APLICACIÓN DE BAJAS TEMPERATURAS

 

Cualquier proceso metabólico es dependiente de la temperatura. A bajas temperaturas se atenúan los procesos microbianos y enzimáticos. Por ello, cuanto más largo sea el periodo que se desee mantener un alimento, habrá que recurrir a temperaturas más bajas.

La temperatura es un factor importante para mantener la calidad de los alimentos almacenados. El descenso de la temperatura disminuye la velocidad de las reacciones que producen el deterioro de los alimentos.

Los alimentos refrigerados tienen una vida útil corta, aunque más larga que si el alimento se mantuviera a temperatura ambiente. Se mantienen los alimentos a temperaturas entre 2 y 10º. Si se respetan los tiempos de estancia de los alimentos en las instalaciones frigoríficas, los daños suelen ser muy pequeños.

 Los alimentos congelados sí que suelen tener una vida útil más larga. El alimento está mayoritariamente congelado a temperaturas que rondan los 26-30º bajo cero. La mayoría de los elementos alterantes de un alimento no se desarrollan por debajo de temperaturas de 10º bajo cero. Por ello, el paso de la congelación a descongelación es delicada dado que los microorganismos alterantes comenzarán a proliferar por lo que no es conveniente que la descongelación sea demasiado larga, ni que se descongele un alimento y luego se vuelva a congelar.

Antes de que sobre los años 1920-1930 se desarrollara el motor bomba de amoníaco, no había sitios para almacenar por lo que los alimentos se guardaban en bodegas sombrías y la calidad de los alimentos fluctuaba debido al mal almacenamiento y transporte.

Actualmente se dispone de aparatos para la congelación, almacenamiento, distribución, etc. además de los embalajes. Antes el precio de los alimentos fluctuaba según la temporada, ahora con las técnicas de conservación el precio se mantiene estable ya que se puede disponer de él en cualquier momento del año.

REFRIGERACIÓN

 

La refrigeración es una tratamiento muy benigno que causa ninguno o pocos daños en el alimento, y los que se suelen producir suelen ser por malas prácticas de manipulado y operación.

Las instalaciones frigoríficas funcionan de la siguiente forma:

Para realizar la refrigeración, se elige un líquido refrigerante que debe cumplir una serie de requisitos como:

calor latente de vaporización : mejor que sea alto. Cuanto más alto sea, menos caudal de refrigerante vamos a necesitar.

Presión de condensación : mejor que no sea excesivamente alta.

Temperatura de congelación . Debe ser inferior a la temperatura en el evaporador.

Temperatura crítica : debe ser suficientemente alta, pues a temperaturas por encima de ella, no puede ser licuado.

Toxicidad . No debe serlo.

Corrosividad. No debe serlo para los materiales de construcción del sistema.

Estabilidad química . Debe ser estable.

Detección de fugas . En caso de fugas, debe ser fácilmente detectable.

Costo . En la industria, lo más barato posible.

Impacto ambiental . El refrigerante no debe producir impacto medioambiental en caso de fugas.

Inflamabilidad . El refrigerante no debe ser inflamable.

Hasta hace poco el refrigerante más extensamente utilizado era el Freón-12, que es un dicloro-difluoro-metano (CFC). Pero se ha visto que éste, al migrar hacia capas altas de la atmósfera pierde el cloro al reaccionar con la luz UV, y se une a continuación al ozono disminuyendo su concentración en la atmósfera. Como consecuencia de ello, algunas radiaciones UV llegan hasta nosotros sin pasar por  el “filtro” que es el ozono. Al ser por tanto dañino para el medio ambiente,  se ha prohibido su uso.

En estos momentos el más extensamente utilizado es el amoniaco, aunque tiene el inconveniente de que es inflamable y por  tanto peligroso en caso de fuga.

Los componentes básicos de un sistema de refrigeración son cuatro:

Compresor Condensador Evaporador Válvula de expansión

 

El sistema de refrigeración va en circuito cerrado.  El recorrido del líquido refrigerante, es el siguiente:

El líquido refrigerante se vaporiza a través de un evaporador. En este proceso, el  refrigerante que está en su mayoría en forma de líquido, se evapora. Para ello necesita el calor latente de vaporización del refrigerante que se toma calor del medio a refrigerar (donde se encuentran los alimentos). Es por esto, que el evaporador se encuentra dentro del medio a refrigerar. A continuación el refrigerante que está en forma de vapor saturado y a baja presión, pasa por un compresor que convierte el vapor saturado a baja presión, en sobrecalentado a alta presión. Éste es un proceso insentrópico, es decir, a entropía constante. Después, el refrigerante pasa por  un condensador que lo transforma de vapor sobrecalentado a alta presión, a líquido saturado (en ocasiones subenfriado) a alta presión cediéndose, de esta manera, calor al exterior. El condensador suele estar colocado en la parte externa del frigorífico. Por último el líquido refrigerante pasa por una válvula de expansión disminuyendo así la presión. En este proceso, una parte del líquido saturado, se evapora. Así el refrigerante pasaría de nuevo al evaporador repitiéndose de nuevo el ciclo descrito. El material de construcción de las tuberías del sistema suele ser de cobre por el alto coeficiente de conductividad térmica que presenta este metal.

Existen diagramas de presión-entalpía para cada tipo de refrigerante, para saber en qué medida varían estos parámetros a lo largo del proceso al que se le somete al refrigerante.

Lo anteriormente expuesto, se produce en los sistemas de frío mecánico. Además, existe el sistema de frío criogénico en el que se emplean tanto el nitrógeno como el dióxido de carbono. Los compuestos criogénicos son aquellos que cambian de fase absorbiendo el calor latente del alimento con el que entra en contacto.

El dióxido de carbono no es ni tóxico ni inflamable pero se ha de trabajar a altas presiones. Tiene su punto triple a 5 atm. de presión y 57º bajo cero. El dióxido de carbono al abrirse la botella donde se encuentra, sufre una expansión y se convierte en gas. Se emplea como refrigerante sobre todo en el transporte. No deja residuos ya que al sublimar da gas.

El nitrógeno líquido se usa en la congelación, pero en refrigeración se usa proyectando sus vapores en un recinto. Se enfría y se elimina el oxígeno por lo que los alimentos son menos susceptibles a alterarse por oxidación.

A nivel industrial, La humedad dentro de una cámara ha de estar controlada. Si el aire es húmedo, se puede dar condensación del aire circulante con el consiguiente peligro de desarrollo de mohos y levaduras. Por otra parte, si el aire es seco ciertos alimentos pederán agua y, por tanto, peso. Hay alimentos

incompatibles para ser almacenados juntos ya que requieren diferente grado de humedad: las frutas tropicales y subtropicales son las más especiales en este sentido.

El frío ha de llegar al corazón del alimento para que paralicen los procesos enzimáticos. Si hay circulación de aire se favorece el enfriamiento.

En alimentos como leche en polvo o harina, un exceso de humedad puede dar lugar a la formación de terrones por lo que hay que recurrir a envases protectores que protejan estos alimentos de la pérdida o toma de humedad. En la industria, los huevos se suelen colocar en aceite mineral fluido para que no pierdan agua.

En la industria, se utilizan puertas correderas y cuando están abiertas se pueden ver las cortinillas de plástico, esto se hace para que no haya fugas de frío o al menos para minimizar las pérdidas. La temperatura debe ser baja y sin fluctuaciones. Por ello, se controlan factores que pueden dar lugar a pérdidas de frío como:

Número de fuentes de calor y potencia de las mismas: bombillas, vehículos, etc.

Personas dentro de la instalación Frecuencia de apertura de puertas y tamaño de éstas, así como el

diferencial de temperatura entre el interior y exterior. Clase y cantidad del material almacenado (calor específico de cada uno y

grado de respiración).

La carga frigorífica se define como la cantidad de energía que se necesita para alcanzar cierta temperatura y mantenerla.

Como ya se indicó en el artículo dedicado a  frutas, verduras y hortalizas…

Evidentemente, el productor lo que persigue es que la fruta tenga su momento de esplendor organoléptico cuando se ponga el producto a la venta, para ello se puede someter al alimento a diferentes condiciones ambientales según interese acelerar o retardar la aparición de las características organolépticas óptimas para el consumo de la fruta. No hay que olvidar que, en contra de lo que mucha gente piensa, estos alimentos tras la recogida siguen teniendo vida.

Según avanza la vida en las verduras y hortalizas, disminuyen su consumo de oxígeno   (respiración), en cambio en las frutas es diferente.

Dentro de las frutas, hay frutas climatéricas y no climatéricas:

- Frutas climatéricas: Manzana, albaricoques, aguacate, plátano, higos, mango, melón, melocotón, pera, ciruela, tomate, sandías, etc.

- Frutas no climatéricas: cereza, uva, pepinos, limón, piña, naranja, mandarina, fresas, etc.

Las frutas climatéricas tienen una subida en el consumo de oxígeno (mayor respiración)  durante la aparición de la maduración organoléptica, en tanto que las frutas no climatéricas se comportan como las verduras y hortalizas y mantienen a lo largo del tiempo la bajada continua de la respiración.

El etileno es una fitohormona que sintetiza la planta y que coordina y controla numerosos procesos del desarrollo y senescencia de las plantas. El etileno

alcanza su mayor nivel en el momento de la maduración organoléptica de la planta.

El aceleramiento o retardo de la maduración de la fruta se puede controlar manipulando los niveles de etileno a los que esté sometida la planta, los niveles de oxígeno, los de dióxido de carbono, la temperatura atmosférica a la que esté la fruta, etc.

La refrigeración retarda el consumo de oxígeno de la fruta por lo que es un buen sistema de almacenamiento en el hogar para retardar la aparición de la senescencia y el marchitamiento de la planta, es decir, para aumentar la vida útil de la fruta, el tiempo en que ésta permanece en buenas condiciones para el consumo. Sin embargo cada fruta tiene su propia temperatura crítica de almacenamiento por debajo de la cuál se producen lesiones por el frío que son irreversibles. Estas lesiones son por ejemplo, el pardeamiento interno y externo, la incapacidad para madurar, manchas en la piel, ablandamiento, etc. Así por ejemplo, no es recomendable someter a las manzanas a temperaturas inferiores de 2-3ºC,  los plátanos habrán de estar a temperaturas no inferiores a  12-13ºC, los limones no han de estar a menos de 13ºC, el mango a menos de 10-12ºC, y el tomate verde no se ha de someter a temperatura por debajo de los trece grados. Estos son algunos ejemplos, sin embargo estas temperaturas críticas dependerán de la variedad de cada especie. Por otro parte, existen otras frutas y verduras que no sufren daños si se almacenan a temperaturas en torno a los 0ºC e incluso menores como el membrillo, la fresa, alcachofa, coliflor, espinaca, algunas variedades de manzanas, cerezas, moras, higos, uvas, frambuesas, etc. Cada fruta tiene sus propias condiciones óptimas de almacenamiento tanto en cuanto a temperatura como en humedad relativa de la atmósfera de almacenamiento. Evidentemente, en la industria no resultaría económico ni cómodo emplear tantos aparatos refrigeradores como condiciones diferentes necesiten las distintas frutas, verduras y hortalizas, pero sí se emplean varios refrigeradores y se establecen grupos de frutas con necesidades similares de almacenamiento.

Además, se pueden establecer diferentes tipos de atmósferas dentro del almacén frigorífico industrial, entre las cuales destacamos como más importantes:

CAS (Contolled Atmosphere Storage): Atmósfera controladaMAS (Modified Atmosphere Storage): Atmósfera modificada.MAP (Modified Atmosphere Packaging): Envasado en atmósfera modificada

El envasado a vacío también es una forma de atmósfera modificada (con presión por debajo de la ambiental que es de 101,325 Kpa.).

La composición atmosférica del aire es 78% de nitrógeno, 21% de oxígeno y 1% de otros gases como argón, helio, dióxido de carbono, etc.

El oxígeno produce oxidaciones que contribuyen al deterioro del alimento y a cambiar su aspecto. Si se elimina el aire se habrá eliminado una fuente de contaminación importante. El frío retrasa el deterioro de los alimentos, si quitamos el aire y el calor “funciona” muy bien el almacenamiento.  En casos muy especiales como por ejemplo 100 gramos de carne roja, el oxígeno es necesario para mantener el color rojo y también impide el desarrollo del Clostridium botullinum porqué es anaerobio. Por lo tanto, sobre la carne será conveniente la aplicación de frío con temperaturas sobre 3ºC y un poco de

oxígeno o eliminar el oxígeno y aplicar temperaturas por debajo de los 3ºC para evitar el Clostridium.

CAS

La mercancía se encuentra en un recinto donde la temperatura, humedad y composición del aire va a ser constante a lo largo de todo el periodo de almacenamiento. Se controla cualquier variación para modificarla de forma que la concentración de los gases se revierte hasta la situación original. Se almacena a condiciones atmosféricas prácticamente constantes.

MAS

La temperatura, humedad y composición del aire se varían a la conveniencia del técnico al introducir el producto en el refrigerador, pero posteriormente como consecuencia de las fugas, respiración de los alimentos, etc. las condiciones varían con respecto a las colocadas inicialmente y no se corrigen

MAP

Es lo mismo que el MAS pero en un paquete con el alimento en el interior. La atmósfera del paquete estará modificada pero no controlada ya que para ello debería tener incorporadas las bombonas de gas en su interior.

En estas atmósferas se suele disminuir la concentración de oxígeno y aumentar la de dióxido de carbono hasta valores de incluso un 15-20%

Otro tipo de atmósfera modificada, como ya se ha indicado, se lleva a cabo eliminando el aire y disminuyendo la presión interior del paquete.

El dióxido de carbono es bacteriostático y el nitrógeno es inerte y se utiliza para desplazar el oxígeno. Los paquetes al vacío son los aplastados y los hinchados están envasados en atmósfera modificada con concentraciones de gases diferente a la existente en la atmósfera.

En los alimentos en los que es más frecuente utilizar esta técnica es sobre verduras y frutas, pero también se extiende su utilización para otros alimentos como carnes y pescados.

EFECTO DEL ALMACENAMIENTO SOBRE LOS ALIMENTOS

Carne roja: Necesita la presencia de oxígeno para mantener el color rojo. A parte de mantener el color, garantiza la presencia de cepas anaerobias.

Carne blanca: Aves, cerdos, carne cocinada. La presencia de oxígeno no es tan necesaria y por ello se puede excluir la presencia de este gas para su modo de conservación.

Pescado: Si la humedad es alta puede reaccionar con el dióxido de carbono formándose ácido carbónico apareciendo un desagradable gusto a picante.

Frutas: La concentración de dióxido de carbono ronda en algunos casos el 10-15%. Pero estas concentraciones no se pueden aplicar sobre todas las frutas, hay algunas que no las aceptan porqué son tóxicas para ellas y de lo que se trata es de que se mantegan frescas y lozanas.

Lo que se trata de conseguir mediante las atmósferas modificadas y controladas es:

Prolongar la vida útil del alimento. Mantener el color, textura y aroma de los alimentos.

Evitar los enranciamientos. Minimizar el uso de conservantes y antioxidantes Minimizar las pérdidas de peso. Retardar el crecimiento de mohos y bacterias Disminuir los fenómenos de exhudación de alimentos con las consiguientes

pérdidas de peso. Evitar la mezcla de olores en los escaparates de venta.

En el comercio, hay unas bandejas de tipo rejillas y debajo un tejido que absorbe para eliminar los exudados. Si se pesa el alimento sin el exudado se pierde peso con respecto al que venía escrito de origen y podría haber problemas con la ley.

Alimentos grasos: captan olores. Por ejemplo alimentos que captan olores son la leche, la mantequilla y otro que no es tan graso: El huevo. La mantequilla y la leche pueden captar aromas a pescado, mientras que los huevos y la leche aromas a cebolla. Como anécdota, hace algún tiempo sucedió un caso de mantequilla con olor a gasolina. Ello fue debido a que el transportista llevaba un bidón de gasolina en el mismo lugar donde transportaba la mantequilla. Este error fue subsanado antes de sacar el alimento a la venta pública y se eliminó.

Los operarios donde se almacenan productos en atmósferas modificadas han de extremar las precauciones dado que estas atmósferas son inhóspitas para la vida humana. Hace un tiempo apareció en televisión la noticia de la muerte de un trabajador por haberse quedado encerrado en un almacén con atmósfera modificada.

El empleo de las atmósferas modificadas o controladas, pueden triplicar o cuadruplicar la vida útil de un alimento refrigerado.

CAMBIOS QUE SE PRODUCEN EN LOS ALIMENTOS REFRIGERADOS

Hortalizas: Pérdida de firmeza. Pan: No es apropiada su refrigeración salvo si está en bolsa de plástico.

Luego se introduce en el horno y recupera su frescura con menos humedad.

Carne: Desecación, pardeamiento. Alimentos pulverulentos: Forman terrones Oxidación de grasas. Reblandecimiento de tejidos. Pérdida de sabor

En definitiva, el frío rebaja la actividad enzimática y microbiana haciendo los alimentos más duraderos. Igualmente, sirve para controlar los microorganismos y reacciones enzimáticas deseables en la maduración de vinos, quesos o carne.

Además, el frío se utiliza para realizar cortes de carne, fruta (Ej.: melocotones), para la criomolienda, para deshuesado, mondeado, separación de ceras en aceites, para bebidas gaseosas (al tener líquido frío el dióxido de carbono es más difundible), y para extracción de zumos.

Incluso en malas condiciones de refrigeración, el alimento presenta mejores condiciones que si estuviera a temperatura ambiente. Se suele optar por utilizar

temperaturas entre 2 y 7ºC dado que el alimento no se altera ni física ni químicamente.

CONGELACIÓN

La congelación es aquella operación mediante la cual se aumenta la vida útil de los alimentos por aplicación de bajas temperaturas del orden de 20-30º C bajo cero. A pesar de que el agua se convierta en hielo a 0º C, no todo el alimento está congelado a estas temperaturas. La conservación por congelación se consigue por un efecto combinado de las bajas temperaturas que inactiva los microorganismos y los enzimas del alimento, y la reducción de la actividad de agua del alimento. Si la congelación, manipulado, almacenamiento y descongelación del alimento se lleva a cabo de forma adecuada, las características organolépticas y nutritivas apenas se ven afectadas.

Para llevar a cabo la congelación, primero se ha de eliminar el calor sensible que tiene un alimento por estar a una temperatura determinada. Igualmente, se debe eliminar en los alimentos frescos el calor generado por la respiración de los mismos. Una vez se ha llegado a la temperatura de inicio de congelación de los alimentos, se debe eliminar el calor latente de congelación. Al ser el calor latente de congelación del agua muy superior al de otros componentes contenidos en el alimento como grasas, proteínas, hidratos de carbono o minerales, y al ser el agua el componente mayoritario de los alimentos en su gran mayoría, la cantidad de calor que se ha de eliminar para llevar a cabo la congelación suele ser bastante grande, por lo que la energía necesaria también es bastante grande. La energía se suministra en forma eléctrica y es consumida en los sistemas de refrigeración mecánica, para comprimir el gas refrigerante y en otros para comprimir y enfriar los compuestos criogénicos.

La temperatura en el centro del alimento suele registrar la siguiente variación:

A-1: El alimento se enfría desde su temperatura inicial hasta por debajo de su punto de inicio de congelación que está por debajo, siempre, de cero grados. En el punto 1 el agua todavía se encuentra en estado líquido. Es el fenómeno de subenfriamiento.

1-2: La temperatura del alimento aumenta ya que comienza a cristalizar el agua y se genera calor del calor latente de congelación a una velocidad superior a la que se elimina del alimento.

2-3: El agua sigue cristalizando y la temperatura del alimento es casi constante pero con un ligero descenso ya que al concentrarse los solutos en el agua que todavía está líquida, el punto de congelación irá disminuyendo.

3-4: Uno de los solutos se sobresatura y cristaliza. Será en este caso el primer soluto que cristalice el que tenga un punto de congelación más alto. A este punto se le denomina eutéctico y como en el caso del agua al cristalizar al hielo, la liberación de calor latente de congelación del soluto provoca un aumento en la temperatura del alimento.

4-5: La cristalización del agua y los solutos continúa.

5-6: La temperatura desciende hasta alcanzar la temperatura del congelador. El grado de congelación alcanzada por el alimento dependerá de la temperatura del congelador (cuánto más baja, más porcentaje de alimento congelado) y de las características del alimento que se está congelando.

En la descongelación ocurrirá lo mismo pero en el sentido contrario de la gráfica. El proceso de descongelación es más lento que el de congelación para diferenciales de temperatura iguales pero invertidos. Esto es debido a que la conductividad calorífica del hielo es cuatro veces mayor que la del agua. Cada cristal de hielo que se forma, favorece la congelación de la gota de agua contigua pero cada gota de agua que se forma funciona como aislante e impide la descongelación de la gota de agua vecina.

El agua es más densa que el hielo por lo que ocupa menos volumen. En algunos alimentos como las frutas y verduras que tienen gran cantidad de células y de agua, la congelación no es conveniente ya que al formarse el hielo y ocupar un 9% aproximadamente más de volumen que el agua original, se destruyen los tejidos del alimento y éste perderá sus características organolépticas al descongelarlo para ser consumido.

En la industria alimentaria existen multitud de sistemas para la congelación de los alimentos que operan mediante dióxido de carbono, nitrógeno líquido y otros líquidos refrigerantes. Algunos tipos de congeladores industriales son:

Congeladores en espiral : El alimento va a través de una espiral por el que se cruza aire a través.

Lecho fluidificado : Con aire que se envía desde abajo deja los alimentos de pequeño tamaño, como por ejemplo guisantes, en suspensión en el aire. Este sistema congela los alimentos de forma rápida.

Congeladores con placas . Dentro de las cuales circula el líquido refrigerante, y entre ellas se coloca el alimento a congelar.

Inmersión en líquido refrigerante : Congelación ultrarrápida si el líquido es nitrógeno.

Duchas

Arcones congeladores

Etc.

En el caso de que la congelación sea lenta, se congela el agua de los espacios intercelulares, los solutos que están en el líquido extracelular se van concentrando y hay emigración de agua intracelular hacia el exterior agrandando el cristal de hielo. Llega un momento que la células se plasmolizan (pierden casi toda su agua para equilibrar la concentración de solutos en el interior y exterior de la células). Este fenómeno no es recuperable en la descongelación, el agua perdida no vuelve a entrar.

En la congelación rápida, el agua se congelará rápidamente esté donde esté y se forman muchos cristales muy pequeños. Cuando se descongela, el alimento recupera toda su agua teóricamente. La formación de cristal siempre rompe alguna estructura.

Si la congelación es correcta, a parte del daño inevitable de los cristales, no hay cambios en pigmentos, sabores y olores del alimento. Los componentes nutritivos también se conservan pero puede haber cambios durante el almacenamiento posterior.

Los tejidos vegetales suelen soportar la congelación peor que los animales.

En general, cuanto más baja la temperatura más se ralentizan los cambios. No obstante, siempre se dan cambios debidos a la acción de microorganismos y enzimas de forma muy lenta. De lo contrario, los alimentos se podrían congelar indefinidamente.

La temperatura del congelador se debe mantener lo más constante posible para no dañar los alimentos. De lo contrario, si hay subidas y bajadas de temperatura, algunos cristales de hielo que funden luego se volverán a congelar y pueden dar cristales diferentes. Existen tres tipos de alteración de los cristales de hielo:

Isomasa: Ocurre cuando un cristal se funde y se recongela con otra forma. Se dan roturas de las células que se encuentran alrededor y aparecen exudados.

Acrecentada: Dos o más cristales de hielo forman gotas de agua, se juntan y se recongelan dando un cristal de mayor tamaño con lo que se pueden dañar los tejido adyacentes.

Migratorio: Se funden los cristales de una zona y hay migración de vapor a otra zona. Cuando se recongelan las gotas que han migrado lo hacen con mayor tamaño. En este caso, se pueden dar quemaduras por el frío debido a las pérdidas de agua en ciertas zonas.

Como consecuencia de las malas condiciones de almacenamiento se pueden dar los siguientes hechos desagradables en los alimentos:

Pérdida de agua y color en el alimento.

Cambios oxidativos en las grasas. Intercambios de olores. Pérdida de compuestos volátiles. Desnaturalización de proteínas.

Se suelen utilizar como indicadores de maltrato de los alimentos en los langostinos congelados, figuras de hielo con formas de cubo o de cruz que nos indicarán según su forma se mantiene o se ha deformado con el paso del tiempo, si el alimento se ha mantenido a temperaturas constantes, o si la temperatura ha fluctuado y como consecuencia de ello la figura se ha descongelado y ha vuelto a congelar.

Otra forma de saber si la temperatura se ha mantenido constante es utilizando ceras con colorante. Si al cabo de un tiempo el colorante se ha separado de la figura es señal que se ha descongelado y se ha vuelto a congelar.

DESCONGELACIÓN

La descongelación ha de ser rápida. Tanto la conductividad térmica como la difusividad térmica del agua y el hielo son diferentes. El hielo tiene una conductividad cuatro veces mayor que el agua y una difusividad ocho veces mayor. Ello es debido a que los puentes de hidrógeno entre las moléculas de agua son inestables y se establecen y rompen con gran facilidad mientras que en el hielo los puentes de hidrógeno son fijos y estables por lo que se puede conducir y difundir el calor con mayor celeridad. Al principio la temperatura aumenta rápidamente pero cuando las capas funden actúan como aislante para el resto de capas por lo que la temperatura no sube mucho, hay que procurar que este proceso se de con rapidez ya que de lo contrario se pueden desarrollar los microorganismos psicrófilos. Para aumentar la rapidez de descongelación se suele aplicar un gradiente de temperatura mayor para descongelar que para congelar. Si el alimento no se descongela rápidamente, se producen cambios estructurales, se forman exudados con el consiguiente aspecto desagradable del alimento y la pérdida de peso y, como acabamos de decir, se desarrollan los psicrófilos. En la industria alimentaria se aplican diferenciales de temperatura de unos 50º C.

Como equipos de descongelación se suelen utilizar:

Hornos de regeneración : Utiliza el vapor para que el alimento no quede seco.

 Microondas intermitente: Hay que tener control severo para que el agua no hierva y evite que el resto del agua se descongele, por lo que se emite de modo intermitente.

Vacío y vapor: Con una cámara en la que se hace el vacío y se inyecta calor (vapor a unos 20º C que debido a la presión reducida, el agua esté en forma gaseosa).

Corriente de aire o de agua

Por lo tanto, en la descongelación se ha de evitar los sobrecalentamientos, procurar evitar la deshidratación, y hay que minimizar los tiempos de descongelación.

Por último, a nivel doméstico, hay que recordar que se debe leer siempre las etiquetas de los alimentos congelados, cumplir a rajatabla los tiempos de congelación recomendados, y no se debe sacar y meter el alimento del congelador si no que hay que mantenerlo en él hasta su consumo. Si es un alimento compuesto de varias unidades y tan solo se desea consumir parte de él, se debe tomar la parte que se va a cocinar y dejar el resto dentro del congelador. La parte del alimento que se va a consumir no se debe dejar a temperatura ambiente durante mucho tiempo para su descongelación, sino que se someterá cuanto antes a la técnica culinaria correspondiente teniendo en cuenta que no se deben aplicar temperaturas extremadamente altas en el cocinado porqué nos podría quedar el exterior del alimento “hecho” y el interior crudo. Es preferible menores temperaturas de cocinado y mayor duración del mismo (por ejemplo, en una fritura). Otro hecho importante es llevar los alimentos al congelador inmediatamente después de haberlos adquiridos en el establecimiento. Al comprar los productos en el supermercado, los congelados deberán ser los últimos que se coloquen en el carro de la compra. Y si encuentra un alimento refrigerado o congelado fuera de su sitio no lo coloque en él, hágaselo saber al encargado del establecimiento.

Aunque no se debe abusar del consumo de alimentación congelada, la industria se ocupa de minimizar las pérdidas de nutrientes en los mismos, y si el consumidor también actúa en el mismo sentido pueden ser alimentos con un buen contenido nutritivo. Además, en la sociedad actual las deficiencias en vitaminas y minerales son muy raras si se lleva a cabo una alimentación con un mínimo de calidad y sensatez.

DISMINUCIÓN DE LA HUMEDAD DE LOS ALIMENTOS

La disminución del contenido de agua en los alimentos aumenta su vida útil por lo que se podrán conservar en perfectas condiciones durantes un mayor periodo de tiempo.

Para ello se emplean diversos métodos como la evaporación, secado, crioconcentración o liofilización que veremos a lo largo de este artículo.

El agua es el principal componente de la mayoría de los alimentos no procesados mientras que en los procesados se reduce para conseguir, como ya hemos dicho, aumentar la conservabilidad de los mismos.

En el medio acuoso se dan la práctica totalidad de las reacciones químicas de deterioro que tienen lugar en los alimentos. El agua, por otra parte, contribuye a la apetencia del alimento por lo que es necesaria su existencia.

ACTIVIDAD DE AGUA DE LOS ALIMENTOS

De forma general se puede afirmar que un alimento cuanto mayor porcentaje de agua tenga en su composición más susceptible es a alterarse.

Sin embargo, alimentos con la misma cantidad de agua pueden presentar diferente susceptibilidad al deterioro por lo que entra en juego otro factor que es la actividad de agua de un alimento que hace referencia a la disponibilidad de ese agua en el alimento.

Actividad de agua = Aw

Aw = Pw / Pwo

Pw = presión de vapor del agua del alimentoPwo = presión de vapor del agua pura

Para establecer la actividad de agua de un alimento se puede encerrar dicho alimento en atmósfera cerrada y esperar a que el aire presente en dicha atmósfera se encuentre en equilibrio con el alimento y a continuación con un higrómetro electrónico se mide la humedad relativa del aire. Entonces tenemos que:

Aw = Humedad relativa (%)  / 100

La actividad de agua tendrá un valor máximo de 1 y mínimo de 0. Cuanto menor es este valor, menor será la susceptibilidad del alimento a deteriorarse.

Si el agua en un alimento interacciona fuertemente con otros compuesto del propio alimento como iones (por ejemplo, la sal), moléculas polares (por ejemplo la glucosa) o apolares (por ejemplo, los ácidos grasos) menor será la actividad de agua y menor por tanto el peligro que presente de deterioro. Si el alimento que hemos citado con anterioridad tiene un agua que interacciona con otros compuestos, saldrá menos agua al aire de la atmósfera y por tanto la humedad relativa del aire sería menor con lo que la actividad de agua que obtendríamos sería menor.

La actividad de agua en un alimento que está por encima de la temperatura de congelación estará en función de:

Contenido de agua del alimento: A mayor contenido, mayor actividad de agua

Temperatura: A mayor temperatura, mayor actividad de agua.

Por el contrario, en los alimentos congelados la actividad de agua tan sólo está en función de la temperatura por lo que no será un valor importante en este caso (por ejemplo, todos los alimentos congelados a -25ºC, Aw=0,79).

Se suelen construir isotermas de sorción de alimentos para conocer la actividad de agua de cada alimento a una determinada temperatura según su contenido en humedad. En dichas isotermas se representa la actividad de agua de un alimento frente a su contenido acuoso. Para ello, o bien se va deshidratando un alimento y se va midiendo su actividad de agua (serían isoterma de desorción), o bien se deshidrata un alimento y luego se va rehidratando y se mide su actividad de agua en los diferentes contenidos de humedad (sería la isoterma de resorción o adsorción). Todo ello a temperaturas de 20ºC aproximadamente.

Al realizarse estas mediciones se debe tener en cuenta el fenómeno denominado histéresis que es la diferencia en el valor de actividad de agua que se obtiene para un mismo alimento según su contenido de humedad en función de si se está rehidratando o deshidratando un alimento. Si el alimento se rehidrata tendrá un valor de actividad de agua mayor para un mismo contenido de humedad que si se está deshidratando. Ello es debido a que los alimentos tienen capilares en su estructura y al extraerse el agua, estos capilares se obturan, se cierran. Al rehidratar el alimento cuesta más que el agua vuelva a entrar en dichos capilares e incluso en muchas ocasiones no podrá entrar por lo

que quedará mayor cantidad de agua disponible y será mayor la actividad de agua.

En las isotermas de sorción se pueden observar tres fases:

1.- Actividad de agua entre 0 y 0,2

Es agua que está fuertemente ligada en el alimento. Esta agua forma una capa monomolecular sobre solutos del alimento por lo que se le suele llamar agua monocapa. Es agua prácticamente imposible de extraer si no se destroza el alimento, no es congelable ni siquiera a temperaturas de -40ºC y no está disponible para las reacciones químicas ni como reactivo, ni como disolvente. Representa en los alimentos en torno al 0,5%. Suele ser, por ejemplo, el agua que forma puentes de hidrógeno con proteínas o con los grupos hidroxilo de los glúcidos.

2.- Actividad de agua entre 0,2 y 0,8

Es agua débilmente ligada. Esta agua está interaccionando con el agua monocapa, en lugar de con los solutos, por puentes de hidrógeno. Igualmente se considera agua débilmente ligada a la que se encuentra condensada en los poros capilares de los alimentos. Esta agua es disponible para reacciones químicas pero no para los microorganismos. Representa al 5% del agua presente en un alimento incluyendo el agua monocapa.

3.- Actividad de agua superior a 0,8

Es agua que no presenta ningún tipo de influencia por parte de los solutos. Es agua disponible y de gran movilidad. Esta agua se puede intercambiar con el agua multicapa. Se denomina también agua de la fase masiva y existen dos tipos:

Agua libre: La que no está atrapada. Está por ejemplo entre las células de una manzana, en el espacio intercelular.

Agua atrapada: Esta atrapada en una estructura como por ejemplo en el flan.

 

En el eje de las X estaría representado el contenido de humedad del alimento.En el eje de las Y estaría representada la actividad de agua del alimento.Desde la primera flecha hacia la izquierda: agua monocapa. Aw = 0-0,2Entre las dos flechas: Agua multicapa. Aw = 0,2-0,8.Desde la segunda flecha hacia la derecha: Agua libre. Aw = 0,8-1.

Las isotermas presentan gran interés ya que a partir de ellas se pueden predecir de forma aproximada las actividades de agua de mezclas de alimentos si conocemos las isotermas individuales de cada componente y la concentración en la que se van a presentar en el alimento mezcla.

El crecimiento microbiano se puede dar en actividades de agua a partir de 0,8 de forma general. En el caso de las bacterias a partir de 0,91. En el caso de levaduras 0,88 y en el de mohos 0,8. Las bacterias halófilas, mohos xerófilos y levaduras osmófilas pueden crecer con actividades de agua inferiores a 0,8 pero nunca inferiores a 0,6. Así pues, si reducimos la actividad de agua de un alimento por debajo de valores de 0,8 será muy seguro microbiologicamente hablando.

La reacción de Maillard se favorece con valores de actividad de agua entre 0,4 y 0,7. Por debajo y por encima de estos valores la reacción se verá inhibida.

La reacción de oxidación de lípidos se ve inhibida con actividades de agua entre 0,2 y 0,4. Con valores por debajo y por encima se ve favorecida siendo la única reacción de deterioro de un alimento que se puede producir con valores de actividad de agua por debajo de 0,2.

Las reacciones enzimáticas se favorecen a partir de actividades de agua de 0,4 y a medida que aumenta esta cifra, se favorecen en mayor medida. Una buena solución, como ya vimos, para no tener problemas con este tipo de reacciones es someter al alimento a un escaldado.

En resumen, actividades de agua por debajo de 0,8 hacen al alimento muy seguro de un posible problema microbiológico pero no se inhiben las reacciones químicas y bioquímicas, en tanto que con actividades de agua por debajo de 0,3 los alimentos serán muy seguros en todos los aspectos, salvo con reacciones de oxidación.

En la congelación se da una disminución de la disponibilidad del agua ya que parte esta se encuentra en forma de hielo pero se da concentración de solutos en el agua que no está congelada y se pueden dar problemas dado que este agua ha modificado su PH, potencial redox, etc. En cualquier caso, las bajas temperaturas reinantes son las que hacen los alimentos bastante seguros dado que no pueden crecer microorganismos y se ven inhibidas las reacciones químicas y bioquímicas para las cuales, por otra parte, se pueden tomar otra serie de medidas para inhibirlas aún más.

Por lo tanto, con todo lo visto hasta ahora sabemos que a medida que se disminuye la cantidad de agua que tiene un alimento, éste es más seguro. A continuación vamos a ver los diferentes métodos existentes para deshidratar los alimentos y las ventajas y desventajas de unos con respecto a otros.

MÉTODOS DE DESHIDRATACIÓN DE ALIMENTOS

Evaporación

La evaporación consiste en la eliminación del agua de un alimento por ebullición. El agua tiene el punto de ebullición en 100ºC a presión atmosférica (101.325 Pa) en tanto que los solutos contenidos en ella tienen un punto de ebullición superior por lo que si se somete al alimento a temperaturas por encima del punto de ebullición del agua y por debajo del punto de ebullición de los solutos, se consigue disminuir en contenido de agua del alimento y concentrarlo.

Con la evaporación se consiguen las siguientes ventajas:

Aumento de la vida útil del alimento por reducción de su actividad de agua.

Cambio del aroma y color del alimento (puede ser deseable pero también en ocasiones indeseable).

Concentración de los alimentos antes de someterlos a congelación, esterilización, etc. reduciendo su forma y peso con lo que las siguientes operaciones serán más baratas. Igualmente el transporte será más barato dado que en un viaje se puede transportar mayor cantidad de alimento, que luego puede ser rehidratado. Esto también es una ventaja para el resto de métodos seguidos par disminuir el contenido de agua de alimentos y que describiremos más tarde.

Como medio de calefacción se utiliza vapor de agua dado que se puede transportar fácilmente de un sitio a otro y porqué al condensar cede su calor latente de vaporización que es alto (unas 540 Kcal / Kg.).

La evaporación se utiliza por ejemplo en los zumos, leche, azúcar, etc. En el caso del azúcar, se extrae líquido de la remolacha mediante agua caliente y seguidamente se concentra el azúcar diluido en el agua mediante evaporación. Finalmente por concentración del soluto, el azúcar cristaliza.

El funcionamiento básico de un evaporador es el siguiente:

La alimentación entra en la cámara de ebullición. Por otro lado existe otra cámara llamada calandria donde entra el vapor de agua o vapor vivo que condensará cediendo el calor latente de vaporización. Al aumentar la temperatura la alimentación, dado que recoge el calor latente de condensación del vapor vivo, parte se mantiene líquido y parte se transforma en vapor con lo que habrá tres salidas en el condensador: una del vapor condensado a partir del calor vivo que tendrá una masa igual a la del vapor vivo que ha entrado, otra que es el vapor producido por la evaporación de parte de la alimentación introducida, y finalmente la alimentación líquida concentrada ya que en parte se ha evaporado.

 Los evaporadores suelen operar a presiones por debajo de la atmosférica para que no sea necesario elevar la temperatura de la alimentación hasta 100ºC para que evapore el agua y de esta forma se ahorre energía calorífica, aumentando así el rendimiento de la operación, y de esta forma también se conservarán en mayor medida las propiedades organolépticas y nutritivas de la alimentación.

El vapor producido a partir de la alimentación se introduce en un condensador donde contactará con tubos que contienen líquido de enfriamiento y condensará.

Existen muchos tipos de evaporadores: evaporadores de simple efecto o de múltiple efecto (doble, triple, cuádruple,…etc.) y evaporadores de circulación forzada, de calandria externa, de tubos largos, de placas, de flujo expandido, etc.

La concentración de los alimentos por evaporación suele ser más barata que por otros métodos pero tiene el inconveniente de que al aplicarse alta temperatura, se pierden propiedades nutritivas, y organolépticas (sabores, aromas, colores diferentes al original, etc.).

Crioconcentración

Es la concentración del alimento por congelación. Consiste en la cristalización fraccionada del agua en hielo y eliminación posterior por separación mecánica o lavado en columna.

Por este método se consigue eliminar agua del alimento sin dañar las propiedades nutritivas y organolépticas del alimento pero como contrapartida el coste de la operación es superior a otros métodos y la capacidad de producción es inferior.

El coste elevado se debe a los costes de refrigeración y los costes de instalaciones y funcionamiento. Por ello este método es de uso limitado y tan solo se emplea para productos de alto valor añadido como zumos, café aceite, vinagres de sidra o vino y en tratamientos previos a la liofilización.

El funcionamiento del sistema es el siguiente:

La alimentación entra al tanque de almacenamiento, a partir del cuál se transporta por tubería y gracias a las bombas hasta el intercambiador de calor donde se congela parte de la alimentación gracias al líquido refrigerante que hay en el intercambiador de calor que puede ser directo o indirecto de superficie rascada. Una vez la alimentación ha salido del intercambiador de calor, es conducida a un recipiente de mezclado donde unas paletas giran a velocidad lenta y provocan el crecimiento de los cristales de hielo de la

alimentación. Por último la alimentación es conducida a un separador donde se separa la masa pastosa de hielo y el líquido concentrado. La separación puede llevarse a cabo por varios métodos como centrifugación, filtración,  columna de lavado, etc. siendo este último el más eficaz.

La columna de lavado es un cilindro vertical que recibe la alimentación por su parte inferior y que en su estructura posee un fundidor que funde los cristales de hielo y el concentrado que se encuentra entre dichos cristales escurre hacia abajo con lo que el agua que estaba en forma de hielo saldrá por la parte superior del cilindro y el concentrado por la parte inferior.

Este sistema puede llevarse a cabo en una etapa o múltiples etapas. Los concentradores de múltiples etapas consumen menos energía y su capacidad de concentración es mayor.

Liofilización

Al igual que en el caso de la crioconcentración, este sistema  para disminuir la actividad de agua de los alimentos presenta la ventaja de no alterar las propiedades nutritivas y organolépticas del alimento tratado pero como contrapartida los gastos del proceso son mayores dado que para llevarlo a cabo se ha de aplicar congelación, vacío y los gastos de instalaciones son mayores.

Por lo tanto este proceso también se empleará en alimentos con alto valor añadido como café, champiñones, hierbas aromáticas, zumos de fruta, carnes, mariscos, especias, etc.

Los gastos de la liofilización suelen ser unas cuatro veces mayores que en el caso de la deshidratación convencional pero a cambio se producen cambios mínimos en el alimento tanto a nivel de olores y aromas, de color, de pérdida de nutrientes, cambios estructurales de textura y se puede aplicar en prácticamente todos los alimento aunque por su coste se aplica sólo sobre unos pocos.

Al rehidratar el alimento, se devuelven prácticamente en su totalidad las propiedades primitivas y únicamente hay que tener especial cuidado en el alimento liofilizado frente a la oxidación ya que son susceptibles de oxidarse lo cuál se puede evitar envasando los alimentos en atmósferas de gases inertes.

La liofilización se lleva a cabo de la siguiente forma:

1.- Congelación del alimento: El método a seguir dependerá de si el alimento es sólido o líquido. En el caso de sólidos se utiliza una congelación rápida dando lugar a cristales pequeños que dañan menos la estructura. Por el contrario, en los alimentos líquidos conviene que la congelación sea lenta para que se forme una red cristalina con sus canales que posibilitará la salida del vapor de agua

2.- Vacío: El vacío consiste en la disminución del la presión por debajo de la atmosférica. El punto triple de un elemento es a la temperatura correspondiente, la presión que por encima de la cuál se puede encontrar ese elemento en los tres estados físicos posibles (sólido, gaseoso y líquido) y por debajo de la cual tan solo se da el estado sólido y vapor. En el caso del agua el punto triple está situado a 0ºC y 4,58 torr (610 Pa). Si el alimento se mantiene por debajo de esa presión y se calienta el alimento, el hielo sublimará, es decir se convertirá en vapor sin pasar por el estado líquido.

La liofilización se lleva a cabo en dos pasos: En primer lugar se disminuye el contenido de agua hasta un 15%, y a continuación el contenido de agua se

reduce hasta un 2% aproximadamente por deshidratación evaporativa manteniendo el alimento a presión reducida y aumentando más la temperatura. Finalmente, el vapor se condensa en forma de hielo en otro recinto.

Existen varios liofilizadores: por contacto, acelerados, por radiación y de calentamiento dieléctrico y por microondas.

Una vez el alimento se ha liofilizado hay que preservarlo del oxígeno, como ya hemos dicho antes, y de golpes ya que es muy frágil.

Deshidratación

La deshidratación es la operación mediante la cual se pierde la gran mayoría del agua presente en el alimento.

Por este mecanismo se inhiben, por disminución de la actividad de agua y no por la temperatura que se alcanza el alimento, enzimas y microorganismos. Es un proceso más barato que la liofilización y crioconcentración y se consiguen mayores rendimientos pero a cambio se disminuye las propiedades nutritivas del alimento y sus características organolépticas, especialmente la textura.

Algunos alimentos que se someten a este tratamiento son el azúcar, café, la leche, las legumbres, nueces, etc.

Se puede llevar a cabo por ejemplo sometiendo el alimento a corriente de aire caliente o por contacto con superficies calientes. Para determinar los resultados finales que se van a obtener según las propiedades del aire que va a recorrer el alimento, se emplean los diagramas psicométricos.

Existen multitud de sistemas de deshidratación como deshidratadores de aire caliente (de tolva, de bandejas, de lecho fluidificado, etc.), intercambiadores de calor, o deshidratadores de superficie caliente (de rodillos, o banda sin fin).

Se puede eliminar el agua de los alimentos por otros mecanismos como horneo, membranas o separación mecánica pero hemos expuesto las más utilizadas para disminuir la actividad de agua de un alimento en gran medida con el fin de aumentar la conservabilidad del mismo.