PRESERVACION DE ALIMENTOS POR REDUCCION DE TEMPERATURA.

El uso del frío es un hábito en la vida moderna. En el caso de los alimentos su uso es generalizado a nivel industrial, comercial y doméstico.

El frío permite disponer por mayor tiempo de productos frescos, y además, es útil para mejorar algunos tales como quesos, confites, aperitivos, etc.

EFECTOS DEL FRIO:

El frío tiene como efecto principal el disminuir la velocidad de las reacciones químicas y/o bioquímicas. Este efecto se denomina efecto Van't Hoff y dice que una reacción química definida, frente a aumentos de temperatura aumenta proporcionalmente su velocidad según un factor constante. V = K * f (Tº)

El factor K sería específico para cada reacción. En este caso al bajar la temperatura disminuye la velocidad de las reacciones fisiológicas, biológicas, etc. las que están representadas por esta regla dentro de un amplio rango de temperaturas.

Por ej. un producto refrigerado que tenga un valor K = 2,5 y que dure X días a 20ºC., a 10ºC. durará 2,5 X y a 0ºC. durará 5 X.

Esto, sin embargo, no es tan sencillo ya que en un producto se dan simultaneamente un gran número de reacciones cada una con su K específico por lo que observamos es un efecto en conjunto. Debe considerarse, por tanto, en el caso de los alimentos la heterogeneidad del comportamiento químico de sus diversos componentes.

Las reacciones químicas en los tejidos vivientes se desarrollan en forma armónica y coordinada traduciéndose en un comportamiento fisiológico característico. En la mayoría de estos casos hay liberación simultánea de energía como en el caso de vegetales, ya que estos respiran consumiendo O2 y liberando CO2 y calor.

En general la duración de los tejidos vivientes crece a medida que se acercan a 0ºC. Sin embargo, hay productos que no deben llegar a esta temperatura por presentar problemas fisiológicos como plátanos y limones.

En el caso de tejidos muertos como las carnes y pescados sus reacciones bioquímicas resultan anárquicas ya que tienden a degradar el medio, resultando pérdidas de calidad.

Estos fenómenos se llaman comunmente de deterioro o autólisis y son, por lo general, bastante rápidos evidenciando sus efectos en el sabor, color, textura y especialmente en el olor alterado y/o extraño.

Si recordamos la fórmula de Van't Hoff y pensamos en el deterioro que a cada hora va afectando el pescado desde su captura hasta el plato, veremos que el pescado fresco no es fresco, ya que este es extraído algunos días antes de su venta al detalle presentando, en ese momento, alteraciones mucho mayores que las que presentaría un pescado congelado, en fábrica o en el barco, con 6 meses de almacenaje a -25ºC.

Paralelamente a las reacciones químicas propias del sustrato actúan otras de orden microbiano, ocasionadas por elementos que se comportan frente al frío de manera análoga a los tejidos vivientes. Las bacterias y hongos son los principales responsables de las alteraciones por contaminación y pérdida final de calidad.

Esta contaminación se presenta inicialmente a nivel de superficie y, según su intensidad y temperatura posterior, puede alcanzar niveles que impiden el consumo posterior del alimento. Hay casos en que además, esta contaminación no solo es superficial por lo que afecta toda la masa del producto como leche, carne molida, etc.

Debido a que el frío solo produce una desaceleración de la multiplicación de los microorganismos, es importantísimo que la contaminación inicial sea mínima.

AGUA: Es el principal componente de los alimentos, su proporción varía de un 50 a un 96% . Salvo en productos secos, como los granos y materias grasas comestibles, la cantidad media de agua es del 75 a 80% en casi todos los productos. Esta elevada cantidad de agua es la responsable principal de las posteriores alteraciones de los productos; de hecho un producto seco es mas estable que uno fresco.

El comportamiento final de un producto frío dependerá del estado en que se encuentre el el agua en sus tejidos. El estado de esta es múltiple y complejo. Es así como se la encuentra en las células al estado de coloides, pseudosoluciones, soluciones, suspensiones, etc., manteniéndo el equilibrio conjunto y siendo el medio en el cual ocurre todo tipo de reacciones químicas.

RANGO DE TEMPERATURAS:

En general, se habla de REFRIGERACION cuando los productos son sometidos a temperaturas de hasta 0ºC.

Si el producto es enfriado a menos de 0ºC y gran parte de su agua es transformada de líquida a sólida, se habla de CONGELACION.

La congelación de tejidos biológicos es compleja y no puede asimilarse solamente al fenómeno de congelar agua. El agua pura solidifica a 0ºC y este cambio de fase se produce a temperatura constante cualquiera sea la proporción de agua o hielo que haya. En los tejidos biológicos comienza acongelarse el agua a la forma de cristales de hielo puros, llegándose a valores de un 50 a 80 % del agua congelada alrededor de los -5 a -8ºC. Al producirse este cambio de fase se requiere extraer grandes cantidades de calor que a este nivel son del orden de 80 Kcal/kg.

Un producto congelado continúa evolucionando, ya que aún a bajísimas temperaturas hay reacciones que continúan operando a velocidades bajas y hay además, microorganismos que pueden desarrollarse a estos rangos.

Existen algunas enzimas que deben ser inactivadas antes del proceso mediante tratamientos como el blanqueo o escaldado, para que no afecten al producto congelado durante su almacenaje. Hay también reacciones oxidativas que deben evitarse mediante embalajes especiales o el uso de aditivos.

Los hongos y bacterias no son destruídos por el frío como sucede con el calor, ya que el frío no esteriliza. Su acción corresponde a la de un método indirecto de conservación de alimentos ya que se basa en la creación de condiciones adversas para la actividad microbiana. Esta actividad de los microorganismos solo es detenida por el frío bajo los -12 a -15ºC.

Se debe considerar que los microorganismos permanecerán presentes hasta el momento de la descongelación y que en un medio líquido o, a más alta temperatura, reiniciarán su actividad vital. En este punto radica la enorme importancia de la higiene en los procesos de refrigeración y congelación.

En cuanto a los parásitos, en general, son destruídos por la congelación. Así, las larvas de Taenia y Trichinella spiralis son destruídos casi en un 100% si el producto se somete a congelación y se mantiene a unos -30ºC por 15 días, o bien a -15ºC por 30 días. Las larvas de moscas mueren a -18ºC en 8 días.

La duración de los productos conservados por reducción de temperatura dependerá del grado de alteración química y organoléptica de sus constituyentes.

En general, un producto congelado rapidamente y almacenado a -25ºC puede durar 6 - 9 o más meses. La limitación práctica de este sistema es mas bien un problema de costo.

GENERACION DE FRIO:

El frío no es otra cosa que la ausencia de calor, por lo que para producir frío se requiere un agente refrigerante o un medio frío que permita retirar el calor que contienen los productos, permitiendo así el descenso de la temperatura.

Hay agentes frigoríficos desechables tales como el CO2 líquido y sólido y el N2 líquido, que son producidos en una industria para ser transportados a la planta enfriadora o congeladora donde son aplicados al producto disipándose luego en el medio ambiente.

CIRCUITO FRIGORIFICO:

Es la forma más empleada para producir frío. Estos circuítos, por lo general, son automáticos y su consumo de energía dependerá de los requerimientos de frío de las cámaras.

En la cámara se ubica el evaporador que recibe, generalmente por la circulación del aire, el calor de los productos a enfriar.

Al exterior se ubica el condensador o elemento disiparor de calor que entrega este al aire o al agua mediante efecto evaporativo.

El circuíto frigorífico se basa en el fenómeno por el cual la expansión y compresión brusca de algunos gases y líquidos produce fuertes cambios de temperatura.

La temperatura lograda en el producto dependerá de la cantidad de calor que se le extraiga para ser entregada al ambiente, aquí influye la potencia del circuíto y del tiempo que éste funcione repitiendo el proceso una y otra vez.

P VALVULA DE EXPANSION AR MO BD IU EVAPORADOR CONDENSADOR EC NT (Baja T°) (Alta T°) TO (Baja Presión) (Alta Presión) E COMPRESOR

El COMPRESOR hace circular el fluído refrigerante, que es el medio de transporte de calor.

El gas es comprimido a aproximadamente 200 lb/pulg.2. (10-12 kg/cm2), alcanzando temperaturas de 80 a 100ºC siendo enfriado a su paso por el CONDENSADOR donde transfiere su calor al aire o al agua mediante efecto evaporativo. Este gas se enfría a -35 ó -45ºC pasando así al estado líquido.

Al atravesar la VALVULA DE EXPANSION el líquido pasa de una presión de 10 kg/cm2 a una de 0 a 2 kg/cm2 expandiéndose bruscamente pasando al estado gaseoso.

El efecto frigorífico se manifiesta al intercambiarse el calor en el EVAPORADOR lográndose temperaturas de +10 a -45ºC. Así, mediante la circulación de aire entre el producto y el evaporador se logra transferir el calor desde el producto al refrigerante que circula por el evaporador para ser posteriormente eliminado del sistema en el condensador ubicado en la parte exterior. La diversidad de circuítos frigoríficos es muy amplia.

APLICACION DEL FRIO A LOS ALIMENTOS:

Hay tres aspectos fundamentales en su aplicación, representados en la pirámide del frío:

CALIDAD

PRODUCTO . . FRIO SANO PERMANENTE FRIO INMEDIATO El frío se considera un método indirecto de conservación de alimentos ya que se basa en la creación de condiciones adversas para la actividad y proliferación de microorganismos, tanto patógenos como saprófitos, pero no llega nunca a eliminarlos completamente, exige por lo tanto la mantención de la temperatura durante todo el tiempo que se requiera conservar el alimento. A mayor contaminación o menor calidad inicial, peores serán las condiciones del producto al término del proceso, el frío no mejora las condiciones iniciales del producto, como máximo se puede aspirar a mantenerlas.

La importancia de la aplicación de frío inmediato deriva de las conclusiones de Vant' Hoff que indican que, en general, por cada día que pase un producto a temperatura ambiente son 10 a 15 días de menor duración de éste al ser conservado en frío.

En la mayoría de los casos se recomienda efectuar un enfriamiento rápido o prefrío, esta operación puede llevarse a cabo en túneles de prefrío con circulación de aire frío y de alta potencia frigorífica.

CONSERVACION DE CARNES POR FRIO:

LA REFRIGERACION COMO METODO DE CONSERVACION DE CARNES:

En la carne, se deben considerar, muy especialmente, los principios de la pirámide del frío:

Producto sano - Frío inmediato - Frío permanente

En cuanto a la obtención de un producto sano, en este caso, debe considerarse desde la crianza de los animales hasta el proceso de faenamiento en matadero.

Aún existe cierta tendencia al "oreo" que consiste en exponer la canal del animal recién faenado a temperatura ambiente fresca durante algunas horas. Con esto se pretende "madurar" la carne para mejorar su sabor. Internacionalmente hoy se recomienda frío inmediato, y esta es una regla que debe cumplirse desde el matadero hasta el consumidor. Este frío inmediato debe aplicarse en forma controlada para evitar el "Cold Shortening".

Las carnes sometidas al frío presentan una serie de modificaciones a lo largo del tiempo, ellas son:

Modificaciones físicas:

Generalmente afectan la consistencia y peso de las canales. Las modificaciones de consistencia se presentan por causa de la rigidez cadavérica en que el músculo, blando al momento de la matanza, se rigidiza por 10 a 12 horas para después soltarse luego de 24 a 48 horas.

La mejor textura y sabor de la carne se obtiene luego de 15 a 20 días en cámara frigorífica.

Las modificaciones del peso son muy importantes por su repercusión económica. Durante las primeras horas las pérdidas de agua, por evaporación y goteo, son del orden del 1 % respecto de la canal caliente. Después del oreo éstas dependerán de las

condiciones en que opere la cámara de frío. Las pérdidas se pueden minimizar mediante frío inmediato.

Las pérdidas de agua en carnes dependen de :

- superficie expuesta.- velocidad del aire.- humedad relativa del aire.- temperatura del aire.- tiempo de conservación.- cobertura grasa de la canal.

Se debe tratar de mantener la máxima humedad relativa en las cámaras, sin que se favorezca el desarrollo de hongos cuyo efecto es más nocivo que la pérdida de peso que se desea evitar. Se debe tender al logro de cierto rango de temperatura y humedad relativa adecuado al tipo de carne y a la duración del almacenaje previsto.

Las medias canales se pueden mantener entre 0 a 20°C con una humedad relativa del orden de 75 a 80 % por un período de 15 a 20 días. Las pérdidas de peso serán del orden del 3 % para bovinos, del 6 al 8 % en ovinos, y del 3 a 5 % en cerdos.

Modificación del color:

ocurre un leve fenómeno de pardeamiento que se debe a la deshidratación superficial y a una ligera transformación de la hemoglobina.

Modificaciones del olor:

Se producen por efecto de la maduración de la carne. Se debe tener especial cuidado con la presencia de olores extraños en la cámara provenientes de otros productos almacenados anteriormente tales como limones, pescados, quesos y otros, dado que las grasas absorven con facilidad dichos olores; de ahí la importancia de contar con una adecuada ventilación y un buen aseo de las cámaras.

Contaminación bacteriana:

La contaminación de las carnes se presenta incialmente a nivel superficial. El tejido muscular de los animales sanos se puede considerar practicamente estéril, por lo tanto, los microorganismos presentes en la carne provienen de contactos con la piel del animal, de contenidos intestinales, de zapatos, manos e implementos del personal. Según sea el grado de contaminación inicial, su multiplicación se verá afectada exponencialmente en el tiempo.

Aplicación del frío a las carnes.

También en carnes se habla de prefrío o golpe de frío o enfriamiento rápido. Se pretende aquí alcanzar lo más rápidamente posible una temperatura suficientemente baja en la superficie de las canales con el fin de inhibir el desarrollo de los microorganismos contaminantes superficiales derivados de la manipulación. A las 3 ó 4 horas la temperatura superficial debe ser del orden de 2 a 3°C, resultado que debe mantenerse algunas horas. Luego se baja la velocidad del aire y se deja que el enfriamiento continúe más levemente.

El otro motivo de este enfriamiento superficial es disminuir las pérdidas de peso ya que si la temperatura superficial de la carcasa es casi igual a la del aire la pérdida será menor. Además, debe considerarse que al secarse la capa superficial de la carne produce una especie de sellado y además al estar seca inhibe el desarrollo de los microorganismos, especialmente hongos ya que baja la permeabilidad del agua hacia el exterior. Para lograr un enfriamiento rápido se debe emplear una mayor velocidad del aire y una temperatura lo suficientemente baja.

La velocidad del aire tiene limitaciones prácticas y económicas, su temperatura no debe bajar más allá de -1 a -2°C ya que se puede congelar la superficie, sin embargo, para ayudar al inicio del prefrío la cámara puede tener -5 a 6°C, la duración del prefrío es variable en la práctica.

LA CONGELACION COMO METODO DE CONSERVACION DE CARNES.

La congelación en casi todos los tejidos orgánicos es similar no existiendo mayores diferencias con la carne.

La congelación se aplica cuando se desea una conservación por un período más largo, generalmente superior a 30 días. Visto que la refrigeración no detiene por completo la evolución de las alteraciones propias de cada tejido ni tampoco la actividad microbiana se recurre a la congelación en que se produce una modificación fisiológica a nivel de tejidos ya que el agua pasa del estado líquido al estado sólido.

En la congelación se observa una formación de cristales de hielo los que pueden destruir estructuras y membranas celulares lo que daña la estructura del tejido haciendo que este pierda agua al descongelarse. Ni aún el agua congelada en cristales es reabsorbida completamente por el tejido y es así como aparece el típico goteo de este al descongelar.

A medida que la temperatura desciende a partir del punto de congelación se inicia la formación de cristales de hielo observándose un aumento de la presión osmótica por el aumento de la concentración de solutos en la porción líquida restante. Aún cuando se alcancen temperaturas de -25 ó -35°C no toda el agua solidifica y siempre queda una porción líquida asociada a otros elementos o en forma de soluciones concentradas.

En cuanto a la formación de los cristales de hielo se dice que una congelación rápida da origen a la formación de microcristales de hielo de contorno esférico que no dañaría mayormente las de hielo de contorno esférico que no dañaría mayormente las células y que se formarían principalmente en los espacios intercelulares.

No está del todo claro que estos cristales rompan al interior de la célula y su efecto en cuanto al deterioro de éstas parece ser menor que aquellos formados en el exterior. Sí está claro que, cuando la congelación es muy lenta hay mayor formación de cristales extracelulares, de tamaño más grande y de bordes más filosos por lo que el daño a la estructura celular sería mayor.

La eficiencia de la congelación de un producto, depende de la velocidad con que ésta se haya efectuado y, se puede determinar durante la descongelación observándose si el producto gotea o no.

Efectos de la deshidratación.

Todo producto al congelarse pierde parte de su peso durante el proceso si este se hace con el aire circulando.

Al igual que en el caso de la refrigeración, la pérdida de peso va a depender de la superficie expuesta, del embalaje, del tenor graso, de la velocidad y temperatura del aire frío en contacto con el producto. Sin embargo, en este caso, la pérdida de peso se debe a la sublimación del agua del producto hacia el evaporador del túnel a más baja temperatura.

Las pérdidas de peso durante la congelación misma en carnes no es tan relevante, es comparable a la que se produce durante un mes de almacenaje congelada, menor al 1 % mensual.Cambios de color:

La deshidratación superficial provoca mayor oxidación de pigmentos y de constituyentes celulares por lo que las superficie de las carnes congeladas adquieren un color más oscuro.Un problema que se produce en estos casos es el de las "quemaduras" por frío, que son de color más grisáceo y que presentan deshidratación excesiva en algunos puntos debido a desnaturalización proteíca por pérdida de agua combinada. Para evitar estos efectos se debe congelar adecuadamente recomendándose además el uso de embalajes.

Calidad bacteriológica.

Durante la congelación los microorganismos son inhibidos casi totalmente, pero no son destruidos por lo que al producirse la descongelación del producto la actividad microbiana recomienza.

Es importante la estiba de las cámaras ya que no se deben apilar los productos produciendo bolsones de aire, o quedando en contacto entre sí, ya que dichos puntos pueden alcanzar más altas temperaturas.

Cambios organolépticos.

La congelación de los alimentos y su almacenaje efectuado correctamente no afectan mayormente las características organolépticas.

Sólo en algunos casos como vegetales y mariscos de constitución pueden presentarse cambios significativos en su textura.

Respecto del sabor en carnes especialmente de alto tenor graso debe evitarse el problema de oxidación de grasas que produce su enranciamiento. Asimismo, debe cuidarse la contaminación de olores ajenos del local o de otros productos. Al respecto, se estima que bajo -30°C. no existe interferencia de olores y sabores entre productos almacenados.

Tecnología de Aplicación:

Al igual que en la refrigeración, en la congelación la correcta aplicación de los conceptos representados por la pirámide del frío tiene especial aplicación, sobre todo en lo referiente a frío rápido y frío permanente ya que son 2 operaciones muy dependientes entre sí. Esto significa que todos los esfuerzos que se hagan pra una rápida congelación se pierden por un almacenaje a temperatura irregular, ya que se puede producir una recristalización lenta del agua que daña los tejidos del productos.

Como congelar rápido:

La fórmula de Plank para determinar el período de congelación se representa en forma simplificada: Tiempo (espesor)² congelac. = ƒ --------------------- (a) x T° refrigerante. El tiempo de congelación resulta así proporcional al cuadrado del espesor e inversamente proporcional a la temperatura del refrigerante y (a) coeficiente de intercambio superficial de calor.

Por lo tanto, para congelar más rápido debe aplicarse el frío sobre proporciones más pequeñas, con refrigerantes a bajas temperaturas y con alta velocidad para transferir rápido el calor del producto.

La forma más fácil de disminuir el tiempo de congelación es disminuyendo el espesor del producto a congelar si este baja a la mitad el tiempo baja a la cuarta parte, si el espesor baja a la cuarta parte el tiempo se reduce 16 veces.

La temperatura y coeficiente de transferencia dependen del costo de la instalación y de su consumo de energía.

Influencia de la temperatura.

Las primeras instalaciones de congelación en túnel pretendían llegar a -18_C llegándose en las actuales hasta -40°C.

La obtención de estas temperaturas tan bajas es costoso en energía.

Influencia del coeficiente superficial.

Las piezas mayores en general son congeladas en aire frío, y la única manera de transferir mayor calor es aumentando la velocidad del aire.

En un túnel el flujo de aire lo determina el calor a transferir y ya que el aire tiene un bajo calor específico su flujo debe ser enorme, especialmente si la gradiente térmica es inferior a 3°C. Los túneles cargados se logran velocidades de 3 a 6 m/seg. Esta velocidad es una sección pequeña tiene un alto costo energético. Los motores de los ventiladores entregan energía calórica por la electricidad consumida. Por esta razón su potencia debe ser adecuada ya que en caso contrario se requiere aumentar aún más la potencia frigorífica para retirar el calor generado por los motores que puede llegar a ser superior al que se debe retirar del producto.

Congelación de productos pequeños.

Para aumentar la velocidad de congelación, se debe disminuir el espesor del producto a congelar; por esta razón, se congelan en pequeños trozos o en paquetes de bajo espesor.

También se puede disminuir el tiempo de congelación utilizando fluídos mejores que el aire tales como salmueras, glicol, almíbares, etc.Los equipos de congelación, se pueden agrupar en 4 clases:

1.Congelación por inmersión:

Corresponden a aparatos que usan líquido en el que se sumerge el producto a congelar, envasado o no, en un film impermeable.

se ha empleado mucho en pescados empleando agua de mar desde -12 a -15°C, una vez sumergido el pescado es retirado del agua de mar, esta se hace escurrir y luego se glasea sumergiéndolo en agua dulce para evitar su deshidratación.

Existen salmueras mejoradas con cloruro de calcio y glicol que obligan a proteger el producto con un film adecuado previo al proceso.

La gran ventaja de este método es la gran transferencia de calor en poco tiempo debida al íntimo contacto del producto con el refrigerante. También se emplea en aves envasadas al vacío.

2. Congeladores por contacto ó de placas:

Aparatos que emplean el contacto directo con 1 ó 2 caras del producto. El refrigerante circula por el interior de las placas que prensan el producto lográndose una excelente transferencia de calor. El producto debe ser preparado para el proceso debiendo presentar caras planas, paralelas y de espesor uniforme. Ya que en este sistema no hay circulación de aire se evitan los problemas de oxidación y de pérdidas de peso del producto.

3. Aparatos que usan aire frío en movimiento.

Este sistema es muy utilizado, existen diversos diseños de equipos que emplean aire frío con movimiento forzado, generalmente a la forma de túneles en los que el producto es depositado o donde puede ir siendo alimentado en forma contínua.De acuerdo a la forma en que circulan el aire y el producto se describen diversos túneles de congelación.

En Paralelo: cuando el producto y el aire frío circulan en el mismo sentido

En Contracorriente: cuando el aire y el producto circulan en sentido contrario.

Mixtos: corresponden a una combinación de los anteriores.

4. Aparatos que emplean el calor de vaporización de un refrigerante desechable, como CO2 ó N2 líquidos, a presión atmosférica. En este sistema se emplea el calor de vaporización del refrigerante, el N2 líquido tiene 75 kcal/kg. a una temperatura de -193°C. El CO2 sólido tiene 140 kcal/kg. a una temperatura de -80°C. En estos casos el refrigerante desechable es adquirido a terceros, aún cuando la instalación es relativamente económica, es un sistema caro debido al costo del refrigerante consumido, por lo que sólo se usa en productos finos y de alto valor.