curvas de congelaciÓn de alimentos
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CURVAS DE CONGELACIÓN DE ALIMENTOS
I. INTRODUCCIÓN:
El proceso de congelación en los alimentos es más complejo que la congelación del agua pura. Los alimentos al contener otros solutos disueltos además de agua, presentan un comportamiento ante la congelación similar al de las soluciones.La evolución de la temperatura con el tiempo durante el proceso de congelación es denominada curva de congelación. La curva de congelación típica de una solución se muestra en la siguiente figura.
Esta curva posee las siguientes secciones:
AS: el alimento se enfría por debajo de su punto de congelación que inferior a 0ºC. En el punto S, al que corresponde una temperatura inferior al punto de congelación, el agua permanece en estado líquido. Este sub-enfriamiento puede llegar a ser de hasta 10ºC por debajo del punto de congelación.
SB: la temperatura aumenta rápidamente hasta alcanzar el punto de congelación, pues al formarse os cristales de hielo se libera el calor latente de congelación a una velocidad superior a la que este se extrae del alimento.
BC: el calor se elimina a la misma velocidad que en las fases anteriores, eliminándose el calor latente con la formación de hielo, permaneciendo la temperatura prácticamente constante. El incremento de la concentración de solutos en la fracción de agua no congelada provoca el descenso del punto de congelación, por lo que la temperatura disminuye ligeramente. En esta fase es en la que se forma la mayor parte del hielo.
CD: uno de os solutos alcanza la sobresaturación y cristaliza. La liberación del latente correspondiente provoca el aumento de la temperatura hasta la temperatura eutéctica del soluto.
DE: la cristalización del agua y los solutos continúa.
EF: la temperatura de la mezcla de agua y hielo desciende.
En realidad la curva de congelación de los alimentos resulta algo diferente a la de las soluciones simples, siendo esa diferenciación más marcada en la medida en que la velocidad a la que se produce la congelación es mayor.
II. FUNDAMENTO TEÓRICO:
Tiempo de refrigeración
La determinación del tiempo de refrigeración constituye un elemento de importancia práctica ya que permite conocer el tiempo necesario para que un producto alcance una temperatura dada en su centro térmico partiendo de una temperatura inicial, una temperatura del medio de enfriamiento, configuración geométrica, tipo de envase, etc. Este resultado puede emplearse en el cálculo de la carga por productos correspondiente a la carga térmica.
Una vía que puede para la determinación de este tiempo lo constituye un método gráfico. Este se basa en gráficos para cada una de las formas geométricas sencillas, esferas, paralelepípedos y cilindros, donde se relacionan un factor de temperatura, el número de Fourier que relaciona la difusividad térmica, el tamaño del producto y el tiempo de enfriamiento, y el número de Biot que relaciona el coeficiente de transferencia de calor, la conductividad y el espesor del producto.
El método antes descrito supone que la transferencia de calor es unidireccional. Cuando la transferencia de calor se desarrolla en más de una dirección, la obtención del citado tiempo conduce a series infinitas, quedando demostrada la posibilidad de limitarse solo al primero de sus términos. Para el trabajo práctico se han preparado tablas y figuras las que de manera rápida y sencilla permite determinar el tiempo de enfriamiento.
Este método se basa en la combinación de la transferencia de calor unidireccional desarrollada en figuras geométricas sencillas como la esfera, el cilindro y la esfera. Así, para un cilindro de longitud finita donde la transferencia de calor se efectúe en los sentidos radial y longitudinal, el método combina la solución del cilindro para el primero y la lámina para el segundo. En el caso de un paralelepípedo se combina las soluciones correspondientes a tres láminas.
Este último brindará resultados más precisos en la medida que la figura geométrica se acerca más a una figura regular. Se ilustra la aplicación de estos métodos a diferentes sistemas.
Velocidad de congelación.
La calidad de los alimentos congelados se encuentra influenciada por la velocidad con que se produce la congelación. Diversas características de calidad están relacionadas con el tamaño de los cristales el cual es una consecuencia de la velocidad con que se produce la congelación. El principal efecto de la congelación sobre la calidad de los alimentos es el daño que ocasiona en las células el crecimiento de los cristales de hielo. La congelación prácticamente no provoca afectaciones desde el punto de vista nutritivo.
La resistencia de diversos tejidos animales y vegetales a la congelación es muy diversa. Así, las frutas y los vegetales, por ejemplo, presentan una estructura muy rígida por lo que la formación de los cristales de hielo puede afectarlos con mayor facilidad que a las carnes.
La congelación de los tejidos se inicia por la cristalización del agua en los espacios extracelulares puesto que la concentración de solutos es menor que en los espacios intracelulares.
Cuando la congelación es lenta la cristalización extracelular aumenta la concentración local de solutos lo que provoca, por ósmosis, la deshidratación progresiva de las células. En esta situación se formarán grandes cristales de hielo aumentando los espacios extracelulares, mientras que las células plasmolizadas disminuyen considerablemente su volumen. Este desplazamiento del agua y la acción mecánica de los cristales de hielo sobre las paredes celulares provocan afectaciones en la textura y dan lugar a la aparición de exudados durante la descongelación.
Cuando la congelación es rápida la cristalización se produce casi simultáneamente en los espacios extracelulares e intracelulares. El desplazamiento del agua es pequeño, produciéndose un gran número de cristales pequeños. Por todo ello las afectaciones sobre el producto resultaran considerablemente menores en comparación con la congelación lenta. No obstante, velocidades de congelación muy elevadas pueden provocar en algunos alimentos, tensiones internas que pueden causar el agrietamiento o rotura de sus tejidos.
Existen diversa maneras de definir la velocidad de congelación siendo estas: el tiempo característico de congelación, el tiempo nominal de congelación y la velocidad media de congelación.
Temperatura de congelación
Es la temperatura en la cual una sustancia pasa del estado líquido al estado sólido cuando el líquido se enfría. Es un indicador de pureza útil,por ejemplo, si se libera calor cuando se presenta la solidificación, demuestra cualquier impureza disuelta, presente sólamente en el líquido y no en el sólido. Las sustancias puras tienen un punto de congelación bien definido pero las mezclas generalmente se congelan sobre un rango de temperatura. Para muchas mezclas, la temperatura de congelación es un índice de pureza útil si se determina siguiendo correctamente los métodos.
Existen dos tipos de equipos que utilizan este fundamento de las propiedades coligativas de los líquidos para su funcionamiento, los críoscopos y los osmómetros, los cuales miden la depresión o abatimiento del punto de congelación, es decir, el volumen medido de la solución es colocado en el tubo de muestra y es sumergido en un baño de temperatura controlada. Luego un termopar y un vibrador son colocados dentro de la mezcla y la temperatura del baño es bajada hasta que la mezcla es super-enfriada. Entonces se activa el vibrador para inducir la cristalización del agua en la solución de prueba y el calor de fusión liberado eleva la temperatura hasta el punto de congelación.
Por medio de un puente de Wheatstone, el punto de congelación registrado se convierte en una medida en términos de osmolalidad. El instrumento se calibra utilizando soluciones de referencia de cloruro de sodio que cubran el rango esperado de osmolaridades.
Al inicio de la congelación la solución acuosa es diluida, por lo que en una primera aproximación podría calcularse la temperatura inicial de congelación (tc) aplicando la ley de Raoult , en la que el descenso crioscopico se expresa como:
∆Tc=T0A -TC=KA*ms/MS
En la que :
ms= gsoluto/1000g agua
Ms=masa molecular del soluto
KA= 1,860Cmol/g(constante criogénica del agua)
T0A= temperature de congelacion del agua pura
Cabe resaltar que para alimentos, Ms es una masa molecular equivalente de los solutos contenidos en el alimento.
III. OBJETIVOS
Obtener las curvas de congelación para los diferentes productos alimentarios, y comparar los resultados obtenidos con la curva de congelación del agua.
Obtener los valores de tiempo de congelación necesarios utilizando las ecuaciones anteriores.
IV. MATERIALES Y METODOS
Materiales:
Recipiente de plástico metalico, que sirvan de depósitos para la congelación de materiales liquidos.
Productos alimentarios para congelar (zumo de fruta) Data trace y Data Logger, para medir la temperatura de las muestras. Microprocesador para adquisision de datos conectado a una
computadora que permita almacenar los datos de la variación con el tiempo de la temperatura de la muestra que se esta congelando.
Métodos:
Las etapas del procedimiento experimental a seguir serán las siguientes:
Preparar las muestras solidas que se desean usar. Los productos liquidos pueden colocarse en recipientes con las mismas dimensionesque el modelo cilíndrico utilizado.
Insetar Data Trace y/o Data Logger en cada uno d elas muestras y comenzar a tomar los datos en intervalos de un segundo. Cuando se alcanze el tiempo de congelación teorico de cada uno delas muestras, observar si se han congelado completamente, en caso contrario continuar la congelación.
V. RESULTADOS
Cod: M4T11806: mandarina
Grafico del Sensor
Separando muestra del grupo “C”
Zona del Grupo “C”
En Exel Tiempo inicial: 11:36:10 a.m.y tiempo final: 12:27:25
-50
-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
Tiempo
Tempe
ratura
M4T11810 : agua ; Es como indicador o referencia, así que los 3 gráficos valen para el análisis
M4T11814: manzana
Separando muestra del grupo “C”
En Exel Tiempo inicial: 11:36:10 a.m.y tiempo final: 12:27:25
-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
Tiempo
Tempe
ratura
Cód. : M4T11808: platano
Separando muestra del grupo “C”
En Exel Tiempo inicial: 11:36:10 a.m.y tiempo final: 12:27:25Zona del Grupo “C”
-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
Tiempo
Tempe
ratura
VI. DISCUCIONESVII. CONCLUSIONESVIII. REFERENCIA BIBLIOGRAFICAS
0-1,5ºC mandarina