curvas de congelacion
TRANSCRIPT
-
7/22/2019 Curvas de Congelacion
1/12
UNIVERSIDAD NACIONAL AGRARIA
LA MOLINA
Tema: Curvas de Congelacin
Curso: Refrigeracin y Congelacin de Alimentos
Profesor: Ing. Roco Valdivia
Alumnos: Alvarez Guerra, David Alberto
Mller Ros, Erwin Eduardo
Grupo: D
2013 I
-
7/22/2019 Curvas de Congelacion
2/12
I. INTRODUCCIN
Dentro de las diferentes tcnicas de conservacin de los alimentos, se encuentra la
congelacin que es una de las ms utilizadas, el fundamento de sta se basa en la
solidificacin del agua durante el proceso generando una alta concentracin de slidos
solubles, lo que provoca una baja en la cantidad de agua libre y por tanto menos agua
para microorganismos y reacciones qumicas negativas.
El proceso de congelacin en los alimentos es ms complejo que la congelacin del agua
pura. Los alimentos al contener otros solutos disueltos adems de agua, presentan un
comportamiento ante la congelacin similar al de las soluciones. La evolucin de la
temperatura con el tiempo durante el proceso de congelacin es denominada curva de
congelacin.
Un alimento puede considerarse como una solucin acuosa de una parte slida
conformada por uno o varios solutos. Cuando se inicia la congelacin se forma hielo
(agua pura) enriquecindose la solucin en solutos en un proceso conocido como
crioconcentracin.
Este tema es muy importante en las industrias de alimentos que trabajan con sistemas de
refrigeracin y congelacin para la conservacin de sus alimentos. Las prdidas de
calidad de los alimentos congelados, debido a reacciones enzimticas o de
recristalizacin, pueden reducirse sustancialmente si se conoce el conjunto de variables
que influyen en esta operacin. Es por ello til conocer las relaciones entre composicin,
temperatura y velocidad de congelacin de los alimentos para identificar rangos de
formulacin, condiciones de procesamiento y/o almacenamiento que prolonguen su vida
de anaquel.
El presente informe busca alcanzar los siguientes objetivos:
- Obtener las curvas de congelacin para un alimento lquido y otro slido.
- Distinguir y diferenciar las fases y partes de las curvas de congelacin obtenidas.
-
7/22/2019 Curvas de Congelacion
3/12
II. MATERIALES Y MTODOS
2.1 Materiales y equipos
- Alimentos slidos: manzana, mango, durazno.
- Alimentos lquidos: nctar de manzana, mango, durazno.
- Sondas PT100
- Cmara de congelacin
- Software DATA TRACE
2.2 Mtodos
Elaboracin de curvas de congelacin de nctares de durazno, manzana y mango:
- Colocar la sonda PT100 en un tubo de ensayo con el nctar y llevarlo a la cmara
de congelacin.
Elaboracin de curvas de congelacin de alimentos slidos
- Cortar la fruta elegida en una forma de cubo de 1 cm de lado. Insertar la sonda
PT100 en el centro del alimento, segn el esquema presentado en clase.
-
7/22/2019 Curvas de Congelacion
4/12
III. RESULTADOS Y DISCUSIN
A continuacin se presenta la Figura 1 en la que se observa la curva de congelacin del
nctar de manzana.
Figura 1: Curva de Congelacin del Nctar de Manzana
A continuacin se presenta la Figura 2 en la que se observa la curva de congelacin de la
manzana.
Figura 2: Curva de Congelamiento de la Manzana (muestra slida)
1
2
3
4
5
-30
-20
-10
0
10
20
30
0 20 40 60 80 100 120
Tem
peratura(C)
Tiempo (minutos)
A
B
C
D
E
-30
-20
-10
0
10
20
30
0 20 40 60 80 100 120
Temp
eratura(C)
Tiempo (minutos)
-
7/22/2019 Curvas de Congelacion
5/12
A continuacin se presenta la Figura 3 en la que se observa la curva de congelacin del
nctar de durazno.
Figura 3: Curva de Congelacin del Nctar de durazno
A continuacin se presenta la Figura 4 en la que se observa la curva de congelacin del
durazno.
Figura 4: Curva de Congelamiento del durazno (muestra slida)
-25
-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
25
0 50 100 150 200 250
Temperatura(C)
Tiempo (minutos)
-25
-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
0 50 100 150 200 250
Temperatura(C)
Tiempo (minutos)
-
7/22/2019 Curvas de Congelacion
6/12
A continuacin se presenta la Figura 5 en la que se observa la curva de congelacin del
nctar de mango.
Figura 5: Curva de Congelacin del Nctar de mango
1
A continuacin se presenta la Figura 6 en la que se observa la curva de congelacin del
mango.
Figura 6: Curva de Congelamiento del Mango (muestra slida)
-30
-20
-10
0
10
20
30
0 50 100 150 200
Temperatura(C)
Tiempo (minutos)
-30
-25
-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
25
0.0 50.0 100.0 150.0 200.0
Tem
peratura(C)
Tiempo (minutos)
-
7/22/2019 Curvas de Congelacion
7/12
Las curvas de congelacin obtenidas en la prctica tienen el parecido con la estructura
terica de una curva de congelacin para alimentos (ver Figura 7 en Anexos) como
muestra Lewis (1993). La existencia de solutos disueltos hace que la curva de
congelacin tenga esta estructura determinada.
Para la realizacin de la prctica se utiliz una manzana, durazno y mango en
representacin de un alimento slido y nctar de manzana, durazno y mango como
alimento lquido. Observndose en las Figura 1, 3 y 5 las curvas de congelacin del nctar
de manzana, durazno y mango respectivamente, adems en las figuras 2, 4 y 6
observamos las curvas de congelacin para las muestras solidas de manzana, durazno y
mango, podemos notar que todas las frutas y nctares tenan una temperatura
aproximada de 26 C al momento de colocarlo en la cmara de congelacin.
Lewis (1993) indica que el tiempo efectivo de congelacin viene definido como el tiempo
requerido para reducir la temperatura del punto de enfriamiento desde la temperatura
ambiente hasta 15 C. Esto depende del tamao y de la naturaleza del producto, as
como del mtodo de congelacin utilizado. Los tiempos de congelacin estn
comprendidos entre menos de 1 minuto hasta ms de 48 horas para grandes piezas de
carne utilizando aire fro. En nuestra prctica se utiliz una cmara de congelacin la cual
garantiza una congelacin lenta, de tal manera que se puedan observar las etapas del
proceso de congelacin.
El nctar por ser diluido presenta menos slidos solubles que la fruta entera. A mayor
cantidad de solutos en una solucin, menor ser la temperatura de inicio de la
congelacin ya que se deprime el punto de congelacin (Lewis, 1993). Este fenmeno se
aprecia fcilmente al comparar las temperaturas de inicio de congelacin de los tres
nctares con sus respectivas frutas enteras. En este caso la manzana la temperatura de
inicio de congelacin es aproximadamente -3C mientras que el de su respectivo nctar
es aproximadamente -2C (vase figuras 1 y 2). Para el caso del durazno entero la
temperatura de inicio de congelacin es -4C mientras que para su respectivo nctar
aproximadamente -1.5C (vase figuras 3 y 4) y por ultimo para el caso del mango la
temperatura de inicio de congelacin para la fruta entera es aproximadamente -6C
mientras que su respectivo nctar aproximadamente -2C (vase figuras 5 y 6) En toda
todas las curvas podemos notar que el punto de inicio de la congelacin es menor a 0 C,
debido a la presencia de slidos en el alimento (Lewis, 1993).
-
7/22/2019 Curvas de Congelacion
8/12
En las curvas de congelacin del nctar se puede observar claramente las etapas de la
congelacin. De 1- 2 se produce la liberacin del calor sensible por lo que la temperatura
disminuye uniformemente por debajo de 0 C. El punto 2 nos muestra la etapa de
sobreeenfriamiento. De 2 3 se produce un calentamiento debido a la liberacin de calor
de los ncleos formados es por ello que se ve un incremento de la temperatura. El punto
3 corresponde a la temperatura de inicio de congelacin; la temperatura no permanece
constante del punto 3 4, por que a medida que se forman los cristales de hielo se va
concentrando los solutos en solucin lo que origina una depresin continua de la
temperatura de congelacin (Gruda, 1986). En esta situacin no se aprecia el
sobreenfriamiento que precede la formacin del primer cristal de la mezcla. El punto 5 es
considerada la temperatura eutctica. Finalmente en el tramo siguiente se puede
considerar que corresponde al cambio de estado de la mezcla eutctica, ya que la curva
en este tramo tiende a permanecer constante. En este punto la temperatura eutctica
aproximadamente fue de 20 C para todas las muestras (vase figuras 1, 3 y 5)
Para el caso de las frutas enteras en cubos, Sigue el mismo mecanismo; se aprecia
claramente el punto de sobreenfriamiento necesario para la nucleacin (B).
Consideramos el punto (C) como la temperatura de inicio de la congelacin y podemos
observar que se encuentra por debajo de la curva del nctar debido a que al poseer ms
slidos que ste. De C - D corresponde al cambio de estado, el cual no se produce a
temperatura constante y esto concuerda con la teora, pues a medida que transcurre la
congelacin los slidos se van concentrando y ello provoca el descenso progresivo del
punto de congelacin. De D E se produce extraccin del calor sensible lo cual se
traduce en un enfriamiento. En este caso tampoco se observa el punto de
sobreenfriamiento antes de la congelacin simultnea de soluto y solvente. Por ello,
como en el caso anterior, se considera el punto E como la temperatura eutctica (vase
figuras 2, 4 y 6).
Lewis (1993) menciona que los slidos ocasionan que la temperatura de congelacin sea
menor a 0C, esto se corrobora con lo observado las grficas (vase figuras 1, 2, 3, 4, 5 y6), siendo el descenso en la temperatura de congelacin proporcional a la concentracin
de slidos en el alimento. Esto ltimo se corrobora al comparar las temperaturas de inicio
de congelacin de la fruta con su nctar respectivo, encontrndose que los nctares
presentan una mayor temperatura de inicio de congelacin puesto que su concentracin
de solidos solubles es menor.
-
7/22/2019 Curvas de Congelacion
9/12
El punto de congelacin de un alimento es aquella temperatura en la que coexisten, en
equilibrio, el agua y pequeos cristales de hielo. El punto de congelacin de un alimento
es ms bajo que el del agua pura, debido a la presencia de solutos disueltos. Muchos
alimentos comienzan a congelar a una temperatura por debajo de -1C (Fellows, 1994).
En el caso de frutas, Fellows (1994) menciona que la temperatura de inicio de
congelacin est en el rango de 0.9 a -2.7 C (ver Cuadro 1 en Anexos).
Al observar las grficas de congelacin (vase figuras 1 al 6) se aprecia que las curvas de
congelacin difieren mucho a las curvas caractersticas de las soluciones binarias, puesto
que no se aprecia fcilmente la etapa de formacin de cristales de los solutos y por ende
un incremento en la temperatura para llegar al punto eutctico definido. Plank (1984)
describe este comportamiento diciendo que al ser un alimento que contiene mltiples
sustancias disueltas, al alcanzarse la saturacin para un soluto A, por cristalizacin del
agua, esta permanece en concentracin constante, concentrndose los otros solutos, por
lo tanto la temperatura no permanecer constante en el congelamiento ulterior. Habr solo
un descenso en la velocidad de cambio de temperatura despus de que el primer soluto
ha alcanzado su saturacin y lo mismo ocurrir cuando los dems solutos alcancen su
saturacin en la porcin sin congelar. Esto se observa claramente en todas las grficas,
puesto que en la regin donde debera encontrarse el punto eutctico existe un cambio en
la temperatura, adems se aprecia un decremento en la velocidad de disminucin de esta.
Segn lo menciona Lewis (1993) las temperaturas eutcticas para alimentos estn
normalmente por debajo de -30 C. Para fines prcticos, muchos alimentos se consideran
congelados a -15 C, temperatura a la que entre el 90% y el 95% del agua presente
estar en forma de hielo. En la prctica no se lleg a menores temperaturas de
congelacin. Es decir, no se complet bien la grfica.
Por ltimo, en los Anexos se encuentran 2 investigaciones importantes respecto a la
congelacin de Alimentos. Uno de los artculos trata sobre la congelacin de alimentos
bajo alta presin. Indica que el tiempo de congelacin ser menor con esta modificacin
de la presin y se ven sus efectos en la calidad de conservacin del producto final. Por
otro lado, se tiene el artculo de congelacin de fresa por dos mtodos: mixto criognico y
mecnico. El autor hace una comparacin entre estos dos mtodos y se observan
claramente las curvas de congelacin de la fresa. Esta curva de congelacin que presenta
la fresa es muy parecida a las obtenidas para mango, durazno y manzana. Se puede
-
7/22/2019 Curvas de Congelacion
10/12
observar que el punto de inicio de congelacin est por debajo de los 0 C, como se vino
discutiendo a lo largo del informe.
IV. CONCLUSIONES
- Los alimentos (slidos) contiene ms slidos solubles que el de los nctares, debido a
esto, a mayor cantidad de solutos, menor es el punto de inicio de la congelacin.
- Se distinguieron las diferentes fases en el proceso de congelacin, encontrndose
claramente las siguientes fases; extraccin del calor sensible hasta un punto de
sobreenfriamiento, un punto de sobreenfriamiento, punto de inicio de la congelacin,
sin embargo no se ubicaron claramente el punto eutctico ni el punto de completa
congelacin. .
- Para el nctar de manzana el punto crioscpico (inicio de congelacin) fue
aproximadamente de 2 C y el punto eutctico de 20.4 C.
- Para la manzana slida el punto crioscpico (inicio de congelacin) fue
aproximadamente de 3 C y el punto eutctico de 23 C.
- Para el caso del nctar de durazno el punto crioscpico (inicio de congelacin) fue
aproximadamente de 1.5 C y el punto eutctico de 20 C.
- Para el caso del durazno slido el punto crioscpico (inicio de congelacin) fue
aproximadamente de 4 C y el punto eutctico de 20 C.
- Para el caso del nctar de mango el punto crioscpico (inicio de congelacin) fue
aproximadamente de 2 C y el punto eutctico de 23 C.
- Para el caso del mango slido el punto crioscpico (inicio de congelacin) fue
aproximadamente de 6 C y el punto eutctico de 23 C.
-
7/22/2019 Curvas de Congelacion
11/12
V. RECOMENDACIONES
- Con propsitos de comparacin y de constatar lo mencionado tericamente en funcin
a las curvas de congelacin de una solucin binaria, sera adecuado evaluar el
comportamiento trmico de una solucin con estas caractersticas, del mismo modo
para el caso de una solucin con 2 solutos, de modo que se observe la influencia del
segundo soluto en la curva de congelacin.
- Tener un mayor tiempo de exposicin de la sonda PT100 en el sistema de
congelacin para ver en la grfica el punto en el que empieza a descender la
temperatura despus de llegar al punto eutctico.
- Tratar de no romper la cadena de fro para que el medio externo no afecta los
resultados de la grfica.
- Exponer ms frutas diversas a esta prueba para obtener diversas curvas de
congelacin y poder compararlas.
VI. BIBLIOGRAFIA
- FELLOWS, P. 1994. Tecnologa del procesado de los alimentos: Principios y
prcticas. Editorial Acribia. Zaragoza, Espaa.
- GRUDA, Z; POSTOLSKI, J. 1986. Tecnologa de la congelacin de los alimentos.
Editorial Acribia S.A. Zaragoza, Espaa.
- LEWIS. 1993. Propiedades fsicas de los alimentos y de los sistemas de procesado.
Editorial Acribia S.A. Zaragoza, Espaa
- PLANK, R. 1984. El Empleo del Frio en la Industria de la Alimentacin. Editorial
Revert. Espaa.
-
7/22/2019 Curvas de Congelacion
12/12
VII. ANEXOS
Cuadro 1: Contenido de agua y temperaturas de congelacin de diversos alimentos
Alimento Contenido en agua(%)
Temperatura de congelacin(C)
Verduras
Frutas
Carne
Pescado
Leche
Huevos
78 - 79
87 95
55 70
65 81
87
74
-0.8 a -2.8
-0.9 a -2.7
-1.7 a -2.2
-0.6 a -2.0
-0.5
-0.5
Fuente: Fellows (1994)
Figura 7: Curva de congelacin para un alimento
Fuente: Lewis (1993)