CAPITULO 9

Conservación y Procesamiento por Refrigeración

INTRODUCCION

La congelación y el almacenamiento en frío se cuentan entre los métodos más antiguos de conservación de alimentos, y en los climas frígidos los alimentos congelados en forma natural, fueron descongelados y consumidos por el hombre prehistórico. En tiempos más recientes, como en. la segunda mitad del siglo XIX, se congelaba y vendía en escala comercial en los Estados Unidos algo de pescado, carne y aves, aunque sólo en cantidades insignificantes. Estos productos se congelaban al aire libre durante los meses de invierno y se enviaban a lugares pocos distantes en carretas con hielo. En la misma época se empezó a utilizar mezclas de hielo y sal a fin de obtener y mantener temperaturas algo más bajas que las que se podían mantener con hielo exclusivamente. No fue hasta 187,5 que se inventó un sistema mecánico de refrigeración a base de amoníaco, el cual haría posible la explotación comercial de bodegas refrigeradas y, el proceso de congelación. El uso de la refrigeración mecánica para congelar alimentos fue obstaculizado inmediatamente por la carencia de instalaciones de almacenamiento refrigerado —el primer requisito de cualquier industria de alimentos congelados o refrigerados—. En el curso del cuarto de siglo siguiente, aumentó progresivamente el número de bodegas refrigeradas, pero casi no existían refrigeradores, y menos aun congeladores, en las tiendas y en los hogares. Hasta en la década de 1920-30 los ali-mentos entregados en estado congelado a los mercados generalmente se descongelaban antes de que llegaran al hogar, o bien se descongelaban en las neveras domésticas y su calidad fluctuaba entre mediocre francamente mala.

En la década de 1920-30, Clarence Birdseye entró al ramo y, mediante sus investigaciones de procesos de congelación rápida, equipo, productos congelados y el envasado de los mismos, se inició nuestra moderna industria de alimentos congelados. Birdseye fue un pionero también en la promoción de las unidades de consumo individuales, durante los 20 años siguientes. La aceptación de estos productos aumentó rápidamente a medida que se hicieron más comunes los refrigeradores y congeladores en el hogar. Actualmente la importancia de la congelación como un medio de conservación de alimentos sigue aumentando constantemente, como lo demuestran el volumen y el valor de los alimentos procesados de esta manera, y se espera que, en los Estados Unidos, la importancia de los productos congelados siga creciendo hasta acercarse a, o casi igualar la de los productos enlatados.

Actualmente uno de los mejores indicios del desarrollo tecnológico de una sociedad, es la amplitud de sus instalaciones para el procesamiento, transporte, almacenamiento y venta de alimentos refrigerados y congelados.Mucho antes de que se consiguieran estos logros tecnológicos, las tribus y naciones que

habitaban las regiones frías eran más afortunadas que los pueblos de las regiones calurosas, ya que podían almacenar sus cosechas y dedicarse a otras cosas, en tanto que, en los climas más calurosos, la gente tenía que recoger gran parte de su alimento el día mismo en que lo iba a consumir. Todavía en nuestros días prevalece esta situación en algunas áreas del mundo. Las regiones menos desarrolladas se caracterizan por su carencia de medios de refrigeración, lo cual vuelve más difícil aún la tarea de mejorar su alimentación.

Hoy en día la refrigeración influye notablemente en las prácticas agrícolas y comerciales y determina la condición económica de la industria alimentaria. La Gran Bretaña, por ejemplo, depende de Australia para su carne de res y borrego; sin el transporte refrigerado, esta dependencia sería imposible. La misma situación existe en las ciudades de la parte oriental de los Estados Unidos que dependen del estado de California para una gran parte de sus frutas y hortalizas. La refrigeración y el alma-cenamiento en frío han hecho que los precios sean uniformes durante todo el año. Sin ellos los productos serían baratos en la época de la cosecha y mucho más caros después, y en algunas épocas no podrían obtenerse a ningún precio.

DISTINCION ENTRE LA REFRIGERACION Y LA CONGELACION

Al hablar de conservación y procesamiento por medio del frío, es preciso establecer una distinción entre la refrigeración y el almacenamiento en frío por un lado, y la congelación y el almacenamiento congelado por el otro.Por almacenamiento en frío queremos decir el almacenamiento con temperaturas superiores al punto de congelación, lo cual abarca una escala que va desde los 15.5°C hasta —2°C. Los refrigeradores comerciales y domésticos generalmente mantienen una temperatura entre 4.5° y 7°C. En los refrigeradores comerciales se mantiene a veces tina temperatura un poco más baja cuando se está dando preferencia a un alimento determinado. Aunque el agua pura se congela a 0ºC, la mayoría de los alimentos no empiezan a congelarse hasta que la temperatura esté a --ºC o más abajo.

El almacenamiento congelado, como sugiere su nombre, se refiere al almacenamiento en que el alimento se conserva en estado congelado. Para un almacenamiento congelado satisfactorio se requiere una temperatura de — 18ºC o aun más baja.

En el almacenamiento refrigerado, los alimentos perecederos se conservan generalmente durante días o semanas, según el caso. El almacenamiento congelado, los conserva durante meses Y hasta años. La notable potencialidad de conservación de las temperaturas suficientemente bajas queda demostrada en forma imponente en las ocasiones en que los exploradores descubren algún mastodonte u otra criatura antiquísima congelado y aún comestible.Existen otras distinciones entre las condiciones de refrigeración y las de congelación en lo referente a la actividad de los microorganismos (Fig. 95). La mayoría de los organismos generadores de la descomposición crecen rápidamente a temperaturas superiores a los 10'C. Algunos de los organismos que provocan intoxicaciones crecen

hasta a una temperatura de 3'C. Los organismos psicrofílicos crecen lentamente entre 4°C y —10°C, a condición de que el alimento en que se encuentran no estén congelado sólidamente. Estos organismos no producen intoxicación o enfermedad, pero aun a una temperatura por debajo de —4ºC, pueden provocar la descomposición del alimento. A una temperatura inferior a

-10°C, no ocurre ningún crecimiento importante de los microorganismos en los alimentos, antes bien hay una disminución paulatina del número de los organismos vivos. Pero, como hemos señalado ya, la destrucción de los microorganismos por el frío no es completa; es posible que, en cuanto se deshiela el alimento, éstos proliferen rápidamente, provocando su descomposición.

Puesto que existen diferencias importantes entre la refrigeración y la congelación, conviene tratar estas dos formas de conservación y procesamiento por medio del frío en forma separada.

REFRIGERACION Y ALMACENAMIENTO EN FRIO

Benigno pero de corta duraciónEn general la refrigeración y el almacenamiento en frío constituyen el método más

benigno de conservación de alimentos. En general, ejercen pocos efectos negativos en el sabor, la textura, el valor nutritivo y los cambios globales que ocurren en los alimentos, a condición de que se observen unas reglas sencillas y que los períodos de almacenamiento no se prolonguen más de la cuenta. No se puede afirmar lo mismo respecto al calor, la deshidratación, la irradiación u otros métodos de conservación que a menudo provocan en los alimentos cambios inmediatos, por pequeños que sean.

En tanto que la refrigeración y el almacenamiento en frío pueden ser excepcionalmente benignos, y también suelen disminuir la velocidad con que se deterioran los alimentos, en la mayoría de los casos el grado en que previenen ese deterioro no se compara ni de lejos con el grado en que lo previenen el calor, la deshidratación, la irradiación, la fermentación o la verdadera congelación. Esto queda demostrado por la tabla 23, que indica los períodos usuales de vida útil de diversos tejidos animales y vegetales almacenados a diferentes temperaturas.

La temperatura más baja que se da es de 0°C, que es inferior a la que se mantiene normalmente en la mayoría de los refrigeradores comerciales o domésticos. Sin embargo, los productos perecederos, como la carne animal, el pescado, las aves, y muchas frutas y hortalizas, aun a 0°C se conservan durante menos de dos semanas. A la temperatura de refrigeración más usual, que es de 6°C, se conservan muchas veces menos de una semana. Por otra parte, estos mismos productos conservados a una temperatura de 22°C o más arriba, pueden descomponerse en un día y hasta en unas horas.

Necesidad de proporcionar un frío instantáneo e ininterrumpidoEn condiciones ideales, la refrigeración de los productos perecederos comienza en el

momento de la cosecha o el sacrificio y se mantiene durante el transporte, la conservación en bodegas, la venta y el almacenamiento anterior a su consumo. Esto no es motivado exclusivamente por el peligro de la descomposición bacteriana. Se podrían citar muchos ejemplos en que una demora de unas pocas horas entre la cosecha o el sacrificio y la refrigeración es suficiente para que tenga lugar un grado notable de deterioro en el producto.

Esto ocurre sobre todo en el caso de ciertas frutas y hortalizas que son metabólicamente activas. No sólo pueden generar calor de respiración, sino que pueden convertir los productos del metabolismo de una forma a otra. Un ejemplo de esto es la pérdida de dulzura por el maíz (tabla 24). A una temperatura de 0°C, el maíz puede metabolízar su propio azúcar al grado en que se pierde el 8% en 1 día y el 22% en 4 días. Sin embargo, a una temperatura de 20°C, las pérdidas de azúcar pueden alcanzar el 25% en un día y en una tarde calurosa de verano pueden exceder con mucho esta cantidad. Para reducir estas pérdidas, hoy en día se lleva e, enfriamiento hasta el lugar de la cosecha, La figura 96 representa un tipo de enfriador portátil. A medida que se les recoge, las frutas u hortalizas

pasan por este hidroenfriador en donde se les rocía con chorros de agua fría. El agua puede contener también un bactericida para inactivas los microorganismos en su superficie. Después los productos enfriados son introducidos a camiones o carros de ferrocarril que los transportan hasta las bodegas refrigeradas.El enfriamiento rápido no quiere decir simplemente v en todos los casos la colocación inmediata de alimentos a granel en carros de ferrocarril o bodegas refrigeradas. El enfriamiento es la extracción de calor de un cuerpo. Si el cuerpo es grande, el tiempo requerido para extraer una cantidad suficiente de calor puede ser bastante largo para permitir que un grado importante de descomposición tenga lugar en el alimento antes de que se pueda alcanzar la temperatura de conservación efectiva. El hidroenfriador que aparece en la figura 96 logra el enfriamiento instantáneo del producto mediante su subdivisión a medida que se le introduce a la máquina. Asimismo, la subdivisión de los productos a granel propicia la circulación del aire frío en las bodegas refrigeradas. Actualmente el uso de gas nitrógeno frío producido por la evaporación de nitrógeno liquido en camiones, carros de ferrocarril y bodegas de barcos también ayuda a proporcionar el estrecho contacto con el frío que propicia el enfriamiento rápido del producto. Esto tiene otra ventaja en que desplaza el aire del área refrigerada, lo cual puede ser beneficioso para ciertos productos. La mejor manera de enfriar instantáneamente los líquidos a granel es hacerlos pasar por un intercambiados de calor efectivo antes de colocarlos en bodegas refrigeradas, La temperatura de los animales en el momento de su sacrificio es de uno 38ºC, y es preciso bajarla a unos 2ºC en menos de 24 horas a fin de conservar su calidad.

Requisitos para el almacenamiento refrigeradoDe estos requisitos los principales son la temperatura baja regulada, la circulación

del aire, el control de la humedad y la modificación de los gases atmosféricos.

Temperatura baja regulada.- Los refrigeradores y las cámaras y bodegas refrigeradas que han sido diseñados correctamente proporcionan suficiente capacidad refrigeradora y aislamiento para mantener el lugar frío a una temperatura que no fluctúa más de -1.2°C de la que ha sido seleccionada. A fin de diseñar un espacio refrigerado capaz de mantener esta temperatura, además del aislamiento requerido, es preciso conocer de

antemano todos los factores que pueden generar calor o influir en la facilidad con que se elimina calor del espacio. Estos factores incluyen: el número de focos o motores generadores de calor que están funcionando allí; el número de personas que pueden estar traba ando en el área refrigerada, va que ellos también generan calor; con qué frecuencia se abrirán las puertas de acceso al espacio, permitiendo la entrada de aire caliente; y las clases y cantidades de los alimentos que serán almacenados en el área refrigerada.

Este último factor es importante por dos razones principales: primero, la cantidad de calor que hay que eliminar de cualquier alimento a fin de bajar su temperatura depende del calor específico do ese alimento; segundo, durante y después del enfriamiento, los alimentos como frutas y hortalizas respiran y producen calor en grado variable. Tanto el calor específico como la velocidad de respiración de todos los alimentos importantes son conocidos ya o pueden ser calculados con bastante precisión. Estos datos, además de los factores antes presentados, son necesarios a fin de calcular la '*carga de refrigeración", o sea, la cantidad de calor que tiene que ser eliminada del producto y del área de almacenamiento a fin de bajar su temperatura inicial al nivel seleccionado y luego mantenerla allí por un tiempo determinado.

Los datos de la tabla 25, que corresponden a algunas frutas y hortalizas, demuestran la diferencia entre las cantidades de calor generadas por los diversos productos. La cantidad de calor generada varía en cada producto y, como todas las actividades metabólicas, decrece en proporción con la temperatura de almacenamiento. Los productos que tienen una elevada velocidad de respiración, como ejotes, brócoli, maíz, chícharos, espinacas y fresas, son especialmente difíciles de almacenar. Si los productos de esta clase son empacados apretadamente en una bodega, los que se encuentran en el centro pueden podrirse a pesar de que el aire que los rodea esté fresco. Las relaciones entre el calor específico de los alimentos y el cálculo de la carga de refrigeración serán tratados en breve en la sección sobre congelación y almacenamiento congelado.

Circulación de aire y humedad.- La correcta circulación del aire ayuda a alejar el calor de la proximidad de las superficies de los alimentos hacia los serpentines y placas de refrigeración. Pero el aire que circula dentro de la bodega refrigerada no debe estar ni demasiado húmedo ni demasiado seco. El aire con un elevado contenido de humedad puede causar la condensación de humedad en la superficie de los alimentos fríos. Si esta condición se extrema, se desarrollarán mohos en estas superficies a la temperatura normal de refrigeración. Por otra parte, si el aire está demasiado seco provocará la pérdida excesiva de humedad en los alimentos. Todos los alimentos difieren hasta cierto punto con respecto al grado en que propician el crecimiento de mohos y a su tendencia a deshidratarse, y para cada uno hay que encontrar un equilibrio óptimo. El óptimo nivel de humedad relativa que debe ser mantenido en la bodega refrigerada es bien conocido para la mayoría de los alimentos. En la tabla 26 se dan los datos que corresponden a un gran número de alimentos, junto con la temperatura óptima de su almacenamiento y la duración aproximada de su vida de almacenamiento, además de los datos requeridos a fin de calcular la carga de refrigeración. La mayoría de los alimentos se conservan mejor a temperaturas de refrigeración cuando la humedad relativa del aire

está entre 80 y 95% aproximadamente. Generalmente esto está relacionado con el contenido de humedad de los mismos alimentos y la facilidad con que se deshidratan. Así, por ejemplo, el apio y otras hortalizas de textura dura requieren una humedad relativa de 90 o 95%, en tanto que las nueces se conservan bien con un 70% solamente. Por otra parte, los productos secos y granulados, como la leche y los huevos en polvo, prefieren atmósferas muy secas, y una humedad relativa en exceso del 50% puede provocar en ellos la formación de terrones y costras, a menos que estén en envases impermeables.

Cuando los alimentos deben permanecer en almacenes refrigerados durante períodos prolongados, se emplean varias técnicas para mantener su calidad. Los alimentos que tienden a perder humedad pueden ser protegidos por varios métodos de envasado. Esto es importante, ya que de otra manera habría una migración continua de la humedad del alimento hacia la atmósfera de la bodega y luego hasta los serpentines y placas de refrigeración, porque el vapor húmedo tiende a condensarse en superficies frías.

Con frecuencia los grandes trozos de carne se cubren con bolsas de plástico o también se les puede rociar con uno de varios revestimientos resistentes a la humedad. A los quesos que se dejan añejar durante meses en bodegas frías se les protege mediante una capa de cera. Esta no sólo reduce la pérdida de humedad, sino que también proporciona protección contra la contaminación y el crecimiento de mohos en la superficie. Los huevos en la cáscara tienden a perder tanto humedad como dióxido de carbono. Estas pérdidas se retardan si se bañan los huevos en un aceite delgado e inofensivo, como el aceite mineral, a fin de sellar los poros diminutos de la cáscara.

La carne de res que se ablanda por medio del envejecimiento en cámaras frías presenta problemas muchas veces. Según el método convencional, este envejecimiento se logra conservando la carne a aproximadamente 1°C durante varias semanas. Si la humedad relativa de la bodega baja mucho más allá del 90%, la carne de res se reseca. Si sube arriba del 90%, se forman mohos en su superficie. Es difícil de controlar la humedad relativa con precisión. En ocasiones se emplea luz ultravioleta para retardar el crecimiento de mohos y el desarrollo de lama bacteriana en la superficie. En un proceso especial de envejecimiento acelerado conocido como el proceso "Tenderay", se añeja la carne de res en 2 ó 3 días al combinar una elevada humedad relativa con una temperatura de unos 180°C. Esto acelera también el crecimiento microbiano en la superficie, pero esto se controla mediante luz ultravioleta. En aplicaciones como ésta, hay que regular cuidadosamente el suministro de la irradiación ultravioleta, ya que la exposición excesiva a la luz ultravioleta podría arranciar la grasa de la superficie.

Modificación de los gases atmosféricos.- El almacenamiento con atmósfera artificialmente creada fue mencionado brevemente en el Capítulo 1. Las manzanas y otras frutas almacenadas en frío respiran, maduran, y luego maduran excesivamente. Su respiración depende de la cantidad de oxígeno disponible y produce dióxido de carbono. Tres modos de disminuir la velocidad de respiración y los cambios fisiológicos que la acompañan son: la reducción de la temperatura, la eliminación del oxígeno, y el aumento del nivel de dióxido de carbono. Las condiciones óptimas de

temperatura, humedad relativa, y composición por gases de la atmósfera difieren hasta cierto punto para diferentes frutas y hasta para diferentes variedades de la misma fruta. En el caso de las manzanas McIntosh, estas condiciones incluyen una temperatura de 3°C, una humedad relativa entre el 85 y el 90%, la reducción de oxígeno desde el 21 hasta el 3%, el aumento del dióxido de carbono del porcentaje normal de 0.03% al 3% primero, y después de un mes al 5%, y la reposición del resto de la atmósfera por nitrógeno u otro gas inerte. En la práctica, se prepara la bodega de almacenamiento en frío de manera que no puedan penetrar los gases ni hacia adentro ni hacia afuera, se, alcanza la temperatura deseada,se introduce la fruta, y se sella la bodega. Luego unos generadores de gas comercial reemplazan el aire de la atmósfera por el gas seleccionado, y también pueden introducir vapor de agua a fin. mantener la humedad relativa deseada, Generalmente se sella la bodega durante meses, hasta el momento en que se le ha de vaciar completamente. Si algún trabajador tiene que entrar para hacer reparaciones, deberá llevar una máscara de oxígeno. En estas condiciones las manzanas conservan su calidad en el almacenamiento por más de seis meses.

El almacenamiento en una atmósfera artificialmente creada tiene varias aplicaciones además de la que acabamos de citar. En un sentido se practica en dondequiera que se envasan alimentos en recipientes al vacío, con nitrógeno, dióxido de carbono, o cualquier otra atmósfera cuya composición difiere de la del aire. Por lo referente a sus aplicaciones en el transporte o almacenamiento refrigerado, otros ejemplos del almacenamiento con atmósfera artificialmente creada o modificada incluyen el uso de vapores difenílicos para inhibir el crecimiento de mohos en frutas cítricas, y el uso de gas etileno para acelerar la maduración y desarrollo del color en frutas cítricas y plátanos. Ya se ha mencionado el hecho de que, en el enfriamiento mediante nitrógeno líquido, se sustituye gas nitré}-geno por el aire, y actualmente se están llevando a cabo investigaciones extensas a fin de determinar todo la potencialidad de esta clase de almacenamiento con atmósfera controlada. Ya que los tejidos animales y vegetales consumen y despiden gases, se supondría que los equilibrios de gases afectarían muchas propiedades de los alimentos. Ciertamente sucede así en muchos casos, entre ellos los cambios de pigmento en la carne roía, el crecimiento y los patrones metabólicos de la maduración superficial y de los microorganismos generadores de la descomposición, y la velocidad con que los huevos pierden su frescura en el almacenamiento en frío. Este fenómeno se ha combatido, además de por la inmersión de los huevos en aceite para reducir las pérdidas de agua y dióxido de carbono, me-diante su almacenamiento en bodegas cuya atmósfera ha sido enriquecida con dióxido de carbono, a fin de controlar la pérdida de este gas relacionado con el pH y la frescura de los huevos.

Cambios de los alimentos durante almacenamiento refrigeradoLos cambios específicos que pueden tener lugar en los alimentos durante el

almacenamiento en frío son muchos e influyen en ellos factores tan diversos como las condiciones de cultivo y las variedades de las plantas, los métodos de alimentación de los animales, las condiciones de recolección y sacrificio, las prácticas sanitarias y el

daño a los tejidos, la temperatura del almacenamiento en frío, la combinación de alimentos almacenados juntos, y otros factores variables.

Así, por ejemplo, las toronjas de Florida se conservan bien a 0°C, en tanto que las toronjas Texas Marsh se conservan mejor a 11ºC. La manzana McIntosh se conserva bien entre 2 .2ºC y 4.4°C, pero la manzana Delicius está mejor a 0°C.

Los cerdos alimentados con sustancias que contienen un alto porcentaje de grasas insaturadas, como los cacahuates y la soya, dan carne y manteca más blandas que las de los cerdos alimentados con granos de cereales. Sin embargo, la carne de estos últimos se conserva mejor en el almacenamiento frío.

Si se permite que los animales descansen antes de su sacrificio, éstos acumulan reservas de glucógeno (almidón animal) en sus músculos. Después de su sacrificio, el glucógeno se convierte en ácido láctico que tiene un ligero poder preservativo y aumenta la capacidad de la carne de conservarse en el almacenamiento frío. Si los animales hacen ejercicio o son excitados antes de su sacrificio, gastan sus reservas de glucógeno, dejando menos para ser convertido en ácido láctico, y se disminuye la capacidad de conservación de la carne.

Como lo liemos señalado ya, las temperaturas de refrigeración demasiado bajas pueden causar daños debidos al frío a frutas y hortalizas aun cuando éstas no son dañadas físicamente por la congelación (tabla 16 en páginas anteriores). Esto no es sorprendente, ya que había que suponerse que las plantas vivas tuvieran requisitos de temperatura óptima lo mismo que los animales. Muchos de los defectos incluidos en la tabla 16 son de origen bacteriano, reflejando un estado fisiológico debilitado y una mengua en la resistencia a esta clase de deterioro. En el caso de los plátanos y los tomates, al contrario, en el almacenamiento a temperaturas inferiores a los 13°C, se disminuyen las actividades de las enzimas que propician la maduración natural •y esto resulta en colores mal desarrollados. Sin embargo, en la mayoría de los alimentos perecederos, la ausencia total de enfriamiento daría resultados mucho peores que los que dan unas temperaturas de refrigeración un poco más bajas que las óptimas.

El almacenamiento refrigerado permite el intercambio de sabores entre muchas clases de alimentos si se les almacena juntos. Por ejemplo, la mantequilla y la leche absorben olores de pescado y de fruta, y los huevos absorben olores de cebollas. En donde sea posible, los diferentes alimentos, especialmente los que son olorosos, deberían ser almacenados por separado. Empero, la economía no siempre permite esto. En muchos casos el intercambio de olores puede ser prevenido totalmente mediante un envasado efectivo.

Las pérdidas de azúcar del maíz (tabla 24) ya mencionadas, que ocurren aun cuando éste se conserva a temperaturas de refrigeración, se deben a las síntesis del almidón a partir del azúcar. Pero otros cambios

que ocurren durante el almacenamiento refrigerado representan auténticas pérdidas de nutrientes, como en el caso de la destrucción vitamínica (tabla 27) . Según estos datos, los espárragos perdieron el 50%, de su vitamina C en 7 días a 0°C, el bróculi perdió el 20% en 1 día solamente y el 35% en 4 días a 8°C. En el caso de los espárragos, os, esta pérdida tuvo lugar a pesar de que 0°C es la temperatura óptima para el almacenamiento refrigerado de esta hortaliza. Otras pérdidas vitamínicas ocurren comúnmente en muchos alimentos conservados bajo refrigeración por un tiempo relativamente breve.

Otros cambios comunes en los alimentos durante su almacenamiento con refrigeración son: pérdida de firmeza y vigor en las frutas y hortalizas; cambios en el color de la carne roja; oxidación de grasas; reblandecimiento de los tejidos y escurrimiento del pescado; pérdida de frescura en el pan y los pasteles; formación de terrones y costras en los alimentos granulares; pérdidas de sabor; y un gran número de manifestaciones del deterioro microbiano, a menudo exclusivas a un alimento específico y causadas por el predominio de algún organismo generador de la descomposición. Hay alimentos que nunca deberían de ser refrigerados. El pan es un ejemplo. La velocidad con que el pan pierde su frescura a temperaturas de refrigeración es mayor que a la temperatura del ambiente, aunque esta pérdida puede ser detenida por la congelación. En estas y otras diferencias entre los alimentos a las temperaturas de refrigeración se basan los requisitos de almacenamiento indicados en la tabla 26.

Otros beneficios aparte de la conservación

En la industria alimentaria el enfriamiento se utiliza generalmente por su poder preservativo. Hay muchas situaciones, sin embargo, en que el enfriamiento proporciona otras ventajas y mejora las propiedades de los alimentos que influyen en el procesamiento de los mismos. El enfriamiento se emplea a fin de controlar la velocidad de algunas reacciones químicas y enzimáticas, además de las velocidades de crecimiento y metabolismo de los microorganismos deseables en los alimentos, Este es el caso con la maduración en frío de los quesos, el envejecimiento en frío de la carne de res, y el añejamiento en frío de los vinos. El enfriamiento también hace más fácil la monda y deshuese de los duraznos que serán enlatados. El enfriamiento de las frutas cítricas reduce los cambios en su la extracción y colado del jugo. El enfriamiento aumenta sabor durante- a jugo facilidad y eficiencia con que se corta la carne y se rebana el pan. El enfriamiento precipita las ceras en los aceites comestibles. Se enfría el

agua para los refrescos antes de carbonatada a fin de aumentar la solubilidad del dióxido de carbono. Hablaremos más de estas aplicaciones del enfriamiento en capítulos posteriores.

Consideraciones económicas

En donde el enfriamiento se emplea para fines de conservación en la bodega, el supermercado y el refrigerador del hogar, en los cuales se tienen que alojar una multitud de productos, desafortunadamente no siempre resulta económico ni práctico separar los alimentos y dar a cada uno la temperatura y humedad óptima que requiere. Generalmente se opta por una solución intermedia y se mantiene al área refrigerada entre 2º y 7°C, sin medidas especiales para regular la humedad. Aun en estas condiciones, la refrigeración resulta en mejoras importantes en la seguridad, apariencia, sabor y valor nutritivo de nuestros alimentos. También reduce las pérdidas debidas a insectos, parásitos y roedores.

CONGELACION Y ALMACENAMIENTO CONGELADO

Como método de conservación, la congelación empieza en donde la refrigeración y el almacenamiento en frío terminan. Junto con la conservación, la congelación ha sido uno de los factores principales en colocar alimentos cómodos al alcance del ama de casa, el restaurante y el establecimiento institucional de alimentación. Ya que la congelación correctamente lograda conserva los alimentos sin producir cambios radicales en su tamaño, forma, textura, color y sabor, hace posible que gran parte del trabajo de preparación de un artículo alimenticio o hasta que una comida completa se haga antes de la etapa de la congelación. Esto transfiere al procesador de alimentos operaciones que antes tenían que ser hechas por el ama de casa o el chef. Productos tan diferentes como el pastel de pollo, los filetes de pescado empanizados, los platillos típicos, el sustituto de crema batida, los pasteles de frutas o de merengue, y hasta cenas indivi-duales completas, hoy son preparados y arreglados mediante técnicas de producción en masa, en cocinas industriales especiales, después de lo cual son congelados en forma instantánea. El número casi sin límite de productos, muchos de ellos congelados en los mismos recipientes en que serán servidos, y de los que se elaboran grandes cantidades, representan una revolución importante en la industria alimentaria y reflejan cambios ra-dicales en las costumbres del comer. Estos cambios en los Estados Unidos se deben a fenómenos sociales de los tiempos actuales como sor, los siguientes:

1) Se toman más alimentos fuera del hogar que en ningún tiempo anterior. Estos incluyen alimentos en restaurantes, universidades, programas de alimentación escolar, hoteles, aviones, hospitales, etc.

2) Existe una escasez cada vez mayor de chefs y empleados de restaurante adiestrados en todas las áreas antes mencionadas.

3) Desde las escuelas atestadas hasta los aviones en que se viaja a altas velocidades, hay una necesidad cada vez mayor de preparación y servicio rápido de alimentos.

4) El costo de la mano de obra está en aumento constante, contribuyendo más a imponer el uso de alimentos cómodos en los establecimientos dedicados a la alimentación.

Actualmente ninguna otra forma de conservación de alimentos puede proporcionar el mismo grado de comodidad que la congelación. Los alimentos deshidratados, por ejemplo, aunque son cómodos, tienen que ser reconstituidos individualmente a fin de satisfacer necesidades variables de agua, y también tienen que ser calentados. Esto no es el caso de los alimentos congelados. Muchos artículos pueden ser preparados juntos en una sola operación de descongelación y calentamiento. Este último avance en los alimentos congelados se apoya en principios científicos bien desarrollados.

Características de los alimentos que se congelanEl agua congelada puede hacer estallar tubos de hierro, de manera que no debe

sorprendernos el hecho de que, si no se le controla adecuadamente, la congelación puede quebrantar la textura de los alimentos, romper emulsiones, desnaturalizar proteínas, y causar otros cambios tanto físicos como químicos. Muchos de estos cambios están relacionados con la composición de los alimentos que, a su vez, es influenciada por las prácticas agrícolas que tuvieron lugar mucho antes del proceso de congelación.

Composición de los alimentos.- Una propiedad básica de las soluciones acuosas es que, cuando aumentan su concentración de sólidos disueltos, bajan sus puntos de congelación. Así, cuanto mayor sea la cantidad de sal, azúcar, minerales o proteínas en una solución, más bajo será su punto de congelación y más tardará ésta en congelarse cuando se le coloca en una cámara de congelación. Sí se colocan agua y jugo en un congelador, el agua se congelará primero. Además a menos que la temperatura esté muy por debajo del punto de congelación del agua pura, el jugo nunca se congelará completamente sino que el líquido se llenará de cristales de hielo. Lo que está sucediendo realmente en este caso es que el agua dentro del jugo se está congelando primero, dejando los sólidos disueltos en una solución más concentrada que requiere una temperatura aun más baja a fin de congelarse.

Puesto que la composición de los diferentes alimentos varía como en cuanto al nivel de agua y la clase y cantidad de sólidos disueltos en ésta, es de esperarse que los alimentos tengan puntos de congelación diferentes y que, bajo condiciones de congelación determinadas, requieran diferentes períodos de tiempo a fin de congelarse completamente. Esto en sí explica en gran parte por qué las diferentes variedades de una misma fruta u hortaliza se comportan en forma variable al congelarse. Las variedades tienen composiciones hasta cierto punto diferentes. Aun la misma variedad cultivada en un campo diferente, con otras prácticas de irrigación y fertilización, tendrá ciertas variaciones en su composición, entre ellas unas diferencias en su contenido mineral debido a los fertilizantes. Por esta razón, los productores de alimentos congelados que quieren ejercer un control estricto sobre los procesos de congelación, definen las varie-dades que se han de cultivar y en ocasiones hasta proporcionan las semillas y

fertilizantes a fin de ayudar a garantizar la composición uniforme y otras propiedades de las materias primas.

Congelación progresiva.- Una unidad determinada de alimento, ya sea una botella de leche, una pieza de carne de res, o una lata de manzanas rebanadas en almíbar, no se congelará uniformemente; es decir, no se cambiará repentinamente del estado líquido al estado sólido. En el caso de la botella de leche colocada en un congelador, por ejemplo, el líquido que se halla más cerca de la pared de la botella se congelará primero, y los primeros cristales de hielo serán de agua pura. A medida que el agua se congela y se separa, la leche adquirirá una mayor concentración de minerales, proteínas, lactosa y grasa. Este concentrado que se congela paulatinamente también se va concentrando más a medida que progresa la congelación. Finalmente queda un núcleo central de líquido no congelado altamente concentrado, y si la temperatura es suficientemente baja, este núcleo central también acabará por congelarse.

Algo muy parecido sucede en los alimentos sólidos, y esto se puede ver en la curva de congelación de las piezas delgadas de carne de res (Fig. 98). Esta también revela otras propiedades de los alimentos durante la congelación progresiva.

Decimos que el punto de congelación del agua pura es 0°C, pero en realidad el agua no empieza a congelarse a 0°C. Más bien su temperatura desciende generalmente varios grados por debajo de 0°C antes de que algún estímulo, como la nucleación de cristales o la agitación, inicie el proceso de congelación. Cuando ocurre este estímulo, la temperatura sube en forma repentina a 0°C, debido a la evolución del calor latente de cristalización. Aun si el agua se encuentra en una atmósfera cuya temperatura está muy por debajo de 0°C, mientras el agua libre se está congelando y despidiendo el calor latente de la cristalización o la fusión, la temperatura de una mezcla de agua pura y hielo no bajará más allá de 0°C. Sólo después de que toda el agua haya sido convertido en hielo, la temperatura del alimento será más baja que la de equilibrio, o sea 0°C, y luego se aproximará rápidamente a la temperatura de la atmósfera de congelación.

Mucho de esto ocurre también en los alimentos que contienen agua, pero ya que contienen sólidos disueltos, su congelación progresiva es un poco más compleja. En la figura 98, la curva de congelación de una pieza delgada de carne de res fue obtenida colocando la carne en una cámara de congelación con temperatura muy por debajo de —18°C y registrando la temperatura cambiante de la res junto con el tiempo, a medida que se congelaba. Simultáneamente se determinaba el porcentaje de agua que se convertía en hielo como una función de temperatura o tiempo. A medida que se enfría la carne de res, su temperatura inicial baja

FALTA LA HOJA 226 Y 227

de agua y escurrimiento. En el caso del helado, los grandes cristales de hielo pueden perforar las burbujas de espuma congeladas. Esto resulta en la pérdida de volumen durante el almacenamiento y en casos de derretimiento parcial. Los geles tienen un comportamiento similar al de la mantequilla, manifestando a menudo la sinéresis o separación del agua.

Velocidad de congelaciónExiste a veces desacuerdo entre los investigadores de alimentos congelados sobre

cuál de dos factores, el efecto de la concentración o el daño físico debido a los grandes cristales de hielo, es más perjudicial durante la congelación y el almacenamiento congelado. Indudablemente la respuesta a esto depende del alimento, siendo a veces uno y a veces el otro. Sin embargo, en ambos casos la congelación rápida es esencial a la buena calidad.

En la congelación rápida se forman cristales de hielo diminutos. Sin embargo, la congelación rápida o instantánea también reduce los efectos de concentración al disminuir el tiempo en que los solutos concentrados permanecerán en contacto con los tejidos de los alimentos, los coloides y los componentes individuales, durante la transición del estado original al estado de congelación total.

Por estas razones especialmente, todos los métodos modernos de congelación y todos los aparatos de congelación son diseñados a fin de lograr la congelación rápidamente ya que la calidad superior que resulta puede justificar el costo. En cuanto a las velocidades de congelación, se puede decir que generalmente cuanto más rápida sea la congelación, mejor será la calidad del producto. Sin embargo, desde un punto de vista práctico, las velocidades de congelación que equivalen a 1.25 cm por hora aproximadamente son satisfactorias para la mayoría de los productos y son fáciles de lograr con el equipo comercial. Esto significaría que un paquete plano de alimento, de 5 cm de espesor y expuesto por ambos lados a los medios de congelación, debería estar congelado (a -18°C o más abajo) en su centro después de unas dos horas. Los congeladores de placas logran esto fácilmente, y es posible que los congeladores por medio de nitrógeno líquido reduzcan el tiempo a unos pocos minutos.

Selección de la temperatura finalAl considerar todos los factores, entre ellos los cambios texturales, las reacciones

químicas, enzimáticas y no enzimáticas, los cambios microbio-lógicos, y los costos, se llega a la conclusión de que los alimentos deben de congelarse hasta alcanzar una temperatura interna de -18°C como mínimo, y ser conservados a esta temperatura durante todo el tiempo de su transporte y almacenamiento congelado. Las consideraciones económicas generalmente excluyen el uso de temperaturas más bajas que -29°C durante el transporte y almacenamiento, aunque muchos alimentos se congelan hasta una temperatura algo más baja que -29°C con el esfuerzo de lograr las ventajas de la congelación rápida.La selección de -18°C como la temperatura máxima recomendada para la congelación y el almacenamiento se basa en datos cuantiosos y representa una transacción entre las consideraciones de calidad y las de costo. Desde el punto de vista microbiológico, el almacenamiento a -18 °C no sería requerido, porque los patógenos no crecen a temperaturas inferiores a unos 4°C, y los organismos generadores de la descomposición normalmente no crecen a una temperatura inferior a unos 10°C. Por otra parte, es de suponerse que la temperatura de las instalaciones de transporte y almacenamiento congelado fluctuará un poco en ambos sentidos de la que ha sido seleccionada. Puesto

que algunos organismos generadores de la descomposición pueden crecer en la proximidad de 7°C, la selección de una temperatura de —18°C proporciona un margen razonable de seguridad contra éstos y un margen aun mayor contra los patógenos, y, de hecho, los alimentos congelados han gozado os do de una excelente reputación de sanidad a través de los años.

Para el control de las reacciones enzimáticas, la temperatura de — 18"C no es muy baja, porque algunas enzimas continúan su actividad aun a 73°C, aunque con velocidades de reacción extremadamente lentas. Las velocidades de la reacción enzimática son más rápidas en el agua no congelada cuya temperatura es inferior al punto de congelación, que en el agua congelada a la misma temperatura. En la mayoría de los alimentos, queda bastante agua sin congelar a —10°C y el almacenamiento por períodos largos resulta en graves deterioros enzimáticos en la calidad de los alimentos, especialmente los de carácter oxidativo. El almacenamiento a —18°C retarda suficientemente las acciones de muchas enzimas de los alimentos, pero existen excepciones en el caso de las frutas y hortalizas. En estos casos se inactivas las enzimas antes de la congelación mediante el escaldado o un tratamiento químico.

En cuanto a las reacciones químicas no enzimáticas, no se detienen totalmente a —18°C, pero sí prosiguen en forma muy lenta. La afirmación generalizada en el sentido de que, en la zona de congelación las velocidades de reacción se reducen aproximadamente a la mitad con cada descenso de 10'C en la temperatura, no se puede sostener, porque muchas reacciones prosiguen en solución. y en esta zona la concentración de la solución va cambiando rápidamente a medida que se congela el agua. Diremos solamente que cuanto más baja sea la temperatura, más lentas serán las velocidades de reacción y menos agua habrá sin congelar para servir de solvente a los reactores químicos.

Los efectos globales de la temperatura baja en el almacenamiento de diversos alimentos durante períodos largos son indicados en la tabla 28. Tratándose de hortalizas, frutas, carnes y pescado correctamente envasados y congelados, la calidad se conserva en el almacenamiento a 12ºC por un período que fluctúa entre 6 y 10 meses, pero a -18°C, la mayoría de los alimentos retienen su calidad por más de un año, y a veces hasta por 2 ó 3 años. A una temperatura entre 7º y 10º C. La calidad podría ser conservada por períodos que fluctuarían entre unos días o semanas y unos pocos meses al máximo, según el producto.La calidad inicial y la vida subsiguiente en el almacenamiento se podrían mejorar en muchos alimentos si se les congela y almacenara a una temperatura mucho más baja que -18°C. Es relativamente fácil congelar los alimentos a -29º C aun a temperaturas más bajas, por varios métodos, y el costo no sería a excesivo. Sin embargo, resultaría más difícil y muy caro mantener el alimento a -29°C o menos durante su transporte es más perjudicial a la calidad de los alimentos congelados que la congelación y la descongelación repetidos durante el almacenamiento. Ni hace falta que la descongelación repetida sea completa.

La descongelación completa en el almacenamiento es rara y generalmente ocurre sólo en casos de la descompostura total del equipo de enfriamiento en el almacén. Esto se reconoce fácilmente y se corrige rápidamente. Sin embargo, no existe un sistema comercial de distribución o almacenamiento de alimentos congelados que no tenga un ciclo de temperatura mensurable. Estos ciclos forman parte de los sistemas de control de temperatura actuales, y ocurre con no poca frecuencia que la temperatura de una cámara frigorífica vaya del máximo al mínimo y de nuevo al máximo en un ciclo de aproxi -madamente dos horas. Esto podría sumar 360 ciclos por mes y más de 4,000 en un año.

Una desviación de sólo 3°C en cualquier sentido de la temperatura de —18°C del almacenamiento congelado puede causar daños en muchos alimentos. Arriba de —12°C, la descongelación intensifica el efecto de concentración. Al recongelarse, el agua derretida de pequeños cristales de hielo, tiende a bañar los cristales no derretidos, aumentando así su tamaño. Cualquiera que sea la variación de temperatura en el área de almacenamiento, debido a que la transmisión de calor tiene una velocidad limitada, habrá un efecto de retardación en el alimento mismo, y generalmente habrá menos variación de temperatura en éste que en la cámara o en el congelador. Sin embargo, si la temperatura en la cámara o congelador varía en cualquier sentido más de unos pocos grados de —18°C por un período de semanas o meses, será dañada perceptiblemente la calidad de la mayoría de los alimentos congelados que allí se encuentran, y habrá que corregir las instalaciones en que ocurren estas variaciones.

Los alimentos congelados que se descongelan para su uso final también están expuestos a pérdidas de calidad, especialmente si la descongelación es lenta. En este caso también, los efectos de concentración pueden aparecer. Las soluciones más concentradas que se congelaron al último son las primeras en descongelarse. Estas son generalmente mezclas eutécticas.

Una mezcla eutéctica es una solución de composición tal que se congela (o descongela) en su forma original, en lugar de adquirir un mayor grado de concentración debido a la separación de más hielo puro. Dicho de otra manera, la mezcla eutéctica se congela (y descongela) como mezcla, y en su forma congelada tiene una proporción constante de cristales de hielo entremezclados con cristales de soluto. La temperatura á la que se forma una mezcla eutéctica se llama temperatura eutéctica o punto eutéctico. Una solución de NaCl diluida en agua, bajo condiciones de congelación, separaría primero el agua pura por congelación y aumentaría su concentración de NaCl. A —21°C, el agua y sal res- tantos constituirían una mezcla de 23% de NaCl y 77% de agua. Esta se congelaría formando hielo eutéctico de la misma composición. En tanto que el hielo de agua pura tiene un punto de fusión de 0°C, el hielo eutéctico podría ser extraído del sistema y tendría un punto de fusión de —21°C; por lo tanto, sería superior al hielo de agua pura como refrigerante, y así ha sido utilizado comercialmente.

Los materiales alimenticios son mezclas complejas y pasan por varias composiciones eutécticas antes de congelarse completamente. Lo opuesto ocurre durante la descongelación, y las sustancias eutécticas que se congelan al último son las primeras en descongelarse. Si la descongelación es lenta, da más tiempo para que los

componentes de los alimentos estén en contacto con las mezclas eutécticas concentradas y los efectos de concentración se intensifican.

Otra causa de la superioridad de la descongelación final rápida, comparada con la descongelación lenta se ve en la tabla 29. Los alimentos congelados en grandes volúmenes, como, por ejemplo, una lata de .13.6 kilos de huevo entero congelado, pueden tardar de 20 a 60 horas en descongelarse al aire, según la temperatura del aire.

El agua fresca corriente y otras técnicas pueden reducir este tiempo notablemente. Ya que las bacterias sobreviven al proceso de congelación, cuando el tiempo es largo y la temperatura del producto va subiendo, hay demasiada oportunidad para la multiplicación bacteriana.

Requisitos de refrigeraciónLlamamos carga de refrigeración aquella cantidad de calor que tiene que ser eliminada a fin de reducir la temperatura inicial del producto hasta la temperatura adecuada para su almacenamiento seguro, en condiciones de congelación.

Si hay que bajar la temperatura desde un punto arriba de su punto de congelación

hasta una temperatura de almacenamiento inferior a su punto de congelación, la carga de refrigeración constará de tres partes. Estas son el número de Btu/lb que tiene que ser eliminado del alimento a fin de subir su temperatura inicial al punto de congelación, más el número de Btu/lb que hay que eliminar a fin de lograr el cambio en su estado en el punto de congelación, más el número de Btu/lb que hay que eliminar a fin de bajar la temperatura del producto congelado al nivel especificado para su almacenamiento.

Definiciones y constantes de calor.—Un Btu, o British Thermal Unit, es la cantidad de calor necesaria para subir o bajar en 1°F la temperatura de una libra de agua, en el rango de la escala de 32°F a 212°F, a la presión atmosférica normal.

El calor específico de una sustancia es la relación entre el calor necesario para subir o bajar en 1 ºF la temperatura de una unidad de la sustancia y el calor necesario para subir o bajar en 1°F la temperatura de una unidad de agua. Puesto que el calor específico del agua se utiliza como norma y es uno, resulta que el calor específico de cualquier sustan-cia es la cantidad de calor en Btu necesaria para subir o bajar la temperatura de una libra de esa sustancia 1°F.

Hay dos tipos de calor, a saber, el calor sensible y el calor latente. Se puede definir el calor sensible como el que percibimos fácilmente por el tacto y que produce un ascenso o descenso en la temperatura de una sustancia a medida que se le suministra o se le retira calor. El calor latente es la cantidad de calor necesaria para cambiar el estado o condición en que existe una sustancia, sin cambiar su temperatura. Así, es preciso eliminar una cantidad determinada de calor del agua a 0°C a fin de convertirla en hielo a 0°C. Asimismo, al convertir el agua a 100°C en vapor a 100°C, tenemos que proporcionar el calor latente de evaporación. En la congelación nos interesa el calor latente de fusión, el cual en el caso del agua es de 144 Btu/1b. Esto es diferente cuantitativamente de 144 Btu/lb para las otras sustancias.

Con respecto al calor específico, el de cualquier material es diferente en el estado líquido y en el estado congelado. Es decir, se requiere una cantidad diferente de Btu/lb a fin de subir o bajar la temperatura de un material 1°F, según si su temperatura está arriba o abajo de su punto de congelación.

El calor específico y el calor latente de los alimentos se conocen, y se utilizan para determinar los requerimientos de refrigeración para el enfriamiento, la congelación y el almacenamiento. Los datos que corresponden

a unos pocos alimentos -se dan en la tabla 30, y unas listas más extensas pueden encontrarse en los manuales de la ASRE y la ASHRAE (tabla 26) y en los manuales del Departamento de Agricultura de los Estados Unidos.

Cálculo de la carga de refrigeración.- La tabla 30 no sólo propor- ciona datos para el cálculo de los requerimientos de refrigeración, sino que también da unas claves al comportamiento de los diversos alimentos durante la congelación.

El agua, que se encuentra al final de la lista, tiene un calor específico antes de la congelación de 1.00, un calor latente de fusión de 144, y un calor- específico después de la congelación de 0.48. Por lo tanto, si quisiéramos congelar un libra de agua de 60ºF a 0º F, tendríamos que eliminar 1 Btu por grado F desde 60'F hasta 32`F, más 144 Btu para convertir el agua en hielo a 52º F, más 0.48 Btu por grado F desde 32°F hasta 0°F. Esto equivaldría a 28 1 144 — 15 ó 187 Btu.

Siguiendo el mismo método, las siguientes ecuaciones generales nos permitirán calcular las Btu que hay que eliminar a fin de enfriar y congelar cualquier cantidad de material alimenticio desde cualquier temperatura inicial basta cualquier temperatura de almacenamiento congelado a condición de que sepamos el punto de congelación del material:

Así, H1 sería el número de Btu, requerido para enfriar el alimento de su temperatura inicial a su punto de congelación y equivaldría a SL (el calor específico deis alimento arriba de su punto de congelación) por W (su peso en libras) por T i - Tf (la diferencia entre la temperatura inicial y el punto de congelación en grados F).

H2 sería el número de Btu requerido para cambiar el alimento del estado "líquido" al estado congelado en su punto de congelación, y equivaldría a HF (el calor latente de fusión del alimento) por W (su peso),

H3 sería el número de Btu requerido para bajar la temperatura del alimento congelado de su punto de congelación a la temperatura de almacenamiento deseada, y equivaldría a SS (el calor específico del alimento abajo de su punto de congelación) por W (el peso del alimento) por Tf - TS (la diferencia entre el punto de congelación y la temperatura de almacenamiento deseada).

Hf.S, el requisito total de Btu, equivaldría a H1 + H2 + H3.La tabla 30 también indica algunas diferencias importantes entre los alimentos. Los

alimentos con un alto contenido de agua, tales como los espárragos, la col y la leche,

tienen constantes de calor muy cercanas a las del agua, y los alimentos con un bajo contenido de agua tienen constantes de calor más bajas. Esto significa que las últimas requieren la eliminación de menos Btu por unidad de peso que los primeros a fin de enfriarse o congelarse. Esto se ve claramente en el caso de la carne de res, al comparar las constantes para la carne magra, la que tiene mucha grasa y la seca. Los calores específicos antes y después de la congelación, lo mismo que los calores latentes de fusión, disminuyen junto con el contenido de agua.

A fin de utilizar los datos relativos al calor específico, hay que conocer el punto de congelación del alimento en cuestión. Este se encontrará generalmente en los manuales, lo mismo que el contenido de humedad de los alimentos y sus constantes de calor específico y calor latente (tabla 26).La aplicación satisfactoria de estos datos dependerá del propósito de los cálculos y el grado de exactitud requerido.

Los valores del calor específico y calor latente que se dan en los manuales se pueden aplicar estrictamente sólo cuando el contenido de humedad del alimento es igual al del alimento en que se basaron éstos. Por ejemplo, el valor que dan para el calor latente de fusión del maíz con el 75% de humedad es de 106 Btu/lb. Pero el contenido de agua del maíz puede variar en más de un 10%. Como lo señalaron Tressler y Evers (1957), si el contenido de humedad del maíz bajara al 64%, se encontraría mediante una cuidadosa medición calorimétrica que el calor latente de fusión sería de 91.7 Btu/lb en lugar de 106 Btu/lb.

Para fines de investigación, a veces es preciso conocer los requisitos de refrigeración con mucha exactitud, por lo tanto se requieren las constantes calorimétricas basadas en medidas calorimétricas, a contenidos los específicos de humedad. Pero en la práctica comercial, los requisitos de refrigeración generalmente se pueden calcular bastante bien con los índices que dan los manuales. Además, para fines prácticos, en donde no se conoce el punto de congelación de un alimento, se basan los cálculos en la suposición de que (28°F) - 2.2°C sea el punto de congelación de la mayoría de los alimentos.

En donde no existe el índice en un manual, como sucedería en el caso de un nuevo producto fabricado o un producto natural cuyo contenido de humedad habría sido alterado, se emplean comúnmente tres fórmulas sencillas a fin de calcular las constantes calorimétricas.

Cuando la carga de refrigeración para el producto se calcula en Btu por los métodos antes descritos, a menudo se expresa en términos de la unidad de refrigeración estándar, a saber, toneladas de refrigeración. Una tonelada de refrigeración es el número de Btu requerido para convertir una tonelada de agua a 0°C en una tonelada de hielo a 0°C en 24 horas. Ya que el calor latente de fusión del agua es 144 Btu/Ib, una tonelada de refrigeración es 144 por 2,000 lb, o 288,000 Btu/24 horas.

Por lo tanto, la carga de refrigeración requerida en Btu, dividida por 288,000, equivale a las toneladas de refrigeración requeridas para llevar la temperatura del alimento al nivel seleccionado para su almacenamiento. El ingeniero de refrigeración suma luego a esto, la carga adicional de refrigeración requerida para enfriar la cámara o vitrina de conservación, y mantenerlos a la temperatura correcta de almacenamiento, a pesar del calor que pueda asimilar mediante el aislamiento defectuoso, la respiración de los alimentos, el abrir de puertas, los motores eléctricos, etc.

Factores que determinan la velocidad de congelación

Muy aparte de la cantidad absoluta de refrigeración requerida para congelar los alimentos, existen factores que afectan las velocidades de congelación y, de este modo, ayudan a determinar la calidad. La velocidad de enfriamiento y congelación de los alimentos se puede expresar generalmente en términos de dos factores variables, a saber, el potencia] dividido por la-suma de las resistencias a la transmisión de calor. El potencial es simplemente la diferencia de temperatura entre el producto y el medio de enfriamiento. Las resistencias dependen de factores tale como la velocidad del aire, el espesor del producto, la geometría del sistema de congelación, Y la composición del producto. La geometría del sistema podría incluir factores tales como el grado de contacto entre el refrigerante y el alimento que se está enfriando, el grado de agitación, y en un sistema continuo de enfriamiento y congelación, el hecho de .que el refrigerante se circula en el mismo sentido o en sentido opuesto al movimiento del alimento. etc. La composición del producto, por otra parte, incluye no sólo la composición química y la conductividad térmica de los diversos componentes, sino también la disposición física de los mismos, por ejemplo, el modo en que está distribuida la grasa en una pieza de carne y el sentido en que están orientadas las fibras de músculo en relación Mi la superficie refrigerante.

Composición de los alimentos.- al igual que los metales y otros materiales, los componentes de alimentos tienen diferentes propiedades de conductividad térmica que cambian con la temperatura. Cuando mayor sea la conductividad, mayor será la velocidad de enfriamiento y congelación, a condición de que los otros factores sean iguales. En el rango de temperatura de enfriamiento y congelación, la conductividad térmica del agua cambia muy poco hasta que ésta se convierte en hielo. La conductividad térmica del hielo es mucho mayor que la del agua, y la conductividad térmica de .un .alimento aumenta rápidamente mientras pasa del estado normal al estado congelado.

La conductividad térmica de la grasa es mucho menor que la del agua, y la del aire es mucho menor que la del agua o la grasa.Por lo tanto, podemos hacer unas deducciones con respecto a la composición de un producto alimenticio y la velocidad de su congelación bajo condiciones de control:

1) Las velocidades de enfriamiento y congelación son influenciadas por la composición, y los altos contenidos de grasa o de aire atrapado tienden a ejercer una influencia negativa.

2) Las velocidades de enfriamiento y congelación no son constantes durante los procesos porque el agua se está convirtiendo en hielo y la conductividad térmica está fluctuando.

3) Es de esperarse que las diferencias en la estructura física de los alimentos influyan en la velocidad de congelación. De este modo, si tuviéramos dos alimentos, cada uno de ellos con un 50% de humedad, siendo uno de ellos un aceite en una emulsión de agua y el otro agua en una emulsión de aceite, se supondría que los dos alimentos tendrían diferentes propiedades de conductividad térmica. En este caso el aceite en la emulsión de agua, siendo el agua la fase continua, debería tener mayores índices de conductividad térmica a diferentes temperaturas que el agua en la emulsión de aceite, con la misma composición química. S. todos los demás factores son iguales, el aceite en la emulsión de agua debería congelarse más rápidamente que el agua en la emulsión de aceite.

4) Asimismo, los sistemas estructurales, como son las piezas de carne, deberían conducir el calor a diferentes velocidades, determinadas por la dirección en que se establece el contacto con la superficie refrigerada —es decir, en sentido paralelo o perpendicular a las capas de grasa y a la dirección en que se orientan las fibras del músculo. Podemos hacer conjeturas más o menos acertadas en cuanto a la manera en que estas variaciones afectarán la transmisión de calor, pero, desafortunadamente, se ha publicado muy poco hasta ahora sobre el asunto.

Influencias no relacionadas con la composición.- En cuanto a los otros factores variables que afectan la velocidad de congelación, tales como la velocidad del aire, el espesor del producto, la agitación y el grado de contacto entre el alimento y el medio de enfriamiento, sus efectos se conocen bien, siguen las reglas sencillas de la transmisión de calor, y en gran parte determinan el diseño de los sistemas de congelación. Es fácil citar los efectos direccionales de estos factores variables en la velocidad de congelación, y éstos son válidos para casi cualquier diseño de sistemas. Sin embargo, es preciso establecer en forma experimental, para cada alimento y diseño de sistemas, una medida cuantitativa de los efectos de estos factores variables, a fin de asegurar su validez.

1) Cada una de las siguientes generalizaciones será aplicable a cualquier diseño de sistema, cuanto mayor sea la diferencia de temperatura entre el alimento y el refrigerante, mayor será la velocidad de congelación.

2) Cuanto más delgado sea el alimento o el envase del alimento, mayor será la velocidad de congelación.

3) Cuanto mayor sea la velocidad del aire refrigerado o del refrigerante circulante,

mayor será la velocidad de congelación.4) Cuanto más íntimo sea el contacto entre el alimento y el medio de enfriamiento,

mayor será la velocidad de congelación.5) Cuanto mayor sea el efecto de refrigeración o capacidad térmica del refrigerante,

mayor será la velocidad de congelación.

En este último caso, si el refrigerante es un líquido que se convierte en gas, su calor latente de vaporización determinará en gran parte, el efecto de refrigeración. Si el refrigerante no pasa por un cambio de fase, como en el caso de la salmuera, su capacidad térmica, o calor específico, determinará el efecto de refrigeración. Hablaremos más del efecto de refrigeración al tratar el tema de la congelación por nitrógeno líquido.

La importancia del efecto que ejercen algunos de estos principales factores variables en la velocidad de congelación puede ser grande. Por ejemplo, al bajar la temperatura del aire de -18°C a -29°C en un congelador tipo túnel, generalmente se puede reducir el tiempo requerido para la congelación, de unos pequeños pasteles, de 40 a 20 minutos, aproximadamente. Mediante el rocío de los productos con nitrógeno líquido a -195°C, se podría reducir el tiempo a menos de 2 minutos. Sin embargo, si se ajusta la temperatura del congelador a un nivel muy bajo, la reacción de la velocidad de congelación no es de línea recta, y la velocidad incrementada debido a las temperaturas más bajas tiende a ir disminuyendo, sobre todo cuando la temperatura del congelador es inferior a unos -45°C.

En aire tranquilo a -18°C, los artículos pequeños, tales como frutas individuales o pequeños filetes de pescado, pueden congelarse en unas 3 horas. Si se aumenta la velocidad del aire, a esta temperatura, a 75 metros por minuto, el tiempo de congelación de estos artículos será reducido a una hora aproximadamente, en tanto que, con el aire a una velocidad de 300 metros por minuto, el tiempo será reducido a unos 40 minutos. Que sea en aire frío o en cualquier otro refrigerante que fluye, el aumento de la velocidad del aire acelera la congelación al alejar el calor de la superficie del alimento y al reemplazar el refrigerante caliente por refrigerante frío a fin de mantener la máxima diferencia de temperatura entre el alimento y el refrigerante. Pero aquí también se encontrará que la velocidad de congelación no aumenta en forma constante con la velocidad del aire.

El efecto del espesor del alimento o envase en la velocidad de congelación es tal que cuando se aumenta el espesor de los envases comunes de 5 a 10 cm, el tiempo de congelación aumenta 2.5 veces. La inclinación de la curva del espesor es tal que, a medida que aumentamos el espesor del producto, el tiempo requerido para su congelación experimenta un aumento proporcionalmente mayor al del cambio de espesor. Así, las latas de 30 libras de huevo o fruta líquidos pueden requerir de 48 a 72 horas a fin de congelarse uniformemente y a fondo. Los tambores comerciales de 55 galones de jugo de fruta pueden requerir más de una semana, a menos que el jugo haya sido congelado primero a la consistencia de escarcha, al pasarlo por un intercambiador de calor antes de introducirlo a los tambores.

Métodos de congelación de alimentosHay tres métodos básicos de congelación que se aplican en escala comercial, y éstos

son la congelación por aire, la congelación por contacto indirecto con el refrigerante, y la congelación por inmersión directa en un medio refrigerante. Estos tres métodos básicos pueden subdividirse de varias maneras, una de las cuales es indicada en la tabla. 31.

El aire frío puede utilizarse a varias velocidades que van desde el aire tranquilo de la congelación "aguda" hasta las corrientes intensas de aire a alta velocidad empleadas en el congelador de túnel. La velocidad del aire también puede utilizarse para subdividir y mover las partículas del material que se está congelando, como en el caso de la congelación en un lecho fluidizado.

La congelación por contacto indirecto incluye aquellos métodos en que el alimento o envase con alimento está en contacto con una superficie enfriada mediante un refrigerante, pero en que el alimento o envase no se pone en contacto directo con el refrigerante. En el caso de alimentos sólidos o en recipientes, generalmente se requiere que una superficie plana o casi plana de los mismos esté en contacto con las placas refrigeradas. El contacto puede establecerse entre éstas y 1 ó 2 superficies del alimento o envase. En el caso de alimentos líquidos o purés, se bombea el alimento a través de un intercambiador de calor de pared fría y se le congela a la consistencia de escarcha.

La congelación por inmersión establece un contacto directo entre el alimento o envase y el refrigerante, ya sea al sumergir el alimento en el líquido frío o al rociar el líquido sobre él.

Con excepción de la congelación "aguda" por aire tranquilo, todos los métodos pueden aplicarse a operaciones por lotes y operaciones semicontinuas o continuas. También con excepción de la congelación "aguda" por aire tranquilo, todos los demás son clasificados como métodos de congelación rápida.

Congelación por aire.- El método de congelación por aire más antiguo y menos costoso, desde el punto de vista del equipo requerido, es la congelación "aguda" por aire tranquilo. En este método el alimento se coloca simplemente en una cámara fría aislada, con una temperatura que generalmente se mantiene en la escala de -23°C a -29°C (véase la figura 41 en páginas anteriores). Introducido en 1861, este método em-pezó a llamarse congelación "aguda", porque cualquier temperatura inferior a -20°C se consideraba entonces muy baja. Aunque haya algún movimiento de aire debido a la

convección natural, y en algunos casos se provoca un suave movimiento del aire mediante la colocación de ventiladores en la cámara, el método es esencialmente uno de aire tranquilo, claramente distinguible de la congelación por corrientes intensas que llega a emplear velocidades de aire en exceso de las del huracán. Según el tamaño de los productos alimenticios o envases y el arado de separación entre las unidades, el tiempo de congelación puede fluctuar entre varias horas y varios días. El de los congeladores "agudos" sigue siendo hoy en día un método muy importante de congelación. Las condiciones de la congelación "aguda " son también esencialmente las que existen en los congeladores de hogar, excepto que en éstos la temperatura está generalmente más cerca de -18ºC que de -23ºC ó -29°C. En el uso comercial, los congeladores agudos a menudo sirven también como cuartos de almacenamiento congelado, cuando el espacio disponible lo permite.En contraste con los congeladores de aire tranquilo, los de corrientes de aire intensas funcionan característicamente a temperaturas entre -29ºC y -45°C, y con velocidades de aire forzado de 600 a 900 metros por minuto. Bajo estas condiciones, latas de 30 libras de huevo o fruta que tardarían 72 horas en congelarse en un congelador de aire tranquilo pueden congelarse en un tiempo que fluctuará entre 12 y 18 horas. Los congeladores de corrientes de aire intensas son de muchos diseños, desde cuartos en que se congelan los alimentos por lotes, hasta túneles por los que carros o bandas transportadoras se mueven continuamente, El congelador de corrientes de aire intensas en forma de túnel que se ve en la figura 100 combina una transportadora elevada de banda sin fin con un carril en el nivel inferior para unos carritos transportadores de alimente. Los alimentos sin envasar, como, por ejemplo, hortalizas sueltas, caen automáticamente de una tolva alimentadora a la banda transportadora cuya velocidad se puede ajustar de acuerdo con el tiempo de congelación requerido. El producto es llevado hasta el otro extremo del túnel en donde cae de la banda a una tolva colectora. Independientemente de esta operación, los alimentos sueltos o ya envasados en cartones pueden ser cargados en los carritos y llevados por el túnel a una velocidad seleccionada.

Otros diseños se valen del movimiento vertical, de los alimentos colocados sobre charolas. Las chabolas cargadas de producto en forma de partículas, como chícharos o ejotes, son llevadas automáticamente hacia arriba, atravesando una corriente de aire frío. El tiempo de congelación de estos alimentos, de pequeñas unidades colocadas en capas delgadas, será de unos 15 minutos. Hoy en día, junto con los alimentos que se congelan en forma de bloque en un paquete, están hortalizas y otros productos en pedazos, como, por ejemplo, los camarones, que se congelan a veces sin envasar, ya que pueden ser cómodamente vertidos de una bolsa u otro recipiente para proporcionar conveniencia en su uso. A estos alimentos se les llama lQF individualmente congelados. Puesto que estos alimentos en forma de partículas tienen alguna tendencia a adherirse durante la congelación, después de que sean desalojados mecánicamente de las charolas, se les puede pasar por un aparato separador antes de transportarlos bajo aire frío al equipo de envasado.

En los sistemas que emplean corrientes intensas de aire, los fabricantes han desarrollado numerosos patrones de flujo de aire frío, haciéndolo pasar por encima, por debajo, o a través de] producto. Con frecuencia se emplea el principio del flujo de aire a

contracorriente, o sea, en dirección opuesta a la del alimento, a fin de que el aire más frío haga contacto con el producto ya congelado que está a punto de salir del túnel o la columna. De esta manera la congelación es progresiva y se elimina el peligro de los aumentos de temperatura en el producto y su descongelación parcial, durante el proceso, como podría suceder en un sistema en que el aire frío entra al congelador junto con el producto y tiende a aumentar su temperatura a través del túnel a medida que el alimento despide calor y se congela.Los congeladores modernos de corrientes intensas de aire también proporcionan el medio de superar los principales obstáculos inherentes a los congeladores de aire a alta velocidad. Siempre que se colocan alimentos no envueltos en una zona fría, tienen tendencia a perder humedad. ya sea durante o después de la congelación. En un congelador, esto puede tener dos consecuencias: se escarchan los serpentines y placas de refrigeración, que luego tienen que ser descongelados a fin de mantener la eficiencia de los intercambiadores de calor; y se reseca la superficie del alimento, produciéndose el defecto común de la quemadura de congelador. Esta situación se acentúa marcadamente en los congeladores de corriente intensas de aire en que el aire se mueve a gran velocidad. Cuando el alimento está congelado y las moléculas de vapor de agua han sido eliminadas de la superficie congelada por el aire frío más seco, tenemos la condición de sublimación, o una forma burda de liofilización, y ésta es, en esencia, la quemadura de congelador.

Para reducir esta quemadura, que resulta en la mala apariencia de la superficie del alimento, la pérdida de nutrientes, y otros defectos en los alimentos envasados, se emplean dos técnicas. Una de éstas es el enfriamiento preliminar de los alimentos por medio de aire con una humedad relativa elevada y una temperatura de unos -4°C. Después de este tratamiento, el alimento parcialmente congelado se traslada a una segunda zona más fría en donde se acaba de congelar rápidamente. Esta congelación rápida final en aire más frío proporciona un tiempo mínimo en que el producto ya enfriado pueda perder más humedad, lo cual también disminuye la necesidad de eliminar la escarcha que se forma en los serpentines del congelador. La otra técnica consiste en humedecer las unidades de alimento no envasado, en la zona de enfriamiento preliminar, de manera que se forme una capa delgada de hielo o escarcha alrededor de cada pieza o partícula de alimento. Las partículas escarchadas se trasladan luego a la zona más fría para su congelación rápida final. Esta escarcha se sublima ligeramente, pero aun así protege el -alimento de la quemadura de congelado-. Estas técnicas se emplean .en congeladores continuos de corrientes intensas de varios diseños en que se proporciona una serie de zonas de humedad y temperatura variable (Fig. 101). A fin de disminuir la condensación y congelación de humedad sobre los serpentines del congelador, es común mantener a los serpentines situados en estas zonas a una temperatura ligeramente más baja que la del aire circulante". Los problemas relacionados con la quemadura de congelador y los serpentines escarchados disminuyen marcadamente, por supuesto, cuando se congelan alimentos envasados.

En varios tipos de congelador, el aire frío es impulsado a través de una banda de malla de alambre que sostiene y transporta el producto. Esta técnica comunica a los alimentos en forma de partículas, un leve movimiento vibratorio que acelera la

velocidad de congelación. En donde la velocidad del aire se acelera al punto en que excede justamente la velocidad de la caída libre de las partículas, logramos la condición de fluidización y la congelación en un lecho fluidizado. El movimiento de ebullición-bailoteo que tienen los chícharos que se están congelando en un lecho fluidizado se ve en la figura 102. Esto no sólo logra la subdivisión del producto y el contacto íntimo de cada partícula con el aire frío, sino que impide que las partículas se adhieran y se congelen en racimos, por lo que se adapta bien a la congelación de productos en unidades pequeñas (lQF). Generalmente se requieren apenas unos minutos para lograr este tipo de congelación.

Varios tipos de congeladores de lecho fluidizado se están usando comercialmente. El funcionamiento de un tipo de operación continua está representado en la figura 103. A la derecha, un alimentador de movimiento sacudidor deja caer el producto sobre una artesa porosa. Se puede preenfriar y hasta humedecer el producto si se desea producir una escarcha o capa de hielo alrededor de cada partícula. El aire refrigerado de alta velocidad Huidiza el producto, lo congela, y lo lleva en un flujo continuo de derecha a izquierda, de donde se le recoge y envía a la maquinaria de envasado. Esta unidad tiene otra característica interesante que se puede apreciar en el esquema a la izquierda de la figura 103. Aquí se ve el método de deshielo continuo y automático. El ventilador impulsa el aire a través de los serpentines de enfriamiento hacia arriba a través de la artesa porosa que contiene el alimento. Vuelve a circularse el aire frío, ahora cargado de humedad del alimento, a fin de conservar la refrigeración. Su humedad tiende a condensarse en los serpentines de enfriamiento. Pero se mantiene un rocío de propilenglicol, un anticongelante, sobre ellos, a fin de impedir la formación de hielo. De esta manera, los serpentines de enfriamiento siguen funcionando con el máximo de eficiencia. La solución de glicol se escurre a un evaporador en donde se elimina fácilmente el agua acumulada.

Congelación por contacto indirecto.- Aunque, por supuesto, es posible Colocar los alimentos sólidos directamente sobre la superficie de un bloque de hielo o de hielo seco, esto se hace rara vez en escala comercial. Más bien, se coloca el alimento sobre placas, charolas, bandas transportadoras ti otras paredes frías que son enfriadas mediante un refrigerante circulante, de manera que el alimento esté en contacto con la pared fría pero sólo en contacto indirecto con el refrigerante. No hay que confundir ciertas formas de congelación por contacto indirecto con la congelación por inmersión directa. Para distinguir entre las dos, hay que ver si el alimento o su envase está en contacto directo con el refrigerante. Si una rebanada de carne o una rebanada de carne envuelta en película es sumergida en un baño de salmuera o rociada con salmuera, se trata de con-gelación por inmersión directa. Si se coloca la misma carne en una cubeta metálica y se sumerge la cubeta, el alimento y su envoltura están siendo sometidos a la congelación por contacto indirecto, este método ha sido utilizado sólo en forma limitada.

Representativo de los principales congeladores por contacto indirecto es el Congelador Birdseye de Placas Múltiples que se ve en la figura 104. Este consta de una serie de estantes o placas de metal a través de los cuales se circula un refrigerante.

El alimento, generalmente en paquetes fiados en forma automática y transportados hacia donde serán encartonados.

En todas estas máquinas congeladores por contacto directo con placas o estantes, la efectividad depende del grado de contacto que haya entre las placas y el alimento. Por eso es esencial que los paquetes estén bien llenos, inclusive un poco en exceso, a fin de establecer un buen contacto por presión con las placas. Los paquetes de productos sólidos compactos, como la carne o los filetes de pescado, se congelan más rápidamente que los paquetes de camarones u hortalizas en que las unidades individuales están separadas por pequeños espacios.

Los congeladores por contacto indirecto para alimentos líquidos y purés son muy distintos. Generalmente tienen la forma de los intercambiadores de calor tubulares de capa fina (superficie raspada) (Figs. 22 y 91 en páginas anteriores) , con refrigerante en lugar de vapor en el lado opuesto de la pared por la que pasa el alimento. Lo mismo que cuando se emplea este equipo para fines de calentamiento, el alimento líquido se bombea por el tubo interior con su eje rotatorio. De esta manera queda ocupada la mayor parte del espacio en el tubo interior, así que el alimento es impulsado a la fuerza por el espacio anular restante, tomando la forma de una capa delgada en contacto con la pared fría. Las cuchillas raspadoras sujetadas al eje giran con éste, raspando continuamente la pared fría a la que el alimento congelado tiende a adherirse. Esto acelera la velocidad de congelación de tres maneras:

1) mantiene la pared fría libre de una capa aislante de alimento congelado que reduciría la diferencia de temperatura entre el alimento sin congelar y la pared fría;

2) rasura los cristales de hielo de la pared fría a medida que prosigue la congelación, y estos cristales se distribuyen dentro de la porción aún no congelada del alimento, propiciando un mayor grado de congelación dentro de la masa; y

3) las cuchillas raspadoras (y el eje) mantienen la masa en movimiento, poniendo nuevas porciones del alimento continuamente en contacto con la pared fría.

La congelación es prácticamente instantánea, sucediendo en unos segundos. En este tipo de unidad, la congelación nunca se lleva hasta la etapa final, porque el producto totalmente congelado se endurecería en el tubo y obstruiría el flujo continuo. En lugar de eso, el producto se congela hasta que tenga la consistencia de escarcha, se envasa, y luego se congela hasta que esté completamente duro en un congelador por corrientes intensas de aire o por inmersión.

Congelación por inmersión.- Como se ha dicho antes, en la congelación por inmersión podemos 'sumergís el alimento suelto o el paquete que lo contiene en e¡ medio refrigerante. O bien podemos rociar el alimento o paquete con refrigerante. Se reconocerá que, en el sentido más estricto, la congelación por aire frío es un tipo de congelación por inmersión mediante otros refrigerantes excluyendo el aire. Las ventajas de método incluyen las siguientes:

1) Hay contacto íntimo entre el alimento o paquete y el refrigerante lo tanto, se reduce la resistencia a la transmisión de calor. y, por esto es especialmente importante en el caso de unidades de alimento en forma irregular que deseamos congelar muy rápidamente, como, por ejemplo, los camarones y champiñones sueltos y otros productos similares.

2) Las unidades sueltas de alimento pueden congelarse individualmente mediante la congelación, por inmersión, como también mediante la congelación por aire, pero el primer método tiene la ventaja de reducir el contacto con el aire durante el proceso, lo cual puede ser deseable en el caso de los alimentos muy susceptibles a la oxidación.

3) En algunos alimentos la velocidad de la congelación por inmersión en líquidos criogénicos produce una calidad que no se puede lograr con ningún otro método de congelación conocido actualmente.

La congelación por inmersión directa limita los refrigerantes que pueden utilizarse, sobre todo si van a estar en contacto con alimentos envasados. Los requisitos para éstos incluyen que no sean tóxicos, pureza, limpieza, ausencia de sabores y olores extraños, ausencia de colorantes o agentes de blanqueo extraños, etc. Asimismo, cuando se trata de alimentos envasados, es importante que el refrigerante no contenga productos tóxicos o sustancias que podrían corroer el material del envase.Los refrigerantes utilizados en la congelación por inmersión pertenecen a dos clases generales: a saber, los líquidos con un bajo punto de congelación que se enfrían mediante contacto indirecto con giro refrigerante, v los líquidos criogénicos, tales como el nitrógeno líquido comprimido, que deben su fuerza enfriadora a su propia evaporación.Los líquidos con un bajo punto de congelación que han sido utiliza- dos en contacto con alimentos no envasados han incluido generalmente soluciones de azúcares, cloruro de sodio y glicerina. Estos tienen que estar suficientemente concentrados para permanecer en el estado líquido a -18°C o más abajo, a fin de que sean efectivos. En el caso de la salmuera de cloruro de sodio, por ejemplo, se requiere una concentración de aproximadamente 21%. Es posible bajar la temperatura hasta -21ºC mediante una salmuera de 23%, pero éste es su punto eutéctico; y a una temperatura más baja la congelación separa una mezcla de sal y agua de la solución, de manera que la temperatura más baja que resulta práctica para la congelación por medio de salmuera es de -21ºC. No se puede emplear la salmuera en los alimentos no envasados que no deben salarse, y hoy en día el uso de la salmuera para la congelación por inmersión directa, se limita casi exclusivamente a la congelación del pescado en los barcos pesqueros en alta mar. Se han utilizado soluciones de azúcar para congelar frutas, pero la dificultad en este caso es que, a fin de alcanzar un punto de congelación de -14°C, hay que aumentar la sucrosa a 62%, lo cual resulta en un alto grado de viscosidad cuando la temperatura está baja. Las temperaturas de congelación más bajas que ésta no son factibles porque -15ºC es el punto eutéctico en este caso, y a una temperatura más baja la mezcla se convierte en cristales de azúcar y agua. Se han utilizado mezclas de glicerina y agua para congelar frutas, pero al igual que el azúcar, no se pueden emplear en alimentos que

no deben endulzarse. Es posible bajar la temperatura hasta -45.5ºC con una solución de 67% de glicerina en agua. Otro líquido, con un bajo punto de congelación, relacionado con la glicerina, es el propilenglicol. Una mezcla de 60% de propilenglicol y 40% de agua no se congela hasta que la temperatura llegue a -51ºC. El propilenglicol no es tóxico, pero tiene un sabor acre. Por esta razón su uso en la congelación por inmersión se limita generalmente a los alimentos envasados

Representativo del equipo comercial para la congelación por inmersión en líquidos con un bajo punto de congelación, es la concha cilíndrica para congelación continua por inmersión directa (Fig. 106) que está bien adaptada para congelar alimentos enlatados. La concha tiene un carrete tubular cerrado, de gran diámetro, que gira en su interior. Las latas se colocan en la periferia de este carrete rotatorio. y el refrigerante se circula en el espacio entre la concha exterior y el carrete interior. ya que los extremos del carrete están sellados, el refrigerante fluye sólo por el espacio ocupado por las latas, lo cual reduce la cantidad de refrigerante requerida. En una operación típica, unas 300 ó 400 latas de 225 gm son introducidas a la unidad y el mismo número salen congeladas cada minuto. El tiempo de permanencia o de congelación puede ser de unos 30 minutos. La rotación de las latas en esta unidad pone en movimiento los alimentos líquidos en las latas durante el proceso; esto contribuye a una congelación más rápida, más uniforme, en que se forman cristales de hielo más pequeños. Otro tipo de congelador por inmersión para latas fue el congelador tubular Finnegan. Las latas se introducían a la parte superior de una serie de tubos verticales cuyo diámetro era apenas más grande que el de las latas. Los tubos tenían ranuras en forma de espiral a fin de dar un movimiento giratorio a las latas para que su contenido se moviera suavemente durante la congelación. El refrigerante se bombeaba a través de los tubos en dirección opuesta al movimiento continuo de las latas. Con el refrigerante a —34.5°C, las latas de un galón de jugo de naranja se congelaban en unos 45 minutos. El congelador Finnegan fue una máquina excelente para la congelación de jugo en latas relativamente grandes. Sin embargo, debido a que hoy en día rara vez se congelan uni-dades grandes de jugo de concentración normal, este congelador ya no se fabrica ni se utiliza.

Congelación por inmersión en líquidos criogénicos.- La congelación mediante líquidos criogénicos está alcanzando rápidamente la posición de prestigio en el ramo de la congelación como la liofilización ocupa ya en el campo de la deshidratación. Cuando hablamos de líquidos criogénicos queremos decir gases licuados con un punto de ebullición extremadamente bajo, como el nitrógeno líquido a -195ºC y el dióxido de carbono líquido a -78°C. Hoy en día el nitrógeno líquido es con mucho el líquido criogénico más importante utilizado en la congelación de alimentos por inmersión.Las principales ventajas de la congelación por nitrógeno líquido son las siguientes:

1) El punto de ebullición del nitrógeno líquido a la presión atmosférica es -195ºC. Esto significa que el líquido de inmersión que está experimentando la ebullición lenta tiene una temperatura de -195°C, lo cual proporciona una gran potencial para la transmisión de calor.

2) El nitrógeno líquido, al igual que otros líquidos de inmersión, se pone en contacto íntimo con todas las porciones de los alimentos de forma irregular, reduciendo así la resistencia a la transmisión de calor.

3) Ya que la temperatura baja es el resultado de la evaporación del nitrógeno líquido, no se necesita un refrigerante primario para enfriar este medio.

4) El nitrógeno líquido no es tóxico y es inerte a los componentes de los alimentos. Además, al desplazar aire del alimento, puede reducir los cambios debidos a la oxidación durante la congelación y el almacenamiento del mismo en forma envasada.

5) Este es con mucho el más rápido de los métodos comerciales actuales de congelación de alimentos, y en el caso de unos pocos alimentos puede producir una calidad que no puede lograrse por ningún otro método comercial de congelación. En tanto que algunos productos no requieren una congelación tan rápida para tener buena calidad, otros como, por ejemplo, las rebanadas de tomate, no pueden congelarse por ningún otro método sin que sus tejidos se deterioren excesivamente. No obstante, aun con el nitrógeno líquido, la congelación satisfactoria de rebanadas de tomate sólo se logra en tomates muy carnosos del tipo italiano, que son relativamente resistentes al quebrantamiento celular. También se pueden obtener, mediante este método, productos novedosos. Se han frigorizado segmentos de naranja por medio de nitrógeno líquido, y luego en su estado quebradizo se les ha fragmentado en celdas de jugo individuales cuyas paredes estaban en gran parte intactas. Estas celdas de jugo son interesantes como posibles satirizantes que serían añadidos a helados y otros alimentos.

La que se cita generalmente como principal desventaja de la congelación por nitrógeno líquido tiene que ver con su costo, pero, según el producto esta objeción puede ser inválida.

Algunas propiedades adicionales del nitrógeno líquido están relacionadas con su capacidad calorífica o su efecto refrigerante. Al vaporizarse de un líquido a -195°C a un gas a -195°C, cada libra de nitrógeno líquido absorbe 86 Btu, el calor latente de vaporización. Luego cada libra de gas a -195°C absorbe otras 80 Btu al subir su

temperatura a -18°C; éste es simplemente el calor específico del nitrógeno gaseoso multiplicado por el ascenso en la temperatura desde -195°C hasta -18°C. Así, el calor total gastado por el líquido al subir de -195°C a -18°C es de 166 Btu/1b.Esto es muy importante en el diseño de los aparatos congeladores que rocían el nitrógeno líquido. A fin de obtener el efecto máximo de congelación del rocío, queremos que el nitrógeno caiga sobre la superficie del alimento en forma de gotitas de líquido más bien que como un gas as frío. Mediante las gotitas de líquido, obtenemos el efecto enfriador del calor latente de vaporización, más el calor sensible del ascenso de la temperatura del gas, o 166 Btu por libra de líquido. Si el rociado permite que el líquido se vaporice antes de hacer contacto con el alimento, sólo sacamos 80 Btu/lb de gas, del alimento al elevarse la temperatura del gas de -195°C a -18°C.Hay que entender los principios en que se basan la fabricación y el manejo de nitrógeno líquido. Este se fabrica esencialmente mediante la compresión del aire y la eliminación simultánea del calor de compresión. Luego se permite que el aire comprimido enfriado se dilate a través de unas válvulas de diseño especial. Esta dilatación hace que el aire siga enfriándose hasta llegar al punto de licuefacción, produciendo una mezcla compuesta principalmente por nitrógeno líquido y oxígeno líquido. Ya que el punto de ebullición del oxígeno líquido es más alto que el del nitrógeno líquido, o sea -188°C, se puede separar los dos por medio de la destilación. El nitrógeno líquido con su punto de ebullición más balo de —195'C sale primero y se convierte en gas. El nitrógeno gaseoso puede ser comprimido de nuevo de la manera antes descrita. En años recientes algunos avances tecnológicos en la producción de gases líquidos han resultado debido a las necesidades del programa espacial en que el oxígeno líquido es un combustible importante.A -195°C y a la presión atmosférica, el nitrógeno líquido hierve suavemente. No se produce una presión excesiva de gas nitrógeno arriba del líquido, si se le coloca en una vasija y se le mantiene a -195ºC, y es ésta precisamente la clave de su almacenamiento y manejo. El nitrógeno líquido es transportado y almacenado a -195ºC, siendo depositado en grandes tanques con aislamiento que siguen el mismo principio de un termo o frasco Dewar. Mientras el aislamiento mantiene esta temperatura, la presión que se produce en el tanque es relativamente poca y no representa un peligro.. En cambio, el gas nitrógeno comprimido a la temperatura p he, del ambiente está bajo mucha presión y tiene que ser almacenado en cilindros de acero especiales para gases de alta presión.

Los fabricantes de nitrógeno líquido lo entregan en pipas a los tanques de almacenamiento de las fábricas de alimentos. El traslado al tanque se hace sencillamente mediante una manguera conectada a la pipa, a menudo aprovechando la ligera presión del gas nitrógeno arriba del líquido para forzar el nitrógeno líquido por la manguera. Se emplea el mismo procedimiento a fin de mandar el nitrógeno líquido del tanque, de almacenamiento al congelador de alimentos o a un camión refrigerador para el transporte de alimentos congelados (Fig. 107).

El equipo de congelación de alimentos también está pasando por una etapa de rápido desarrollo y cambio, pero en su mayor parte sigue construyéndose en forma de túneles con bandas transportadoras sin fin de malla metálica (Fig. 108). La práctica más antigua de sumergir el alimento en nitrógeno líquido ha sido reemplazado en gran parte por el uso más eficaz del rociado de nitrógeno líquido. La operación se planea de manera que el rocío se deposite en forma líquida sobre la superficie del alimento y se reduce la pérdida de calor sensible mediante el aislamiento: en las instalaciones muy grandes puede haber manera de recuperar y recomprimir el nitrógeno vaporizado para que se vuelva a usar. Cuando el nitrógeno líquido se pone en contacto con el alimento relativamente caliente, hierve violentamente. En la mayoría de las instalaciones, no se le vuelve a comprimir, sino que el gas nitrógeno agotado, cuya temperatura puede estar aún entre -18°C y 45°C, se utiliza para el enfriamiento preliminar del alimento que está entrando al congelador, o bien para enfriar una bodega.

Aunque el nitrógeno líquido es capaz de reducir la temperatura de los alimentos hasta -195°C, como indicamos antes, esto casi nunca se hace, ya que además del costo innecesario podría dañar algunos alimentos. Rara vez se congelan los alimentos hasta una temperatura inferior a -45°C, y su calidad depende, en gran parte, de la velocidad con que se alcanza esta temperatura. En el caso de muchas frutas, hortalizas, y pro-ductos de carne y pescado, el tiempo requerido varía entre 1 y 3 minutos.

Se congelan grandes cantidades de camarones en forma suelta (lQF). Estos entran al túnel congelador por un extremo, en tanto que se dirige un rocío de nitrógeno líquido hacia la banda transportadora desde el otro extremo. El rocío se vaporiza y el gas nitrógeno frío atraviesa el túnel, yendo al encuentro de los camarones. De esta manera el gas frío baja la temperatura de los camarones a aproximadamente -1°C antes de que éstos lleguen al rocío. Al pasar debajo de éste, su temperatura superficial baja a unos -184°C. Luego se les pasa por una zona de equilibrio en que la superficie fría y el núcleo más caliente se igualan hasta alcanzar una temperatura uniforme de unos -45°C. Finalmente entran a un rocío de agua en donde el frío que tienen almacenado contribuye a la formación de una capa delgada de escarcha que los protegerá contra la deshidra-tación durante el almacenamiento. Salen de este rocío con una temperatura de unos -34°C para ser empaquetados y almacenados a unos -23°C.

Generalmente la congelación por medio de nitrógeno líquido resulta en menos pérdidas debidas a la deshidratación durante la congelación y menos pérdidas debidas al escurrimiento durante la descongelación que los otros métodos de congelación. Este ahorro puede representar hasta el 5% del peso de algunos alimentos. Si el alimento vale un dólar por libra, el ahorro de peso representaría cinco centavos de dólar por libra del producto. Hay que tomar en cuenta estos factores al calcular el verdadero costo de la congelación por nitrógeno líquido o por cualquier otro método. En algunos casos la congelación por nitrógeno líquido, considerado generalmente más costosa que otros métodos, puede resultar en realidad menos costosa, si se le analiza así. Esta clase de sutileza, frecuentemente relacionada exclusivamente con determinados productos, se encuentra en todos los tipos de procesamiento de alimentos y aumenta la dificultad de desarrollar comparaciones de costo acertadas. En todo caso, mientras todavía se están descubriendo los atributos de la congelación por medio de nitrógeno líquido, la evolución constante de los métodos de procesamiento prosigue. Ahora la congelación criogénica mediante hielo seco pulverizado está llamando fuertemente la atención. Es muy probable que se descubran aplicaciones en que la calidad de los alimentos producida por este agente frigorífico iguale esencialmente la que resulta de la congelación por nitrógeno líquido. En estos casos es muy posible que el hielo seco pulverizado resulte más económico que el nitrógeno líquido.

Consideraciones relacionadas con el envasado

El envasado de los alimentos congelados impone ciertos requisitos especiales. Debido a la tendencia que tiene el vapor de agua de sublimarse de las superficies de los

alimentos congelados a las superficies más frías de los congeladores y cámaras frigoríficas, los materiales de envasado empleados deben tener un alto grado de impermeabilidad al vapor de agua. La mayoría de los alimentos se dilatan al congelarse, algunos de ellos hasta en un 10% de su volumen. Por lo tanto, los envases en que se congelan deben ser fuertes, hasta cierto punto flexibles, y no llenarse completamente. Como en el caso de todos los alimentos que pueden almacenarse durante meses y hasta años, sus envases deben proteger contra la luz y el aire. Ya que generalmente se les descongela dentro de sus envases, éstos deben ser impermeables a fin de prevenir el escurrimiento durante la descongelación. Hay muchos envases y materiales de empaque, como latas, laminados metálicos, papel encerado, cartones revestidos de plástico y películas de plástico, que son satisfactorios para los alimentos congelados. El vidrio generalmente no lo es, debido al quebrantamiento causado por la expansión y los choques térmicos. El envasado será tratado en más detalle en un capítulo posterior.