°C)
Platija 7 - 12 -18
Trucha 9 -30
Merluza, filetes 6 -18
Halibut 12 -29
9 -23
6 -18
7 - 12 -18
Arenque,glaseado 6 - 8 -29
6 - 7 -20
4 - 6 -18
Bacalao, Dorsch 9 - 10 -23
8 - 9 -20
Filetes 6 - 8 -18
9 -18
6 - 12 -18
Carpas 5 - 9 -18
con 5 % de glaseado 4 - 5 -18
con 7 % de glaseado 8 - 10 -18
Caballa 4 -18
4 - 6 -18
Abadejo 7 - 12 -18
Filetes 10 -18
Gallineta Nordica 6 - 8 -23
12 -23
5 - 9 -18
Filetes 6 a 8 -18
Filetes 10 -18
Eglefino 10 -23
Filetes 11 - 12 -18
7 - 12 -18
Merlán 5 - 9 -18
Dedos de pescado fritos 8 -18
Camarones y quisquillas 7 - 12 -18
6 - 9 -18
Cangrejos 12 -18
Cangrejo Dungeness 6 -23
Ostras 9 -29
Lane, 1964.
Tabla IX. Condiciones de almacenamiento para pescados, sus
derivados y otros productos de mar.
A. I. Gómez-Sánchez et al. / Temas Selectos de Ingeniería de Alimentos 1 (2007): 80 - 96
94
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