Practica 4 Lab Ing en Alimentos

 

 

Benemérita Universidad Autónoma de Puebla

Facultad de Ingeniería Química

Colegio de Alimentos

Materia: Laboratorio de ingeniería en alimentos

Reporte practica 4: congelación de alimentos

Periodo: Primavera 2019

 

Objetivo

Que el alumno conozca de manera práctica la operación del congelado en los alimentos al obtener curvas de congelación en diferentes productos y compararlas con la curva de congelación del agua pura y comparar el efecto de la presencia de los solutos en diferentes concentraciones en la congelación.   Marco teórico

Las técnicas de conservación mediante frio son refrigeración, congelación y ultra congelación. La congelación de un alimento es el cambio de fase del agua libre disponible de líquido a sólido, en consecuencia ya no interviene en reacciones químicas y bioquímicas. Por lo tanto, mientras menos agua libre, mayor retención de la calidad del alimento (Barreiro Méndez & Sandoval Briceño, 2006). El proceso surge en tres etapas: 1) La pre congelación que es el periodo desde el comienzo del enfriamiento hasta el momento en el que se forma el primer cristal de agua. 2) Congelación que es el periodo donde hay un cambio de fase y la temperatura se mantiene más o menos constante. 3) Descenso de temperatura temperatu ra que es causado por la eliminación de calor, esta fase finaliza cuando el alimento alcanza la temperatura del medio refrigerante (Orrego Alzate, 2003). El punto de congelación de un alimento es aquella temperatura en la que coexisten, enequilibrio, el agua y pequeños cristales de hielo. El punto de congelación de un alimentoes más bajo que el del agua pura, pur a, debido a la presencia de solutos disueltos. Muchosalimentos comienzan a congelar a una temperatura por debajo de -1°C (Fellows, 1994). Descripción Cualitativa De La Congelación De Alimentos

Como en el caso de sustancias puras, en este proceso primero se verifica la eliminación del calor sensible por enfriamiento y luego se retira el calor latente durante la congelación, que es la porción energética más considerable; pueden presentarse otros efectos térmicos como el calor de disolución de sales, aunque casi siempre son muy pequeños. En los alimentos frescos debe eliminarse también el calor generado por la respiración metabólica. Seguidamente se elimina el calor latente de congelación, lo que provoca la formación de cristales de hielo; también se retira el calor latente de otros componentes de los alimentos, como el de las grasas. Las curvas entalpía-temperatura-composición para la congelación de alimentos demuestran que el proceso no se verifica a temperatura precisa. Es decir, no hay un punto de congelación definido con un solo calor latente -de congelación. Si durante el proceso de congelación se registra la temperatura del alimento en su centro térmico (punto que se congela más tarde), se obtiene una gráfica como la que muestra la figura 1.1.

 

El proceso se discrimina en tres etapas:   Precongelación, que es el período desde el inicio inicio del enfriamiento hasta que comienza a cristalizarse el agua. 

  Congelación, que es el período durante el cual, cual, la temperatura del material es más o menos constante (cambio de fase) si la sustancia es pura. Antes de iniciar la congelación puede existir un ligero subenfriamiento seguido de un incremento de temperatura hasta el punto de fusión o congelación del material. En la figura 1.1 se aprecia en la línea superior el caso del agua. Para el caso de un alimento, que como com o una aproximación puede considerarse como una solución acuosa, la temperatura en la que comienzan a aparecer los primeros cristales de hielo - T¡ - está siempre por debajo de la del punto de fusión del agua. Se puede presentar un sub-enfriamiento como en el primer caso, pero el cambio de fase se hace con temperatura variable, cristalizando inicialmente sólo agua pura hasta un punto en el que se comienzan a formar los cristales del "soluto" (o del alimento o solución concentrada), lo que nuevamente nuevamen te causa un pequeño salto en la temperatura, conocido como punto eutèctico, seguido por una "meseta" de congelación (se ha dibujado horizontal, pero generalmente es curva) que finaliza en un punto generalmente difícil de determinar, en donde se considera que el producto está completamente congelado.



  Luego que los materiales se congelan por completo, sigue un descenso de temperatura aproximadamente lineal, causado por el retiro de calor sensible del producto sólido, fase que concluye cuando el material alcanza la temperatura del medio refrigerante o congelador utilizado para el proceso.  



 

Metodología

1. Tomar 5 vasos de precipitados de 100ml y preparar las siguientes diluciones con agua desionizada con la siguiente composición (peso/peso): 0, 25, 50, 75 y 100% de jarabe. Asegurarse que la disolución de los solutos es completa. 2. Verter cada solución de jarabe en una bolsa de polietileno, 3. Colocar los termopares del congelador en cada una de las bolsas y sellar. Poner a funcionar el congelador y empezar a tomar temperaturas a intervalos de 20 seg por 5 minutos. NOTA: El congelador debe de llegar a una temperatura de -40ºC antes de introducir las muestras y verificar que la bomba esté funcionando. 4. Observar las muestras al finalizar y verificar en cuál de ellas se obtiene hielo.  Anotar todas todas las observac observaciones iones realizadas. realizadas. 5. Preparar las muestras estandarizándolas. estandar izándolas. Realiza una placa como se te indica en cada una de las muestras en el apartado de materiales y muestras. 6. Insertar los termopares en los alimentos y colocarlos dentro de las bolsas (2 muestras por bolsa). Poner a funcionar el congelador y empezar a tomar temperaturas a intervalos de 20 seg por 5 minutos. 7. Anotar observaciones sensoriales visuales y al tacto.   Resultados Tabla 1. Temperaturas de congelación de margarina y mantequilla. Tiempo

Alimento

T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9 T10 T11 T12 T13 T14 T15 -

Margarina

Temperatura (ºC) 5.0 2.4 0.9 -0.9 -2.0 -3.2 -4.4 -5.5 -6.6 -7.9 -8.9 -9.8 -10.7 -11.6 -12.3

Alimento

Mantequilla

Temperatura (ºC) 6.0 3.8 2.0 0 -1.4 -2.8 -4.2 -5.4 -6.6 -7.9 -8.9 -9.9 -10.8 -11.6 -12.4

 

Grafica 1. Curva de congelación de temperatura respecto al tiempo de la mantequilla y margarina.

Congelacion de mantequilla y margarina 10     )    C 5    º     (    A    R    U 0    T    A    R    E -5    P    M    E    T -10    T

1

2

3

4

5

6

7

-15

8

9

10

11

12

13

14

15

TIEMPO Margarina

Mantequilla

Tabla 2. Temperaturas de congelación de mango y fresa.

Tiempo

Alimento

T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 -

Mango

T9 T10 T11 T12 T13 T14 T15 -

Temperatura (ºC) -1.0 -2.1 -2.8 -3.5 -3.9 -4.3 -4.7 -5.0 -5.4 -5.8 -6.1 -6.4 -6.7 -7.0 -7.3

 Alimento

Fresa

Temperatura (ºC) 9.8 7.6 5.1 3.2 1.7 0.4 -0.3 -0.7 -1.1 -1.4 -1.8 -2.1 -2.5 -2.9 -3.3

 

Grafica 2. Curva de congelación de temperatura respecto al tiempo de mango y fresa.  

Congelacion de mango y fresa 15 10

    )    C     (    º    A    R 5    U    T    A    R    E 0    P    M    E    T

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

-5

-10

TIEMPO Mango

Fresa

Tabla 3. Temperaturas de congelación de zanahoria y champiñon.

Tiempo T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9 T10 T11 T12 T13 T14 T15 -

Alimento

Zanahoria

Temperatura (ºC) 14.8 13.1 11.3 9.7 8.3 6.7 5.5 4.3 3.1 2.1 1.2 0.2 -0.6 -1.0 -1.2

 Alimento

Champiñón

Temperatura (ºC) 6.4 3.6 0.8 -0.7 -1.7 -2.3 -2.8 -3.2 -3.7 -4.2 -4.8 -5.4 -6.1 -6.1 -6.7

 

Grafica 3. Curva de congelación de temperatura respecto al tiempo de zanahoria y champiñón. 

Congelacion de zanahoria y champiñon 20 15

    )    C    º     ( 10    A    R    U    T 5    A    R    E    P    M 0    E    T

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

-5 -10

TIEMPO Zanahoria

Champiñon

Tabla 4. Temperaturas de congelación de lomo de cerdo y salchicha.

Tiempo

Alimento

T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9 T10 T11 T12 T13 T14 T15 -

Lomo de cerdo

Temperatura (ºC) 15.2 13.5 12.0 10.3 9.1 7.8 6.7 5.4 4.7 3.9 3.2 2.6 2.1 1.6 1.2

 Alimento

Salchicha

Temperatura (ºC) 18.4 16.0 13.8 11.3 9.3 7.2 5.5 3.4 1.9 0.6 -0.6 -1.5 -2.2 -2.7 -3.1

 

  Grafica 4. Curva de congelación de temperatura respecto al tiempo de lomo de cerdo y salchicha.  

Congelacion de lomo de cerdo y salchicha 20 15

    )    C    º     (    A    R 10    U    T    A    R    E 5    P    M    E    T

0 1

2

3

4

5

-5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

TIEMPO Lomo de cerdo

Salchicha

Tabla 5. Temperaturas de congelación de diferentes concentraciones de agua con jarabe de maíz.

Tiempo

Agua desionizada/ 0% de jarabe de maíz

T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9 T10 T11 T12 T13 T14 -

20.5 18.8 17.1 15.2 13.7 12.0 10.6 8.7 7.0 5.6 4.2 2.6 1.2 1.3

T15 -

0.3

Temperatura (ºC) Agua Agua Agua desionizada / desionizada / desionizada / 50% de 75% de 25% de  jarabe de  jarabe de  jarabe de maíz maíz maíz 10.8 6.6 -20.0 8.6 4.5 -24.0 6.4 1.9 -26.3 4.7 -0.2 -26.8 3.3 -2.0 -27.0 2.0 -3.6 -27.8 -1.3 -6.5 -29.3 -2.0 -8.4 -29.7 -3.1 -9.9 -29.8 -4.3 -11.2 -29.9 -5.4 -11.8 -29.9 -6.5 -11.7 -30.1 -7.7 -11.8 -30.5 -8.6 -12.1 -30.6

-9.3

-12.4

-30.7

Agua desionizada/ 100% de  jarabe de maíz 11.3 9.5 7.8 6.0 4.6 3.1 1.8 0.6 -0.6 -1.8 -2.8 -3.8 -4.7 -5.5

-6.4

 

Grafica 5. Curva de congelación de temperaturas respecto al tiempo de concentraciones diferentes de agua desionizada y jarabe de maíz. 

Congelacion a diferentes concentraciones de agua desionizada y jarabe de maiz 30

20

10

    )    C    ª     (    A 0    R    U    T    A    R    E -10    P    M    E    T

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

-20

-30

-40

TIEMPO Agua desionizada

Agua desionizada / 25% de jarabe de maíz

Agua Ag ua des desio ioni niza zada da / 50 50% % de jara jarabe be de de maíz maíz

Agua Ag ua des desion ioniza izada da / 75 75% % de jar jarab abe e de maí maízz

Jarabe de maíz

Calculo de temperatura inicial de congelación

 1    Siendo en esta ecuación:

          ;273 ; 273  λ  Calor Calor latente latente de coconge ngelaci lacion on del ag agua ua  KJ   RConstante de gases 8.314 Kmol K X  Frac Fraccio cionn mol molarar de agua agua no conge congelad ladaa 

15

 

 

273    1   Calculo de fracción de agua no congelada:

()  λ [1  1 ]  Tiempo efectivo de congelación (Ecuación de Plank):

=

 [+  (−)  

Donde:

  λ  Ca Calolorr llataten entete                                                         

ℎ              Discusión de resultados  resultados 

En el experimento de congelación, se sabe que las curvas de congelación obtenidas experimentalmente tienen parecido con la estructura teórica de una curva de congelación para alimentos. La existencia de solutos disueltos hace que la curva de congelación tenga esta estructura determinada.   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.  

 

 Así mismo mismo se se puede puede observar observar en las las tablas tablas donde donde las frutas, frutas, las verduras verduras y los tipos tipos de mantequillas se congelan en menor tiempo que la carne o la salchicha, esto es porque tienen menor actividad de soluto ya que entre menor cantidad de agua o cualquier tipo de soluto la congelación será más rápida e intensa.  Conclusión 

Los métodosa de conservación loseste alimentos la congelación, tienen mucha importancia nivel mundial, yade que permitecomo la conservación y preservación de un alimento, por su baja temperatura evita el desarrollo de microorganismos y las reacciones enzimáticas conservando sus características nutricionales y organolépticas y de esta manera alargar su vida útil; al igual que la extracción de humedad en los alimentos como lo es el método de deshidratación, garantiza la estabilidad frente al deterioro, por parte de microorganismos y reacciones enzimáticas no deseadas, alargando la vida útil de un determinado alimento.   Todas estas importantes razones que aportan la congelación como es la conservación y preservación de productos procesados. Por estas razones de gran peso que ofrecen este método y la conservación se puede concluir que desde la invención de estos hasta nuestros días, han sido grandes avances dentro de las industrias alimenticias.  Cuestionario 1. Elabore una lista de los equipos más frecuentemente usados en la congelación describiendo sus ventajas y desventajas.  

Congelación de choque, congeladores de placas de contacto, de forma individual ultracongelados (IQF) congeladores transportadoras, congeladores espirales y criogénicocongeladores.   VENTAJAS:   Los alimentos se conservan perfectamente frescos. Solo hay que 

descongelarlos correctamente y estarán listos en perfectas condiciones para su consumo.   Igualmente, la congelación permite que la comida mantenga sus nutrientes y propiedades esenciales, por lo que no pierden calidad si no se mantienen por demasiado tiempo.    Aguanta  Aguantan n sin estropearse estropearse más tiempo tiempo que los alimentos en estado estado normal ya que la congelación evita que se degraden. Aunque pueden durar varias semanas, a partir de los tres meses puede verse afectado su sabor.   Tienen garantía de higiene y seguridad. A temperaturas bajo cero cercanas a los -20 grados centígrados, es muy difícil que se desarrollen los microorganismos y las bacterias. De este modo, por ejemplo, es la mejor forma de prevenir el parásito del Anisakis.







 

 



En el caso de la comida precocinada, la cocina de estos alimentos es mucho más sencilla ya que no hace falta descongelarlos: basta con meterlos al microondas, a la sartén o al horno y en pocos minutos estarán listos.

DESVENTAJAS:



Pese a que no pierdenpueden sus propiedades es mucho cierto que los alimentos congelados perder algonutritivas, de saborsísique llevan tiempo en este estado.   Tienes que saber que cada tipo de alimento tiene sus propias características, por lo que no se puede proceder de la misma manera con todos. Dependiendo de sus características nutricionales, el tiempo y el modo de congelación puede ser diferente.   Para almacenar la comida en el congelador, esta debe estar cubierta con plástico nunca en un recipiente de cristal ya que podría romperse con el hielo.   También, hay que tener cuidado en el proceso de descongelación porque se pueden reactivar las bacterias si no se realiza correctamente.  







2. Explique las propiedades coligativas que tienen relación con el proceso del congelado.

El punto de congelación de un líquido es la temperatura a la que dicho líquido se solidifica debido a una reducción de temperatura. El proceso inverso se denomina punto de fusión.  La diferencia entre los puntos de congelación de una solución y del disolvente puro. Kc: constante molal de congelación. Cuando el disolvente es agua el valor de la constante es: 1,86 ºC Kg/mol m: molalidad El punto de congelación se alcanza en una solución cuando la energía cinética de las moléculas se hace menor a medida que la temperatura disminuye; el aumento de las fuerzas intermoleculares de atracción y el descenso de la energía cinética son las causas de que los líquidos cristalicen. Las soluciones siempre se congelan a menor temperatura que el disolvente puro. La temperatura de congelación del agua pura es 0ºC.   Para la mayoría de sustancias ambas temperaturas son iguales. Por ejemplo para el mercurio, cuya temperatura de fusión y de congelación es 23 4,32 K (−38,83 °C). Sin embargo otras sustancias como el Agar-Agar tienen distintas temperaturas para la fusión y la congelación siendo que se vuelve líquido a 85 °C y sólido a una temperatura entre 32 °C y 40 °C; a este fenómeno se le conoce como histéresis.   En el caso del agua, el punto de fusión y de congelación es el mismo: 0 °C. Esto es en presencia de núcleos de cristalización en el líquido, ya que si éstos no están presentes, el agua líquida puede enfriarse hasta −42 °C sin que se produzca la congelación en un proceso llamado superenfriamiento. 

3. En productos como helados, ¿tiene alguna diferencia si el congelado sea rápido o lento?

 

  Todos sabemos que los productos que se congelan lento no poseen una calidad excepcional. ¿A qué es debido? Cuando se somete un helado a un congelamiento lento, las moléculas de agua de su interior aumentan de volumen. Este agrandamiento provoca roturas en la textura del producto. Por este motivo, cuando se procede a su descongelación, se produce una gran pérdida de líquido y, por consiguiente, de peso (de entre el 15% y el 20%). Además, el alimento pierde consistencia debido a la rotura de las fibras. En definitiva, el producto pierde calidad y fragancia y se deteriora. El proceso de congelamiento rápido que se efectúa da como resultado la formación de micro-cristales en el interior del alimento. De este modo, el producto resultante es óptimo desde el punto de vista cualitativo.  Asimismo, es extremadamente extremadamente fragante y posee una consistencia consistencia correcta. Pero, sobre todo, la principal ventaja que aporta la congelación rápida es que el alimento conserva su buena calidad debido a que no experimenta una pérdida de peso.   4. ¿En qué productos es necesario un proceso previo al congelado para que no se vean dañados y por qué? ¿Por qué existe e xiste una variación entre los tiempos de congelado de los distintos productos utilizados?

Los vegetales y frutas que deberán congelarse, deberán cosecharse en su máxima madurez, y ser procesadas y congeladas lo más rápidamente posible después de la cosecha, para evitar cambios químicos indeseables producidos por la acción enzimática y microbiana. Tanto los vegetales como las frutas requieren un buen buen procesado antes de su congelación. Después de limpiar y lavar para eliminar materiales extraños como hojas, polvo, insectos, jugos, etc., de sus superficies.  Algunos vegetales vegetales se se escaldan escaldan en agua caliente caliente o en vapor a 100º C, para para destruir destruir las enzimas naturales. También sabemos que las enzimas no son destruidas por bajas temperaturas, aun cuando su actividad se reduce grandemente, continúa a ritmo lento inclusive en alimentos almacenados a  – 18º C y más bajas. Por lo tanto, el escaldado, que destruye a la mayor parte de las enzimas, aumenta considerablemente la vida de almacenamiento de todos los vegetales congelados. La mayor parte de la población microbiana se destruye junto con las enzimas durante el proceso de escaldado sin embargo, hay muchas bacterias que sobreviven. Para evitar el deterioro que pueden producir estas bacterias, los vegetales deben enfriarse a 10º C inmediatamente después del escaldado y antes de ser empacados para su congelación. Igual que los vegetales, la fruta debe limpiarse y lavarse para eliminar materias extrañas y reducir la contaminación microbiana. La fruta está quizás más sujeta al deterioro enzimático que los vegetales, pero nunca se escalda para destruir las enzimas naturales, ya que esto destruiría también la cualidad de frescura natural que es tan deseable.   Para controlar la oxidación, la fruta por congelarse puede cubrirse con un jarabe ligero de azúcar. En algunos casos se usan también el ácido ascórbico, el ácido cítrico o el bióxido de azufre para este objeto. 

 

Referencias Bibliográficas 

FELLOWS, P. 1994. Tecnología del procesado de los alimentos: Principios y prácticas.Editorial Acribia. Zaragoza, España.    Sánchez Regueiro O, Martín González I, Rodríguez Vásquez L. Ciencia de los alimentos. La Habana: Editorial Ciencias Médicas; 2005.   NORMAN W. Desrosier. Elemento de Congelación de Alimentos, Editorial  







 



Continental S. A. De C.V.; México C.V.;  México (1983) NORMAN W. Desrosier. Conservación de Alimentos. Editorial Continental, México primera edición primera edición en Español, en Español, diciembre  diciembre 1964 impresiones, abril 1966,  junio 1971; 1971; julio 1973, 1973, noviembre noviembre de 1974.