CONGELACIÓN DE PRODUCTOS HIDROBILOGICOS

utrición. Conservación. Hielo. Enfriamiento. Agua. Almacenamiento. Transporte

INTRODUCCION

La utilización del frío para conservar los alimentos data de la prehistoria; ya entonces, se usaba nieve y hielo para conservar las presas cazadas. Se dice que Sir Francis Bacon contrajo una neumonía, que acabaría con su vida, tras intentar congelar pollos rellenándolos de nieve. Sin embargo, hubo que esperar hasta los años treinta para asistir a la comercialización de los primeros alimentos congelados, que fue posible gracias al descubrimiento de un método de congelación rápida.

CONGELACIÓN DE PRODUCTOS HIDROBILOGICOS

I.

-

II.

OBJETIVOS.

Prolongar la vida util de los productos hidrobilogicos de manera que conserve sus propiedades alimenticias. Disminuye la actividad enzimatica y microbiana.

DESARROLLO DEL TEMA.-

USO DEL HIELO EN PRODUCTOS HIDROBIOLÓGICOS:

Una de las maneras de impedir el deterioro, es enfriar el pescado lo antes posible mediante un sistema de refrigeración. El uso del hielo es el método de enfriamiento mas común para conservar la calidad del pescado fresco. Usar hielo significa bajar temperatura, reducir los efectos bioquímicos y microbianos y darle una mayor vida útil al pescado.

-

Hielo de Enfriamiento:

Cantidad de hielo necesario para bajar la temperatura corporal del pescado hasta temperaturas cercanas a 0°C.

-

Hielo de Conservación:

Es la cantidad de hielo necesario para mantener la temperatura requerida de pescado en el almacenamiento o transporte. En la practica la cantidad de hielo que se necesita para mantener la calidad del pescado, depende de varios factores, entre ellos, el espesor de la capa del pescado, como el hielo se distribuye sobre el pescado en posición de caja en la bodega, teóricamente la proporción pescado / hielo es de 5 a 1, lo cual es insuficiente. También se utiliza según el clima, las siguiente proporciones pescado / hielo: 3 a 1, 2 a 1 y 1 a 1, según el clima frío, templado y cálido respectivamente. a. especies de agua dulce tienen mayor vida util en hielo que las especies marinas. b. Especies de aguas tropicales tienen mayor vida util en hielo que las especies de aguas temperadas. c. Especies magras tienen mayor vida util que especies grasas.

FORMAS DE HIELO:

a.

En cubitos:

De 1 - 2.5 centímetros de lado (de uso comercial).

b.

En Bloques:

Pesa aproximadamente entre 10 - 50 Kg. Para su uso se puede trozar o triturar.

c.

Nieve o Escamas:

Forma moderna de producir hielo, tiene mayor área de contacto, con espesor de 1.5 - 6mm. Y de 2.5 - 5cm2 de superficie. No lastima los objetos con los que entra en contacto.

d.

En Tubos:

Los tubos son cortados por una cuchilla en trozos de 5cm de longitud y 4 cm de diámetro. El hielo es con frecuencia fabricado a una temperatura entre -6 y -1°C. En climas tropicales, no es posible utilizar hielo entre 0 a -1°C ya que se derretiría muy rápidamente. Para tal efecto utilizar hielo seco y sub - enfriado.

SISTEMAS DE PRESERVACIÓN:

Agua: medio (Refrigerante:Pescado) Tiene como principio maximizar los puntos de contacto “medio refrigerante : pescado “. Se aplica para pequeños pelágicos, inclusive para merluza. Generalmente en embarcaciones mayores de 100 TON de capacidad de bodega. Este sistema facilita la descarga del pescado al utilizar bombas absorbentes.

a.

SISTEMA AGUA:HIELO:PESCADO.

- Cremoloda:

El pescado es depositada en una mezcla de agua : hielo y la homogenización de la temperatura de la mezcla es debido solamente al movimiento de la embarcion durante la travesía. Con este método es difícil equilibrar la temperatura de la mezcla agua : hielo (ocupa la tercera de la bodega).

- Agua de Mar enfriada:

Al igual que el método anterior, el pescado es depositado en la mezcla agua : hielo , pero, la homogenización de la temperatura es debido a un compresor, que inyecta aire comprimido por el fondo de la bodega a través de un sistema e tuberías con agujero. Es necesario una mayor cantidad de hielo comparado con el método cremolada.

b.

SISTEMA AGUA:REFRIGERANTE:PESCADO

- Agua de Mar Refrigerada:

El agua de mar es enfriado por un equipo mecánico de refrigeración. El agua de mar puede ser enfriada de dos maneras: - Por un sistema de tuberías - serpentines enfriadores. - Por un sistema de intercambiadores de calor.

La cantidad necesaria de agua para cada bodega es de ¼ a 1/5 del volumen de la bodega aproximadamente. Este sistema permite conseguir temperaturas de hasta -1°C.

CONGELACIÓN:

Es un proceso que consiste en aplicar bajas temperaturas con la finalidad de congelar el agua tisular del pescado y a su vez aumentar el tiempo de almacenamiento por periodos bastantes largos (generalmente de 6 a 12 meses aproximadamente) de manera que no se modifique sustancialmente la estructura química del producto. También se define como la aplicación de temperaturas bajas en el producto de manera que el centro térmico llegue a temperaturas como mínimo de almacenamiento. El centro térmico es el lugar que se enfría mas lentamente. En el pescado no tiene un punto definido, debido a la presencia de sólidos disueltos, a la naturaleza del agua ligada y al radio medio que depende de la forma del pescado. La congelación se debe a su poder congelador a dos efectos. a. Eliminación del agua liquida por transformación en hielo, deteniendo toda actividad Enzimática. b. Efecto térmico con enfriamiento de los productos tratados hasta zonas de temperatura, en las que las actividades biológicas están muy reducidas. “congelación” es el termino general empleado para designar el cambio de estado liquida en hielo, mientras el termino “ultra congelación” construye una etiqueta que garantiza que le pescado ha sido congelado “lo mas rápido posible” a una temperatura inferior a 18°C y almacenado por debajo de esta temperatura.

CURVA DE CONGELACIÓN:

En esta curva de congelación hay tres fases: a. b. c.

Fase I o etapa de enfriamiento desde A hasta B. Fase II o zona de máxima cristalización desde B hasta C. Fase III o zona de sub-enfriamiento desde C hasta D.

En el punto A aproximadamente empieza el enfriamiento de pescado o marisco y termina en el punto B. En esta fase I se elimina el calor sensible del producto y hay una mayor variación de temperatura. En el punto B el agua libre de constitución del pescado empieza a congelarse a una temperatura de -1°C o -2°C. A este punto también se le conoce como punto “punto de inicio de congelación”, el cual depende de la concentración de sus sales. En el punto C a -5°C se produce a una máxima formación de los cristales de hielo, por lo que se le denomina como “punto de congelación final”. El tramo de B a C se llama “zona de máxima cristalización”. La forma de esta zona varia de acuerdo al porcentaje del contenido del agua del pescado.

- En la FASE I, los microorganismos y enzimas están totalmente activas. El paso por los puntos A y B es muy importante para la buena calidad del producto. Por eso debe hacerse en muy corto tiempo el enfriamiento hasta temperaturas cercanas al punto de congelación.

- En la FASE II, el 80 % del agua de pescado se convierte en hielo. Esta fase es muy importante para la formación para la formación del tipo de cristales de hielo (dentro o fuera de la célula), la cual depende de la velocidad de eliminación del calor latente en forma rápida o lenta.

- En la FASE III, se debe poner atención a que temperatura termina la congelación del pescado. Esta temperatura debe ser igual o un poco mas baja que la temperatura de la cámara de almacenamiento. La temperatura final de congelación se refiere a la temperatura de la parte central del cuerpo del pescado mas lentamente durante el proceso de congelación.

CONGELACIÓN RAPIDA Y LENTA:

La definición científico de congelación rápida es pasar la zona de máxima cristalización en 30 minutos. En la congelación rápida, se forma muy pequeños cristales de hielo en el interior de la célula y no causan ningún daño en los tejidos del pescado. En cambio la congelación lenta se conoce como el paso de la máxima cristalización por mas de 30 minutos y se producen pocos y grandes cristales de hielo fuera de la célula. En la congelación extracelular se forma el primer hielo fuera de la célula y aumenta su crecimiento por la emigración del agua intracelular hacia la pared externa de la célula. Esta emigración de agua se condesa en la superficie del hielo, aumentando su tamaño. La carne congelada extracelularmente y almacenada por largo tiempo produce una liberación de fluidos en la descongelación, porque el hielo extracelular una vez fundido no regresa a las células permanece fuera de ellas, dando lugar al drenado de agua de fusión del hielo, y así una textura de la carne mas acuosa, áspera al tacto, menos sabrosa, mas dura y mas seca después de la cocción. La congelación intracelular es favorecida por el enfriamiento rápido a una temperatura baja, para evitar y minimizar la oportunidad de la deshidratación celular, de ahí que no tiene lugar los cambios que ocurren en la congelación extracelular.

ANÁLISIS DE LA CURVA DE CONGELACIÓN

La zona de -1 a -5°C es una zona de temperatura en la cual el calor latente del pescado se libera. Normalmente es la zona de máxima formación del hielo. Esta zona también se le conoce como zona de “parada térmica” porque la temperatura correspondiente se aproxima a una pendiente casi horizontal de la curva. Se asume que cuando mas alta es la temperatura inicial del producto, mas corto será el tiempo de parada termica. Un tejido biológico es un proceso de congelación se comporta como una solución diluida. Comparada con la curva de congelación de agua pura, la de una solución diluida presenta dos diferencias esenciales. a. la temperatura de fusión es inferior a la del agua. b. La diferencia entre el punto de fusión de la solución y el del agua es tanto mayor cuanto mas concentrada es la solución. A medida que se forma hielo, el soluto se concentra en la fase liquida. Así pues, el punto de fusión de la solución desciende al mismo tiempo que aumenta la concentración, razón por la cual se habla de temperatura de inicio de congelación con el fin de precisar que se trata del punto de fusión de la solución antes de que esta sea modificada por la crió concentración. Por parte, el aspecto de la meseta de cambio de estado se ve perturbado por el descenso progresivo del punto de fusión. A medida que este disminuye, de modo que ya no pude hablarse de meseta. En realidad se observa una “pseudo meseta” mas o menos visible, que no es mas que una simple zona de aminoración del descenso de temperatura. Tiempo critico de Congelación: es el tiempo que consiste en atravesar con máxima rapidez la zona de parada termica (-1 a -5°C).

CAMBIOS DE NATURALEZA QUÍMICA

a.

Cambios en Enzimas o en Grasas:

Las enzimas, tanto sean propios del músculo del pescado como de origen microbiano, solo pueden desarrollar sus actividades relevantes en dependencia con el agua libre en estado liquido. En la practica a -30°C, la actividad Enzimática resulta bastante contrarrestada, aunque no impedida en su totalidad. De ahí que puede observarse un aumento de los valores de trimetilamina después de mucho tiempo de conservación. Las bajas temperaturas protegen poco grasas frente a la descomposición. Debido a sus muchos dobles enlaces, el desdoblamiento

hidrolitico, así como el enranciamiento con formación de peróxidos (autoxidativo) no resultan detenidos por las bajas temperaturas. En base a los ácidos grasos libres formados, se producen por influencia de la luz y del oxigeno del aire, depósitos sebosos sobre la superficie del producto congelado. Las descomposición de las grasas en el pescado congelado resulta favorecida por la in activación por el frió de los antioxidantes naturales como el tocoferol y diversos fosfatitos.

b.

Desnaturalización Proteica:

Se origina por enzimas y microorganismos. No todos los microorganismos mueren con la congelación. El numero de bacterias que sobreviven dependen de las especies y principalmente del numero inicial de gérmenes viables y por las condiciones de congelación. La desnaturalización proteica por enzimas imperceptible en el periodo de congelación solo el almacenamiento prolongado pude originar formación y desprendimiento de gases.

CAMBIOS DE NATURALEZA FÍSICA:

a.

Cristalización y formación de hielo:

En el pescado se inicia a -1°C, pues ocurre una concentración de sales inorgánicas compuestas presentes en el pescado que hacen bajar el punto de congelación.

b.

Deshidratación:

Ocurre de dos maneras:

Por evaporación (sublimación) de la superficie del pescado durante la congelación y almacenamiento. Esta alteración por deshidratación puede calificarse como quemaduras por congelación. Por goteo (drip) en la descongelación.

c.

Goteo (Drip):

Los productos hidrobiologicos como todos los alimentos congelados y guardados en almacenamiento al descongelarse, parte del liquido orgánico escapa al exterior. Este liquido se denomina drip y se traduce como un daño físico que sufre los alimentos congelados. Si el pescado se congela en forma rápida, durante el descongelamiento la formación de drip es pequeña. El drip en la mayoría de alimentos de origen animal se debe a la desnaturalización irreversible de la proteína cuya causa principal es de origen coloidal y osmótica.

CANTIDAD DE AGUA CONGELADA:

En el pescado, la proporción de agua congelada solo depende de la temperatura. La mayor parte del agua (50 a 80%) esta congelada a -5°C. Siempre existe una cierta proporción de agua (alrededor del 10%) que permanece sin congelar y que corresponde a la fracción de agua mas ligada. Se dice que a -1°C se inicia la congelación del agua libre y a -36°C ya no se congela mas agua.

ALMACENAMIENTO:

Los factores que intervienen sobre la calidad del pescado congelado, son la temperatura y el tiempo de almacenamiento. Existe diferencia del tiempo de conservación entre los diferentes productos almacenados a igual temperatura, debido su tolerancia propia de cada producto. Hay mayor tiempo de conservación a temperaturas mas bajas de almacenamiento en todos los productos. Según la temperatura de almacenamiento en forma convencional se pude clasificar las cámaras frigoríficas en diversos grados, tal como en el siguiente cuadro. Clases de cámaras de almacenamiento de acuerdo a los niveles de temperatura.

Por lo general el pescado y la carne congelada se almacena en la cámara de conservación de conservación de la clase super A y clase A, en ciertos casos en la clase especial frutas, vegetales y arroz se almacenan en la clase A, B y C.

TRANSPORTE:

Condición de transporte del producto pesquero congelado

Fuente: Instituto internacional del frío.

REGENERACIÓN TERMICA:

La descongelación es la ultima operación de procesado de congelado. Es importante efectuar la descongelación en forma homogénea y siempre mantener una baja temperatura final del producto después de la refrigeración termica. Cada producto requiere de un método mas adecuado para descongelar. El método de descongelación se divide en dos grupos: a. b.

el calor es conducido desde la parte externa hacia el interior del producto. El calor es generado dentro del producto y es conducido hacia el exterior.

Métodos de Descongelación:

Descongelamiento por aire o agua fría:

Por aire estático Por aire circulante Por agua en reposo Por agua fluente En salmuera En trozos de hielo

Descongelamiento por calentamiento:

Por aire caliente Por vapor En agua caliente En aceite caliente Por calor en placa

Descongelamiento eléctrico: por microondas

DIAGRAMA DE PROCESO DE CONGELACIÓN DE SARDINA

CAUSAS DEL DETERIORO DE PRODUCTOS HIDROBIOLOGICOS POR CONGELACIÓN

III. CONCLUSIONES

- La congelación tiene como fin principal conservar el pescado lo mejor posible aplicado para ello bajas temperaturas que detienen el desarrollo de bacterias. - La congelación es sólo una manera de prolongar uso de los productos hidrobiologicos que será destinado a otros fines, pero de ninguna manera elimina o destruye a todos los microorganismos presentes en el pescado. - Es importante considerar el tipo o especie de pescado que vamos a congelar, pues las grasas son susceptibles a sufrir oxidación de sus grasas. - Es necesario que para someter a un pescado al congelado deberá de estar en la etapa de pre-rigor mortis, para que en el congelado se mantenga en rigor mortis.

III.BIBLIOGRAFIA

- J. J. Connell, Control de la calidad del pescado, Edit. Acribia España - Instituto Tecnológic- Control de calidad de productos pesqueros. Ica, 1996-PERU - UNJBG Cambios Bioquímicos y Microbianos Post-Morten en Recursos pesqueros. FAIP

CUESTIONARIO:

Por que enfriar el pescado con hielo? - Gran capacidad de enfriamiento para un peso o volumen determinado. - Facil de transportar. - Es inocuo. - Relativamente barato (economico). - Actua como termostato, mantiene la temperatura del pescado ligeramente sobre el punto el cual comienza su congelación.

Como el hielo enfria el pescado?

Cuando se coloca en contacto con el pescado el calor fluye del pescado al hielo, enfriando el pescado y fundiendo el hielo; aumentando consecuentemente el area del contacto. El agua de derretimiento formada tiene una temperatura de 0°C y es esta agua de derretimiento y no el hielo en si, lo que enfria el pescado. Ademas de enfriar, saca y elimina los residuos bacterianos y sangre del pescado.

A que se debe la formación del drip en productos hidrobiologicos?

El drip en la mayoría de alimentos de origen animal se debe a la desnaturalización irreversible de la proteína cuya causa principal es de origen coloidal y osmótica..

Que causa la decoloración en productos hidrobiologicos?

Perdida del brillo, deshidratación y oxidación de pigmentos, formación de nuevos pigmentos, oxidación de la mioglobina.

Refrigeración y Congelación de ALIMENTOS

Procesos que provocan el deterioro de los alimentos Los procesos que provocan el deterioro de los alimentos son de carácter: físico, químico, bioquímico y microbiológico. · Procesos físicos: entre estos factores el más destacado es la pérdida de agua la cual se produce cuando el producto almacenado se encuentra directamente al ambiente de la cámara. Junto con el agua se produce la pérdida de componentes volátiles los que en cantidades casi imponderables condicionan en gran medida el aroma y el sabor de los productos. · Procesos químicos: están dados por reacciones químicas, pudiendo señalarse entre estas la oxidación de las grasas, lo cual provoca rancidez en los productos. · Procesos bioquímicos: corresponden a las reacciones de esta naturaleza, pudiendo señalarse entra estas a la acción de las enzimas. Un ejemplo típico de ello es la acción de la enzima polifenoloxidasa, la que provoca el oscurecimiento de los productos.

· Procesos microbiológicos: están dados por la acción de los microorganismos patógenos los que provocan el deterioro de los productos. Para frenar la acción de estos procesos se buscan condiciones de almacenaje que retarden el deterioro de los productos. Entre estas condiciones se encuentran la temperatura, la humedad relativa, la circulación del aire, la composición de la atmósfera de la cámara. De estas, la temperatura constituye el factor de mayor incidencia. A medida que la temperatura disminuye todos los procesos causantes del deterioro se ven disminuidos, lo que trae como consecuencia la prolongación de la vida útil de los productos almacenados. A medida que la humedad relativa aumenta la evaporación disminuye pues el gradiente para la transferencia disminuye, sin embargo, ello beneficia el desarrollo de los microorganismos. La humedad relativa podrá ser más alta en la medida en que la temperatura sea más baja. No obstante, esta temperatura de conservación tiene límites basado en un análisis económico así como en la posible influencia sobre el producto. Cuando la circulación del aire aumenta las pérdidas por evaporación se incrementan lo que a su vez provoca en los productos una superficie desecada poco favorable para el desarrollo de los microorganismos. Refrigeración. La refrigeración consiste en la conservación de los productos a bajas temperaturas, pero por encima de su temperatura de congelación. De manera general, la refrigeración se enmarca entre –1ºC y 8ºC. De esta forma se consigue que el valor nutricional y las características organolépticas casi no se diferencien de las de los productos al inicio de su almacenaje. Es por esta razón que los productos frescos refrigerados son considerados por los consumidores como alimentos saludables. La refrigeración evita el crecimiento de los microorganismos termófilos y de muchos mesófilos. No obstante, el que se logre el resultado esperado está en dependencia de otros factores, además de la temperatura y las otras condiciones de almacenaje. La vida útil de los vegetales refrigerados depende de la variedad, parte almacenada, las condiciones de su recolección y la temperatura durante su transporte, entre otras. Para los alimentos

procesados depende del tipo de alimento, intensidad del procesamiento recibido (fundamentalmente sobre los microorganismos y enzimas), higiene en la elaboración y el envasado y del envase, entre otros. En el caso de las frutas la velocidad de respiración varía con la temperatura. En las frutas de patrón climatérico se produce durante su almacenamiento un incremento brusco de su actividad respiratoria. Entre estas frutas se cuentan el aguacate, el mango y la papaya. Las frutas de patrón no climatérico no presentan el anterior comportamiento, encontrándose entre ellas la naranja, la toronja y la piña. La respiración de los vegetales es similar a la de las frutas de patrón no climatérico. Cuando la temperatura de algunas frutas y vegetales desciende de un determinado valor se producen en ellos cambios indeseables las cuales son conocidas como daños por frío. En los tejidos animales, al cesar el suministro de sangre oxigenada como consecuencia del sacrificio, cesa la respiración aeróbica y se inicia la respiración anaeróbica mediante la cual el glucógeno se transforma en ácido láctico provocando una disminución del pH, iniciándose con ello un proceso denominado rigor mortis. Como resultado de este proceso el tejido muscular se endurece haciéndose inextensible. Para que este proceso se desarrolle y el producto llegue a adquirir la coloración y textura adecuadas, el mismo debe desarrollarse en condiciones de refrigeración para frenar el desarrollo de los microorganismos. La refrigeración puede aplicarse sola o en combinación con otras técnicas, tales como la irradiación, las atmósferas modificadas y controladas, el envasado en atmósferas modificadas, entre otras. La refrigeración encuentra gran aplicación en la elaboración de comidas preparadas en los que se aplican los sistemas de cocción-enfriamiento. Tiempo de refrigeración La determinación del tiempo de refrigeración constituye un elemento de importancia práctica, ya que permite conocer el tiempo necesario para que un producto alcance una temperatura dada en su centro térmico partiendo de una temperatura inicial, una temperatura del medio de enfriamiento, configuración geométrica, tipo de envase, etc. Este resultado puede emplearse en el cálculo de la carga por productos correspondiente a la carga térmica. Una vía que puede para la determinación de este tiempo lo constituye un método gráfico. Este se basa en gráficos para cada una de las formas geométricas sencillas, esferas, paralelepípedos y cilindros, donde se relacionan un factor de temperatura, el número de Fourier que relaciona la difusividad térmica, el tamaño del producto y el tiempo de enfriamiento,

y el número de Biot que relaciona el coeficiente de transferencia de calor, la conductividad y el espesor del producto. El método antes descrito supone que la transferencia de calor es unidireccional. Cuando la transferencia de calor se desarrolla en más de una dirección, la obtención del citado tiempo conduce a series infinitas, quedando demostrada la posibilidad de limitarse solo al primero de sus términos. Para el trabajo práctico se han preparado tablas y figuras las que de manera rápida y sencilla permite determinar el tiempo de enfriamiento. Este método se basa en la combinación de la transferencia de calor unidireccional desarrollada en figuras geométricas sencillas como la esfera, el cilindro y la esfera. Así, para un cilindro de longitud finita donde la transferencia de calor se efectúe en los sentidos radial y longitudinal, el método combina la solución del cilindro para el primero y la lámina para el segundo. En el caso de un paralelepípedo se combina las soluciones correspondientes a tres láminas. Este último brindará resultados más precisos en la medida que la figura geométrica se acerca más a una figura regular. Se ilustra la aplicación de estos métodos a diferentes sistemas. Características del agua El agua es el constituyente más abundante en la mayoría de los alimentos en estado natural por lo que desempeña un papel esencial en la estructura y demás caracteres de los productos de origen vegetal y animal. El agua presente en un alimento puede estar como agua libre o como agua ligada. Esta última puede estar más o menos fuertemente unida de manera compleja a otros constituyentes. Es por ello que el estado del agua presente en un alimento es tan importante para su estabilidad como su contenido total, ya que de ello dependerá su aptitud para el deterioro. El agua constituye un disolvente para las numerosas especies químicas que pueden difundirse y reaccionar entre ellas. El agua también puede difundirse y participar en diversas reacciones, especialmente las de hidrólisis. La introducción en el agua de distintas especies químicas en solución o en suspensión coloidal da lugar a las denominadas propiedades coligativas, las cuales dependen del número de moléculas presentes. En tal sentido pueden citarse el descenso de la presión de vapor, elevación del punto de ebullición, descenso del punto de congelación, descenso de la tensión superficial, aumento de la viscosidad y gradientes de presión osmótica a través de membranas semipermeables, entre otras. Estas propiedades determinan el comportamiento de los alimentos.

Las moléculas del agua en el estado sólido están ligadas entre sí por enlaces hidrógeno, lo que da origen a la formación de polímeros de estructura cristalina en el que cada molécula está unida a otras cuatro. Los diversos agentes influyen de modo diferente sobre la estructura del agua. Así, por ejemplo, los electrolitos como Na+, K+, Cl-, fuertemente hidratados en solución disminuyen el número de enlaces de hidrógeno entre las moléculas de agua. Las sustancias en solución capaces de formar enlaces de hidrógeno por si mismas pueden modificar la asociación entre las moléculas de agua de acuerdo con su compatibilidad geométrica con la red existente. El agua a su vez modifica propiedades tales como la estructura, difusión, reactividad, etc., de las sustancias en solución. La actividad del agua es una medida de la mayor o menor disponibilidad del agua en los diversos alimentos, la cual se define por el descenso de la presión parcial del vapor del vapor de agua: aw = pw / po donde pw es la presión parcial del vapor de agua del alimento y po es la presión de vapor del agua pura a la misma temperatura. La actividad de agua constituye una medida relativa con respecto a un estado estándar tomado como comparación. El estado estándar escogido es el del agua pura al cual su actividad se toma igual a la unidad, por lo cual la actividad de un alimento es siempre menor que la unidad. Esto es debido a que los especies químicas presentes disminuyen la capacidad de vaporización del agua. Congelación Esta aplicación de las bajas temperaturas se distingue porque la temperatura del alimento se reduce por debajo de la de su punto de congelación, producto de lo cual una fracción elevada del agua contenida en aquel cambia de estado físico formando cristales de hielo. Esta inmovilización del agua en forma de hielo y el incremento en la concentración de los solutos en el agua no congelada provoca la reducción de la actividad del agua del alimento. Por tanto, la conservación del alimento por esta vía es la consecuencia de la acción combinada de las bajas temperaturas y la disminución en su actividad de agua. No toda el agua presente en el alimento puede separarse en forma de cristales como consecuencia de la congelación. En el alimento existe una fracción del agua no congelable a la que corresponde una actividad muy baja (de hasta 0,3). Esta agua, la cual se encuentra fuertemente unida a las estructuras moleculares, es denominada agua ligada, permaneciendo

sin congelar a –30ºC. Se considera que esta agua se encuentra formando una capa monomolecular fija a los grupos polares tales como NH3 y COO- de las proteínas y los grupos HO- de loa almidones, entre otros. El agua ligada representa entre el 5 y el 10% de la masa total de agua contenida en el alimento. El agua de esta capa resulta muy difícil de extraer no estando disponible para actuar como disolvente o reactivo. El agua libre o no ligada, por su parte, representa la mayor parte del agua contenida en los alimentos. No obstante, esta agua no sale espontáneamente de los tejidos. Esta agua se encuentra en forma de geles tanto en el interior de la célula como en los espacios intercelulares, estando su retención influenciada por el pH y las fuerzas iónicas. Durante la congelación el agua es removida de su posición normal dentro de los tejidos y convertida en hielo. Este proceso es parcialmente revertido durante la descongelación dando lugar a la formación de exudado. El incremento en la concentración de los contenidos celulares puede procesos indeseables en los productos. Curva de congelación. El proceso de congelación en los alimentos es más complejo que la congelación del agua pura. Los alimentos al contener otros solutos disueltos además de agua, presentan un comportamiento ante la congelación similar al de las soluciones La evolución de la temperatura con el tiempo durante el proceso de congelación es denominada curva de congelación. La curva de congelación típica de una solución se muestra en la siguiente figura.

Esta curva posee las siguientes secciones: AS: el alimento se enfría por debajo de su punto de congelación qf inferior a 0ºC. En el punto S, al que corresponde una temperatura inferior al punto de congelación, el agua permanece en estado líquido. Este subenfriamiento puede llegar a ser de hasta 10ºC por debajo del punto de congelación. SB: la temperatura aumenta rápidamente hasta alcanzar el punto de

congelación, pues al formarse os cristales de hielo se libera el calor latente de congelación a una velocidad superior a la que este se extrae del alimento. BC: el calor se elimina a la misma velocidad que en las fases anteriores, eliminándose el calor latente con la formación de hielo, permaneciendo la temperatura prácticamente constante. El incremento de la concentración de solutos en la fracción de agua no congelada provoca el descenso del punto de congelación, por lo que la temperatura disminuye ligeramente. En esta fase es en la que se forma la mayor parte del hielo. CD: uno de os solutos alcanza la sobresaturación y cristaliza. La liberación del latente correspondiente provoca el aumento de la temperatura hasta la temperatura eutéctica del soluto. DE: la cristalización del agua y los solutos continúa. EF: la temperatura de la mezcla de agua y hielo desciende. En realidad la curva de congelación de los alimentos resulta algo diferente a la de las soluciones simples, siendo esa diferenciación más marcada en la medida en que la velocidad a la que se produce la congelación es mayor. Principios termodinámicos de la formación del hielo. La temperatura de congelación de un alimento es aquella temperatura a la que aparecen los primeros cristales de hielo estables. La formación de un cristal de hielo requiere primeramente de una nucleación. Esta nucleación puede ser homogénea o heterogénea. Esta última es la más frecuente en el caso de los alimentos, donde los núcleos se forman sobre partículas en suspensión o sobre la pared celular. La cristalización que se origina durante la congelación de un alimento es la formación de una fase sólida sistemáticamente organizada a partir de una solución. El proceso de cristalización comprende las etapas de nucleación y la de crecimiento de los cristales. La cristalización del hielo se produce cuando el sistema se encuentra lo suficientemente subenfriado. El subenfriamiento es la diferencia de temperaturas por debajo del punto inicial de congelación del sistema. La nucleación es la combinación de moléculas dentro de una partícula ordenada de tamaño suficiente para sobrevivir sirviendo a su vez de sitio para el crecimiento cristalino. El núcleo de hielo formado constituye un embrión de radio r en el que su energía libre de Gibbs es debida a la contribución superficial, contraria a la formación del cristal, y ala contribución volumétrica, favorable a dicha formación. Esto queda contemplado en la siguiente expresión: DG = 4p r2 g - ((4p r3 DGv) / 3 Vm )

donde g es la energía libre superficial, DGv es la energía libre molar asociada con el cambio de fase fluido-sólido y Vm es el volumen molar. Existirá un radio crítico que corresponderá al más pequeño embrión para el cual se produce el decremento de su energía libre cuando crece, por lo tanto es el tamaño mínimo del núcleo estable. La velocidad de nucleación es altamente dependiente del subenfriamiento, el cual actúa como la fuerza impulsora para este proceso. Cuando se han formado los núcleos se produce su crecimiento por adición de moléculas en la interfase sólido-fluido. La velocidad de cristalización del hielo queda controlada por los procesos de transferencia de calor y masa. Las moléculas de agua se mueven desde la fase líquida a un sitio estable sobre la superficie del cristal. En la cristalización del hielo, la remoción de calor debido al cambio de fase constituye el mecanismo determinante de todo el crecimiento de los cristales. La duración del período de subenfriamiento depende de las características del alimento y de la velocidad a la que se remueve el calor. Si el subenfriamiento resulta marcado se producirá una gran cantidad de núcleos que originaran cristales pequeños. Cuando la situación es contraria a la antes descrita se producirán pocos núcleos y con ello pocos cristales grandes. Durante la mayor parte de la meseta de congelación (en el tramo BC de la figura anterior) la formación de los cristales de hielo se halla controlada por la transferencia de calor. La velocidad de transporte de masa controla la velocidad de crecimiento de los cristales en el final del período de congelación donde las soluciones remanentes se encuentran más concentradas. A medida que la temperatura desciende se van saturando las diferentes sustancias disueltas producto de lo cual cristalizan. La temperatura a la cual el cristal de un soluto se encuentra en equilibrio con el líquido no congelado y los cristales de hielo, es denominada temperatura eutéctica. Como los alimentos constituyen una mezcla compleja de sustancias, se emplea el término temperatura eutéctica final, el cual corresponde a la temperatura eutéctica más baja de los solutos del alimento. La máxima formación de cristales de hielo es obtenida a esta temperatura. Velocidad de congelación. La calidad de los alimentos congelados se encuentra influenciada por la velocidad con que se produce la congelación. Diversas características de calidad están relacionadas con el tamaño de los cristales el cual es una consecuencia de la velocidad con que se produce la congelación. El principal efecto de la congelación sobre la calidad de los alimentos es el daño que ocasiona en las células el crecimiento de los cristales de hielo.

La congelación prácticamente no provoca afectaciones desde el punto de vista nutritivo. La resistencia de diversos tejidos animales y vegetales a la congelación es muy diversa. Así, las frutas y los vegetales, por ejemplo, presentan una estructura muy rígida por lo que la formación de los cristales de hielo puede afectarlos con mayor facilidad que a las carnes. La congelación de los tejidos se inicia por la cristalización del agua en los espacios extracelulares puesto que la concentración de solutos es menor que en los espacios intracelulares. Cuando la congelación es lenta la cristalización extracelular aumenta la concentración local de solutos lo que provoca, por ósmosis, la deshidratación progresiva de las células. En esta situación se formarán grandes cristales de hielo aumentando los espacios extracelulares, mientras que las células plasmolizadas disminuyen considerablemente su volumen. Este desplazamiento del agua y la acción mecánica de los cristales de hielo sobre las paredes celulares provocan afectaciones en la textura y dan lugar a la aparición de exudados durante la descongelación. Cuando la congelación es rápida la cristalización se produce casi simultáneamente en los espacios extracelulares e intracelulares. El desplazamiento del agua es pequeño, produciéndose un gran número de cristales pequeños. Por todo ello las afectaciones sobre el producto resultaran considerablemente menores en comparación con la congelación lenta. No obstante, velocidades de congelación muy elevadas pueden provocar en algunos alimentos, tensiones internas que pueden causar el agrietamiento o rotura de sus tejidos. Existen diversa maneras de definir la velocidad de congelación siendo estas: el tiempo característico de congelación, el tiempo nominal de congelación y la velocidad media de congelación. Modificaciones de los alimentos durante la congelación. La congelación provoca el aumento de la concentración de los solutos presentes. A pesar del descenso de la temperatura, la velocidad de las reacciones aumenta, a pesar de la disminución de la temperatura de acuerdo con la ley de acción de masas. Este incremento en la velocidad de las reaccione se produce entre –5ºC y –15ºC. Este incremento en la concentración de los solutos provoca cambios en la viscosidad, el pH, el potencial redox del líquido no congelado, fuerza iónica, presión osmótica y tensión superficial, entre otros. La acción de estos factores asociados al efecto de la desaparición de una parte del agua líquida, provoca cambios desfavorables en el alimento, siendo un ejemplo de ello la agregación de las proteínas. Estos efectos pueden ser limitados cuando el paso a través del citado rango de temperaturas se realiza de forma rápida. Este rango es denominado como zona de peligro o zona crítica.

Como el volumen del hielo es superior al del agua líquida, la congelación de los alimentos provoca una dilatación. Esta dilatación puede variar en correspondencia con el contenido de agua, la disposición celular, la concentración de solutos y la temperatura del medio de congelación. Estas variaciones que se originan en el volumen provocan tensiones internas de gran magnitud sobre los tejidos lo que puede provocar desgarraduras internas (y hasta la rotura completa de los tejidos vegetales), lo que originan pérdida de líquido durante la descongelación. El efecto principal que la congelación ocasiona sobre los alimentos es el daño que provoca en las células el crecimiento de los cristales de hielo. Cuando la velocidad de congelación es lenta, los cristales de hielo crecen en los espacios extracelulares, lo que deforma y rompe las paredes de las células que los contactan. La presión de vapor de los cristales de hielo es inferior a la del interior de las células, lo que provoca la deshidratación progresiva de las células por ósmosis y el engrosamiento de los cristales de hielo. De esta forma se originan grandes cristales de hielo y el aumento de los espacios extracelulares. Las células plasmolizadas disminuyen considerablemente su tamaño. Esta deshidratación celular disminuye las posibilidades de una nucleación intracelular. La ruptura de las paredes celulares resulta de la acción mecánica de los grandes cristales de hielo y del encogimiento excesivo de las células. Durante la descongelación las células son incapaces de recuperar su forma y turgencia originales y el alimento se reblandece y el material celular se pierde por goteo. La expulsión de una parte del contenido celular puede provocar el contacto entre enzimas y sus sustratos que en ocasiones se encuentran en compartimentos separados. Este es el caso, por ejemplo, de la polifenoloxidasa y los polifenoles en alimentos no escaldados previamente, lo que provoca una aceleración del pardeamiento enzimático durante la descongelación e incluso durante el almacenamiento. Modificaciones de los alimentos durante el almacenamiento. Las reacciones de deterioro constituyen afectaciones durante el almacenaje de los productos congelados. Los cambios químicos y bioquímicos durante el almacenamiento en congelación son lentos. Si las enzimas no resultan previamente inactivadas, la rotura de la membrana celular por los cristales de hielo puede favorecer la acción de estas. Entre estos cambios se tienen: degradación de pigmentos, pérdidas vitamínicas, actividad enzimática residual y oxidación de lípidos. La recristalización del hielo es un fenómeno que provoca que el tamaño medio de los cristales debido al crecimiento de los cristales de mayor tamaño a expensas de los más pequeños, siendo la fuerza impulsora para este fenómeno la diferencia de energía superficial entre dos cristales en contacto. Sin embargo, la recristalización migratoria, la cual

es la de mayor incidencia en los alimentos se produce fundamentalmente como consecuencia de fluctuaciones en la temperatura de almacenamiento. Cuando se incrementa la temperatura del producto congelado se produce la descongelación parcial de los cristales. Si después de ello la temperatura desciende, la congelación del agua descongelada no provoca el surgimiento de nuevos núcleos cristalinos, sino el crecimiento de los cristales ya existentes. Ello provoca una pérdida de calidad en el producto similar a la que se produciría si la descongelación hubiese sido lenta. Tiempo de congelación. El conocimiento del tiempo de congelación es de gran importancia para el diseño del proceso. Este tiempo es un dato necesario para determinar la velocidad de refrigeración requerida en relación con la capacidad del sistema de congelación. La predicción del tiempo de congelación puede basarse en métodos numéricos y en métodos aproximados. Los primeros se basan en la solución de la ecuación diferencial general de energía. Los segundos, llamados también analíticos, toman en cuenta simplificaciones en la solución de la ecuación diferencial. La primera solución aproximada propuesta corresponde a la ecuación de Plank., la cual toma en consideración una serie de suposiciones. A pesar de sus limitaciones esta ecuación ha sido muy utilizada y muchas de las ecuaciones desarrolladas con posterioridad se basan en la introducción de modificaciones a la misma. Descongelación. Cuando un alimento se descongela, la capa superficial de hielo se funde formando una capa de agua líquida cuyas propiedades térmicas son inferiores a las del agua en estado sólido. Como consecuencia de ello la velocidad con que se transfiere calor hacia el interior del alimento, aumentando este efecto aislante en la medida que la capa de alimento descongelado se incrementa. Es por ello que la descongelación de un alimento, para igual gradiente de temperatura, es más lenta que su congelación. El daño celular provocado por la congelación lenta y la recristalización originan la pérdida de componentes celulares, lo que se manifiesta como un exudado en el que se pierden diversos compuestos de valor nutricional. La descongelación debe ser concebida de manera que resulten mínimos los siguientes fenómenos: crecimiento microbiano, pérdida de líquido, pérdidas por deshidratación y pérdidas por reacciones de deterioro. La descongelación suele efectuarse a una temperatura ligeramente

superior a la del punto de descongelación. Como se indicó con antelación, el mantenimiento prolongado del producto a temperaturas ligeramente inferiores a 0ºC resulta desfavorable pues el producto queda expuesto a concentraciones relativamente altas de solutos y se favorece el desarrollo de microorganismos psicrófilos. Publicado por Manuel Alberto Muñoz Moreno en 09:12