informe curvas de congelacion

CICLO 2013-II

UNALMLABORATORIO N°2: CURVAS DE

CONGELACIÓN

UNIVERSIDAD NACIONAL AGRARIA LA MOLINA

INTEGRANTES:

CENTENO DIAZ PAOLO UCHASARA FLORES JONATHAN VALDIVIA DAZA DARIO

LABORATORIO N°2: Curvas de Congelación

I. INTRODUCCIÓN

Dentro de las numerosas alternativas para la producción de materiales de valor agregado

que permitan destinar la parte de las cosechas que no pueden ser comercializadas en

fresco, se encuentra el método de congelación. La congelación, tecnología muy conocida

que data, en sus primeras aplicaciones industriales, de mediados del siglo XIX. Este

proceso de preservación es originado por la reducción de la temperatura por debajo de

aquella en la que se comienzan a formar cristales en un material alimenticio.

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 presenta distintas etapas en

donde se observa como el alimento se enfría por debajo de su punto de congelación que

inferior a 0ºC, así como también cuando la temperatura aumenta rápidamente hasta

alcanzar el punto de congelación, pues al formarse los cristales de hielo se libera el calor

latente de congelación a una velocidad superior a la que este se extrae del alimento.

Después se observan otras etapas importantes en donde se observa la sobresaturación

de solutos y su posterior cristalización.

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.

El presente informe busca alcanzar los siguientes objetivos:

Obtener las curvas de congelación para un alimento líquido y otro sólido.

Distinguir y diferenciar las fases y partes de las curvas de congelación obtenidas.


II. MATERIALES Y METODOS

Materiales:

Alimentos sólidos: manzana, mango, durazno.

Alimentos líquidos: néctar de manzana, mango, durazno.

Sondas PT100

Cámara de congelación

Software DATA TRACE

Métodos:

Elaboración de curvas de congelación de néctares de durazno:

Colocar la sonda PT100 en un tubo de ensayo con el néctar y llevarlo a la

cámara de congelación.

Elaboración de curvas de congelación de alimentos sólidos

Cortar la fruta elegida en una forma de cubo de 1 cm de lado. Insertar la sonda

PT100 en el centro del alimento, según el esquema presentado en clase.

Figura N° 1. Software DATA TRACE


III. RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Resultados para el Néctar

Figura N°3. Gráfica de temperatura vs tiempo para cubos de manzana

Resultados para los cubos de manzana


Figura N°4. Gráfica de temperatura vs tiempo para cubos de manzana

En la figura 3 se muestra la curva de congelación de néctar de durazno, donde el néctar

tiene un temperatura inicial de 20°C.La primera etapa del proceso de congelación es la

extracción de calor sensible (A-B), este proceso se desde la temperatura inicial hasta

-6.2°C (punto de sobre-enfriamiento), en el tiempo de 31.92 min. Luego se produce la

liberación de calor, por el proceso de nucleación que permite formar los núcleos de

cristales(B-C), el aumento de temperatura fue de -6.2°C hasta -1.2°C (Temperatura

máxima de congelación) ,en un tiempo de 11.83 minutos .Una vez llegado a la

temperatura máxima de congelación ,sigue el cambio de estado (liquido -solido)(C-

D),como se observa este proceso no se realiza a temperatura constante ya que la

concentración de la solución va incrementando ,el punto de congelación disminuye ;este

cambio de estado se realiza desde -1.2°C hasta – 19.5 °C en un tiempo de 70.17 minutos.

No se observa un calentamiento, que es producido por la liberación de calor por

cristalización del soluto. En el tramo D-E se observa el cambio estado de la solución

sobresaturada en donde la cristalización de agua soluto es proporcional, por lo que la

concentración no varía siendo por lo tanto un proceso a temperatura constante; este

proceso inicia a la temperatura de -19°C (Temperatura eutéctica) y se mantiene constante

durante todo en tramo, se realizó en 6.09 min. El tiempo total de congelación fue de 120

min.

En el siguiente cuadro se observan mejor las etapas descritas anteriormente:


Cuadro N° 1. Etapas para la curva de congelación del néctar de durazno.

ETAPAS TIEMPO (Min)Extracción del calor sensible 31.92 minSobre enfriamiento necesario para la nucleación 31.92 min (-6.2 °C)

Calentamiento producido por la liberación de calor del núcleo (Crecimiento de cristales)

11.83 min (-1.2°C)

Cambio de estado (Líquido a sólido) 70.17 min (-19.5°C)

Liberación de calor por la liberación de calor procedente de la cristalización de los solutos del sólido

No se observa

Cambio de estado de la solución sobresaturada 6.09 min (-19 °C)

Extracción de calor No se observaTiempo de congelación 120 min

En la figura 4 se muestra la curva de congelación del durazno en forma de cubos

(solido), donde la fruta tiene una temperatura inicial de 21.5 ° C. La primera etapa del

proceso de congelación es la extracción de calor sensible (A-B), este proceso se desde la

temperatura inicial hasta -3.5°C (punto de sobre-enfriamiento), en el tiempo de 16.58 min.

Luego se produce la liberación de calor, por el proceso de nucleación que permite formar

los núcleos de cristales (B-C), El aumento de temperatura fue de -3.5 °C hasta – 2.3 °C

(Temperatura máxima de congelación), en un tiempo de 0.92 minutos. La temperatura

máxima de congelación del durazno (sólido) (-2.3 °C) es menor que el néctar de durazno

(-1.2 °C). El néctar de durazno por ser diluido presentaría menos sólidos solubles que la

manzana entera, los sólidos solubles del durazno según el codex debe ser menor a 12 °

brix y del néctar de durazno según el CIED (Centro de Investigación, educación y

desarrollo) 12 °Brix. A mayor cantidad de solutos en una solución, menor será la

temperatura de inicio de la congelación ya que se deprime el punto de congelación

(Lewis, 1993), en este caso el durazno presenta un punto de inicio de congelación menor

que el néctar, por lo tanto cumple con lo predicho por los autores.

Una vez llegado a la temperatura máxima de congelación, sigue el cambio de estado

(liquido -solido) (C-D),este cambio de estado se realiza desde – 2.3°C hasta -23.1 °C en

un tiempo de 73.17 minutos .El tiempo empleado para cambio de estado del durazno es

mayor en comparación al del néctar (70.17 min),esto debido a las resistencias propias


de la fruta sólida ,ya que posee la azucares estructurados y material celulósico integrados

que no permite que la transferencia de calor sea rápido ,por lo tanto demora más. Se

observa un calentamiento, que es producido por la liberación de calor por cristalización

del soluto. En el tramo D-E se observa el calentamiento por cristalización descrito

anteriormente, este proceso inicia a la temperatura de -23.1°C hasta -18.9 °C, se realizó

en 30.52 min. El tiempo total de congelación fue de 120 m. No se observa un cambio de

fase después de haber llegado al punto eutéctico E. En el cuadro N°2 colocaremos las

etapas descritas para el gráfico 3 en donde se detalla con función al tiempo cada una de

ellas.

Cuadro N° 2. Etapas para la curva de congelación del néctar de durazno.

ETAPAS TIEMPO (Min)Extracción del calor sensible 16..58 minSobre enfriamiento necesario para la nucleación 16.58 (-3.5 °C)

Calentamiento producido por la liberación de calor del núcleo (Crecimiento de cristales)

0.92 min (-2.3°C)

Cambio de estado (Líquido a sólido) 73.17 min (-23.1°C)

Liberación de calor por la liberación de calor procedente de la cristalización de los solutos del sólido

30.52 min (-18.9 °C)

Cambio de estado de la solución sobresaturada No se observa

Extracción de calor No se observaTiempo de congelación 120 min

Las curvas de congelación obtenidas en la práctica tienen el parecido con la estructura

teórica de una curva de congelación para alimentos (ver Figura 6 en Anexos) como

muestra Lewis (1993). La existencia de solutos disueltos hace que la curva de

congelación tenga esta estructura determinada.


Para el caso de las frutas enteras en cubos, Sigue el mismo mecanismo; se aprecia

claramente el punto de sobreenfriamiento necesario para la nucleación (B). En la Figura 3

y 4 según, Barreiro y Sandoval (2006), mencionan que en las curvas de congelación se

observa el fenómeno de subenfriamiento. Éste viene representado por el pozo al final de

la primera etapa, en el cual la temperatura del alimento desciende por debajo del punto de

congelación sin que de hecho el agua se congele. En esta etapa, el agua conserva las

propiedades del agua líquida subenfriada. El fenómeno del subenfriamiento no ocurre en

todos los alimentos, observándose por lo general en alimentos basados en sistemas

coloidales o líquidos muy viscosos. Posteriormente ocurre una subida brusca de la

temperatura hasta alcanzar la temperatura de congelación, prosiguiendo luego la curva de

enfriamiento. Si observamos con mayor detalle se logra ver que el punto de

subenfriamiento que aparece en la fruta es prácticamente imperceptible es por eso que el

tiempo que toma desde este punto al de congelación es solo 0.92 minutos, valor

extremadamente pequeño en comparación al de Néctar. Esto afirma lo dicho

anteriormente, que afirma que el punto de subenfriamiento se observa mayormente en

alimentos coloidales como el néctar.

Consideramos el punto (C) como la temperatura de inicio de la congelación y podemos

observar que se encuentra por debajo de la curva del néctar debido a que al poseer más

sólidos que éste. De C - D corresponde al cambio de estado, el cual no se produce a

temperatura constante y esto concuerda con la teoría, pues a medida que transcurre la

congelación los sólidos se van concentrando y ello provoca el descenso progresivo del

punto de congelación. De D – E se produce extracción del calor sensible lo cual se

traduce en un enfriamiento}

Lewis (1993) menciona que los sólidos ocasionan que la temperatura de congelación sea

menor a 0ºC, esto se corrobora con lo observado las gráficas (véase figuras 1, 2 y 3),

siendo el descenso en la temperatura de congelación proporcional a la concentración de

sólidos en el alimento. Esto último se corrobora al comparar las temperaturas de inicio de

congelación de la fruta (manzana) con el néctar de durazno, encontrándose que los

néctares presentan una mayor temperatura de inicio de congelación puesto que su

concentración de solidos solubles es menor.

El punto de congelación de un alimento es aquella temperatura en la que coexisten, en

equilibrio, el agua y pequeños cristales de hielo. El punto de congelación de un alimento


es más bajo que el del agua pura, debido a la presencia de solutos disueltos. Muchos

alimentos comienzan a congelar a una temperatura por debajo de -1°C (Fellows, 1994).

En el caso de frutas, Fellows (1994) menciona que la temperatura de inicio de

congelación está en el rango de –0.9 a -2.7 °C.

Al observar las gráficas de congelación (véase figuras 1 al 3) se aprecia que las curvas de

congelación difieren mucho a las curvas características de las soluciones binarias (figura

5 en Anexos), puesto que no se aprecia fácilmente la etapa de formación de cristales de

los solutos y por ende un incremento en la temperatura para llegar al punto eutéctico

definido. Plank (1984) describe este comportamiento diciendo que al ser un alimento que

contiene múltiples sustancias disueltas, al alcanzarse la saturación para un soluto A, por

cristalización del agua, esta permanece en concentración constante, concentrándose los

otros solutos, por lo tanto la temperatura no permanecerá constante en el congelamiento

ulterior. Habrá solo un descenso en la velocidad de cambio de temperatura después de

que el primer soluto ha alcanzado su saturación y lo mismo ocurrirá cuando los demás

solutos alcancen su saturación en la porción sin congelar. Esto se observa claramente en

todas las gráficas, puesto que en la región donde debería encontrarse el punto eutéctico

existe un cambio en la temperatura, además se aprecia un decremento en la velocidad de

disminución de esta.

CONCLUSIONES

Las curvas de congelación del durazno y del néctar de durazno tienen un

comportamiento similar a una solución binaria.

Es importante conocer las diferentes etapas de una curva de congelación, para

poder identificar parámetros importantes durante proceso de congelación,

como la temperatura eutéctica y la temperatura máxima de congelación.

Los sistemas coloidales, en el caso de los néctares, presentan puntos de sub-

enfriamiento; mientras que los sistemas más rígidos tienen un descenso de la

temperatura sin punto de congelamiento, hasta llegar a su punto eutéctico.

BIBLIOGRAFIA


BARREIRO, J y SANDOVAL, A. 2006. Operaciones de conservación de

alimentos por bajas temperaturas. Primera Edición. Editorial Equinoccio.

Venezuela

Fellows, P. Food Processing Technology. Ellis Horwood Publishers Ltd. 1988.

LEWIS. 1993. Propiedades físicas de los alimentos y de los sistemas de

procesado. Editorial Acribia S.A. Zaragoza, España.

NORMAS DEL CODEX PARA LOS DURAZNOS. CODEX STAN 75-1981.

PLANK, R. 1984. “El empleo del frío en la Industria de los Alimentos”. Editorial

Reverté, España.

ANEXOS


Figura N°5. Curva de congelación de una solución binaria.


Figura N°6. Curva de congelación de alimentos. Fuente Lewis (1993).

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