APLICACIÓN DEL FRIO A LA CONSERVACIÓN DE ALIMENTOS REFRIGERACIÓN CONGELACIÓN Operaciones y procesos de la Tecnología de Alimentos Curso 2005-2006
Aplicación del frío en la conservación de alimentos
Microorganismos (bacterias, levaduras y mohos)
Económicas
Sistemas enzimáticos
Alimentos perecederos Implicaciones
- fabric fabricantes antes - distribuido distribuidore ress - consumidores umidores
Perjudiciales para la salud - toxin toxinas as - susta ustancias ncias cancerí cancerígenas genas
CONSERVACIÓN DE ALIMENTOS Cualidades higiénico-sanitarias Cualidades Cualidadesnutritivas nutritivas Cualidades organolépticas
Aplicación del frío en la conservación de alimentos
Secado Primeros intentos Salado Tr Transformación ión (le (leche-que -queso) Té Técnicas icasde conservac ació ión n ac actu tua ales les • Desecaci Desecación ón • Deshidrata hidrataci ción ón • Tratamientos Tratamientos térmicos térmicos • Liofilizaci Liofi lización ón • Irradiación ón • Adici dición ón de agentes externos externos ( antimicrobianos antimicrobianos)) • Apli Aplicac caciión ón de bajas baja stemperat temperaturas uras refrigeraci refri geración ón y congelación
Aplicación del frío en la conservación de alimentos
Actividad conservadora del frío Inhibición total o parcial crecimiento o actividad de microorganismos microorganismosaltera alterantes ntes Aplicac Aplicación ión del del frío
actividades metabólicas de tejidos, enzimas y reacciones químicas
condic ondicion ione es des desfavorable favorabless para la actividad actividad vital vital
Apl Aplicac icaciión de del frío frío
Operac ació ión n unitar itaria ia
Tr Transmisión ión de calor Foco caliente : alimento
Q
Foco frío: exterior
Aplicación del frío en la conservación de alimentos
Secado Primeros intentos Salado Tr Transformación ión (le (leche-que -queso) Té Técnicas icasde conservac ació ión n ac actu tua ales les • Desecaci Desecación ón • Deshidrata hidrataci ción ón • Tratamientos Tratamientos térmicos térmicos • Liofilizaci Liofi lización ón • Irradiación ón • Adici dición ón de agentes externos externos ( antimicrobianos antimicrobianos)) • Apli Aplicac caciión ón de bajas baja stemperat temperaturas uras refrigeraci refri geración ón y congelación
Aplicación del frío en la conservación de alimentos
Actividad conservadora del frío Inhibición total o parcial crecimiento o actividad de microorganismos microorganismosaltera alterantes ntes Aplicac Aplicación ión del del frío
actividades metabólicas de tejidos, enzimas y reacciones químicas
condic ondicion ione es des desfavorable favorabless para la actividad actividad vital vital
Apl Aplicac icaciión de del frío frío
Operac ació ión n unitar itaria ia
Tr Transmisión ión de calor Foco caliente : alimento
Q
Foco frío: exterior
Aplicación del frío en la conservación de alimentos
Aplicación del frío en la conservación de alimentos REFRIGERACIÓN
CONGELACIÓN
Aplicación del frío en la conservación de alimentos
CALOR CALO R SENSIBLE SENSIBLE
Si variación (↑↓) de Tª
REFRIGERACIÓN
No cambio de estado CONGELACIÓN CALOR LATENTE
Si cambio de estado No variación de Tª
Aplicación del frío en la conservación de alimentos
REFRIGERACIÓN • temperatura del producto se mantiene baja (>0°C) • desarrollo de microorganismosdisminuye o no se produce gérmenes vivos y se multiplicaran cuando ↑ Tª • aumento de la vida útil de losalimentos frescoso elaborados • conserva el alimento sólo a corto plazo humedad →hongos y bacterias • mínima repercusión en las características nutritivas y organolépticas del alimento Alimentos refrigerados
frescos y saludables
Refrigeración
1. Efecto de la refrigeración sobre los microorganismos TEMPERATURA factor limitante del crecimiento microbiano MICROORGANISMO Tª óptima crecimiento rápido Tª óptima de crecimiento Termófilos (35-50ºC) Mesófilos (10-40ºC) Psicrófilos (-5-15ºC)
Intervalo de Tª de crecimiento
Tª mínima no crecimiento
Refrigeración
Conservación en refrigeración
descenso de Tª
aumento del tiempo de duplicación
retraso de la proliferación
Refrigeración
Termófilos (todos)
evita el crecimiento
Mesófilos (mayoría)
FRIO NO evita el crecimiento
Psicrófilos
no patógenos Problema mo patógenos List eria Monocyt ogenes Clost ridium b otulinum
capacesde multiplicarse (tiempo ⇑)
alteran los alimentos (proteasas, lipasas)
Pseudomonas Mohos Levaduras
Desdeel punto de vista microbiológicola temperatura óptima de refrigeraciónesla máscercana a 0°C.
Refrigeración
2. Efecto sobre las reacciones químicas y enzimáticas degradación de alimentos
REACCIÓN QUÍMICA
actividad microbiana actividad enzimática
degradación de la materia orgánica LÍPIDOS
PROTEÍNAS
AZÚCARES
COMPUESTOS Modificación de las característicasorganolépticas
Alteración del alimento (nocivo para la salud)
Refrigeración
Aplicación del frío
técnica de conservación
ralentizar vías metabólicas
Velocidad de las reacciones químicas y enzimáticas temperatura Refrigeración
ley de Arrhenius
k=k0eEa/RT
frena lastransformacionesenzimáticasy químicas (oxidación, fermentación, desnaturalizaciónde proteínas) permite controlar la pérdida de calidad de los alimentos
Efecto de la Tª en la velocidad de las reacciones químicas velocidad de la rq a Tª Coeficiente de Tª = Q10 = = 2, 3 velocidad de la rq a Tª-10ºC
Refrigeración
3. Efecto de la refrigeración en función de las características del alimento Conocer características del alimento Alimentos constituidos de tejidos
Correcta refrigeración Sacrificio Recolección
Evitar alteraciones Mantienen actividad metabólica
Alimentos CARNE
PESCADO
VEGETALES
ALIMENTOS SIN TEJIDOS
Refrigeración
CARNE
Enfriamiento rápido después del sacrificio (antes de rigor m ort is)
ACORTAMIENTO POR FRÍO
endurecimiento
menor capacidad de retención de agua
conversión de los músculos blandos y extensibles en estructuras inextensibles y relativamente rígidas
Refrigeración
PESCADO Muerte del pez
Inicio de la descomposición
enzimas activas (sabor)
bacterias psicrotrofas (branquias)
Alteraciones reacciones químicas (O2 y grasa) olor y sabor rancio
REFRIGERACIÓN Mant ener “a raya ”
- menoseficaz (metabolismo acostumbrado) - maseficaz combinada con: - buena manipulación antesde enfriamiento para evitar dañarlo o hacer grietas o cortes por donde se altere mas rápidamente - buena limpieza y desviscerado para eliminar el mayor número de bacterias
Refrigeración
VEGETALES
Refrigeración
Recolección de frutas y hortalizas “respiran” Carbohidratos Ácidosorgánicos respiración pérdidas de peso por transpiración arrugamiento y grietas producción de etileno manchas, sabores amargos desarrollo de microorganismos
Velocidad de respiración
velocidades altas
CO2, Agua Calor Comp. volátiles
perecederos
velocidades bajas
Tª de refrigeración adecuada permite la respiración (lentamente) impide reacciones que conducen a la alteración (daños por frío)
Refrigeración
ALIMENTOS SIN TEJIDOS
Se consideran fisiológicamente inactivos Mantienen mástiempo susatributosde calidad Refrigeradosa Tª próximasa su congelación
Pan el frío acelera su endurecimiento retrogradación del almidón (cristalización de la aminopeptina).
Refrigeración
4. Factores que afectan a la vida útil de un alimento refrigerado refrigerado 1. Tipo de alimento 2. Condiciones de refrigeración después de la cosecha o sacrificio, transporte almacenamiento, venta y distribución 3. Higiene del alimento 4. Procesado del alimento (intensidad y tipo de proceso) 5. Permeabilidad del envase Vida útil de alimentos a diferentes temperaturas (días) 22ºC 38ºC 0ºC Carne 6-10 1 <1 Pescado 2-7 1 <1 2-180 1-20 1-7 Frutas Semillas secas >1000 >350 >100 Frutos secas >1000 >350 >100 Vegetales frescos 3-20 1-7 1-3
Refrigeración
5. Factores que afectan a la calidad del alimento durante el almacenamiento almacenamiento en refrigeración La materia prima es de buena calidad Suposición Se ha aplicado tras la recolección o procesado La reducción de la Tª ha sido rápida Factores que hay que controlar: A. Temperatura - Estable durante todo el almacenamiento, transporte, comercialización y hogar - Oscilación de temperatura ± 1ºC B. Humedad relativa - HR ⇑ condensación de agua en superficie: crecimiento de microorganismos - HR ⇓ deshidratación - Normal entre el 80-95% 65-70% 50-60%
Refrigeración
C. Circulación del aire - circular adecuadamente - mantener composición aire ⇑ deshidratación del alimento - purificación de aire: evita mezcla de aromas
⇔
⇔
D. Luz - oscuridad - UV evita mohos y bacterias pero favorece oxidación (sabor y olor extraño) E. Composición de la atmósfera - gasesde la atmósfera en refrigeración controlados mejoran efecto conservador
Refrigeración
Condiciones recomendadas para un almacenamiento en refrigeración Tª (ºC)
HR (%)
Vida útil
Carne de vaca
-2-1.1
88-92
1-6 semanas
Carne de cerdo
-2-1.1
85-90
5-12 días
Aves
-2-0
85-90
1semana
Pescado fresco
0.5-4.4
90-95
5-20 días
Naranjas
-1.1-1.1
85-90
8-10 semanas
Refrigeración
6. Tiempos de enfriamiento variación de energía dQ=M CpdT M =masa Cp=calor especifico dT=variación de Tª del alimento
M Cp dT =A U (Tmed-T) dt
Proceso de enfriamiento calor cedido por el alimento al enfriarse dQ=A U (Tmed-T) dt dQ=calor cedido por el alimento A=área de transferencia U=coeficiente de transmisión de calor Tmed=Tª del medio enfriador T=Tª del producto dt=tiempo transcurrido en el proceso
1. tipo de alimento t=
M Cp (T -Ti) ln med AU (Tmed-Tf)
forma, tamaño, composición, Estructura, U, Cp… 2. sistemas de enfriamiento
Refrigeración
7. Sistemas de eliminación de calor o sistemas de enfriamiento Sistemas basados en la evaporación de un líquido, en circuito cerrado, cuya temperatura de ebullición es inferior a la que deseamos conseguir Q del alimento (Tª ⇑ ) Líquido
Evaporación
Vapor
ØSistemas mecánicos
Sistemas de producción de frío o de eliminación de calor
ØSistemas criogénicos
Refrigeración
7. 1. Sist em as mecánicos
- Sistemas cerrados que actúan como una bomba que extrae el calor del alimento o de un recinto que se pretende enfriar y lo transfiere a otra zona donde se disipa. - Se emplean fluidosrefrigerantesque recirculan a travésdel sistema en un circuito cerrado transformándose sucesivamente de líquido a vapor y de vapor a líquido. hidrocarburos halogenados (freones) y amoniaco Propiedades Ø bajo punto de ebullición (inferior a 0ºC) Ø elevado calor latente de vaporización Ø baja toxicidad Ø no inflamables Ø bajo coste
Refrigeración
Sistema mecánico de refrigeración
Refrigeración
Sistema mecánico de refrigeración - parte más importante del sistema de refrigeración - intercambiador de calor donde el líquido refrigerante (en estado líquido) se evapora tomando calor de un medio más caliente (alimento o medio) - la misión del resto de los elementos del sistema es recuperar las condiciones iniciales del líquido refrigerante.
Refrigeración
Sistema mecánico de refrigeración
- Líquido refrigeranteevaporado pasa al compresor - aumentando su presión y al mismo tiempo la temperatura
Refrigeración
Sistema mecánico de refrigeración
- condensador P=cte durante la condensación - se elimina el Q2 cedido por el alimento al fluido refrigerante para su evaporación y el calor adquirido durante el proceso de compresión - el líquido refrigerante ahora se encuentra de nuevo en forma líquida
Refrigeración
Sistema mecánico de refrigeración
- el refrigerante (en forma líquida) pasa por la válvula de expansión disminuyendo su temperatura - entra de nuevo en el evaporador donde se vuelve a evaporar - inicio de nuevo el ciclo
Refrigeración
Medios de enfriamiento de sistemas mecánicos Líquido refrigerante
NO contacto directo
alimento
enfría otro medio que sí va a estar en contacto con él
MEDIOS DE ENFRIAMIENTO
AIRE
SUPERFICIES LISAS
LÍQUIDOS
Refrigeración
Medios de enfriamiento de sistemas mecánicos:AIRE Ventajas - compatible con todos losalimentos(envasados o no) - enfría muchos alimentos simultáneamente independientemente de su forma o dimensiones
Inconvenientes - bajo coeficientede transmisiónde calor - desecación en la superficie de los alimentos no envasados - La humedad que extrae de los alimentos puede condensarse y formar escarcha en el evaporador disminuyendo la eficacia del enfriamiento del aire
Refrigeración
Medios de enfriamiento de sistemas mecánicos:SUPERFICIESLISAS - Alimentos se enfrían por contacto con una superficie enfriada por el líquido refrigerante - Alimentos envasados o no - Mayor eficacia cuanto mayor contacto alimento-superficie - poco útil para alimentos irregulares - muy útil para alimentosplanos Medios de enfriamiento de sistemas mecánicos:LÍQUIDOS - Fluidoso refrigerantesdistintos del aire pero no criogénicos agua liquida y hielo, cloruro sódico - Contactan directamente con el alimento envasado o no - Frutasverdurasy alimentossemilíquidos
Refrigeración
7. 2 Sistem as criogé nicos
- emplea líquidos criogénicoso gaseslicuados Líquidos criogénicos CO2
Tas de ebullición muy bajas calores latentes de vaporización muy altos
N2
- enfriamiento por contacto directo con estos líquidos (toman calor del alimento y se evaporan o subliman enfriándolo) - coste mas elevado pero compensa por los productos de alta calidad
Refrigeración
8. Envasado en atmósferas modificadas Técnicas de envasado de frutas y hortalizas alargan la vida útil sin detrimento de sus cualidades organolépticas Envasado en atmósferas controladas(EAC) Envasado en atmósferas modificadas(EAM)
• Cambio de la atmósfera que rodea a los alimentos por aire con una composición distinta a la del aire normal • Se reduce el contenido de oxígeno y se aumenta el contenido de CO2.
Refrigeración
EAC En EAC la composición de la atmósfera durante el almacenamiento del producto se controla mediante la elección adecuada de las propiedades de permeabilidad del material usado para envasar Ventajas - Ralentiza las reaccionesbioquímicas (respiración más lenta) - Reducción de las mermas por peso - Reducción de fisiopatías - Mayor resistencia del producto despuésde la conservación - Permite el empleo de temperaturas elevadas - Efecto fungicida debido a la elevada concentración de CO2. Inconvenientes - Coste inicial elevado de la instalación - Mantener la adecuada composición de la atmósfera - Necesidad de un instrumental tecnológico elevado para su control - Incompatibilidades entre variedades a consecuencia de las diferentes condiciones de conservación.
Refrigeración
EAM En EAM la atmósfera se cambia en el punto de envasado y ya no se realizan otros intentos para controlar su composición - se basa en el empleo de nitrógeno sólo o mezclado con dióxido de carbono, y en la reducción del contenido en oxígeno hasta nivelesnormalmente inferiores al 1%. - se consigue realizando vacío y posterior reinyección de la mezcla adecuada de gases, de tal manera que la atmósfera que se consigue en el envase va variando con el paso del tiempo en función de las necesidades y respuesta del producto
Congelación
CONGELACIÓN
Aplicación del frío en la conservación de alimentos
CONGELACIÓN • • • • •
aplicación másdrástica del frío temperatura del alimento
Congelación
1. Congelación Reducción de la temperatura del alimento por debajo de su punto de congelación agua del alimento forma cristales de hielo Agua inmovilizada No disponible como reactivo ni disolvente ↑ Concentración de solutos ↓ Reducción de actividad de agua
Conservación
debida a reducción de actividad de agua combinada con bajas temperaturas
Congelación Congelación
Mejor método para conservación a largo plazo
Congelación y almacenamiento realizados correctamente no hay variación de propiedades organolépticas y nutritivas vida útil elevada Inconvenientes de la congelación • disminución de microorganismos, no eliminación • resistencia de esporas • no destrucción de toxinas • envasado no adecuado: deshidratación
Congelación
2. Curvas de congelación Congelación a diferente velocidad dentro d el alimento
Punto más lento ⇒ centro térmico
Registro de la Tª del centro térmico Gráfica característica y diferente para cada alimento Ø Complejidad en función de la cantidad de compuestos en disolución Ø
Congelación
AS: el alimento se enfría por debajo de su punto de congelación. En este punto, el agua se halla todavía en estado líquido pero a Tª
Congelación
3. Modificaciones producidas por la congelación o p or los cristales de hielo 1. Da ñ
principal causa de pérdida de calidad
velocidad de congelación y de las características del producto Congelación lenta ⇒ menos cristales ⇒ cristales grandes -daño celular -desestabilización emulsiones (mantequilla) -desestabilización suspensiones (helados) 2. Au mento de la concentración d e solut os en solución Aceleración de las reacciones químicas en el agua no congelada Cambios de las propiedades del medio: pH, fuerza iónica, viscosidad 3. Cam bios de volum en tensiones internas ⇒ daños en estructuras celulares desgarraduras en frutas y hortalizas
Congelación
4. Efect o sobre las enzimas y m icroorganismos Enzimas - efecto variable dependiente de las características de cada enzima. Inactivadas o activadas total o parcialmente por las variacionesdel medio en el que se encuentran Microorganismos - no se destruyen totalmente pero sufren daño por los cristales de hielo y variación de concentración de solutos - Resistencia de esporas y toxinas
Congelación
4. Modificaciones producidas en el almacenamiento en congelación Durante el almacenamiento: q reacciones químicas y enzimáticas progresan lentamente (no toda el agua congelada, cambios en la composición y propiedades del medio) Ø autooxidación de lípidos ⇒ aromas y sabores carne de cerdo y pescado Ø actividades enzimáticas residuales pérdida de vitaminas y pigmentos q
cambios en los cristales de hielo: Ø recristalización y sublimación
Congelación
5. Parámetros de calidad Tiempo de un producto congelado
tipo de producto calidad inicial procesado previo congelación envasado almacenamiento
HQL (High Quality life) el tiempo durante el cual un producto puede mantenerse congelado hasta que el 70-80% de los miembros de un panel de degustación son capaces de detectar las primeras pérdidas de calidad Vida útil de un producto congelado tiempo durante el cual el producto congelado mantiene una calidad aceptable para su consumo o venta Vida útil 6 veces mayor que la HQL
Congelación
6. Descongelación Operación de gran importancia que puede ser la causa de la pérdida de calidad y deterioro de los alimentos congelados Proceso más lento que la congelación: • Menor conductividad térmica del agua frente al hielo Menor transmisión de calor hacia el interior del alimento Efecto aislante • Bajos gradientes de Tª entre el medio y el alimento para evitar sobrecalentamiento de superficies y crecimiento microbiano. Fin de la descongelación
Alimento descongelado ⇒ Tª del centro térmico 0ºC
Congelación
7. Curva de descongelación
AB: Tª del producto aumenta rápidamente por que no hay agua superficial, solo hielo, y actúa como buen conductor BC: aproximación de la Tª del producto al punto de fusión C: todo el hielo se ha fundido, la Tª aumenta para igualarse con la temperatura del medio de calentamiento.
Congelación
8. Métodos de descongelación sobrecalentamiento excesivo Se debe evitar
tiempos prolongados deshidratación excesiva
Métodos(en función de cómo se suministra la energía) calentamiento exterior: aire, agua o vapor de agua Evitar deshidratación y humedad en algunosalimentospara evitar crecimiento microbiano Ø
Øgeneración de calor dentro del mismo producto:
microondas o calefacción dieléctrica Alimento no homogéneo ⇒ cocción
Congelación
9. Efectos producidos por descongelación incorrecta Descongelación incorrecta: alteraciones indeseables Øelevada
concentración de solutos en solución favorece reacciones químicas y enzimáticas Ølos cristales de hielo se agrandan modificando la textura del alimento Øpérdida de vitaminas y componentes por goteo Øcrecimiento de microorganismos (psicrotrofos) y patógenos si los hubiera inicialmente
Congelación
10. Prevención de la pérdida de calidad de los productos congelados congelados Control de diferentes pasos: En el caso de verduras y hortalizas: previo al congelado ⇒ escaldado ⇒inactivación de enzimas 1. Congelación: interesa que sea rápida. Formación de numerosos cristales intra y extracelulares de pequeño tamaño y no dañen tejidos 2. Almacenamiento: mantener la cadena del frío (evitar recristalización) a menor Tª producto con mayor duración (menor velocidad de cambios químicos y microbiológicos) 3. Descongelación. evitar sobrecalentamiento, deshidratación (pérdida de agua con sustancias disueltas), tiempos largos (aumenta contaminación)
Congelación
11. Cálculo de la carga calórica Cantidad de calor a extraer de un alimento para bajar la temperatura hasta alcanzar la de congelación. Carga calórica ⇒ potencia máquina de frío 1º) Q 1 = M C = M C ) p [t a - (-t )] c p (t a + t c
Calor sensible
2º) Q 2 = M a (% ) c ? c
Calor latente
3º) Q 3 = M C ) p [-t c –(-18)] = M C p (18 –t c
Calor sensible
Q +Q 2 +Q 3 t = Q 1
Potencia de frío de la máquina: q =
Q
t
θ
? : tiempo de operación
Ø Ø Ø Ø Ø
conductividad térmica superficie expuesta al intercambio de calor distancia que el calor deba atravesar o espesor diferencia de Tª entre el alimento y el medio efecto aislante de la capa superficial de aire que rodea al alimento
Congelación
12. Equipos empleados para la congelación Ø
Congeladores de aire • congeladoresde cajón • túneles de congelación • congeladoresde cinta sinfín • congeladoresde lecho fluidizado
Ø
Congeladores por contacto • congeladores de placas • congeladores de superficie rascada
Ø
Congeladores líquidos • congeladores de inmersión
Ø
Congeladores criogénicos
Congelación
Congeladores de aire Congelador en espiral en cint a sinfín Aire en cont racorrient e más efectivo
Congelación
Congeladores de aire Túnel de congelación
Operación en cont inuo Bajo coste Aliment o no env asado dañ o por frío
Congelación
Congeladores de aire Lecho fluidizado
Alim ent os de tamañ o pequeñ o y uniform e El aire mant iene en suspensión al produ cto Congela ción rápida
Congelación
Congeladores por contacto
Congelador de placas Carne Pescado
Congelación
Congeladores por contacto
Congela dor de sup erficie rascada Líquid os viscosos
