Calor especifico de frutas

Tema 12. CONCEPTOS FUNDAMENTALES. operaciones basicas y procesos. diagrama de flujo. mecanismos de transmision del calor: conduccion, conveccion y radiacion. CAmbiadores de calor.
 

TECNOLOGIA

Forma de concebir, calcular, diseñar, construir y hacer funcionar económicamente instalaciones a escala industrial donde tiene lugar cualquier producción.

TERMINOS BASICOS:

Cuando se trabaja a nivel industrial el aprovechamiento óptimo de la energía y de la materia es vital. Si gasta demasiado el producto tendrá un valor añadido haciéndolo menos competitivo. A escala industrial supone que estoy haciendo lo mismo que se hace de forma tradicional pero de forma continúa, hay una sincronización de toda la instalación. Términos básicos: a) Proceso: b) Operación básica. c) Variable de proceso.
D) Balance de materia y energía

.
Proceso

Situaciones en las que la materia experimenta cambios y como consecuencias obtendremos un producto con características similares a los de la materia prima o muy alejados. Los cambios pueden ser de su estado, forma, composición y contenido energético. Principalmente ocurre en el agua, cuando el agua cambia de estado. O, por otro lado, pueden ser transformaciones más profunda, por reacción química, afectan al agua o a otros elementos del alimento.
Como cuando transformamos la leche en queso, por modificación de las proteínas. Gran parte de la tecnología de los alimentos se realiza con el diagrama de fase del agua. La tecnología se encarga de estudiar los procesos de la elaboración de alimentos. 110 Ejemplos:

PROCESO DE ELABORACIÓN DEL CHORIZO FRESCO

Necesitamos la carne (materia prima) quitar hueso, cartílago y demás. Preparación de la materia prima  reducción de tamaño (picar carne)  mezcla (con especias y demás)  embutido (en tripa natural o artificial)  envasado en bolsa de plástico u otro tipo  almacenado y conservado hasta que llega a consumidor.

PROCESO DE ELABORACIÓN DE MORTADELA O SALCHICHA TIPO FRANKFUR

T Preparación de materia prima (quitar piel, huesos…)  reducción de tamaño (no vemos el músculo porque esta picado)  mezcla (es rosa, tiene más componentes)  embutición o envasado (película externa que quitamos)  calentamiento (tratamiento térmico para que gelifique)  refrigeración  almacenado para conservarlo.

PROCESO DE ELABORACIÓN DE LECHE ESTERILIZADA

Preparación de la materia prima (homogenización para que no se separen las fases, no nata)  calentamiento (para eliminar patógenos alterantes)  refrigerado  envasado  almacenado hasta que llegue al consumidor. De esta forma hemos desglosado estos procesos en pasos o etapas básicos. Si nos fijamos en estos pasos muchos de ellos son comunes entre ellos aunque se realicen en diferentes materias primas y con el objetivo de obtener productos muy diferentes. En los dos primeros hemos reducido el tamaño y ha habido mezcla de ingredientes. Entre los dos últimos en común tienen el calentamiento y el refrigerado. En todos los casos hay un envasado y un almacenamiento. Es decir, cuando estudiamos procesos de elaboración entre productos muy distintos existen nexos comunes a muchos procesos (una forma de proceder) estos nexos son:

Operaciones básicas de procesos u operación unitaria

Son formas de proceder que se desarrollan en el procesado de alimentos diferentes. Estos deben estar basados en principios físicos bien estudiados/conocidos y desarrollados/regulados. Con lo cual podemos darles estructuras matemáticas, va a haber operaciones matemáticas para poder conocer la forma de proceder en cada caso y nos permite hacer un cálculo con exactitud de lo que vamos a hacer. 111 ¿Cómo una misma operación básica se adapta a un determinado proceso? Lo que hace que una operación básica se adapte a un proceso concreto es la Variable de proceso:
Es todo lo que se puede modificar/cambiar dentro de una operación básica, todos los factores implicados en la operación básica, las modificaciones que se realizan en una operación básica que nos permite adaptarnos a un determinado proceso. Por ejemplo:  Modificación de valores:
temperatura (pasteurización), tiempo, velocidad a la que se realiza una operación…  Modificación de elementos: ingredientes, cantidad  Orden: de ejecución, de adición…  Equipo: tipos, capacidad, calidad…  Etc. Lo que hemos hecho con los tres productos anteriores podríamos hacerlo con casi cualquier proceso de alimentos que se destina a mercado. En Tecnología Alimentaria no estudiamos los procesos, sino que estudiamos las operaciones

 básicas. Así sabremos como elaborar cada producto con ciertas características para obtener uno determinado. Lo podremos adaptar a distintas producciones, las operaciones básicas las podemos utilizar para fabricar productos muy distintos. Operación básicas del proceso u operación unitaria  nexo común a muchos procesos  una forma de proceder  basada en principios físicos es posible utilizar ecuaciones matemáticas—

BALANCE DE MATERIA Y ENERGIA

Expresan el gasto de materia y energía para una determinada proceso, para una determinada producción. Las leyes de conservación de la materia y energía son leyes a las que obedecen todas las operaciones básicas; “ni se crea ni se destruye, solo se transforma” Pueden llegar a ser extraordinariamente complicadas. Los balances de materia y energía los ajustamos a perdidas cero. Aunque no lo conseguiremos. Ejemplo sencillo si la materia no va a sufrir ningún cambio de estado: chorizo con 70% magro + 25% tocino + 5% agua, especias y otros. Con esto podemos extrapolar para elaborar 1000 kg de producto: podremos saber cuanto vamos a necesitar de cada, tengo que multiplicar todo por 10 para ajustarnos a lo que queremos, porque no va a desaparecer nada y lo tendremos todo al final. 1000 = [70 x (1000/100)] magro + [25 x (1000/100)] tocino + [5 x (1000/100)] agua y otros. 112 DIAGRAMA DE FLUJO
:
La forma que tenemos de comunicarnos para transmitir la conformación de un proceso. Es la representación esquemática de un proceso, normalmente de algunos aspectos del proceso. El objetivo es representar gráficamente de algunos aspectos del proceso: Ϫ De todas las operaciones básicas. Ϫ Disposición de equipos de la planta del proceso. Ϫ Desarrollo de balances de energía y materia.

TIPOS DE DIAGRAMAS DE FLUJO

Pueden ser de dos tipos: de bloques o aparatos.

Diagramas de flujo en bloques

Encerramos en un recuadro o circulo la información que queremos dar de cada paso o etapa del proceso. Debemos unirlas con flechas que indiquen el sentido de avance del proceso. El proceso de desglosa en bloques relacionados entre si por flechas, indican el sentido del proceso, si no hay flechas no será un diagrama de flujo. Pueden tener más o menos información, más o menos complejos. – Los más sencillos son los diagramas de flujo básico:
Representan solo las operaciones básicas/unitarias. Lo que hemos visto antes en los ejemplos del chorizo, la mortadela y la leche esterilizada. –

Diagrama de flujo de pasos del proceso:

especifica cada una de las operaciones básicas del proceso y las condiciones (variables del proceso) en que se desarrollan. La información tiene que ser precisa, cómo se debe de proceder. El proceso solo puede desarrollarse de una forma para obtener un producto determinado, por ejemplo: elaboración de la Coca Cola, patatas fritas… da igual donde se realice el proceso, el resultado siempre ha de ser el mismo. Son los más utilizados. –

Diagrama de flujo d equipos

Del equipo que interviene en el procesado. Por ejemplo de azúcar Diagramas de flujo en aparatos

En lugar de los bloques con las operaciones básicas de cada paso tenemos que desglosar el proceso en los aparatos/el equipo en los que se desarrolla relacionado por flechas que indican el sentido en el que avanza la producción. Este tipo de diagrama nos permite ver en qué parte del equipo esta el proceso.Lo vamos a encontrar en las plantas industriales. 113 19/11/12TIPOS DE PROCESOS Y OPERACIONES BASICAS 
Existen distintos tipos de procesos y operaciones básicas considerando diferentes criterios.  Según su desarrollo o forma de ejecutarse.  Según su objetivo.  Según el principio básico u operación básica.

Clasificación por su desarrollo o forma de ejecutarse

1. PROCESO DISCONTINUO O INTERMITENTE

Proceso de fabricación por “lotes” o por “tandas” (una cantidad de materia). Tratamos diferente cantidad de materia y la llevamos a la siguiente fase transformación. Por ejemplo en una picadora de carne se carga una determinada cantidad de carne, se pica, la sacamos y se vuelve a cargar. Extra:  Balance de materia: se cumple, lo que entra es igual a lo que sale. Pero hay un mayor riesgo de pérdidas, porque entre cada lote hay que hacer un vaciamiento del equipo y parte del producto puede quedar en el equipo.  Balance de energía: no siempre se cumple, el aporte de energía no siempre se ajusta al requerido, porque hay un mayor riesgo de pérdidas. Fin del extra.

2. PROCESO CONTINUO O RÉGIMEN CONTINUO

Flujo constante de entrada de materias primas y salida del producto.

Congeladores de proceso continúo mecanismo en espiral, banda transportadora en la que entran filetes y va en espiral congelándose y salen congelados ya. Hay también de congelación en lecho fluidizado: guisantes congelados. Extra: Esto implica la necesidad de operaciones desarrolladas de forma continuada, equipo constante, instalaciones de conexión entre equipos (cintas de transporte) y existirá un estado transiente en el que la maquinaria empieza a funcionar (no hay materia en todo el circuito, está empezando a distribuirse) y un estado estacionario (en el que ya alcanza el régimen continuo en todo el circuito). Fin del extra.

Clasificación según su objetivo

1. DE CONSERVACIÓN

Cuando hacemos procesos de pasteurización o esterilización, para destruir todos los microorganismos patógenos y alterantes. Todos lo procesos para inhibir (total o parcialmente) los procesos de modificación de nuestro alimento por microorganismos, reacciones enzimáticas o químicas.

2. DE TRANSFORMACIÓN

Los que van a modificar las características de la materia prima: leche  queso. Lo que va a favorecer sus características culinarias. Obtener productos con características diferentes. Están destinados a incrementar la calidad del producto, facilitar la elaboración culinaria y el consumo y mejorar el aprovechamiento de las fuentes de alimentación conocidas. 114 Generalmente no hay una división tajante entre ambas, porque cuando transformamos también conservamos: leche  queso, cambia características organolépticas y aumenta la vida útil del alimento.

Clasificación según principios físicos (aunque intervienen todos) u operación básica

Lo más característico de un proceso. 1. PROCESOS BASADOS EN LA TRANSFERENCIA O TRANSMISIÓN DE CALOR. son los más importantes en la conservación.  Termización, pasterización, esterilización.  Congelación, refrigeración.  Evaporación, deshidratación, liofilización… 2. EN FENÓMENOS DE SEPARACIÓN DE MATERIA  Destilación (alcoholes…)  Extracción 3. FENÓMENOS MECÁNICOS  Reducción de tamaño: molienda…  Mezclas. 4. REACCIÓN QUÍMICAS:  Fermentaciones: cerveza  Reacciones enzimáticas. 5. EN LA REDUCCIÓN DE LA RESPIRACIÓN: envasado al vacío  Atmósferas controladas.  Atmósferas modificadas. 6. EN LA APLICACIÓN DE RADIACIONES ELECTROMAGNÉTICAS:  Conservación por irradiación.  Calefacción con microondas.  Calefacción con infrarrojos… Desarrollo de alguno de los anteriores: 115 1. POR TRANSMISION O TRANSFERENCIA DE CALOR
 La operación unitaria más extendida en la conservación y transformación de alimentos en la tecnológica alimentaria La mayor parte de los productos lleva tratamientos determización, pasteurización, esterilización, congelados, refrigerados o le hemos quitado el agua (Deshidratado, café/leche en polvo, evaporado, liofilizado (para los astronautas)). Lo que aprendamos para un tratamiento de esterilización sirve para algunos otros también.

Procesos de conservación

Termización, pasterización, esterilización.  Congelación, refrigeración.  Evaporación, deshidratación, liofilización… Transmisión de calor:
Generalidades La transmisión de calor es la operación unitaria más extendida en la industria alimentaria. El calor es una forma de energía, se mide en unidades de energía (Cal, J, Ergio…). Una medida de la energía térmica (calor) que tiene un cuerpo es la temperatura (grados Celsius, Kelvin…) -La energía térmica es la suma de las energías (cinética) de todas las partículas de un cuerpo/sistema: Calor = Ec1 + Ec2 +….+ Ecn El calor es el resultado de la transferencia de la energía cinética. La temperatura depende de la media de las energías cinéticas de las partículas de un cuerpo. Temperatura = Ec media. El cero absoluto de temperatura: 0ºK = -273ºC, es la temperatura más baja que teóricamente pueden alcanzar las partículas del cuerpo o sustancia cuando han perdido toda su energía, estarían paradas (no tendrían energía cinética). Teóricamente el sistema estaría aislado. La transferencia de calor es un fenómeno dinámico durante el cual se transfiere calor desde un sistema/sustancia de más temperatura a otro más frío (a menor temperatura).

Siempre que haya diferencia de temperatura habrá paso de calor (ΔT)

Las partículas que tienen más Energía van a chocar con las de menos y les van a pasar parte de esa Energía (Calor). 116 Si T1 La velocidad de transferencia (dQ/dT)
por unidad de tiempo (Q/T) depende de: dQ/dT=ΔT x ¿ x ¿  La DIFERENCIA DE TEMPERATURA (ΔT),

 a mayor gradiente de temperatura más velocidad de transferencia. Cuanto mayor sea el ΔT entre dos sistemas/partículas, mayor será la velocidad de transferencia de calor. La temperatura de equilibrio térmico será distinta a la presentada inicialmente por ambos sistemas, en ese momento, desistirá la transferencia de calor. Puede haber progresión de elementos/sistemas de transferencia de calor. La transferencia de calor también puede ser entre 3 elementos que estén en contacto. Ejemplos: Entre uno de 80 y 0 se llegara a 40 Si hay 80, 0 y -20 se pasa e hacia la derecha hasta que los 3 se igualan. Podemos variar la dirección de transferencia de calor: para calentar o para enfriar (absorber el calor de ese producto). Cuando queremos incrementar la temperatura de un alimento, incluso llevarlo a ebullición se rodea de un entorno que está mas caliente, del mismo modo si queremos que se enfríe (se pone uno frio alrededor para que el alimento pase calor al entorno) Lo único que hacemos es dominar los entornos para transferir el calor en un sentido u otro, a favor o en contra del alimento (para calentar o enfriar respectivamente). Equipos similares se usan para ambos, solo cambiamos el entorno (más o menos frio) 
De la RESISTENCIA DEL MEDIO AL FLUJO DEL CALOR (material: resistencia del sistema al paso de calor). El comportamiento del sistema para permitir el paso del flujo de calor depende de: Los mecanismos de transmisión del calor y de la estructura y características del sistema o materia. 117 MECANISMOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR

Existen tres mecanismos para la transferencia del calor:

CONDUCCION

A través de un medio material, por contacto. Es la que predomina en los sólidos, entre los sólidos y en el seno de un sólido. Si caliento un extremo de una barra de metal el calor va transmitiéndose al otro extremo. Requiere contacto porque es el intercambio directo de energía de unas moléculas a otras, de las más calientes a las más frías. A través de un medio material que requiere contacto. En un solido los átomos pueden vibrar en torno a su posición de contacto, con la energía aumenta la amplitud de la vibración y chocan con más moléculas para transmitir E y llegar al equilibrio térmico. Contacto entre moléculas vecinas. La transferencia de calor con una pared, de un filete con una sartén, de mi mano a tu cara.

CONVENCION

En los fluidos (líquidos y gases). No solo vibran los átomos con mayor o menos amplitud. Movemos grupos de moléculas. Las moléculas de un fluido pueden moverse, dando lugar a corrientes de convección. Ese movimiento de moléculas se da de 2 formas:

Natural

Se debe a cambios de densidad.  Si tenemos un volumen a menos temperatura tendrán menos E cinética, más moléculas, más densidad.  En un mismo volumen con más temperatura las moléculas estarán más separadas y disminuye densidad y masa ya que tienen más energía cinética y se mueven más. Esos cambios de densidad y masa es lo que hace que se muevan las moléculas del fluido. Si tenemos un foco de calor en la zona más cercana aumenta la E cinética, disminuye densidad y asciende en el recipiente. Al alejarse del foco de calor pierden la E cinética, aumenta la densidad, pesan más y volverán a caer. Este proceso se repite mientras siga habiendo un foco de calor. 118 En un gas pasa lo mismo, tienen más cinética, más movimiento así que tienen menos densidad. Es lo que pasa en un sistema de calentamiento (radiador), el aire que contacta con él se calienta y asciende (menos denso) al alejarse se va enfriando y vuelve a caer (aumenta densidad). Por eso los focos calientes se deben poner en las partes bajas (las bombas de calor son unas fracasadas por eso) y por eso los sistemas de refrigeración están arriba. Esta transferencia de calor es lenta (problema) hay que esperar a que se den los cambios de densidad.

Forzada  artificial:

Como la natural es lenta ponemos ventiladores, turbinas, para no tener que esperar a los cambios de densidad, moveremos el aire hacia el sistema que modifique la temperatura (aumente o disminuya) para ir más rápido y conseguir una convección más homogénea. Hay equipos mecánicos que mueven los fluidos para dar esa ventilación forzada. Es lo que vamos a ver en la mayoría de industria.

RADIACION:

Se debe a ondas electromagnéticas. No necesita soporte material. Es una radiación electromagnética que se transfiere a la velocidad de la luz. Dentro del espectro de radiaciones electromagnéticas (UV, infrarrojos….) la radiación térmica se solapa entre los infrarrojos y las ondas del espectro visible. Todos los materiales por encima del 0 absoluto irradian calor (incluso nosotros). Prácticamente todo esta por encima del 0 absoluto (da y

recibe calor). La radiación de calor se queda en la superficie, lo que produce es que el incremento de E cinética aumenta la vibración de las moléculas en los enlaces intra e inter moleculares a nivel superficial, aumentando la temperatura de la superficie. Cuando metemos un bollo en el horno su superficie recibe calor por radiación y de la superficie al interior se transfiere por conducción. Requiere diferencia de temperatura, siempre hay un cuerpo emisor que esta a más temperatura que la que va a recibir, y suele estar a muy alta temperatura. Generalmente no se dan de forma aislada. Lo habitual es que se den a la vez los tres o por lo menos 2. Muchas veces predomina mucho uno y el resto ni los mencionamos. Por varios mecanismos en combinación, generalmente con predominio de alguno de ellos. El frio no se transfiere solo se transfiere el calor, depende del sentido y del entorno de la transferencia de calor. 119 Deducimos las interrogaciones de la formula anterior: dQ/dT = ΔT x ¿ x ¿
La CONDUCCIÓN requiere contacto molécula – molécula para transferir el calor por lo que la temperatura va a irse multiplicando. La resistencia del medio a la conducción de calor es la conductividad térmica, y es lo que va a determinar que los materiales sean buenos o malos conductores:  Conductores. Átomos ordenados y agrupados de forma muy compacta. Los mejores son los metales. Todos sus átomos están en contacto con otros.  Aislantes. No tienen orden y su distribución es poco compacta. Maderas, plásticos, algunas cerámicas, ladrillos. La energía de cada material y su superficie. Metales: entre 400-80 Q/m K Aislantes entre 0 – 1 Q/m K Extra: apuntes de Zuri . Ej: maderas, plástico (me los como ocasionalmente pero no siempre porque engordan) yo como ladrilloss… bliiiii Fin del extra Huelga General 14N  27/11/12 La velocidad es directamente proporcional a la conductividad (va de más caliente a más frio) Los gases tienen muy mala conductividad térmica (0’0…) por lo que, por ejemplo, se ponen en las ventanas doble ventana con aire entre ellos para que disminuya lo máximo posible la transferencia de calor, ya que los cristales de las ventanas son muy malos conductores y que la cámara de aire aísla aun más.

LEY/ECUACIÓN DE FOURIER

Las variables importantes de la ecuación son A (área) /L Vamos a suponer q hay q transportar helados a -20ºC. hay q diseñar un envase, porque vamos a transportarlo en agosto a 39ºC. El paso de temperatura va a ser entre el exterior y el interior. Entre ellos está el envase. El material que utilizaríamos sería con una conductividad baja. El espesor tendría que ser alto, y el diseño del envase sería para exponer la menor superficie posible: poliespan por ejemplo. 120 Por otra parte, una empresa de conservas buscará un envase del mejor material conductor posible (alumino, hojalata) de pequeño espesor, y en cuanto a la forma, cuanta más superficie tenga, mejor. Los mejores envases para la esterilización comercial son los metales. El vidrio transmite el calor 30 veces peor que cualquier metal como poco.

Comportamiento de los materiales para la transferencia de calor por CONVENCIÓN

La estructura del cálculo es similar, la diferencia de calor siempre va a estar en la ecuación La diferencia de temperatura y el área es importante. El espesor no. hr es el coeficiente de transferencia de calor por convección. Sustituye a K. Ya no vale con ir a las tablas y mirar K, sino que hay que calcular hr, teniendo en cuenta las características del fluido, como la densidad, etc, hay que tener en cuenta muchos parámetros y es difícil calcularlo. Cuando se compra un equipo que cambia la temperatura (esterilizadores) por convección forzada siempre viene el hr, con lo que podemos calcular esa temperatura de convección forzada para poder tratar nuestro producto.

Comportamiento de los materiales para la transferencia de calor por RADIACIÓN

Emisión/absorción de energía térmica desde la superficie. Cuanta más área expongamos más transferencia de calor con el entorno, tiene mucha importancia el incremento de temperatura y la resistencia del medio al flujo de calor. T en T absoluta (K) : La constante de Stephan Bolzmann: 5’67 x 10^8 J M^-2 s^-1k^-4 Ɛ: La emisividad, es la capacidad de un sistema de emitir radiaciones desde su superficie. Lo bueno o malo que es como emisor de calor. α es la absortividad que es la capacidad de absorber calor Tanto alfa como épsilon tienen valores entre 0-1. Todos los sistemas qye son buenos emisores también son buenos absorbentes de calor. 121 Ϫ Si los valores de Ɛ < 1=»» son=»»  cuerpos=»» grises=»» ϫ=»» si=»ɛ» son=»» cuerpos=»» negros=»» o=»» radiador=»» perfecto=»» (irradia=»» la=»» mayor=»» cantidad=»» de=»» energía=»» radiante=»» posible.=»» la=»» emisividad=»» del=»»>

humano es 0’95, emite gran energía de radiación.  Pan quemado es 1  Metal sin pulir es 0’70-0’25, pero si se pulen su emisividad disminuye hasta 0’05 o más. Los hornos eléctricos tienen unas resistencias eléctricas que donarán su calor a las paredes para que pueda transferir el calor después al alimento: paredes no pulidas/rugosas, para buscar unas altas emisividades y absortividades. Pero cuando no queremos que se nos quemen los bollos en el horno ponemos papel de aluminio que es poco absorbente/emisible y así reciba menos calor.

¿Qué SE PRODUCE EN ESA TRANSFERENCIA DE CALOR?

Los efectos del calor son:  Cambios de temperatura.  Cambios de estado. Podemos querer aumentar o disminuir la temperatura en función de la fase del proceso del tratamiento de un alimento. La transferencia de calor puede ser del entorno al alimento o del alimento al entorno. Normalmente se busca que el alimento aumente su temperatura por ejemplo para destruir microorganismos, y luego disminuirlo para refrigerarlo. Podemos robar mucho calor al alimento para quitar el agua y mejorar sus condiciones de conservación. Se puede incrementar la temperatura de un alimento para eliminar el agua que tenga (alimentos deshidratados), o disminuirlo para congelarlo.

¿Cuánto calor necesitamos aplicar/quitar al alimento para ajustar el tratamiento? CAMBIO DE TEMPERATURA

Calor sensible: Q = m x cp x ΔT Para cambiar la Tª hay que aplicar o robar calores sensibles- El calor sensible es la masa (m) por el calor especifico (cp) por la diferencia de temperatura que queramos aplicar. 122 El calor específico es el calor que hay que aplicar a un material para variar su temperatura. El calor sensible del agua es 4,180 J/kgºC = 1kcal/kgºC, para calentar en 1ºC la temperatura del agua habrá que aplicar este calor. Hay tablas para ver el calor específico de la leche y otros alimentos.

CAMBIOS DE ESTADO

Calor latente: Q = m x λ λ es el calor latente de evaporación. Cantidad de calor especifico necesario para cambiar de estado la materia. Para disminuir en 1ºC la temperatura del agua hay que aplicar 539kcal/kg. Para que un kg de agua cambie de líquido a vapor hacen falta 2260×103 julios. El calor sensible lo puedo obtener de agua caliente que puedo enfriar para que libere al medio ese calor sensible. De la misma forma pero al revés con el calor latente. Puede donar el calor latente el vapor que haga pasar por una caldera. Si ponemos alcohol en nuestra mano y no echamos aire sentimos frio porque el alcohol ha pasado a modo vapor. Si se quiere calentar leche desde 0 a 5ºC, hace falta un calor sensible. Este calor sensible se obtiene de agua caliente que vamos a enfriar para que libere este calor. Uno se calienta y otro se enfría. Se juega siempre con calores sensibles.

¿Cómo aplicar/extraer calor? como incrementar/reducir la temperatura

DONADORES DE CALOR: para calentar. Ϫ FUENTES RADIANTES Ϫ FLUIDOS CALEFACTORES OPERACIONES DE TRANSFORMACIÓN: horneado, cocción.  Vapores/gases de combustión: Aire caliente: deshidratación. Agua caliente Vapor de agua Para esterilización, pasteurización y termiación se usa agua caliente o vapor de agua. Para evaporación principalmente el vapor de agua. 123 PARA ENFRIAR: Ϫ FLUIDOS REFRIGERANTES Aire frio Agua fría Agua/hielo Soluciones acuosas  Elementos que se van a evaporar Fluidos refrigerantes Criogénicos ¿Cómo producir calor/frio? ¿Con qué equipos?

CAMBIADORES DE CALOR

 Los fluidos calefactores donan calor al alimento. Se pueden poner en contacto directo con el alimento (métodos directos) o sin contacto directo (métodos indirectos.

METODOS DIRECTOS

 Ponemos el alimento en contacto con el producto que va a dar el calor. Lo más utilizado son los sistemas de esterilización directa, los de alta temperatura en contacto directo durante poco tiempo, los UHT. Las gotas de leche se ponen en contacto directo con vapor de agua. Las leches de mejor calidad utilizan este sistema, en los cartones de leche (de aluminio). Al pasar gota a gota habrá mucha área en contacto y muy poca masa. Al poner el vapor en contacto con la leche no solo va a dar el calor sensible sino también el latente porque se va a condensar a su alrededor. El calentamiento es así casi instantáneo (“como el cala cao” by Zuri). El problema es que esta leche va a estar aguada. Para evitar que entre en ebullición lo estamos haciendo a alta presión. Otro método directo es metiendo envases en un autoclave. Entran en contacto con el fluido que da calor (vapor de agua). En realidad entran en contacto envase (dador de calor) con vapor, así que no es estrictamente directo. 124

METODO INDIRECTO

No contactan directamente con el alimento. Utilizamos fluidos calefactores/Refrigerantes que no entran en contacto con el alimento, están en equipos cambiadores de calor, dispositivos que permiten separar alimento y fluido (agua caliento o vapor). Estos cambiadores pueden ser de funcionamiento discontinuo o continuo (diseñados para distintos alimentos).

Funcionamiento discontinuo

Son los más sencillos. Hay un recipiente/bidón con el alimento, rodeado por una cámara por la que se hace circular el fluido calefactor, de forma que toda la superficie sea de transferencia de calor. Hay aspas o un sistema que permite la convección forzada en el interior para conseguir que el calentamiento sea más homogéneo. Estos dispositivos se llaman elementos con camisa calefactora.

Funcionamiento continuo

Se utiliza para alimentos líquidos. Puede ser de tubos o de placas. Son muy importantes en la esterilización y pasteurización. CAMBIADORES DE CALOR EN TUBOS. La superficie de transferencia de calor es un tubo. El producto básico pasara por interior de tubo y por el exterior de ellos pasara el fluido calefactor. Podrán ser:

Ϫ Multitubos

Varios tubos (con el producto a tratar: leche) que están rodeados por una carcasa y entre ellos el fluido calefactor. Nos permite llegar a una determinada temperatura, no son finalizadores, los 2 siguientes si que nos permite mantener la temperatura, se utilizan en los sistemas de esterilización indirecta para conseguir el PACK tiempo de temperatura. 125 Ϫ Monotubo:
un tubo rodeado de otro tubo, por la luz del centro hacemos pasar el fluido que queremos calentar (leche) y por el exterior el que utilizamos para calentar.

Ϫ Anular

Por la zona interna y externa fluido que utilizamos para calentar y entre medias el producto que queremos calentar, son superficies concéntricas superpuestas. La transferencia de calor es más homogénea y más rápida. Los multitubos no permiten terminar el proceso, sino acercarse a una temperatura determinada. Los otros 2 sí son finalizadores, permiten mantener la temperatura durante un tiempo, por lo que son los que se usan para esterilización indirecta.
Las PLACAS DE CALOR se basan en que la superficie que da calor es una placa (innovador total) para alimentos líquidos que se pueden bombear. la superficie de intercambio calórico es una placa de tamaño variable. Formados por placas que superponenemos una en otras. Para que tengamos un espacio definido entre dos placas y que el liquido no se salga tenemos una punta de goma que rodea el perímetro de la placa que esta en una sola superficie (unimos una superficie que tiene punta de goma con otra que no ) y se aprietan con vástago. Son equipos muy versátiles porque puedes poner más o menos placas en función de lo que nos interese. Las placas tiene 4 orificios (2 arriba y 2 abajo), que al superponerse nos crean las conducciones por los que va a pasar el liquido. Al mismo tiempo tengo cámaras definidas. Queremos que cada placa sea la superficie de intercambio calórico, se consigue porque en los orificios hay algunos que están rodeados por la goma. Así, cuando circula un producto por un tubo y se encuentra con un orificio sin goma escurre por el espacio y entra en la placa. Suponemos que por la conducción pasa agua caliente que esta rodeada por juntas goma y no puede pasar sino que sigue adelante, a la otra cara de la placa, por donde no habrá goma y se deslizará por ella. Lo mismo ocurre con el fluido a calentar pero por la otra cara de la placa. Es muy complicado de explicar, no se hacerlo mejor…

TEMA 13. CONSERVACION DE CALOR. Accion del calor en los microorganismos. Graficas de supervivencia: valor D. Graficas de termodestruccion: valor z. factores que influyen en la termoresistencia de los microoganismos. variacion de un tratamiento termico: valor F.
 

Objetivo:

 Destrucción de los microrganismos.  Inactivación de las enzimas. Otros métodos de conservación no son tan eficientes, pueden quedarse únicamente en la inhibición de los microorganismos.

Ventajas

1. Coste reducido: es una técnica de conservación relativamente asequible 2. Muy seguros desde el punto de vista higiénico-sanitario, porque vamos a destruir a los microorganismos y ya no va a haber problemas. 3. No requieren apenas aditivos, sobre todo los conservantes, porque no va a ser necesario inhibir a los microorganismos, ya que están destruidos. 4. Vida útil muy prolongada (esterilización) por tratamiento térmico intenso, si son de menor graduación puede tener menor vida útil. Sucede en las conservas. Al congelar no matamos a los microorganismos, sólo evitamos su crecimiento. Cuando descongelamos puede empezar a crecer. Algunos sí se destruyen con el frío, pero pocos Inconvenientes
1. Modifican propiedades sensoriales de los alimentos (olor, sabor, aroma) 2. Modifican el valor nutritivo (muchas vitaminas termolábiles) 128 Hemos de pensar que pocos alimentos nos los comemos crudos, cocción, fritura, al microondas… en este momento ya modificamos el valor nutritivo (perdemos vitaminas termosensibles). Por lo que estos inconvenientes son relativos, porque el cocinado de los alimentos tiene por objetivo modificar sus características sensoriales (a mejor). Estos inconvenientes son relativos. Estos inconvenientes se acentúan cuanto mayor sea la temperatura.

EFECTO DEL CALOR EN MICROOGANISMOS Y ENZIMAS

Hay en la biblioteca un libro verde y otro tomo rosa que ha hecho un profesor y lo siguen bastante. “Tecnología de los alimentos” editorial SINTESIS REPRESENTACION DE Arrhenius
La temperatura es un factor que influye en el crecimiento de los microorganismos, actividad de enzimas y velocidad de las reacciones químicas. Todo esto se ajusta a la ecuación de Arrhemius V= A x e(Ea/RT)
Transformándola a escala decimal: Log v = -Ea/2,303 RT + log A La velocidad es un factor dependiente de la temperatura Ea: energía de activación (J/mol): energía que tenemos que suministrar para que se inicie una reacción. Va a ser constante para cada microorganismo, enzima o reacción química. R: constante universal de los gases (8,3144 J/mol.K) T: temperatura absoluta en grados kelvin (K) A = factor de frecuencia (constante de Arrhenius) Todas son constantes menos la temperatura que es la única variable en la velocidad de la reacción. Grafica: 129 Si representamos la velocidad de las reacciones (y) frente a la temperatura tenemos 3 curvas:

1. REACCIONES QUÍMICAS TEMPERATURA DEPENDIENTES:

Van a tener un comportamiento completamente lineal. A medida que la temperatura aumenta, aumenta la velocidad de la reacción de Maillard proporcional y linealmente.

2. ACTIVIDAD ENZIMÁTICA:

crece linealmente hasta un punto en el que se inactivan, desnaturalizan y cesa poco a poco su actividad.

3. CRECIMIENTO MICROBIANO

Lineal en un rango. Los microorganismos tienen un rango de temperatura en el que pueden vivir. Si aumento la temperatura, el crecimiento de los microorganismos crece pero llega un momento en que la temperatura es superior a la óptima del microorganismo y los destruyo por calor. Ocurre lo mismo si nos salimos del rango por abajo (bajas temperaturas) Esta misma representación explica por qué el frio conserva: el descenso de la T hace que las reacciones químicas desciendan, así como la actividad enzimática como el crecimiento microbiano. En las dos primeras se mantiene la linealidad, disminuye la actividad linealmente pero no desaparece. En el crecimiento microbiano hay un punto en el que también se pierde la linealidad porque se produce una inhibición total del microorganismo y muere. Los microorganismos tienen una temperatura óptima de crecimiento. Si las superamos se dan lesiones subletales (de las que podría recuperarse si se vuelve a temperatura óptima o no) si seguimos aumentando la temperatura morirá.

GRAFICA DE SUPERVIVENCIA

 Si tenemos un tubo de ensayo con 30 000 UFC (unidades formadoras de colonias) y vemos crecimiento. Tengo varios tubos así y los meto en una estufa a temperatura constante para provocar lesiones subletales y poco a poco iremos destruyendo los microorganismos.

 Los voy sacando de uno en uno en función de un tiempo fijo. Lo que encontramos es que la destrucción microbiana no es un todo o nada, sino que sigue la cinética logarítmica. Al aplicar un tratamiento térmico a una temperatura y un tiempo fijo se destruye siempre el mismo % de microorganismos. Cinética logarítmica de los microorganismos:  Cuando los ponemos a temperatura óptima: crecen  Si la subo más: se inhiben  Si la subo más aún. Causo daños subletales: es viable, no se multiplica pero si luego está de nuevo a una temperatura óptima puede reparar sus daños y podría volver a multiplicarse  Subo más y más: destruyo al microorganismo 130 Si aplico a los microorganismos una temperatura a la q sé q los puedo destruir, la población irá disminuyendo PAULATINAMETNE, no todos a la vez.

Valor D

Tiempo necesario a una determinada temperatura para destruir el 90% de los microorganismos presentes. Es la inversa de la pendiente de la curva. D = t/(log No-logN1)  logN0 – log Nf =a x t Siendo 1/a= t/log No-log N1 Así, t y a serán nuestras constantes. Cuanto mayor sea D mas tiempo necesito para destruir al microorganismo. D es único para un determinado microorganismo a una temperatura concreta GRÁFICA DE SUPERVIVENCIA: Nº de microorganismos Tiempo (min) % de supervivientes 1.000.000 0 100 100.000 1 10 10.000 2 1 100 3 0,1 10 4 0.01 1 5 0.001 0,1 6 0.0001 0.01 7 0,00001 0.001 8 0.000001 131 Deducciones: 1.- Si la muerte de microorganismos por calor sigue una cinética logarítmica no es posible llegar a la esterilidad absoluta, nunca llegaremos a 0 microorganismos, aunque hicieramos un tratamiento infinito. Por ejemplo: tengo un millón de microorganismos en un tiempo cero. En un minuto aplico una temperatura, destruyo el 90% de microrganismos y queda el 10% (100 000 UFC). En el siguiente minuto al destruir el 90% me queda el 1% y así siempre. Aplicando este proceso en sucesivos minutos no vamos a poder llegar nunca a 0, siempre podrá quedar uno en X envases por lo que nunca vamos a poder llegar a una esterilidad total, sino que será la ESTERILIDAD COMERCIAL. Según el alimento y el fabricante se admite un tanto porciento de microorganismos en envases (permite que se le pueda alterar un envase de cada, lo que elija) 0’1 microorganismos (UFC) quiere decir que hay un microorganismo por cada 10 envases. *UFC: unidades formadoras de colonias: microorganismos. ESTERILIDAD COMERCIAL: Riesgo que el fabricante está dispuesto a asumir. Normalmente se establece en 1/104 o 1/105 (alteración de 1 envase por cada 10.000 o 100.000 fabricados)

2.- Conveniencia de procesar alimentos lo menos contaminados posibles

Cuanto mayor sea el nº de microorganismos presentes en el alimento, más tiempo tardaré en llegar al nº de microorganismos buscado o deseado y más alteraciones organolépticas y pérdidas de nutrientes sufrirá el alimento por lo que, preferimos tratar alimentos que desde un principio tengan menos microorganismos para alterarlo lo menos posible (por tratarlo durante menos tiempo) Ahora vamos a ver qué factor se aplica para los microorganismos patógenos. Necesitaremos un parámetro que relacione los valores D cambiando la temperatura.

GRAFICAS DE TERMODESTRUCCION

Cómo varía D en función de la temperatura.Z = T2-T1/log D1-logD2 – Representamos los log de los valores D a distintas T en función de la T para obtener otra recta en la que buscaremos la inversa de la pendiente de la recta, el parámetro que relaciona el valor D con la temperatura. Es el valor Z. 132 Valor Z

Es el número de grados que hay que aumentar o disminuir la temperatura para q el valor D disminuya o aumente respectivamente, 10 veces. Si aumento la temperatura, el valor D disminuye y viceversa. Ejemplo 1:  Z= 8ºC es lo que vamos a aumentar o disminuir la temperatura para que D aumente en 10 veces  D = 4 minutos a 110ºC – Al valor D hay que sumarle los grados del valor Z por lo que pone en la definición: T2 = 110+8=118 grados Si aumento la temperatura en 8 grados disminuyo el valor 10 veces, porque a mayor temperatura necesito menos tiempo para destruir a los microorganismos presentes. El valor D será 0,4 minuntos. Cuando la temperatura aumenta o disminuye un valor proporcional al valor Z (en este caso 8) es fácil de calcular D a 118ªC =4/10 = 0,4 min. Ejemplo 2: D a 126ªC 126 – 110 = 16ºC = 2 valor Z, por lo que a esta temperatura disminuiremos el valor D en 102 veces: Valor D A 126ªC = 4/100 = 0’04 min 133 Ejemplo 3: D a 102ªC En este caso, al disminuir la temperatura tendremos que aumentar el tiempo de calentamiento,

es decir, el valor D aumentara. Como la temperatura disminuye en 8ºC (que es el valor Z), el tiempo de calentamiento (valor D) aumentará en 10 veces: valor D = 40 minutos Ejemplo 4: valor D a 113ºC Usando la formula: – Para eliminar los microorganismos a 113,5ºC habrá que calentar el alimento durante 0,08 minutos (que sepáis que me siento súper orgullosa de mi misma por haber descifrado esta infernal fórmula y haber conseguido hacer el cálculo, a parte de esto: besitos para tod@s!) Los valores Z se usan para caracterizar la resistencia del microorganismo frente al calor, pero también podemos calcular los valores Z y D de las enzimas y de los nutrientes. 134 TERMORESISTENCIA DE LOS MICROOGANISMOS26/11/12 Depende de una serie de factores:

Factores intrínsecos

Dependen del propio microorganismo:

1. TIPO DE MICROORGANISMO (POR SU TCO):

El crecimiento del microorganismo depende de la temperatura óptima de crecimiento:  Termófilos: a temperatura elevada (optima a 55-75º): pueden llegar a los alimentos, se encuentran en agua, medio ambiente…  Mesófilos: temperatura optima crecimiento a 30 – 40 º y se pueden encontrar en alimentos q están a temperatura ambiente pero pueden estar también en alimentos a 5-15 º (en refrigeración, cuando se rompe la cadena del frío). Es importante saber que dentro de ellos están la mayoría de microorganismos patógenos.  Psicrótrofos. En alimentos refrigerados. Con metabolismo relativamente lento. Su temperatura óptima es a 25-30ºC. y temperaturas mínimas de crecimiento dentro de la temperatura de refrigeración, como las Pseudomonas que son los principales causantes de las alteraciones de alimentos refrigerados. ¡IMPORTANTE! no confundir termófila con termorresistencia. La termofilia puede ir asociada a cierta termorresistencia, pero NO ES LO MISMO. Termofilia: temperaturas óptimas de crecimiento alta. Termorresitencia es la resistencia de un microorganismo al calor. Suelen ir asociados pero no son lo mismo.

2. ESTADO DEL MICROORGANISMO, PRESENCIA DE FORMAS VEGETATIVAS:

las/os esporas/os son formas de resistencia de los microorganismos. Cuando se presentan condiciones ambientales adversas (no hay nutrientes, no hay agua, sube la temperatura por encima de su TCO) pasan a un estado latente, metabolismo disminuido esperando a que las condiciones sean las adecuadas. Las/os esporas/os son más termorresistentes que los estados vegetativos. No todos los microorganismos pueden formar esporas/os, serán más resistentes las que sí pueden formarlos. Pueden mantenerse meses o años y si las condiciones se vuelven favorables, germinan y se transforman en la forma vegetativa. Forman esporosn bacilos y clostridios.

3. FORMA:

cocos/bacilos. Los cocos son más termorresistentes. Las Gram + son más resistentes que las Gram -. 135 4. FASE DE CRECIMIENTO:
Fase de crecimiento, meseta y muerte. Son más sensibles al calor en la fase exponencial (de crecimiento, cuando se están multiplicando

). 5. RESISTENCIA

Esporos bacterianos > formas vegetativas bacterianas > mohos y levaduras.

Factores extrínsecos

1. ACTIVIDAD DE AGUA

Son más termoresistentes a aw más baja. Cuanto menor sea la aw, más termoresistentes.  Mohos y levaduras son más sensibles al calor que bacterias.

2. COMPOSICIÓN DEL ALIMENTO

Proteínas y lípidos tienen efectos protector sobre los microorganismos, así como concentraciones de sacarosa (su presencia en el medio) porque reduce la aw (hay menos agua libre con la que puedan interactuar) 3. PH: es el más importante porque los microorganismos son más termorresistentes en valores cercanos a la neutralidad. Además, algunas bacterias esporuladas, en función del pH, van a poder germinar o no. Los esporos bacterianos son lo más resistente y a la hora de establecerse los tratamientos térmicos, hay una bacteria resistente: Clostridium botulinum (anaerobio, a tener en cuenta en las conservas) por lo que es la que se tiene en cuenta y hay que controlarla. Elabora una neurotoxina muy peligrosa. A pH menor de 4,5 no vamos a tener toxina de C. botulinum porque el esporo no puede germinar y no podrá dar la toxina. A pH menor de 4 ninguna bacteria esporulada va a poder germinar.

Así podemos hacer tres grandes grupos de alimentos a la hora de hacer diferentes tratamientos:

1

. ALIMENTOS POCO ÁCIDOS. PH > 4,5

En estos alimentos, Cl botulinum puede crecer y generar la toxina (carne, leche, pescado, algunas hortalizas… riesgo) 2.

ALIMENTOS ÁCIDOS. PH ENTRE 4-4,5

Sobre todo tomate, pimiento o salsas y zumos basadas en ellos. Aquí no germinará Cl botulimun pero sí otras bacterias esporuladas.

3

ALIMENTOS MUY ÁCIDOS PH

Frutas, zumos y productos escabechados. Ninguna espora bacteriana podrá germinar. Esto es importante para realizar tratamientos térmicos. En alimentos muy ácidos no vamos a tener como objetivo eliminar las bacterias bacterianas, así que vamos a poder dar tratamientos térmicos menos intensos. 136 Valores de tratamiento térmico

Valores D (min) de microorganismos esporulados*
Flat sour: acidificación plana, sin abombamiento del envase ALIMENTOS POCO ÁCIDOS (pH> 4.5) D 121ºC Termófilos (esporos) los más termorresistentes Acidificantes: Geobacillus stearothermophilus* 4-5 min No producirán gas en el envase, (sin abombamiento) Alteración gaseosa Thermoanaerobacterium thermosaccharolyticum 3-4 min Productores de SH2: Desulfofomaculum nigrificans 2-3 Mesófilos (esporos) Anaerobios putrefactivos: Cl sporogenes Cl botulimun Ay B (letal) 0,1-1,5 0,1-0,2 No es muy termorresistente. Aerobios facultativos: B subtilis 0,1-0,3 ALIMENTOS ÁCIDOS pH (4-4,5) D 121ºC D100ºC Termófilos (esporos) Acidificantes: B coagulans 0,01-0,07 Mesófilos (esporos) B macerans y Cl tyrobutricum 0,1-0,5 ALIMENTOS MUY ÁCIDOS (pH<4,0) no=»» crecen=»» bacterias=»» esporulados=»» porque=»» son=»» alimentos=»» muy=»» ácidos.=»» sólo=»» crecerán=»» algunas=»» bacterias:=»» lactobacillus=»» spp=»» (no=»» son=»» esporulados)=»» mohos,=»» levaduras.=»» d65ºc=»» durante=»» 0’5-1=»» min=»» para=»» eliminarlos.=»» cuando=»» queremos=»» esterilizar=»» un=»» alimento=»» el=»» objetivo=»» son=»» las=»» bacterias=»» esporuladas=»» pero=»» matamos=»» tanto=»» las=»» esporuladas=»» como=»» las=»» formas=»» vegetativas.=»» 137=»»>4,0)>Valores D min típicos de bacterias no esporuladas
Bacterias: Los termófilos son más termorresistentes por lo general D 65ºCº D60ºC D 50ºC Termófilos Streptococcus thermofphilus 10-20 Lactobacillus spp 10-20 Mesofilos: * Termorresistencia típica Salmonella spp y Scherichia coli 1-3 min Termorresistencia atípica: Salmonella senftenberg Mycobacteria tuberculosis Llisteria monocytogenes 10-20 min 10-20 min 8-18min Psicotrofos Pseudomonas fragi 1-5 Pseudomonas fluorescens 1-5 Psicrofilos Vibrio marinus 0,1 Serratia spp 0,1 Cuando queremos pasterizar nos fijamos en las especies vegetativas, cuales son más o menos termorresistentes. La Salmonella sentenberg es la más termorresistente y es la que usa como ejemplo en investigaciones. Los tratamientos térmicos se hacen en función de los posibles microorganismos que va a estar presente en el alimento. Las Pseudomonas, bacterias aerobias Gram -, son las responsables de la alteración de los alimentos refrigerados.

Enzimas:

En general, valores D similares a los de los microorganismos. Por lo tanto al matar mo deactivamos enzimas Excepciones: proteasas y lipasas de algunas bacterias psicotrofas (Pseudomonas) el valor D es mayor. 138 Cálculo de tratamientos térmicos
Para: Conocer la termorresistencia de los microorganismos y las enzimas. Establecer los objetivos en relación a la vida útil. Según la vida útil que queramos que tenga nuestro alimento (1 semana a 2 meses por ejemplo) Reducir el número de supervivientes a un valor predeterminado. También relacionado con la vida útil. Son combinación tiempo-temperatura en función del producto. Lo que se hace en la práctica es:

Valor F

Tiempo de tratamiento en minutos, a una temperatura definida, para reducir la población microbiana presente en un alimento hasta un nivel deseado. Tengo que calcular el F de todos los microrganismo y quedarnos con el F de mayor valor de los que hemos calculado para asegurarnos la destrucción de todos. F = D [log (N0) – log (Nf)] Cuando el valor F se calcula a 121 grados aparece como F0. D= t de reducción decimal a la temperatura de tratamiento N0: nº inicial de microorganismos Nf: nº final al que se pretende llegar En la práctica se aplica el valor F mayor de todos los calculados. Extra: Con los alimentos habría q ver cuál es el valor. En ese alimento habrá muchos microorganismos de muchos tipos. Habrá q ver cuáles son los valores F de ellos y aplicar el valor F del microorganismos más termorresistentes y me aseguro q destruyo a todos. Las enzimas tb tienen valor D y F pero son similares a los de los microorg por lo q controlando a los microorg, controlo tb las enzimas. PERO Hay excepciones: Las enzimas elaboradas por las bact psicotrofas (pseudomonas, q son muy sens al calor pero elaboran enzimas q pueden llegar a ser más termorresiste q una espora). Así lo más impte es destruir estas bacterias cto antes para q no se den estas enzimas. Esto en la leche (termización). Fin del extra 139 Para alimentos con pH > 4,5 (leche, carne, pescado): 1. ASPECTOS SANITARIOS:

Hay que tener en cuenta aspectos sanitarios, hemos de eliminar en lo posible la presencia de Cl botulinum para evitar la producción de su toxina. Según la fabrica elegirán tener una bacteria por X envases. Suponiendo que todos los envases tienen 1 esporo que tratamiento habría de darles para que quede solo una espora por cada 1012 envases: Se calculan los valores D a 121ºC (F0) F0 = 0,121 (log1-log1/1012)= 2,52min 1/1012 es lo que quiero lograr El fabricante supone que habrá un esporo de Cl botulinum por espora (es una suposición q se hace) y así, para q el riesgo sea mínimo, consiguiendo una reducción decimal de 12D (concepto 12D 1 espora por cada 1012 envases, 12 reducciones decimales). Así se garantiza la conserva desde el punto de vista sanitario.

2. ASPECTOS TECNOLÓGICOS

Se considera el concepto de esterilidad comercial. Esterilidad comercial  alteración 1/104-1/105 (4-5 reducciones decimales o reducciones de 4-5 D) si está permitido: 1 espora/envase de G stearothermophilus D121ºC= 4 min 100 esportas/envase de Cl sporogenes D 121ºC = 1,5 min Realizaremos los siguientes cálculos: G sterarothermophilus F0= 4 (log 1 –log 1/104) = 16 min Cl sporogenes F0= 1,5 (log 100 – log 1/104)= 9,5 min Así que a este producto lo trataremos durante 16 minutos a 121ºC. Si lo vamos a tratar a otra temperatura (D) utilizaremos el valor Z para poder conseguir la equivalencia entre los tratamientos a las diferentes temperaturas. 140 Necesito tratamiento más elevados para q el envase no se deteriore. Existen unos métodos para calcular cual es el efecto letal para cada tiempo. Temperatura. Se suman todos y se ve cual es el tratamiento térmico mas adecuado para el alimento Esto supone que el calentamiento y el enfriamiento son instantáneos, pero en la realidad no es así, la variación de la temperatura en el autoclave será poco a poco. Así que vamos a utilizar temperaturas letales para matar a los microorganismos. Hay cierta zona en la que ya se va matando a los microorganismos hasta llegar a la temperatura máxima.

Tratamientos térmicos aplicados en la práctica

Alimentos poco ácidos (pH> 4,5)
Cl botulinum Fo= 2,52 min (concepto 12D: aplicar 12 temperaturas para acabar con los microorganismos)  Cl sporogenes Fo=10-12 min q es un microorganismos de países templados (Temperatura que no sube de los 35ºC) y se usa esta bacteria como modelo en estos lugares. Así con esta Fo conseguimos reducciones logarítmicas para lograr la esterilidad comercial. Cuando hay microorganismos patógenos es cuando aplico el concepto F, cuando son alterantes, hago el de D.  G stearothermophilus Fo = 14-20 min. Esto en países donde puede subir más la temperatura (países cálidos) y puede haber más bacterias termorresistentes aquí habrá que dar tratamientos más fuertes Alimentos ácidos (ph 4-4,5)
 B coagulans Fo= 0,7 min Alimentos muy ácidos (ph <>
 Mohos, levaduras F65 = 1-2 min  Byssochlamys fulva F80= 2 min. En uvas o fresas este microorganismo puede crecer y es algo más termorresistente Aquí no necesitamos F0 porque con temperatura por debajo de los 100ºC es suficiente. No crecerán bacterias esporuladas Siempre podremos utilizar tratamiento equivalentes a otras temperaturas.

TEMA 14. TRATAMIENTOS TERMICOS. esterilizacion y pertizacion. Esterilizacion de alimentos envasados. esterilizacion de alimentos antes de su envasado. envasado aseptico. Pasterizacion. Tipos de Pasterizacion. Terminacion escaldado.
 Esterilización  Pasteurización  Temización  Escaldado OBJETIVOS DE ESTOS TRATAMIENTOS

1.- ESTERILIZACIÓN

Objetivo tecnológico:  Destruir a los microorganismos esporulados o no, presentes en el alimento para conseguir la estabilidad microbiológica.  Conseguir la esterilidad comercial (riesgo de alteración de envases que se marca el comercial).  Conserguir la inactivación de enzimas endógenas: D y Z son similares a los de los microorganismos por lo que si eliminamos éstos también eliminaremos las enzimas (excepto psicotróficas) Objetivo sanitario:  Salvaguardar la salud del consumidor, hacer seguro al alimento  Eliminar Clostridium botulinum Con esta destrucción de microorganismos da estabilidad microbiológica (aumenta la vida útil). 142 2.- PASTEURIZACIÓN
Objetivos tecnológicos  Lograr una vida útil aceptable para consumir a corto plazo mediante la reducción significativa de la microbiota alterante (Ej. Leche, jamón york). No se han eliminado todos los esporulados pero existen otros factores que impiden su proliferación: bajada de pH, refrigeración… Objetivos sanitarios:  Salvaguardar la salud del consumidor: eliminar los microorganismos patógenos no esporulados (los esporulados con la esterilización, con ésta técnica no los eliminamos. En una leche no se eliminan pero como se guarda en refrigeración no podrán crearse)

3.- TERMIZACIÓN

Objetivos tecnológicos  Reducir el número de bacterias aérobicas psicrotrofas Gram – (se utiliza en la leche para destruir a Pseudomonas) productoras de enzimas termoestables. Estas bacterias si crecen dan enzimas muy termoresitentes.

4.- Escaldado

Objetivos técnicos  No es un proceso de conservación en sí sino una previa a ello. En todos los productos vegetales que tenemos congelados, como los guisantes.  Su objetivo es inactivar enzimas ESTERILIZACION Y APERTIZACION.

Dos modalidades:  Esterilización de alimentos envasados (clásica, tradicional, aperitización)  Esterilización de alimentos sin envasar o procesos UHT (Ultra High Temperature) seguido de envasado aséptico. 143 Esterilización de alimentos envasados
Se emplea en alimentos líquidos con líquido de cobertura. Se realiza en envases de metal (hojalata, aluminio), vidrio, plástico resistentes a alta temperatura (HDPE, PP) Proceso:

1. Lavado

Lo primero que hay que hacer es el lavado de los envases con agua caliente y/o detergente mediante duchas o cepillos rotatorios. Se colocan invertidos para que escurran y para que no lleguen microorganismos hasta la zona de llenado.

2. Llenado

Puede ser un llenado volumétrico o gravimétrico, y puede ser de forma manual o mecánico. Estos alimentos sólidos van a tener un líquido que es el líquido de cobertura (o de gobierno) para facilitar la transmisión de calor, que normalmente es una salmuera. Se llenan con alimentos dejando siempre un “espacio de cabeza” entre el nivel del alimento y la tapa puesto que al calentar el alimento se expande y el envase se puede romper o deformar. Además facilita el movimiento del líquido durante la agitación que ayuda a redistribuir el calor.
3. Se llena el envase, se pone la tapa encima pero sin cerrar porque hay que realizar la evacuación del aire, lo cual disminuye la presión de vapor (para evitar que el aire se expanda y se produzca un exceso de presión) y la tensión de oxígeno (para prevenir oxidaciones, porque el oxígeno podría dar oxidación de lípidos o de vitaminas o la corrosión interna del envase). Se podrían usar latas de aluminio, que no se oxidan, pero es más caro.

4. Sellado 5. Calentamiento:

Una vez evacuado el aire se cierra el envase y se somete a calentamiento con vapor de agua saturado (a sobre presión, para que aumente la temperatura por encima del punto de ebullición del agua) que rodea a los envases. Éste al entrar en contacto se condensa y cede su calor latente. En la esterilización hay que trabajar a temperaturas elevadas para destruir los microorganismos resistentes, es decir a temperaturas superiores a 100 ºC y por lo tanto no podemos hacerlo a temperatura ambiente  trabajaremos a sobrepresión (similar a una olla a presión). Las T de trabajo son 115-130 º durante 15-20 minutos. Las máquinas donde se hace esto son los autoclaves (discontínuos o contínuos). En el autoclave discontinuo se carga el lote de producto, se hace el tratamiento y se descarga. En el continuo continuamente

 entra la materia prima, se procesa y continuamente sale. 144 Cuentan con manómetro (control de presión), termómetro y habitualmente están conectados a sistemas automáticos de control.  Discontinuos: verticales y horizontales  Continuos: esterilizador hidrostático Autoclaves discontinuos
Llenamos el equipo, se carga el autoclave, se mete el alimento y cuando se termina el tratamiento térmico se sacan. Hay que trabajar por lotes.  Verticales: carga por parte superior  Horizontales: carga frontal. Más fácil de cargar y descargar. Poseen un ventilador para redistribuir el vapor de agua. Funcionamiento: Se llenan con los envases. A nivel industrial se cierra la tapa y se empieza a introducir vapor de agua (en los autoclaves industriales se inyecta vapor, en los más pequeños se calienta el agua por una resistencia en la parte inferior). Por la parte superior hay dos válvulas y la válvula de escape se deja abierta mientras se introduce el vapor (se purga el autoclave eliminando el aire que tiene dentro). Esto es para que salga el aire y que el autoclave esté lleno de vapor de agua y que no haya bolsas de aire, la cual no calentará. De esta forma se hace un tratamiento homogéneo, calienta igual la parte de arriba que la de abajo. En el momento en que todo lo de dentro es vapor, se cierra la válvula de escape. En el autoclave ajustaremos la Tª a la que queramos llegar y eso se hace ajustando la presión: una determinada P de agua equivale a una Tª (tablas). Cuando se alcanza la P que me interesa, para evitar que suba más la Tª se abre la válvula de seguridad y saldrá vapor. Ésta válvula se abre y cierra continuamente para mantener la Tª que queremos. En una representación gráfica de Tª (Y) frente a tiempo (x) vemos que al llegar a la Tº que nos interesa, tendremos oscilaciones y es por la apertura y cierre de la válvula. 145 Cuando queramos enfriar, metemos agua. Este sistema hace un calentamiento lento y progresivo del alimento, un mantenimiento a la T de régimen y luego un enfriado lento y progresivo. Las velocidades de calentamiento/enfriamiento se ajustan para que no haya diferencias de P grandes para que no se resienta el envase. El alimento estará muy caliente y meteremos agua fría por fuera para enfriar por lo que el vapor se condensa y la presión será mayor dentro del envase no fuera que hay agua y no vapor. Por ello se introduce aire a presión (aire comprimido) para que haya la misma presión dentro y fuera del envase y se equilibren.

Autoclaves continuos

Continuamente entran envases y saliendo. Permiten mayor rapidez. El más característico se llama ESTERILIZADOR HIDOSTÁTICO. Hay dos ramales: uno para precalentar y otro para enfriar. Si el sistema está parado, el agua de la cámara central (cámara de esterilización) y el de los laterales están a la misma altura. Si empezamos a inyectar vapor de agua en la cámara central, presionará al agua de esta cámara y se desplazará y subirá por los ramales laterales. Conseguiremos también un gradiente de temperatura porque estará más caliente la que está en contacto con el vapor de agua que servirá para precalentar y para enfriar. Mediante un sistema de poleas y unos cestillos, el alimento va avanzando por el sistema. Por la cámara central pasará el tiempo de procesado. La diferencia de presión es más gradual que en los autoclaves discontínuos por lo que los envases se resienten menos (para los envases de vidrio se suele usar este tipo de esterilización porque son más frágiles, no dilatan, y mediante este método se van calentando más progresivamente). Al final puede haber unas duchas por aspersión de agua fría y luego por unos baños de refrigeración. Se suele usar para botellas y no para la leche porque al ser un calentamiento progresivo, la leche caramelizaría.

Conserva vs Semiconserva

Conservas: envasado hermético y sometido a esterilización. Se conservan a Tª ambiente. Semiconserva: al no estar esterilizados necesitan refrigeración para que los esporulados no pasen a formas vegetativas, que son las que producen las sustancias tóxicas 146  Escabechado y envasado hermético. Sin tratamiento térmico  Envasado hermético y pasteurizado  Salazón y envasado hermético. Sin tratamiento térmico (ej. Anchoas)

Esterilización de alimentos sin envasar seguidos de envase aséptica

Se llaman procesos asépticos o UHT (Ultra High Temperature) Se hace para líquidos y semilíquidos poco viscosos (leche, nata, purés), es decir, alimentos que podemos bombear por tuberías Las temperaturas que se alcanzan son muy altas, 135-150ºC, en periodos de tiempo muy cortos, durante 2-5/15 segundos. También en condiciones de subpresión Se pueden hacer de 2 modos:  UHT indirecto: a

través de unos equipos llamados cambiadores de calor. No hay contacto directo entre el alimento y el fluido calefactor.  UHT directo:  Ponemos en contacto el alimento con el fluido calefactor (método de inyección)  Pulverización del alimento en vapor de agua (pulverización) Extra:

UHT indirecto

Cambiadores de calor (no dado) Son sistemas diseñados para que haya una transferencia de calor pero sin que exista contacto directo entre el alimento y el fluido calefactor (UHT indirectos).Pueden ser: de placas o de tubos. CAMBIADORES DE CALOR DE PLACAS: Son una serie de planchas de acero que se colocan de modo superpuestas quedando un espacio entre ellas. Por el espacio circula uno de los líquidos y por el espacio siguiente circulará el alimento. La transferencia de calor se hará por las planchas. CAMBIADORES DE CALOR DE TUBOS: Los hay de muchos tipos: Cambiador de calor de carcasa y tubos o multitubos: al conjunto de tubos se le llama calandria, por los tubos va el alimento y por el exterior circula y se da el intercambio de calor. Fin del extra. 147 Diagrama de flujo de un proceso UHT indirecto
El producto (leche por ejemplo) la tenemos a temperatura de refrigeración. Es impulsada por una bomba (representada por flecha) y es dirigida a un intercambiador de calor (representada con una W). Hay placas y por una de ellas pasa una leche ya sometida a esterilización. Se hace un precalentamiento pero en lugar de usar vapor de agua uso la leche que ya ha sido tratada (ahorro energético). Va pasando por intercambiadores de calor (aumentando la temperatura poco a poco). Llega un momento en el que lo pasamos a un cambiador de calor donde se hará el tratamiento, aquí entrará vapor a presión para aumentar la temperatura hasta los 140ºC. Sale la leche ya esterilizada por el tubo de mantenimiento, que va desde el último intercambiador de calor hasta un termómetro. Este termómetro nos verificará si la leche alcanzó la T adecuada. Hay una válvula de modo que si no la alcanzó desviará el producto al tanque de refrigeración (antes pasa por un tanque previo de pre refrigeración). Si sí la alcanzó pasa al intercambiador de calor para que se enfríe y caliente la leche que se tiene que calentar. Luego va a un cambiador para enfriarse y pasará al envasado por proceso aséptico. 3/12/12 UHT directo
El alimento y fluido calefactor (vapor de agua) entran en contacto. Dos métodos: Método de inyección: se inyecta vapor de agua a presión en una corriente del alimento precalentado. Se hace a través de la utilización de una válvula: tenemos el alimento precalentado por cambiadores de calor (sistemas indirectos) y después, en este, es una válvula la que permite que vaya a distribuirlo, quedando una fina capa en contacto con el vapor que llega por otra conducción. No se usa mucho. 148 Método de difusión. Más empleado porque pulverizamos alimentos en vapor de agua y transformamos el alimento en gotitas (se atomiza) en una cámara donde entra también vapor de agua nebulizado y así al ser un tamaño tan pequeño se da una transferencia de calor instantánea y homogénea. No se produce sobrecalentamiento. Es el sistema de elección a la hora de hacer tratamientos UHT de tipo directo.

DIAGRAMA DE FLUJO DE UN PROCESO UHT DIRECTO

El producto está en un tanque de almacenamiento. Por medio de una bomba es impulsado a un cambiador de calor (W en el diagrama). Aquí la leche se calienta hasta por ejemplo 60º (precalentamiento). Es el vapor que sale de una cámara de vacío la que calentará este tanque de 60º. Luego avanza a otro tanque de pulverización con vapor de agua (fluido calefactor) a 80º. Se bombea la leche a una cámara de vapor. Aquí llega la leche a 80º pulverizada por método de difusión. Aquí trabajamos a presión y se inyecta vapor. Así conseguimos T > 100ºC. Cuando esas gotas a 140º contactan con la leche que está a 80º, se condensan (pasan de vapor a líquido) y así el vapor cede su calor latente de condensación y la leche alcanza instantáneamente la T del vapor (los 140º C). El vapor se está condensando y la leche se caliente pero se agua, se diluye un 10-20%. Esto luego habrá que rectificarlo. A la salida de esta cámara de vapor tenemos un termómetro: si no hemos alcanzado la temperatura querida, se desvía el flujo al tanque de almacenamiento de nuevo previo enfriamiento con un intercambiador de calor con agua fría. Si sí se han alcanzado los grados que se buscan, la leche pasará a una cámara de vacío que está sometida a menor presión (vacío parcial). Esto hará que la temperatura de ebullición disminuya y el agua se evaporará, la misma

cantidad que antes se captó (se ajusta para ello). Al evaporarse, necesita el calor latente de vaporización, que lo toma de la leche, por lo que la leche se enfría. Ese vapor que sale sirve para calentar la leche crida en el primer tanque que vimos a 60ºC. La leche sale de la cámara de vacío, más frio, sin el agua añadida antes y es bombeada a un intercambiador de calor donde la enfriaremos con agua y saldrá para el envasado aséptico. 149 PROCESOS TÉRMICOS DEL UHT UHT INDIRECTO UHT DIRECTO:
Y: temperatura X tiempo El directo es menos agresivo, no afecta tanto al valor nutritivo porque sube la temperatura sólo unos segundos. * Cursos térmicos: en el UHT indirecto todos los calentamientos se hace en intercambiadores de calor siendo un calentamiento instantáneo pero dura unos segundo pero en el UHT directo el calentamiento es muy rápido.

Envasado aséptico

Si hemos destruido microorganismo tenemos que hacer un envasado acorde para mantener la calidad microbiana del producto. Hay diferentes métodos, pero el más difundido es el de tetrabrick. Usa un envase de cartón multilaminado formado muchas capas superpuestas que tienen:  Polietileno: impermeable a la humedad  Cartón: estabilidad y resistencia  Aluminio: estanco a la luz y al oxígeno  Polietil cartón, polietilenmo, cartón alud,inio y poliet 1. Primero se esteriliza el envase con un baño de H2O2 al 17% a 80º unos segundos. 2. Luego se filtra con aire estéril (caliente) y se retira lo que quede para secarlo. 3. Entra en una cámara aséptica donde entra la conducción del alimento previamente esterilizado. 4. Dentro de esta cámara se le da forma al envase, se llena y termosella, se da un corte transversal con una guillotina. 5. En esta cámara se consigue la esterilidad introduciendo aire estéril (por filtración). En una cámara aséptica no hay nadie trabajando: solo entra el envase y la tubería con el alimento. Todo el aire que entra esta filtrado. 150 Otro envase: botella tricapa. Tiene polietileno de alta densidad. Los que envasan con plástico, compran preformas o sino resinas del material (obtienen la preforma y se produce el soplado del envase y después esterilización)

PASTEURIZACION

OBJETIVO: Destrucción de los microorganismos patógenos no esporulados y reducción significativa de la microbiota alterante. Destrucción de patógenos como Mycobacterium tuberculosis, brucella, listeria monocytogenes en leche. En el huevo destrucción de salmonella. En alimentos con pH menor de 4.5 se busca más la calidad, no vamos a tener problemas con ciertos tipos de patógenos: En cervezas para destruir levaduras residuales. Destrucción de mohos y levaduras en zumos de frutas. En los zumos también se han encontrado algunas cepas de E.coli muy resistentes al pH. Dos modalidades:  Pasteurización baja (LTH, low temperatura holding): se realiza entre 62-68 grados durante 30 min.  Pasteurización alta (HTST, high temperatura, short time): 72-85 grados pero solo durante 15-20 segundos. Se puede hacer de alimentos envasados o bien de alimentos sin envasar seguidos de envasado higiénico (no hace falta que sea estéril). No es necesario una cámara aséptica porque el alimento va a tener microorganismos, ya que solo los reducimos, no es como la esterilización. Con pasteurización se consigue que alimentos con pH por ejemplo de 5,5 se destruyen algunos patógenos pero otros patógenos con pH ácidos diferentes como, quedarían microorganismos. 151 PASTEURIZACIÓN BAJA (LTH)
62-68 º, 30 Minutos Esta pasteurización se puede hacer en una cuba de pasteurización que es un intercambiador de calor que es un recipiente con doble camisa (como dos paredes), es un sistema discontinuo. En el interior va el alimento y por la doble camisa se introduce agua caliente (no hace falta vapor porque no buscamos temperaturas tan altas). El agua rodea todo el recipiente y se dará el intercambio de calor (a 62-68 grados durante 30 min) Además hay un sistema de agitación para que sea un calentamiento homogéneo. Después el alimento se refrigerará. Se usa en explotaciones pequeñas con un volumen bajo de producción, ya que si tienen poco volumen no renta que sea continuo. Otra forma es colocando el alimento envasado en jaulas e introducirlos en baños de agua caliente y para enfriar dar baños de agua fría

. PASTERIZACIÓN ALTA (HTST)

72-85ºC, 15, 20 segundos Se usan cambiadores de calor, sistemas continuos. Se hace en alimentos sin envasar. Son alimentos que se pueden bombear como zumos, leche, la cerveza de barril. A la entrada del producto hasta el primer intercambiador de calor para precalentar usamos su propia energía, la de la leche, que ya ha sido

pasteurizada. Del módulo de calentamiento va al de pasteurización (se hace con agua caliente) y es la que servirá para calentar la leche cruda. Después pasa a otra cámara donde cede energía al producto del tanque que viene frío (más leche fría), por lo que recuperamos la energía. Como esto no es suficiente para enfriarlo pasa al último modulo con agua refrigerada donde se hace el enfriamiento. Sale y se envasará de modo higiénico. Debe haber una válvula para en caso de no lograr la temperatura requerida, desviar la leche de nuevo al tanque de leche cruda. 152 TUNEL DE PASTEURIZACIÓN
Ej: cerveza, zumos Para alimentos que se pasteurizan ya envasados. Sistemas continuos (cintas transportadoras).  TRES SECCIONES:  Precalentamiento, con duchas de agua caliente  Pasteurización: agua  Enfriamiento: duchas de agua fría Debe haber sistemas de recuperación de agua porque si no sería un gasto muy grande: bombas. Además el agua templada que sale del enfriamiento se puede usar para la pasteurización. ¿De alta o baja temperatura? Pues no es de ni uno ni de otro, porque puedo adaptar la temperatura. Si no se precalienta por ejemplo un envase de vidrio se puede romper por el cambio brusco de temperatura.

N TERMIZACION

OBJETIVO: Mantener baja la tasa de bacterias psicotrofas en la leche cruda a espera de sufrir un tratamiento térmico definitivo. Psudomonas: D50ºC: 1-5 min. Lipasas de Pseudomonas: D121ºC = 10-14 min. Proteasas de Pseudomonas: D121ºC = 4-14 min La leche, cuando llega a la central lechera recibe la termiación, tratamiento a 60-65ºC durante 10- 15 segundos mediante un flujo continuo en cambiadores de calor para destruir a las Pseudomonas. 153 Escaldado (no dado?)
Operación previa a la elaboración de conservas, la congelación o la deshidratación de productos vegetales. OBJETIVO PRINCIPAL: INACTIVACIÓN ENZIMÁTICA porque pueden dar:  Reblandecimiento: poligalacturonasa, pectinasas  Cambio de color: lipooxigenasa, poligenoloxidasa, clorofilasa ELIMINACIÓN DE LOS GASES ATRAPADOS EN LOS TEJIDOS: los vegetales cdo se recolectan siguen teniendo metabolismo (toman oxigenos y liberan CO2) así sus tejidos tienen gases q no nos interesan porq pueden oxidar. Es impte eliminar los gases q pueden corroer envases… REBLANDECIMIENTO DE LOS TEJIDOS: facilita el llenado porq si están tiesas son más difíciles de meter en un envase REDUCCIÓN DE MICROORGANISMOS: al escaldar, mueren parte Ejemplo: Si congelo sin escaldar, la congelación conserva manteniendo a -18ºC (en industria). A esta temperatura nosotros no hemos detenido la temperatura enzimática. Para que se detuviera tendríamos que llegar a temperaturas que no son rentables (muy muy bajas). Por esto es importante escaldar, para que aunque haya actividad durante la congelación, sea menor. En las conservas: empiezo a calentar y antes de llegar a la de esterilización paso por otras medias por lo que puedo estar en un rango de temperaturas a las que facilito la actividad de las enzimas. Por esto es importante también en las conservas. PROCESO: 95-100 º unos minutos Dos métodos:  Atmosferas de vapor: túneles  Inmersión en agua caliente: en baños La pasteurización es suave. La única que se pierde es la vitamina C. Las hidro son más lábiles y las liposolubles más termorresistente. 154 Efectos de los tratamientos térmicos en los alimentos
Proteínas:  Mejora la digestibilidad por desnaturalización (se abren y pierden su estructura cuaternaria) y facilita la acción de las enzimas que las van a digerir.  Pérdida de aminoácidos esenciales (ejemplo: lisina por reacción de Maillard) Lípidos (AGIns):  Isomerización (cis  trans)  Oxidación Carbohidratos:  Aumenta la digestibilidad por gelatinización del almidón  Participa en la Reacción de Maillard (pigmentos y aromas) Vitaminas hidrosolubles (B, C):  Degradación por el calor  Pérdida por lixiviación en productos vegetales, la vitamina puede pasar al liquido de cobertura.  Oxidación de vitamina C Vitaminas liposolubles (A, D, E):  Más estables al calor  Pérdidas por oxidación Minerales:  Pérdidas por lixiviación  Posible incremento de los niveles de Na porque están sumergidos en un liquido de inmersión (como la salmuera)  malo para los hipotensos. Se pierden ácidos grasos esenciales 155

TEMA 15. GENERACION DEL CALOR POR RADIACIONES ELECTROMAGNETICAS NO IONIZADAS. microondas

NUEVOS SISTEMAS DE CONSERVACIÓN DE ALIMENTOS

5/12/12 La mayoría de los procesos están basados en la aplicación de calor. Optimización de los procesos convencionales (HTST), en alimentos fluidos, alta temperatura en menos tiempo. Nuevas formas de procesado:  Térmicos: siguen basándose en el calentamiento, aunque cambie el método.  No térmicos: destrucción de microorganismos por otros métodos.

PROCESOS TÉRMICOS

Cambiar forma de calentamiento para que no haya consecuencias negativas de las formas tradicionales. Microondas (915/2450 MHz) Calentamiento dieléctrico / por radiofrecuencias (13,56 – 27,12 MHz) Calentamiento óhmico (50 – 60 Hz) Extrusión en caliente tipo HTST Cocinado al vacío (sous vide) Calentamiento por inducción TENDENCIAS:
Generación de calor. Calentamiento más homogéneo y más controlable. Tratamientos más eficaces, menos tiempo, sin pérdidas de calor de los alimentos. Se buscan nuevas formas de generación de calor porque junto con la destrucción de microorganismos está la modificación de las propiedades de alimentos, por eso la necesidad de mejorar los tratamientos térmicos convencionales, para disminuir en la medida de lo posible las modificaciones organolépticas de los alimentos.

MICROONDAS:

La VENTAJA de las microondas es que el calor se genera en el interior del alimento, no hace falta sobrecalentar la superficie. HISTORIA: En la II Guerra Mundial se dieron cuenta de que el enemigo estaba utilizando ondas que ellos no podían detectar (se fundían las chocolatinas, se hacía el maíz, etc.). 156 En 1951 se inventó el primer aparato microondas. A partir de los años 70 se utiliza como electrodoméstico casero. La industria empieza a introducirlo en industria alimentaria debido a sus ventajas. Los microondas dan la posibilidad de calentar el alimento y para fabricar alimentos que sean fáciles de usar por el consumidor.

DEFINICIÓN DE MICROONDA:

Las microondas son radiaciones electromagnéticas, con un campo eléctrico y un campo magnético perpendiculares entre sí e interconvertibles. El importante en este caso es el campo eléctrico, ya que es el que interacciona con el alimento. Parámetros importantes: Frecuencia (en Hz). Número de ciclos por segundo, el numero de veces que cambia la dirección el campo eléctrico medido. Longitud de onda (λ en m). Espacio en el que se repite. Potencia (W): E que tienen las ondas. Las microondas tienen muchas aplicaciones en nuestra sociedad, no solo en los hornos microondas sino que también en aplicaciones medicas, para el ejércitos, para las comunicaciones, para la investigación, y para evitar interferencias entre unas aplicaciones y otras se han reservado bandas de frecuencia para cada una: para el calentamiento son 2450 MHz y 915 MHz aunque en algunos países la frecuencia mas pequeña puede variar un poco (en Reino Unido (800MHz). El espectro electromagnético se divide en radiaciones no ionizantes y radiaciones ionizantes. La radiación microonda tiene: Una frecuencia entre 300 MHz y 300 GHz, Una longitud de onda entre 1 m y 1 mm. Esta franja está dentro de la radiación no ionizante, lo que quiere decir que la E asociada a la radiación microonda no es suficiente para: Desprender electrones. Desprender átomos de la materia (no ioniza átomos ni moléculas, no produce cambios drásticos). Se encuentran muy próximas a la radiación infrarroja, que también tiene capacidad para calentar. La diferencia entre ambas es que la infrarroja no tiene poder de penetración, calienta solo la superficie. Las microondas sí penetran. 157 Infrarrojos calientan la superficie, no tienen capacidad de penetración. Las microondas si que penetran, tienen capacidad de calentar desde el interior.

¿Cómo calientan las microondas?

Las microondas calientan los alimentos por dos mecanismos:

Rotación de dipolos (principal mecanismo)

El principal dipolo presente en los alimentos es el agua, con una zona electronegativa (O) y otra electropositiva (2H). Otros dipolos en el alimento: alcoholes. Ninguno más. Las microondas son un campo eléctrico con una frecuencia de 2450MHz, es decir, la dirección de su campo eléctrico cambia 2450 millones de veces por segundo. Así, esta molécula va a querer alinearse en función de la dirección del campo eléctrico, que no es estático, por lo que al querer alinearse con él se va a mover y va a aumentar su energía cinética. Al aumentar esta energía va a chocar con las moléculas de su alrededor aumentando más la E cinética de las moléculas de su alrededor, creando

calor.

¿Se comportan igual todas las moléculas de agua de un alimento?

No, solo podrán moverse las que estén libres. No todas las moléculas de agua que estén en el alimento tienen libertad. Hay muchas que se encuentran formando la capa de hidratación de otras moléculas, proteínas, fosfolípidos y más. Éstas no van a ser susceptibles a las microondas. Pasa lo mismo si esta en otro estado físico, como el hielo: estructura cristalina en la que las moléculas de agua no responden a la energía de las microondas. Solo las moléculas de agua libre no ligadas y no transformadas en hielo reaccionarán a las ondas microondas.

Conducción iónica:

En este mecanismo están implicadas las sales disociadas (, iones con carga eléctrica. Al tener carga les pasará lo mismo que a las moléculas de agua. Cuando hay un campo eléctrico van a migran en dirección al campo eléctrico y al moverse éste aumentará la E cinética de los iones y de las moléculas de su alrededor, creando calor. Muy importante en alimentos con mucha sal, como el jamón de york. 158 Cuando una microonda incide en un material o alimento se comporta de forma muy parecida a la luz: Una parte de la microonda no penetra en el material sino que se refleja. La que no se refleja entrará en el material y puede sufrir dos comportamientos. Esta parte es la que nos interesa.  La microonda puede ser absorbida por el material y le cederá su energía, aumentando su temperatura.  Si no se absorbe saldrá por la otra superficie del alimento, a esta parte de la microonda se le llama onda transmitida. Un parámetro que interesa medir es la profundidad de penetración, a partir del cual deduciremos si la onda es absorbida o transmitida. Depende de la naturaleza del material y de la potencia de la onda principalmente. Todo esto dependerá de las propiedades del alimento y de las propiedades dieléctricas.

Propiedades dieléctricas:

Ɛ’: CONSTANTE DIELÉCTRICA

Indica como se refleja la microonda en la superficie de un material. Indirectamente nos dice cual va a ser la porción de la microonda que se va a transmitir dentro del material. Cuanto mayor sea, mayor será el grado de reflexión. El alimento actuará como un espejo y menor energía cogerá el alimento Ɛ’’: FACTOR DE PERDIDA
Este factor de perdida está relacionado con cómo se absorbe la microonda en el alimento dependiendo de las características del alimento, cantidad de agua y sales. Cuanto mayor sea, más energía de la microonda se absorberá y más fácilmente cederá su energía al alimento. . Si la microonda se absorbe muy bien, es lo mismo que decir, que la microonda cede fácilmente la energía al alimento y se va a calentar con mucha facilidad. 159 LA TAG (δ): TANGENTE DE PERDIDA.
Tag (δ) = Ɛ’’ / Ɛ’ Relaciona las dos anteriores. Qué cantidad de onda entra en el alimento y cuanta de ella se absorberá por el alimento.

¿Cómo expresamos el calentamiento de las microondas?

Hay dos parámetros que expresan numéricamente como se calientan los alimentos: PV = POTENCIA ABSORBIDA:
Cuanta energía absorbe el alimento que queremos calentar Pv = k . f . Ɛ’’. E2 Tiene influencia el factor de pérdida: depende de la absorción y cuanto mayor sea mayor va a ser la potencia de la microonda que va a absorber el alimento. f: frecuencia de la microonda, cuanto mayor sea, mas absorberá el alimento E2: energía del campo eléctrico, factor del equipo que no podemos modificar DP = PROFUNDIDAD DE PENETRACIÓN (CM O M):
distancia que recorre la microonda dentro de un material hasta que su energía se reduce hasta un 37%%, es decir, si es un material que absorbe muy bien el microondas la profundidad de penetración va a ser muy pequeña, mientras que si el material no absorbe la energía de los microondas la profundidad de penetración va a ser muy grande. √ Tipos de materiales:
Teniendo en cuenta los Ɛ se distinguen 3 tipos de materiales:

Materiales reflectantes:

estos materiales actúan como un espejo. Reflejan toda la microonda incidente. Ejemplos: metales. Por eso la cavidad de los aparatos microondas es metálica, para que las ondas se reflejen y reboten para confinar las microondas en un espacio limitado (así las ondas no se escapan ). Los metales no se calientan, no los van a penetrar las microondas. No tienen constante dieléctrica ni factor de pérdida (Es infinito)

Materiales transparentes:

tienen una constante dieléctrica y factor de pérdida relativamente bajos. Esto se traduce en que reflejan muy poco las microondas, es decir, la mayor parte de la onda incidente pasa a su interior, pero como tiene un factor de pérdida muy bajo muy poca cantidad se absorbe y gran cantidad se transmite. La potencia va a ser muy pequeña y la profundidad de

penetración muy elevada (más de un metro). Ejemplos: vidrio, papel, muchos plásticos, por eso son de gran utilidad como recipientes: las microondas pasan a través de ellas y no se calientan (poco ha usado ésta un microondas…) 160 Materiales absorbentes:
Las constantes dieléctrica y factor de pérdida toman valores elevados y más o menos variables. La reflexión puede ser relativamente alta, pero como el factor de pérdida es bastante elevado, la mayor parte de la microonda que entra se utilizará para calentar el material. El poder de penetración será siempre muy bajo. Ejemplos: agua destilada, carne cruda, aceite…

Factores que influyen en el calentamiento de las microondas:

Características de las microondas

FRECUENCIA:

Solo se utilizan 2450MHz o 915 MHz.La diferencia principal será la capacidad de penetración. A mayor frecuencia más e se absorbe y la profundidad de penetración es menor. Para piezas grandes: pequeñas frecuencias para poder calentar todo. Calor más homogéneo por mayor capacidad de penetración. Para piezas pequeñas: grandes frecuencias para no perder todo el calor.

POTENCIA:

La energía de las microondas. A mayor potencia, calentamiento más rápido. Pero en el caso de las microondas no nos interesa mucha energía porque ya de por si el calentamiento es rápido, y en ocasiones hace falta cierto tiempo para conseguir ciertos procesos.

Propiedades de los alimentos

PROPIEDADES DIELÉCTRICAS

Composición química: agua y sales iónicas. Que en su composición haya moléculas que puedan absorber energía influye en el calentamiento. Del mismo modo, también hay que tener en cuenta las moléculas que puedan interactuar con el agua limitando su capacidad de interacción con las microondas.  Temperatura. Cambia el valor de las propiedades dieléctricas del alimento. Gran influencia. Cuando la temperatura es superior a los 0ºC: agua líquida. A partir de esta temperatura y al aumentarla, disminuyen tanto la constante dieléctrica como el factor de pérdida. A medida que aumenta la temperatura el alimento absorbe con más dificultad la energía de las microondas y la capacidad de penetración es mayor. Esto hace que el calentamiento sea más homogéneo. Es bueno: las partes más calientes se calentarán más despacio que las más frías. 161 El jamón cocido no se comporta así por la conducción iónica, porque en los alimentos con mucho contenido en sal ocurre lo contrario porque el movimiento de iones se favorece con la temperatura. Se puede calentar excesivamente el exterior y las microondas no penetran. Cuanta más temperatura más van a absorber la energía de las microondas. ε’ ε’’ Dp Agua (24ºC) 78,0 9,2 1,7 cm Agua (0ºC) 3,2 0,003 1162 cm Agua a 24ºC  Dp de 2 cm Cuando la temperatura es inferior a los 0ºC: agua en estado sólido. Las dos constantes se comportan de forma muy diferente. De líquido a sólido disminuyen mucho estos factores. Esto quiere decir que el agua congelada se transforma prácticamente en un material transparente para las microondas. Agua a 0ºC Dp de 11,5 metros. Las ondas se transmiten pero no se absorbe su energía. Al aproximarse a los 0ºC las 2 constantes aumentan: importante para el uso de las microondas para descongelar, las zonas que estén más próximas a 0ºC son las que más se calienten, mientras que las partes más frías van a absorber peor las microondas, es malo. Por ejemplo: al descongelar algo al microondas hay partes muy calientes e incluso trozos de hielo.

PROPIEDADES GEOMÉTRICAS

 Tamaño. No el absoluto, sino en relación con la capacidad de penetración de las microondas. Los alimentos de gran tamaño no tienen mucha importancia para el calentamiento ya que va a ser un calentamiento muy homogéneo. Sin embargo, si tenemos porciones más pequeñas, al alimento le llegan microondas por todas sus caras y habrá zonas donde se superpongan las microondas en su interior y podría llegar a quemarse. Por ejemplo: centro de pan descongelado quemado si no se tiene cuidado.  Forma. El calentamiento es más homogéneo si son formas redondeadas y ovaladas, la mejor forma es la del donut (mmm). Las peores, las rectangulares. 162 OTRAS PROPIEDADES FÍSICAS.
 Calor específico: cantidad de energía que necesita un alimento para aumentar su temperatura. Un alimento pequeño se calentará con poca energía. Los aceites se calientan con mucha facilidad.  Conductividad térmica. Sobre todo en piezas muy grandes. Las microondas dejan calor en superficie y por conducción o convección lo transmiten hacia el interior.  Viscosidad. En líquidos y pastas influye. 

Porosidad. Tener en cuenta que el aire es transparente a las microondas. No va a influir mucho en que el calentamiento sea homogéneo. Diferencia muy grande con el calentamiento convencional en el que actúa como aislante.

Características del calentamiento por microondas

10/12/12 Ventajas:
Es muy rápido. Comparado con un calentamiento convencional. El calentamiento general es más rápido en las microondas, porque aunque en los infrarrojos la superficie se calienta muy rápido y de forma mantenida, como la transmisión de calor al interior es por convección, tarda más que las microondas. Uniformidad: calor homogéneo en todo alimento, porque calienta desde el interior. Selectivo: solo se calienta el producto que queremos calentar porque solo se calienta el interior del producto, no lo de alrededor, ni el aire, ni el envase, solo el alimento. Mayor calidad del producto porque nunca está en contacto con superficies muy calientes. Hay menor degradación aromática y de color, no hay desnaturalización de proteínas Facilidad de transmisión de energía. Da igual la temperatura de alrededor, calienta bien en cualquier ambiente. 163 Control: es muy rápido porque no tiene ninguna incercia. El horno tradicional de casa tarda en enfriarse, mientras que en el caso de las microondas en el momento que dejan de emitirse cesa el calentacineto Ahorro de espacio: muy compacto Alta eficiencia: el 90% de la energía eléctrica consumida se transfiere en calor en el producto.

Inconvenientes:

Ausencia de reacción de Maillard: porque la superficie nunca va a alcanzar temperaturas muy altas (necesario superar 100ºC) y ni la suficiente actividad de agua. No llega a evaporarse agua en la superficie, lo que evita la producción de esta reacción (temperaturas altas y mucha agua). Esta reacción es muy importante porque contribuye al color, olor y sabor de muchos productos como los asados. No se forma corteza, no se ve afectada la superficie del alimento. Para el horneado del pan y asado es un problema. Calentamiento no uniforme: es más uniforme que el tradicional pero no del todo. Hay zonas donde las microondas se suman y otras donde la intensidad de las microondas se resta. En la cavidad de los microondas hay puntos calientes y fríos. Son cavidades con paredes metálicas donde las microondas chocan y se reflejan en todas direcciones donde hay zonas donde se suman y otras donde se restan. Si queremos un calentamiento homogéneo no lo vamos a conseguir.

Equipo:

Hay dos tipos:

Sistemas discontinuos:

Similares a los microondas caseros. Varía tamaño y potencia pero no mucha diferencia. La parte más importante: detrás de los mandos a la derecha está el magnetrón, con la ayuda de transformadores y condensadores transforma la corriente eléctrica (alterna) en ondas (corriente continua de 1200 V y 2450 MHz). De él sale una antena que es la que emite las microondas. Las ondas que salen son guiadas por un tubo rectangular metálico (tubo guía-ondas) o directamente a la cavidad. La cavidad tiene paredes metálicas con las que cocan para calentar el alimento. 164 Para que el calentamiento sea más homogéneo se pueden seguir dos estrategias: 
PLATO GIRATORIO TRANSPARENTE que permite que las microondas lleguen al alimento también por la parte inferior y al girar hace que el alimento pase por los puntos calientes y los fríos.  En algunos casos hay unas pequeñas ASPAS METÁLICAS de material muy ligero para que las microondas choquen con estas aspas y la distribución sea más homogénea por toda la cavidad. Es importante la existencia de sistemas de seguridad y control, debemos asegurarnos de que las microondas quedan confinadas en el interior del aparato. Muy bien diseñado el ajuste de la puerta con el cuerpo del horno que funciona como un aislante eléctrico, un pestillo. En la puerta, de cristal, para ver que pasa en el interior ponen una rejilla metálica con orificios que impiden que las microondas salgan al exterior. Además de estos sistemas de seguridad también los hay de control para revisar que de los pulsos de las microondas en función de la rapidez necesaria para el calentamiento.

Microondas combinados:

Para mejorar el calentamiento de las microondas es normal combinarlas con otro mecanismo de calentamiento: CON RESISTENCIA DE INFRARROJOS: Para superficies secas y tostadas en asados. CON AIRE CALIENTE Y/O VAPOR DE AGUA Para alcanzar temperaturas más altas en la superficie del alimento. 165 Sistemas continuos:
Muy sencillos y parecidos. En los industriales vamos a necesitar algo que desplace el alimento por el horno: cinta continua transportadora, generalmente de

material transparente a las microondas. Para que el calentamiento sea más homogéneo se ponen varios magnetrones en distintas posiciones para ampliar mucho el número de trayectorias de las ondas. También suele haber aspas metálicas para distribuir mejor las ondas. Protección en puertas de entrada y salida para evitar la salida de microondas.

Aplicación de las microondas en la industria alimentaria:

En algunos casos se usa la frecuencia mayor, pero cuando se necesita una penetración mayor se usa la frecuencia mínima. La potencia es en todos mas o menos la misma sin superar los 100 Watios. Para cualquier aplicación que necesite calor pueden usarse las microondas pero generalmente combinado con sistemas convencionales.

DESCONGELACIÓN (0ºc)>

2 a 4ºC): nos referimos a calentar o aumentar la T de los productos congelados que están a -18 grados a los -2 -4 grados. Han tenido mucho existo.

Desventajas de la descongelación convencional:

Es un proceso largo con problemas. Durante todo el tiempo hay partículas del producto que alcanzan temperaturas donde se puede producir crecimiento de microorganismos. Además, al descongelar, se produce un exudado rico en nutrientes que permite que los microorganismos crezcan y también se favorecen reacciones químicas.  Requiere mucho espacio físico. En la industria, cuando son grandes bloques, es un problemas. Si empleamos microondas con la menor frecuencia (915 MHz) que tiene mayor profundidad es mucho más rápido (grandes bloques de carne de min) con un gasto energético que no es muy grande.  Consecuencias: crecimiento de microorganismos, oxidaciones superficiales, cambio de color, pérdidas por goteo…

Ventajas del atemperado con microondas

Es un proceso más rápido (evita el crecimiento de microorganismos) y tiene menor requerimiento energético. 166 Problemas derivados de las diferentes propiedades dieléctricas del agua y el hielo: un producto congelado a -20 o -18ºC no está congelado completamente, hay aproximadamente un 15-20% en estado líquido (por encima de los 0ºC). El hielo es transparente a las microondas, por lo que éstas penetran pero sólo son absorbidas donde hay agua líquida, que se puede sobrecalentar. Se evita rociando con aire frio.

SECADO Y DESHIDRATACIÓN:

las microondas se usan asociadas a sistemas convencionales de deshidratación con aire. Se utiliza aire caliente y al principio es rápido, pero cuesta hacer la última fase del secado, momento de eliminar el agua, que será donde se utilicen las microondas. Las microondas calientan selectivamente las moléculas de agua sin sobrecalentar el resto del alimento porque cuando se encuentra con una matriz deshidratada calienta el agua residual: Secado. La microonda actúa donde se absorbe (agua), de esta forma al ser tan específicas (selectivas), disminuye el deterioro por calor de las partes secas. Acortan mucho esta etapa e incluso permite no realizarla a tan alta temperatura. En la capacidad de absorber el agua selectivamente el agua se basan algunos hornos de investigación para calcular el valor C. Se aplican en la deshidratación de pastas, cebollas, zumos de frutas… si son especias o hierbas aromáticas son adecuadas porque no sobrecalientan estos productos y no se pierden aromas, especialmente cuando las microondas se combinan con vacío, porque permite que se haga a temperaturas más bajas.

PRECOCINADO, COCINADO Y HORNEADO:

como no realizan la reacción de Maillard, es necesaria su combinación con otros procesos de calentamiento. Las microondas calientan y precocinan, aportan rapidez, los otros elementos se encargan de otras funciones: existen muchas patentes diseñadas. Bacon: microondas + inyección de aire caliente, la grasa liberada tiene alta calidad organoléptica. Por tanto, el alimento tiene mejores características organolépticas, la grasa se usa como saborizante. Pollo: vapor de agua junto con microondas, para inactivar la Salmonella. Se dejo de hacer. Hamburguesas: para darle el color de tostado se pone una resistencia de infrarrojos. Para mejorar olor se usan aromas, para mejorar color se usan colorantes, pero para mejorar la textura, poca hostia, no en serio… es difícil si no se combinan con otros tratamientos de calentamiento. 167  TRATAMIENTOS TÉRMICOS (PASTEURIZACIÓN Y ESTERILIZACIÓN):
la rapidez de las microondas dan buena calidad nutritiva de los alimentos mientras destruimos gran cantidad de microorganismos. Dan un calentamiento más rápido y homogéneo por lo que al destruir los microorganismos más rápido habrá menor pérdida de propiedades nutritivas. Gráfica: En calentamiento convencional para F0 de 4 min

hay que calentar productos ácidos durante 45 min para alcanzar la destrucción de los microorganismos que nos hemos marcado. Para ese calentamiento la destrucción de nutrientes F0 de 12 min. Para llegar al mismo F0 de 4 min necesitamos un calentamiento de microondas de unos 10 min. Además al ser el tiempo de calentamiento más corto el F0 para destrucción de nutrientes se reduce a la mitad: 6 min. Se conservan más los nutrientes de ese producto utilizando las microondas a la vez que se destruyen microorganismos. Experimentos han demostrado que la destrucción de microorganismos por microondas es por calor, no tienen ningún efecto atérmico. Se puede usar por pasteurización a temperatura ambiente y para esterilizar también usar presión con tratamientos convencionales. Tener cuidado al emplear las microondas para tratamientos térmicos para que todas las partes del producto se calientan por igual. Hay que hacer ensayos introduciendo sondas para asegurar el calentamiento de todas las partes del alimento.

Envases:

Son muy importantes para el calentamiento, en el que pueden tener dos tipos de papeles:

PASIVOS:

constante dieléctrica y factor de pérdida muy bajo. Son envases transparentes a las microondas, pueden ser de vidrio, papel o plástico (que aguanten temperatura y no se fundan). Es importante poder tratar productos ya envasados para evitar siguientes contaminaciones. Cuidado con los plásticos porque los hay con diferentes propiedades y aguantan diferentes temperaturas. El polietileno aguanta temperaturas no muy altas, si los usamos para calentar grasas o azucares que alcanzan temperaturas muy altas puede haber migración de partes del plástico al alimento, pero los hay que aguantan más temperatura. 168 ACTIVOS:
cambian la forma en que se va a calentar el producto que contienen (hacen de pantalla). Permiten modificar el calentamiento con microondas y evitar algunos de los inconvenientes.  Receptores o susceptores: son ciertas aleaciones metálicas imperfectas y especiales que absorben las microondas y alcanzan focos localizados de elevadas temperaturas y emiten radiación (actúan como parrillas, por lo que está en contacto se quema y al resto le llega el calor por conducción). De esta forma se da la reacción de Maillard y forma corteza. Zonas crujientes en pizzas o tostados en los bocadillos.

Riesgos

1) No tienen efectos atérmicos en el alimento. Solo generan calor. hay que tener cuidado con la manipulación de los alimentos calentados con microondas. Hay veces que se crean zonas sobrecalentadas en el microondas. Al mover el envase se libera rápidamente el vapor generado en la zona sobrecalentada (al echar azúcar en un café muy caliente puede ponerse a hervir, pasa lo mismo con biberones para bebes, el interior puede está muy caliente) 2) Posible riesgo microbiológico si existe manipulación inadecuada de los alimentos. Si no están bien pre-almacenado y conservados, el rápido calentamiento puede no matar eficientemente todos los microorganismos.

Calentamiento dieléctrico:

Es otro tipo de calentamiento volumétrico. Usamos ondas electromagnéticas a frecuencia mucho menor, por lo que tienen mayor profundidad de penetración. Se define como la calefacción de un material aislante eléctrico por las pérdidas que se producen en él cuando se le somete a un campo eléctrico alterno. Las frecuencias empleadas son 1-300MHz, en la actualidad los equipos industriales usan 13,56-27,12MHz. Tienen mayor capacidad de penetración. Microondas con efecto de radiación, pero en este caso el calentamiento se produce por: El alimento se coloca entre dos placas capacitantes metálicas (con las que contacta) conectadas a un generador alterno donde se genera la radiación. El calentamiento es igual que por microondas, por los dipolos de agua. 169 El calentamiento es más homogéneo en el sentido en que no hay que esperar a que llegue la radiación (penetran más por usar menor frecuencia). El inconveniente es que son equipos industriales. El fundamento del calentamiento es el mismo que el de las microondas. Como la corriente es alterna, hay orientación de dipolos y conducción iónica.

CARACTERÍSTICAS DEL CALENTAMIENTO

Ventajas:  Muy rápido y homogéneo.  Pérdidas mínimas de energía.  Tratamiento continuo  Control automático como en las microondas. Desventajas:  No pardeamiento de superficie del alimento.

Aplicaciones: industriales

Finalizar secado/deshidratación y horneado de productos de panadería y pastelería, azucarillos. Se pone un horno de calentamiento por radiofrecuencias tras utilizar el horno normal.

Eliminamos la humedad gracias a la especificidad del alimento. Atemperado y descongelación a nivel industrial de grandes bloques de carne, pescado, zumo, etc. Fundir: grasa, mantequilla, chocolate, etc. 170 Calentamiento óhmico:

Otro tipo de calentamiento volumétrico en el que utilizamos la electricidad (50Hz) Se utiliza para el calentamiento de alimentos con partículas (frutas en almibar, sopa, platos preparados…). Es más difícil pasteurizar estos productos porque el líquido se calienta más que las partículas, pero con este tipo de calentamiento se facilita y es más homogéneo. EJEMPLOS DE PRODUCTOS DONDE SE USA EL CALENTAMIENTO ÓHMICO:  Alimentos con porciones.  Frutas. Muy delicadas mecánicamente.  Salsas de quesos, productos lácteos, etc. Son productos difíciles de tratar con tratamientos convencionales, ya que son muy viscosos porque tienen proteínas que pueden coagular con el calor.

Calentamiento por inducción

Solo por curiosidad, porque tiene cierta relación con los anteriores. Lo importante en este caso no es el campo eléctrico, sino el magnético. Se genera campo magnético que hace que se ponga en movimiento los elementos magnéticos de los recipientes. Es un calentamiento muy rápido y preciso, solo se calienta aquellas partes con material magnético. Importante en algunos sectores de la industria alimentaria, de gran utilidad en recipientes o reactores donde se tratan alimentos. Sartén por inducción: solo la parte de la sartén con el huevo se calienta, el resto no. Es un calentamiento muy rápido y preciso. Muy importante en recipientes o reactores que necesiten calor rápido y localizado. Importancia: control preciso del área de calentamiento:  sólo el recipiente  rápido  seguro

TEMA 16. CONSERVACION POR FRIO. Accion de las temperaturas de refrigeracion en las reacciones quimicas, enzimaticas y microoganismos. Almacenamiento en refrigeracion: factores a controlar: zona subcero.
 

APLICACIÓN DEL FRÍO EN LA INDUSTRIA ALIMENTARIA

Proceso basado en la transferencia de calor, solo que hasta ahora hemos visto transferencia de calor al alimento pero ahora va a ser del alimento a favor de su entorno. En esta transferencia es donde aplicaremos la refrigeración y congelación. El esquema que se va a seguir es el siguiente: 

Introducción

 Refrigeración.  Congelación.  Producción industrial de frío.  Equipos.  Descongelación. Introducción: Uno de los métodos más aplicados y extendidos para ampliar la vida útil de los alimentos. El frío es uno de los tratamientos más utilizados y extendido para ampliar la vida útil de los alimentos y conservar el aspecto de frescos. El efecto conservador del frío se basa en la inhibición total o parcial de agentes alterantes: Disminución de microorganismos (no los destruye) Disminución de la actividad metabólica (maduración de la fruta) Detiene o aminora la actividad enzimática Disminuye las reacciones químicas (oxidación de lípidos, reacción de Maillard) Activo frente a cambios físicos del alimento: como desecación superficial o pérdidas de agua. Es un método físico de conservación se basa en la transmisión de calor o no se dan. 172 VENTAJAS DE LA APLICACIÓN DEL FRIO:
 Permite mantener los alimentos durante periodos de tiempo relativamente largos y conservando el aspecto de frescos: la carne, pescados, aves a temperatura ambiente no duran más de un día. Así permite la distribución de los alimentos a largas distancias. Permite ofrecer oferta de estos productos independientemente de su estacionalidad, es decir, podemos mantener un producto congelado incluso años si se hace bien. En condiciones normales a 0ºC carne, pescado o aves se podría mantener durante aproximadamente 2 semanas. A temperatura ambiente apenas 1-2 días  Ocasiona mínimas modificaciones de las características sensoriales y del valor nutritivo del alimento: no destruye ni vitaminas ni minerales.  Amplía la esfera de utilización de materias primas alimentarias tanto en el tiempo como en el espacio, se conservan mejor: uso en lugares alejados, uso de productos muy perecederos o estacionales. Amplia el periodo de tiempo que se mantienen los productos en el mercado y así mantener el precio más o menos estable, haciendo rentable su distribución. Ahora pescamos cada vez más lejos en las costas y tardamos mucho en llevarlo a transformación,

gracias a la congelación hasta llegar a la industria.  Bajo coste de aplicación. Teniendo en cuenta su vida útil.  No supone riesgos para la salud, no añadimos nada al alimento, no son necesarios aditivos.

Aplicación de frio en la industria alimentaria

REFRIGERACIÓN:

 8ºC a -1ºC. el agua del alimento sigue estando en forma líquida.  Eliminar el calor sensible del alimento. Calor para cambiar (Reducir temperatura) m x ce x cambio de temperatura que queremos producir  En general conservación a corto plazo, días.

CONGELACIÓN:

 Mantener la temperatura de los alimentos por debajo del punto de congelación del alimento, alrededor de -2ºC, aunque universalmente la temperatura a la que se trabaja es de un mínimo de -18ºC modifica características del alimento. Lo que tiene repercusiones en el gasto de temperatura. 173  Hay parte del agua del alimento que va a cambiar de estado: no solo habrá que eliminar el calor sensible sino también el calor latente del agua, porque queremos cambiar el estado del alimento (calor latente del agua del alimento de estado líquido a solido). Para el agua hay que quitar unas 800 Kcal/kg, por lo que la refrigeración es más barata, solo aplicaremos congelación cuando queremos ampliar la vida útil mucho más  Conservación a largo plazo, meses e incluso en algunos productos, años. ¡¡¡ La aplicación de frío no logra que los alimentos sean estables ni química ni microbiológicamente!! Efecto limitado de la aplicación del frio: El efecto sólo dura cuando se aplica, cuando se termina su aplicación el efecto conservador se termina, aumenta su deterioro. Muchos microorganismos sobreviven a la congelación, solo paran su crecimiento, si acabamos con la congelación los microorganismos volverán a multiplicarse.

Reglas de oro para la conservación por aplicación de bajas temperaturas:

PARTIR DE UN ALIMENTO ÓPTIMO:

el frío mantiene las características de un alimento no las mejora. Durante la congelación los microorganismos no mueren, están inhibidos. Por lo que lo suyo será aplicarlo lo antes posible, para no perder características. Solo permite prolongar la vida útil del alimento desde que se ha congelado. Si se hace con un producto con mala calidad microbiológica o un deterioro manifiesto al descongelarlo seguirá igual o peor. La mayor parte de los productos alimentarios salen muy bien en la tecnología alimentaria, el problema es la perdida de la cadena del frio (al comprarlo congelarlo rápidamente para que no se deteriore)

APLICAR FRÍO DE MODO INMEDIATO

En los productos elaborados nada más producirse y animales nada más sacrificarse, debe ir a frío.

NO INTERRUMPIR LA CADENA DE FRÍO

Desde que se obtiene el producto hasta su consumo (Transporte, distribución, almacenamiento…).

Cadena de frío de productos congelados:

En todos los pasos es necesario mantener una temperatura baja. La aplicación de frío supone un gasto económico, importante evaluar los beneficios de la aplicación teniendo en cuenta los gastos que tenemos que hacer. Refrigeración o congelación  almacenamiento en origen  transporte  almacenamiento minorista > exposición a la venta  almacenamiento del consumidor o restauración. 174 REFRIGERACION
:
Nos permite llevar productos al consumidor y distribuirlos en grandes ciudades (de zona de producción a zonas de consumo) o transporte de la materia prima a la industria para aplicar tratamiento que da mayor poder de conservación (pescado recién pescado  refrigeración  industria de conservas) Características principales:  El alimento se mantiene a temperaturas superiores a la de fusión del hielo.  No hay cambios de estado (-1ºC / 8ºC).  Hay que eliminar un calor sensible.  Permite una conservación a corto plazo (días) Otros fines aplicados a la industria alimentaria, aparte de la conservación: cristalización (En azúcares), eliminación de ceras (en aceites comestibles), facilitar operaciones de corte, o en control de fermentaciones.

Potencial conservador: Ley de Arrhenius:

La refrigeración tiene un efecto en la velocidad de los procesos químicos, enzimáticos… Según la Ley de Arrhenius: La velocidad de las reacciones químicas y enzimáticas disminuye logarítmicamente con la temperatura. Para describir el efecto del descenso de temperatura en la velocidad de los procesos químicos se emplea el coeficiente de temperatura o valor Q10: Valor Q10 = En la mayor parte de ellas oscila entre 2-3 (cada vez que descendemos 10ºC, la velocidad se reduce a la mitad o a la 1/3.

Efecto sobre los microorganismos

Al reducir la temperatura nos olvidamos de los microorganismos que tienen temperatura óptima de proliferación por encima del rango

que elijamos. Quedan inhibidos los mesófilos y los termófilos. Vamos a intentar ralentizar la velocidad de crecimiento de los psicrófilos. Los últimos junto con los psicotrofos van a tener una serie de efectos alterantes o patógenos sobre nuestros alimentos. Los psicotrofos van a poder proliferar de forma que nos pueden dar alteración de los alimentos y algunos patógenos. 175 Microorganismos psicotrofos: ALTERANTES:
Van a proliferar lentamente en refrigeración  Pseudomonas (mal olor…), Enterococos. Proliferan con tiempo de replicación más largos: Pseudomonas a 20ºC tiempo de generación de 2 horas en refrigeración de 6 horas. Son los que van a limitar la vida útil de los productos de refrigeración. Van a producir alteraciones organolépticas (olor, color…) que van a hacer que el producto sea rechazado. Además, estos microorganismos van a liberar enzimas, principalmente proteolíticas, que van a ser causa también de alteración, en este caso, alteraciones tecnológicas. Esos enzimas nos dan problemas de estabilidad de los productos incluso cuando los sometemos después de la refrigeración a otros procesos de conservación (como la aplicación de calor). Cuando un lote de leche está mal refrigerada antes de la pasteurización/esterilización los microorganismos van a ser eliminados, pero las enzimas no, que van a producir la precipitación de proteínas dentro del equipo (pérdida de estabilidad de las proteínas, modificación de la textura….). Pasa algo similar en el pescado, que ya ha tenido microorganismos psicotrofos y al enlatarlos, por la acción de estas enzimas (que no vamos a poder eliminar) van a cambiar la textura de nuestros alimentos.

PATÓGENOS TOLERANTES AL FRIO

Riesgo microbiológico importante.  Listeria monocitogenos (0-3ºC),  Yersinia enterocolitica (0-3ªC),  Aeromonas hidrophilas.  Vibrio parahaemolyticus.  Plesiomonas shigelloides.  Clostridium botulinum.  Clostridium tipo E. Pueden multiplicarse incluso en alimentos correctamente refrigerados, llegando a alcanzar 106 UFC / g. en productos tratados sin signos evidentes de alteración organoléptica. Los microorganismos alterantes nos sirven como alerta: si huele mal un alimento (alterantes) lo desecho y me aseguro de que no voy a consumir los patógenos. El problema se da cuando no hay microorganismos alterantes y si patógenos. 176 Esto es más probable en productos manipulados en condiciones muy higiénicas, pero que con las superficies de trabajo con las que ha entrado en contacto (Por ejemplo superficies de corte, en el loncheado), ha podido contaminarse con estos microorganismos patógenos. Sin embargo, no suelen dar problemas porque crecen poco, aunque se presentan más en colectivos inmunocomprometidos (enfermos, niños, ancianos…) que puede acabar con la muerte del individuo.

Problemas:

 No hacer tratamiento térmico antes de consumirlo.  Se contaminan al abrirlos, meter la cuchara y volver a refrigerarlos (ej. mermelada). Importante en alimentos cocinados y refrigerados y en alimentos procesados y refrigerados de larga duración (REPFEDs: productos procesados refrigerados de alta durabilidad). REPFEDs: Productos sous vida, pasta fresca, salsas para pasta, ensalada. Alimentos procesados con vida útil larga. Hay que tener máximo cuidado con estos productos, sobre todo los que no pasan tratamiento térmico, como la pasta fresca, salsas para pasta, ensaladas, o productos “sous vide” (que han recibido un tratamiento térmico una vez dentro del envase). *Extra: Sous vida: cocinado a vacío. Se preparan de la siguiente forma: todos los ingredientes del plato se introduce en una bolsa al vacío, se hace vacío, se introduce en un tipo autoclave donde se calientan y cocinan a temperatura moderada (65-95ºC) luego refrigeración y distribución. Son valorados por su gran calidad organoléptica, aumentan la conservación de nutrientes, olor, sabor. Si presentan algún patógeno, no existen aditivos que frenen el crecimiento, los alimentos se encuentran en anaerobiosis y pH no acido favoreciendo su crecimiento. Fin del extra* Si consumimos alimentos adobados o que han recibido otros procesados vamos a eliminar los patógenos y no vamos a tener este problema, por lo general. También se da productos se envasan en gran cantidad y grandes porciones. Abrimos el envase y lo volvemos a meter en refrigeración. El tratamiento del cual proceden es seguro, pero al ponerlo en contacto con medio ambiente puede volver a contaminarse. Muy importante en residencias o colegios. Se dan muy pocos casos pero es peligroso. También en los que se mantienen en atmosfera con agua (jamón york, pavo, lacón…)

y al ponerlos en contacto con superficies contaminadas o con objetos cortantes (cuchillos), cintas transportadoras, empujadores… ya que algunos microorganismos, como Listeria monocytogenes, crean películas (microfilms) en zonas difíciles de limpiar y son muy contaminantes. 177 Cada vez se utilizan más los productos REPFED: listos para consumo. Están en envases, ya lonchados y los consumimos directamente. Jamones curados… éstos vienen de un proceso seguro: jamón cocido está previamente cocido en el propio envase en el que nos lo dan, ahí es seguro, el loncheado previo también es seguro y pasan directamente a refrigeración. Cuando los abrimos puede empezar a proliferar bacterias que estuviesen inactivadas (L monocitogenes que pudiera haber contaminado en loncheado o transporte) y el problema es que llegue a sectores sensibles (niños y ancianos) Otro problema es la exportación.
Somos de los principales países que exportamos jamón curado. Y lo solemos dar loncheado y envasado. Si se detecta Listeria en otro país al que hemos enviado, esa empresa no va a poder volver a exportar.

Para inhibirlos

Se están buscando nuevos métodos de conservación para evitar estos casos; como son meterlos en equipos de alta refrigeración y ahí se refrigera [sobreenfriamiento o refrigeración extricta (sipercnill system): mantener la temperatura de refrigeración a más o menos 0ºC (entre 0 y -2ªC) que es la mínima temperatura antes de producir el cambio de estado], así eliminamos la posibilidad de la presencia de patógenos que pudiera haber antes. Tiene muchas ventajas:  Los microorganismos alterantes psicrotrofos no proliferan o lo hacen de manera mucho más lenta, por lo que se aumenta la vida útil del producto y se retrasa la alteración. Tener en cuenta que pueden seguir existiendo  Protección frente a la posibilidad de que microorganismos psicrotrofos patógenos proliferen. Se usa en carne cruda o incluso en pescado Siempre que sea posible, si mantenemos el producto en este rango de temperatura controlaremos la proliferación de microorganismos patógenos resistentes al frio. En vacuno se hace alrededor de -1 hasta 7ºC. En pescado hasta -2ºC, en este caso la presencia de patógenos depende de donde lo hayamos pescado, si es de zonas frías (nórdicas) tendremos que refrigerarlo a más temperatura porque tendrán un flora más intolerante a la aplicación de calor para eliminarlos.

VENTAJAS:

 Retrasa mucho la alteración (microorganismos, reacciones…),  Mayor vida útil que refrigeración, reduce la velocidad de proliferación de microorganismos alterantes.  No se forman cristales de hielo intracelulares: por lo que no hay daño.  Menor coste que la congelación. 178 VARIABLES A CONTROLAR DURANTE LA REFRIGERACION 

17/12/12 Hay que controlar diferentes factores.

1. Temperatura

La más importante. Es una variable que nos permite la mínima oscilación, hay que mantenerla constante durante todo el proceso de almacenamiento, existe un intervalo óptimo para cada producto ± 1ºC a la hora de clasificarlo. La temperatura no es universal, que cada alimento según sus características va a tener una temperatura óptima de almacenamiento en refrigeración Hay dos tipos de alimentos según las características:

Alimentos constituidos por tejidos que mantienen una cierta actividad metabólica tras su sacrificio o recolección

Carne, pescado, frutas, hortalizas tras su recolección o sacrifico. La temperatura más adecuada es la que impide el contacto de microorganismos, pero permite que las actividades metabólicas se sigan produciendo porque si no se producirán alteraciones indeseables: 

MÚSCULO PRE-RIGOR/CARNE  ACORTAMIENTO POR FRIO DE LA CA

RNE Inmediatamente después de la muerte del animal el músculo mantiene actividad metabólica por vía anaerobia porque al faltar oxigeno falla la respiración. El músculo sigue moviéndose, contrayéndose y relajándose por la acción de los microfilamentos finos y los gruesos. Está controlada por el Ca2+, que cambia la conformación del complejo miosina y libera sus cabezas del complejo actina. Para que esto ocurra hay un consumo de ATP, por lo que mientras el músculo siga teniendo ATP la contracción-relajación se dará. Cuando el animal muere el músculo intenta continuar con este proceso por vía anaerobia, consumiendo las reservas energéticas de las células hasta que se agota y ya acción miiosinaactina es irreversible y se da el rigor mortis. La vía anaerobia da como producto ácido láctico, que se acumula dando un descenso del pH en el músculo. 179 Cuando el pH baja de 5’6 la producción de ácido láctico y contracción relajación del musculo se para

y se da la rigidez cadavérica, rigor mortis. Desde este momento el músculo ya no tiene actividad metabólica y se dice que el músculo se transforma en carne. La carnificación se da por las propias enzimas del músculo, que atacan a la estructura del sarcomero, la unión actina-miosina sigue, pero las estructuras están rotas. Si no se controla, la carne va a quedar tan dura que ya no va a ser comestible, a pesar de que se cocine. La carne ya no tiene actividad metabólica. El rigor mortis se va a dar en función de:  El acumulo de glucógeno  Las condiciones del animal antes de la muerte. Para evitar una excesiva contracción durante la pérdida de actividad del músculo, la controlaremos refrigerándola.  Si la temperatura del músculo está entre 0-5ºC hasta que se instaure el rigor mortis El acortamiento va a ser muy grande. Cuanto mayor sea el acortamiento del sarcómero la carne va a ser más dura. Por eso nos vamos a temperaturas algo mayores.  Si la temperatura está alrededor de 10ºC, hasta que se desarrolle el rigor mortis para que el agotamiento de ATP se produzca de manera progresiva, luego ya se refrigerará, será poco a poco para que no se endurezca mucho la carne. El frio actúa sobre las reservas de Ca2+ liberándose más y favoreciendo la interacción actina-miosina. Acortamiento por frio será el principal problema de la refrigeración de alimento de origen animal, ocurre tanto en animales de sangre caliente como de fría (pescado) Es más grave en canales pequeñas (cordero) y en todos los músculos superficiales, que son más susceptibles porque se enfrían antes. 

VEGETALES:  DAÑO POR FRÍO

Los vegetales, frutas, hortalizas… en refrigeración van a seguir con su proceso metabólico, siguen madurando. Vamos a tener que bajar las temperaturas para ralentizarlo, pero vamos a los alimentos serán menos dulces, dehiscentes*… porque afectamos a la permeabilidad de algunos orgánulos intracelulares que liberarán sus enzimas que alterarán la estructura de los vegetales. Bajaremos la temperatura para acabar con la respiración. Pero también pararán los procesos metabólicos naturales de la maduración de las frutas. Cada vegetal tienen unas temperaturas mínimas por las cuales se alteran sus rutas metabólicas, característico de cada uno y adaptado a su hábitat, las tropicales necesitan temperaturas más altas. * Dehiscente: dicho de un fruto cuyo pericardio se abre naturalmente para que salga la semilla. 180 El problema será el daño por frio: Se manifiesta por fallos organolépticos, menos desarrollo aromático y dulzor, será más ácido. Características del daño por frio en vegetales:  Alteraciones metabólicas  Cambios en la permeabilidad de las membranas  Pérdida de la integridad de las membranas  Manifestaciones:  Incapacidad de madurar.  Manchas.  Oscurecimiento en el interior.  Textura alterada.  Depresiones superficiales.  Mayor susceptibilidad a los hongos. Por ejemplo: Plátanos pochos. Por lo tanto, en estos alimentos no es adecuada la utilización de bajas temperaturas. Tenemos tolerancia al frio bastante baja.

Alimentos que no mantiene la actividad metabólica

 Alimentos constituidos por tejido o que no mantienen actividad metabólica: carne y pescado post rigor.  Alimentos no constituidos por tejidos: huevos, leche, alimentos preparados, etc. Nos interesa que la temperatura esté lo más próxima posible a la congelación: Temperaturas de sobreenfriamiento (Excepto pan: el frio acelera su endurecimiento por la cristalización de la amilopeptina del almidón). Adecuada refrigeración a baja temperatura (sobreenfriamiento entre 0 y -2ºC)

2. Humedad relativa

Debe de ser estable a lo largo de todo el almacenamiento, no se permiten variaciones de más del 3-5%. La HR depende de las características del alimento, el contenido de agua, y la facilidad de coger o perder agua. 181 SI HR ES MUY BAJA:
Cuando el ambiente tiene una HR más baja que el contenido de humedad del alimento, el alimento tiende a equilibrarse con la atmósfera que le rodea. Por tanto, el alimento pierde agua y aparece una corteza en la superficie. Además del deterioro del producto, perdemos peso y dinero.  Aspecto deficiente.  Pérdida de peso. SI HR ES MUY ELEVADA:
el agua del medio se puede condesar sobre la superficie del alimento y favoreceremos la proliferación de microorganismos y aparecen hendiduras anormales en las frutas con crecimiento de mohos. Por tanto, es muy importante ajustar la HR de las cámaras en función del contenido en humedad del producto. Esto es muy difícil. Para evitarlo lo envasamos, y vamos a tener que controlarlo.

Utilizaremos una película impermeable al vapor de agua (plástico), cuanto mayor sea mejor. Hay tablas con los materiales. En el ¡examen! no le va a valer decir que es necesario el envasado, sino que vamos a tener que decir que tipo e incluso que material. También podemos utilizar el vacío, así impediremos el intercambio de agua entre el alimento y el ambiente Hay un cuadro: condiciones recomendadas para el almacenamiento en refrigeración. Pone la temperatura y la humedad relativa para cada alimento y en función de ello la vida útil. Como:  Carnes: elevada: 80-90%.  Vegetales: también altas, 80-90%  Productos más deshidratados (pescado ahumado, quesos…): HR más baja, 50-70%.  Jamones curados: 15-18ºC al 50-60% de HR tendrá una vida útil de entre 0-3ºC.  Aves: -2 -0 a 85-90 para 1 semanas  Para pescado fresco 0’5-4’4 al 90-95% para 5-20 días. Si tenemos carne que no sabemos muy bien qué vida comercial va a tener, la temperatura de elección sería la que más vida útil me va a dar y la que más seguridad microbiana de (0 a -1ºC, e incluso -2ºC). La HR por encima del 85%. Si lo puedo envasar lo envaso y sino no y en este caso controlo la H en el interior de las cámaras. Si trabajo con otro producto que su almacenamiento no depende del frío me lo puedo ahorrar haciendo una refrigeración de 10ºC e incluso más, como es el caso del jamón curado que ya tiene sal para la conservación. En cuanto a temperatura junto con la humedad relativa: Sirven para el mantenimiento:  Estable  Características del alimento 182 Necesitaremos varias cámaras de refrigeración, una para los productos con actividad metabólica controlando la temperatura y humedad par no problemas anteriores y otra para los que no tienen actividad metabólica.  Para productos que sufren daño por el frío: frutas y hortalizas, 10ºC y 90% de HR.  Huevos, leche, tejidos animales, frutas y hortalizas tolerantes al frío: 0ºC y 90%HR.

3. Circulación y purificación del aire

En las cámaras en las que refrigeramos y en las que mantenemos los alimentos refrigerados debe haber una circulación del aire adecuada para:  Enfriar rápidamente: es cuando debe tener más velocidad. De esta forma vamos a poder disipar el calor. Valores medios entre 1-2 m/s para enfriar.  Mantener una temperatura uniforme: para que no se formen bolsas de agua caliente en distintas localizaciones. Para mantener simplemente el producto vamos a necesitar velocidades del aire mucho más bajas: 0’1-0’2 m/s.  Mantener una composición uniforme: importante en vegetales para evitar el acumulo de etileno. Adecuar esa velocidad del aire es importante, porque si lo movemos excesivamente (por corrientes de convección forzada) se favorece la deshidratación de la superficie del alimento. Es importante definir la velocidad de disipación. El calor pasa del alimento al aire y de éste al evaporador, donde se produce el cambio de estado. Todo tiene que estar normalizado y regulado. Para conocer las corrientes de aire en las cámaras hay una normativa que dice cómo deben estar distribuidos los productos por la cámara teniendo en cuenta que debe haber una distancia mínimas entre los productos y las paredes, techo, suelo y equipos de enfriamiento del aire para que la circulación del aire sea uniforme y no esté entorpecida por los productos. Además si tenemos en la cámara alimentos de distinta naturaleza podrá haber productos que liberen compuestos aromáticos volátiles (Cebolla) y otros que lo absorban (ácidos grasos libres). Problemas en cocinas de restauración. El movimiento del aroma esta favorecido por el movimiento del aire. Para evitarlo:  Purificación: cuando se almacenan varios productos (aromáticos + grasos): si tenemos alimentos de distinto tipo podemos tener productos que liberen aromas y otros que los captan: cebollas, pescado liberan aromas y los productos grasos atrapan ese olor. Por:  Ventilación  Filtros de carbón activo: para atrapar los aromas que se liberan de los alimentos y que se ven potenciados por el movimiento del aire. 183  Según las características del alimento.  Envasado los productos, con envases impermeables a vapor de agua y a las sustancias aromáticas (en las tablas de las características de los materiales de envasado)

4. Luz

Es un agente prooxidante, lo que supone un problema para los productos con pigmentos oxidables y productos ricos en grasa. Alternativas:  Almacenado en las cámaras de refrigeración en oscuridad. Como no siempre es posible, sobre todo si lo vamos a comercializar:  Envasado con un material opaco a la luz. Hay muchos productos congelados que además de

un envase de plástico van empacados en cartón (opaco), que no dejan pasar la luz para evitar la oxidación (pizzas). En algunos casos se puede recurrir al uso de lámparas UV para evitar el crecimiento superficial de microorganismos sobre los productos. Hay que tener en cuenta que debe ser durante poco tiempo y en productos no susceptibles a la oxidación, porque puede dar lugar a cambios indeseables como la oxidación de pigmentos, decoloración e incluso sabores amargos (también es prooxidante

).

5. Composición de la atmosfera

Se utiliza como tratamiento combinado con la refrigeración durante la conservación, obstaculizando aún más la degradación. Variando esto podemos, como poco, duplicar la vida útil del alimento que es sometido a este tipo de conservación. Puede darse:  Dentro del envase: cambio la composición de la atmosfera dentro del envase:  Atmósferas modificadas (MAP): alimento dentro de atmosfera protectora. Por ejemplo, quitando el aire y metiendo un atmosfera protectora, metiendo CO2, que frena la proliferación de microorganismos (atmosfera activa).  Envasado al vacío: puedo envasar en un envase con menos oxigeno rodeando al alimento con una atmosfera con menos oxigeno (es barata y muy utilizada). Evita la proliferación de muchos microorganismos patógenos y alterantes.  Atmósferas controladas. 184  En el almacén: atmósferas controladas, en la propia nave de almacenamiento y refrigeración de los productos. Puedo cambiar la composición del aire que hay en una cámara, introduciendo CO2 y modificando el O2 para controlar la vía de agregación de estos alimentos. En muchas ocasiones se hace el almacenamiento en atmosferas controladas. Es lo que se hace en almacenes de fruta.  La atmósfera se compone de O2 al 21% y CO2 al 0,03%:  El O2: favorece el crecimiento de microorganismos aerobios, oxidación y respiración de vegetales.  El CO2: es bactericida o bacteriostático. Aumenta su concentración si se quita O2:  Alimentos vegetales: lo normal es ↑CO2 y ↓O2 para disminuir su ritmo respiratorio, porque manteniendo unos límites para no modificar sus rutas metabólicas. Altos niveles de CO2 retrasan la maduración y luego se reducen antes de sacarlo al mercado.  Alimentos de origen animal: se usa el vacío o atmósferas con un 20- 80% de CO2 (inhibe microorganismos). En pescado se aplica algo de oxígeno para inhibir a los anaerobios.  El N2: papel inerte, lo que hace es mantener el envase expandido, se usa en envases que sólo necesitan 6. Envasado.
 Barrera: frente a la humedad, luz, aromas… siempre que sea impermeable.  Contenedor de atmósferas: MAP, vacío…  Puede ser ACTIVO: refrigeración + conservación. En los últimos años se está trabajando con el envase para que contribuya a la conservación, sería un envase activo, que libera sustancias retardantes de la actividad microbiana (nisina, quitosano, timosl eugenol, lactoferrina, glicoproteínas, etc.), que reduzcan la temperatura, que atrapa O2, vapor de agua (inhibidores de la corrosión), libera enzimas para la maduración de frutas (mallas que recubren chirimoya), absorba el etileno, los olores, también crioconservadores, bioconservadores… Todos estos componentes se están incorporando a los propios polímeros, como con los antibióticos de actividad retardada. 185 Aplicación en la Industria Alimentaria

 Potencial conservador: se puede usar como método de conservación único (ej. en frutas, hortalizas) o combinado con otros tratamientos (ej. en leche: refrigeración antes y después de pasteurizar).  Otros fines:  Cristalización: para purificar el azúcar.  Eliminación de ceras: en aceites comestibles.  Facilitar operaciones de corte.  Control de fermentaciones: vino, queso. MANEJO DE PRODUCTOS REFRIGERADOS: En general, se considera que los alimentos no se modifican. Se deben consumir o procesar inmediatamente. MODIFICACIÓN EN ALIMENTOS REFRIGERADOS: AUNQUE SE MANTIENEN FRESCOS:  Alteraciones y cambios en la textura.  Pérdidas de vitamina C en algunas frutas. 186

TEMA 17. CONGELACION. curvas de congelacion. efecto de la congelacion en los microoganismos, estructuras biologicas y reacciones quimicas y enzimaticas. modificadiones durante al almacenamiento en congelacion. Descongelacion.
Es el empleo de temperaturas inferiores al punto de congelación de los alimentos. La temperatura habitual de congelación es de ≤18ºC. Durante la congelación las moléculas de agua se inmovilizan y se ordenan formando parte de una red fija cristalina, aumentando mucho el orden de estas moléculas. Hay cambio de estado de líquido a sólido. Tenemos que extraer el calor sensible (Q), pero también el latente debido a que en la congelación sí que hay cambio de estado (λ), se produce hielo. Disminuimos el punto de congelación a -18ºC. El periodo de conservación es mayor que en la refrigeración, pudiendo alargarlo durante varios meses. La actividad celular durante el tratamiento un alimento con actividad metabólica se va a detener por completo (incluso en los vegetales), si congelamos un tejido, células, cuando descongelemos ese tejido ya no tienen posibilidades de recuperar su actividad metabólica: metabolismo totalmente paralizado e irreversiblemente. Los microorganismos que crecen en refrigeración son los psicotrofos, aunque de forma lenta; pero en congelación cesa la proliferación de microorganismos psicotrofos y psicrófilos (o eso buscamos). No se logra la total estabilización química ni microbiológica de los alimentos, sino que la conservación está limitada al periodo en que se mantenga esa aplicación del frío. Cuando congelamos dependiendo del descenso de temperatura tenemos tiempo de generación más largo hasta que no se produzca la proliferación: Por ejemplo: los psicotrofos tardan:  5- 8 días a menos 5ºC  8-12 días si la temperatura baja a – 7ªC El OBJETIVO de la congelación es que no proliferen microorganismos por lo que tenemos que descender la temperatura en función de los que queremos inhibir: hasta – 8ºC el límite de bacterias, -10ª las levaduras y hasta -12ºC la proliferación de moho. Para tener una buena inhibición de las reacción químicas tenemos que llegar a los- 18º C que es la temperatura máxima a la que llegamos en alimentos congelados. 188 Muchos microorganismos sobreviven al efecto de la congelación (no tenemos proliferación, pero si aumento la temperatura nos colocamos en punto donde comienzan a proliferar). Las esporas/os o formas esporuladas son resistentes a la congelación, y no destruimos toxinas, por lo que si partimos de una mal calidad microbiológica cuando lo descongelemos vamos a seguir teniendo la mala calidad. La velocidad de las reacciones químicas vamos a tener velocidades cada vez más bajas y limitadas. En la refrigeración el alimento es como un alimento fresco, pero en la congelación el hecho de crezca un cristal de hielo va a dejar una secuela (se puede diferenciar un alimento congelado de otro que no ha sido congelado). El crecimiento del cristal de hielo produce lesión. –

VENTAJAS:

 Apenas tiene efecto en el valor nutritivo del alimento:  No se añaden ni eliminan componentes,  No modifica sabor natural,  No reduce su digestibilidad,  Las pérdidas de valor nutritivo son insignificantes. –

DESVENTAJAS

 No se produce la destrucción total de microorganismos, ya que desarrollan esporas muy resistentes (tanto al calor como al frio), y no se destruyen las toxinas.  Si no se produce el envasado adecuado, deshidratación rápida e intensa  Produce un deterioro mecánico en los tejidos, debido a los cristales de hielo. 189 EFECTO CONSERVADOR. CRISTALIZACION
 Se basa en el paso del agua líquida del alimento a forma sólida (hielo). Estudiamos un fenómeno de cristalización: se forma una estructura organizada sistemáticamente a partir de una solución, que es lo caracteriza el hielo. Para alcanzar esa organización es necesaria una movilidad de las partículas y un tiempo determinado. La cristalización tiene dos etapas: la nucleación y el crecimiento de cristales.

1. Nucleación:

Punto de inicio de la congelación: se producen asociaciones de moléculas de agua para formar un microcristal ordenado y estable: núcleo de cristalización, a partir de la cual empiezan a formarse alrededor otras moléculas de agua dando así el cristal. Es la temperatura a la que un diminuto cristal de hielo coexiste en equilibrio con la fase líquida). Las moléculas de agua en estado líquido no tienen tendencia a asociarse (esto no pasa a temperatura ambiente). Para realizar esta fase tenemos que enfriar y quitarles energía a esas moléculas para que se empiecen a organizar, formando pequeño núcleos.

La temperatura a la que esto pasa, es muy baja. La congelación comienza cuando tenemos los cristales estables que no se deshacen, que perduran. Es importante saber que requiere que se baje la temperatura por debajo de 0ºC, la temperatura dependerá de los sistemas con los que estamos trabajando, pero necesitamos que la temperatura descienda por debajo de los 0ºC, debido a que a esa temperatura coexisten moléculas en fase sólida y líquida. Es decir, a 0ºC se formarán núcleos pero no serán estables: en cada momento se organizarán moléculas de aguas y otras perderán la estructura cristalina. Se necesita bajar más la temperatura para que perduren, que sean estables para que otras moléculas se reorganicen y formen cristal. La disminución de la temperatura por debajo de los 0ºC se denomina sub-enfriamiento y se da en todos los sistemas de una forma más o menos intensa. Realmente cuando hablamos que la temperatura de congelación del agua es de 0ºC estamos hablando de la temperatura de descongelación, porque necesitamos bajar más la temperatura para que haya núcleos estables. A medida que bajamos la temperatura es más rápida la velocidad a la que se forman los núcleos. Cuanta más baja es la temperatura mayor es el número de núcleos de cristalización en un determinado sistemas. El tamaño de estos núcleos para que sean estables, depende de la temperatura. La temperatura a la que obtenemos este tamaño crítico es considerada la temperatura a la que se inicia la congelación del alimento (y nunca es 0ºC, siempre inferior): núcleo de cristalización. 190 Puede darse de dos formas:
1) HOMOGÉNEA: Es la que se forma en torno a moléculas de agua. Solo se presenta en condiciones muy especiales, en soluciones puras, en alimento no se da por lo que tiene poca importancia para la industria alimentaria. 2) HETEROGÉNEA: Los núcleos se forman sobre partículas extrañas:  Sólidos insolubles,  Superficies de películas,  Paredes de envases,  Las propias paredes de las células vegetales. Es la que nos encontramos en tejidos vivos y alimentos. Una vez que tenemos los núcleos, empiezan a ordenarse a partir de ellos otras moléculas de agua para dar la estructura ordenada que caracteriza a un cristal: sólido organizado que mantiene un patrón. Cuando metemos algo en el congelador (-18ºC) se forman los primeros cristales de hielo. Los vemos aprovechando la quietud de un sólido, de las paredes del envase, que favorece la nucleación, que es donde aparecen los primeros núcleos y a partir de ellos se forman las demás moléculas de agua, y crecimiento del cristal de hielo. El microcristal tiene que llegar a tener poca energía cinética para que el resto de moléculas que lleguen se cristalicen. En cuanto suban las temperaturas los cristales perderán su estabilidad y perderán su forma, pero si volvemos a bajar las temperaturas se organizarán alrededor de los productos que estén congelados.

2. CRECIMIENTO DE CRISTALES

Es mucho más fácil que la formación de un núcleo. Consiste en el crecimiento de cristales alrededor de los núcleos se van adicionando otras moléculas de agua, dando lugar a una estructura organizada. Puede tener lugar a temperaturas muy cercanas al punto de fusión (cerca de los 0ºC), puede haber crecimiento de cristales alrededor de zonas que se están descongelando, cambiando totalmente las características del producto que se había congelado. 191 La velocidad del crecimiento del cristal está más desplazada que la de la nucleación: a medida que desciende la temperatura aparecen más núcleos de cristalización, pero el incremento del crecimiento no es tan grande como la nucleación. Requiere: Difusión. Concentración de moléculas de agua en la superficie del núcleo Por tanto, el único límite que tiene el crecimiento de los cristales es que las moléculas de agua no puedan moverse y orientarse: viscosidad del medio Las podemos ver a la vez en el proceso de congelación o durante el mantenimiento. Para que comience la congelación tenemos que tener un núcleo de congelación. Ambos procesos se solapan en el tiempo, aunque es verdad que cuando comienza la congelación sí que tenemos que tener la formación de núcleos, se solapan en el tiempo. Las dos etapas se pueden controlar, controlando las características que tienen un alimento congelado. Para controlarla, podemos trabajar con:

A. Factores que influyen en las etapas de la cristalización

La velocidad de enfriamiento:

Depende de la temperatura. Podemos controlar el número de cristales de hielo que van a aparecer en un sistemas, el tamaño e incluso la forma que tienen. Esto es lo que más importancia tiene a la hora de la calidad organoléptica del

producto.

Si la temperatura baja rápidamente

Si el enfriamiento es rápido: la nucleación aumenta, se forman muchos núcleos de cristalización y alrededor de eso núcleos va a crecer un cristal más o menos grande. Para que crezca un cristal se necesita que las moléculas se puedan mover para organizarse alrededor de los núcleos, si hay mucho núcleos el medio es más viscoso, y las moléculas que quedan van a moverse con más dificultad y se van a colocar alrededor del núcleo más cercano, muchos cristales con poco tamaño alrededor de los cuales se van organizando las moléculas de agua. 192 Si baja la temperatura lentamente o la bajamos poco (temperaturas más elevadas):
Los cristales van a crecer mucho porque va a haber menos núcleos, las moléculas de agua se colocarán alrededor formando núcleos de gran tamaño dando menos viscosidad. Eso mismo va a ocurrir cuando se esté modificando la temperatura. La velocidad de enfriamiento influye sobre: Número y tamaño de cristales. Forma de cristales. Así, la forma también depende de la temperatura a la que nos estemos colocando: TEMPERATURAS ALTAS O ENFRIAMIENTOS LENTOS FAVORECEN: formas más angostas, alargadas, más que alteran más la estructura del alimento y son más traumáticas para el sistema. TEMPERATURAS BAJAS O ENFRIAMIENTOS RÁPIDOS FAVORECEN: cristales más redondeados, mayor cantidad y que además son menos traumáticos.

Medio:

Puede ser agua o solución acuosa. Las curvas de congelación son la representación de la temperatura del producto a lo largo del tiempo.

AGUA

A: eliminamos el calor sensible del agua. A 0ºC no se forman cristales, se necesita un sobre-enfriamiento. S: formación de cristales de hielo en sobre-enfriamiento. S-B: la temperatura sube un poco (del sobre-enfriamiento hasta los 0ºC) porque se elimina el calor latente. B-C: durante la congelación la temperatura no cambia, se mantiene estable. C: ya todo el agua líquido es hielo (cambio de estado) al estar a 0ºC y el ambiente a -30ºC, la temperatura empieza a disminuir (quitamos calor sensible). D: el enfriamiento del hielo es más rápido que el del agua líquida. Cae la temperatura porque ya estás formados todos los cristales 193 Explicación Zuri:
Cuando descendemos la temperatura llega un punto donde se empieza a producir el cambio de estado, el agua empieza a pasar de líquida a sólido. Tenemos el fenómeno de sobre-enfriamiento, aparecen núcleos y cristales, y se produce el cambio de estado. Cuando hay cambio de estado en un sistema puro la temperatura permanece constante hasta que toda el agua ha pasado de líquida a sólido, pero cuando ya ha cambiado todo sí que la temperatura puede seguir bajando, es decir, la temperatura de cambio de estado se mantiene hasta que todo ha cambiado.

SOLUCIÓN ACUOSA:

Cuando trabajamos con un alimento no trabajamos con agua pura, sino con soluciones acuosas como por ejemplo una solución acuosa de sacarosa al 15%: El sobre-enfriamiento necesario es menor, porque la presencia de sacarosa hace que se favorezca la formación de cristales de hielo. El punto de congelación disminuye por lo que B´ no es exactamente 0ºC, sino algo más bajo. B´-C´: va haciendo una curva, no es recta. La concentración de sacarosa en la fracción liquida va aumentando progresivamente y esto hace que baje el punto de congelación de la solución. C´: es el punto donde la sacarosa se ha saturado y se cristaliza conjuntamente agua y sacarosa (la disolución ya está saturada). D´: la temperatura a la que empiezan a formarse simultáneamente los cristales de sacarosa y de agua es el punto o temperatura eutéctica. Cada compuesto tiene una diferente. Aquí ocurre a una concentración de sacarosa de 56,2% y a una temperatura de -9,5ºC y se mantiene constante. E´: todo ya se ha convertido en cristal y disminuye la temperatura hasta igualarse con el sistema. El tiempo de congelación va de B´-E´. Por tanto, podemos usar la congelación para concentrar. Sistema de concentración de algunos líquidos al bajar mucho la temperatura, lo que nos queda sin agua se ha concentrado. Cuanto más congelamos: más concentración de soluto.

Explicación Zuri:

Dependiendo de la concertación la temperatura a la que empieza el cambio de estado varía, suponemos que los primeros cristales empiezan a aparecer a – 2,5º C, va a haber un fenómeno de sobre-enfriamiento. A esta temperatura comienzan a formarse los primeros cristales, pero inmediatamente después que aparecen el resto de la solución que permanece líquida, se convierte en una solución más concentrada de sacarosa

porque quitamos agua al cambiar el estado de parte del agua, y en este punto está al 18%, por lo que le corresponde una temperatura para seguir la congelación más baja. 194 Para que aparezcan nuevos cristales necesitamos bajar cada vez más la temperatura, por lo que la temperatura de cambio de estado no es constante como en el agua pura, ya que cada vez que se va congelando el agua la concentración de sacarosa aumenta. Llega un momento en el que la fracción que esta sin congelar se satura y el agua que queda no puede contener la sacarosa y se va a producir la cristalización también del sólido que tenía disuelto. Hasta que todo pase a estado sólido la temperatura se mantendrá a -8ºC y luego ya lo que vamos a enfriar es la forma sólida (hielo más los cristales de solido) y después empezamos a bajar la temperatura. Tenemos una temperatura de inicio de congelación o cristalización y final (la final se denomina punto eutéctico). El punto final de la temperatura puede variar mucho en función de la composición del alimento (de la solución), o puede que nunca lleguemos. En un alimento tenemos una temperatura de inicio de congelación y una temperatura de final de congelación a la que no siempre no llegamos. Desde el comienzo de la congelación hasta el final tenemos un aumento de la concertación de solutos en la fracción que no está congelada, por eso también se usa como medio de concentración para algunos productos como zumos. A medida que descendemos la temperatura en un alimento, un mayor porcentaje de agua se congela, si la mantenemos a -5ºC cuidado porque vamos a tener un contenido importante de agua que no se va a congelar y si lo congelamos a -18ºC estamos congelando más del 89% del agua, y en todos los alimentos que nosotros manejamos congelados hay un residuo de agua que es lo que nos permite descongelar. Su temperatura desciende y cada vez tienen más agua congelada, pero lo mismo ocurre cuando incrementamos la temperatura, porque va estar implicada la cadena de frío. Si yo congelo rápidamente hasta -30ºC, si tengo una mal logística hay un mal control del transporte y de la conservación va a variar y puede acabar con la calidad del producto. En los alimento es más complejo porque trabajamos con muchas soluciones y distintos estados. Temperatura de inicio de la congelación: sí que la conocemos:  Pescado, leche y huevos: -0,6 – -2º C Está relacionado con la cantidad de agua que tiene el alimento. Agua congelada que va a ir en un porcentaje creciente a medida que desciende la T. Ejemplo: Contenido acuoso del 70% y un 30% de solidos que estarían en el agua: cuando empezamos a congelar inmovilizamos el agua en forma de agua (por ejemplo hielo un 40%, el 30% restante que está en forma de agua va a tener que sujetar a los sólidos que están en el sistemas, por lo que van a aumentar los solutos). Si rebajamos más la T podemos tener el 65% en forma de hielo y solo un 5% de agua que mantienen a los sólidos y que muchos pueden llegar a precipitar. 195 Movilidad molecular y volumen libre

Lo que se da en un alimento congelado sobre todo cuando es complejo. Siempre va a quedar una fracción de agua líquida en el alimento, en donde se van a concentrar los solutos del alimento. Inicialmente cuando congelamos el sistema, lo que tenemos es un medio fluido, en el que hay una cierta concentración de solutos. Empezamos a congelar y empezamos a inmovilizar agua en forma de cristal de hielo, y nos queda menos agua para mantener a los solutos iniciales, y es donde está la concentración de los solutos iniciales que van a estar más concentrados. Pasamos de un sistema fluido a uno más denso con menos movilidad molecular porque tienen menos volumen para poder movernos. Llega un momento en el que el volumen de agua que queda es tan escaso que no hay movimiento molecular, las moléculas no se pueden orientar y no pueden dar una red cristalina: llegan a un estado de alta viscosidad en el que no hay movimiento de las moléculas, y se le denomina estado vítreo (estado cristalino, estable pero amorfo, las moléculas están inmovilizadas pero desorganizadas). Es probable ver esto en los alimentos, sobre todo ocurre cuando se elimina mucha agua y en altas concentraciones, sistemas complejos (carnes, pescados…) que no alcanzan cristales en todo el sistema (la mayoría son estados vítreo, amorfo, aunque algunos sí son cristales puros. En un alimento se ha comprobado es que tenemos estado cristalino y vítreo, es decir, tenemos estructura organizada, pero también tenemos solutos en estado amorfo y agua. Cuando llegamos al estado vítreo tenemos la

TEMPERATURA DE TRANSICIÓN VÍTREA (cuando pasamos del estado gomoso al vítreo (Tg). Muchas veces en los alimentos solo llegamos hasta esta temperatura, y no al estado cristalino. El estado amorfo le da la misma estabilidad que el estado cristalino (no reacción enzimática y no crecimiento de microorganismos). La cantidad de solutos que queda en el agua sin congelar es la que nos da el estado amorfo. Tenemos el estado cristalino perfectamente organizado y el estado vítreo amorfo derivado de un medio de alta concentración, muy viscoso. 196 De una forma u otra el EFECTO CONSERVADOR DEL DESCENSO DE TEMPERATURA (CONGELACIÓN) va a depender, no solo va a depender del descenso de temperatura, sino que también depende de: Inmovilización de moléculas de agua. Aumento de concentración de solutos disueltos que supone la inmovilización de mole de agua. En la congelación hay un descenso de la actividad de agua porque la inmovilizamos en forma de hielo y la que queda va a tener una mayor concentración de solutos. Esto explica que un alimento tengo una vida útil muy larga y va a ser estable. Además el descenso se la actividad de agua también va a afectar al crecimiento de microorganismos El efecto conservador de la congelación depende fundamentalmente de la temperatura pero también por la modificación del estado del agua a hielo. Se conserva de meses a incluso años. 9/01/12 MODIFICACIONES QUE SE PRODUCEN EN EL ALIMENTO DURANTE LA CONGELACION
  Por congelarlo. 1) Daño por cristales de hielo (la más importante) Principal causa de alteración/modificación que encontramos en alimentos congelados. Depende de: a. Velocidad de congelación b. Características del alimento. 2) Aumento de concentración de solutos en la fracción no congelada. 3) Variaciones del volumen. Al pasar de agua en estado líquido a hielo aumenta el volumen y tendrá que absorberlo el alimento. Pene de Zuri. 197 1 Daño por cristales de hielo:
Este daño es debido al crecimiento de cristales, depende de: a.

Velocidad de congelación

LENTA:

Es peor. Es importante sobre todo en la carne, donde podemos encontrar células y espacio extracelular. En la congelación lenta la nucleación es poco probable, con menor número de núcleos y cristales más grandes. Llegados a este punto: los núcleos se formarán donde haya menos solutos (la concentración sea menor) ya que será más fácil. Esto ocurrirá en el espacio extracelular. Se forman pocos núcleos alrededor de los cuales empieza a ordenarse agua y a formarse el cristal. Serán cristales grandes que atrapen la mayor cantidad de agua posible. Mientras tanto, en el agua líquida que queda (cada vez menos) alrededor de los cristales (cada vez más grandes) se irán concentrando los solutos que hubiese en esa matriz extra celular (MEC) y habrá un cambio de la osmolaridad del medio al que responderán las células (aumento de la presión osmótica) expulsando agua del interior de la célula (se espachurran). Cuando descongelemos la carne, la estructura compacta que tenía antes de la congelación se convertirá en: Tejidos con células deshidratadas, dañadas por la compresión del hielo y separadas entre sí. por lo que se ve que el tejido pierde su estructura. Cristales de hielo grandes, que pueden llegar a romper las células de nuestra carne. Esto es bueno para el pulpo porque lo ablanda, pero por lo general no es beneficioso. Las células no recuperaran el agua que han cedido al medio y al cristal, habrá muchas pérdidas por goteo, tanto de agua (productos más deshidratados, secos) y además habrá más pérdida de nutrientes solubles en agua, que se perderá en ese goteo.

RÁPIDA

La nucleación es más probable, cuanto menor sea la temperatura. Por tanto, habrá muchos núcleos de pequeño tamaño tanto en el MEC como intracelularmente, por lo que, es menos probable la pérdida de agua intracelular y extracelular, ya que las presiones osmóticas se mantendrán más y su efecto será menor. De esta forma, las células estarán menos afectadas/dañadas por este enfriamiento. 198 Al descongelar nuestros productos los resultados serán mejores, porque las células estarán más hidratadas a diferencia del caso anterior, en el que habrá más pérdidas por la congelación. También habrá poca movilización de estructura. Al descongelarlo, como está menos modificado, se parecerá más a las características iniciales del alimento. Menor pérdida de exudado por lo que tendremos mejor textura. Si conseguimos esto, el producto descongelado se parecerá mucho al fresco, desde el punto de vista tecnológico.

Veremos diferentes tipos de velocidades de congelación:

 Velocidad lenta

cuando la reducción de temperatura es menor a 2ºC/minuto.  Velocidad rápida cuando la reducción de temperatura es mayor a 2ºC/minuto. En función de esas velocidades de temperatura tendremos más o menos dañados nuestros alimentos. Para conocer el avance de la congelación se ha fijado la velocidad de avance del frente de congelación:
 Velocidad muy lenta: menos de 0’1cm/h  Velocidad lenta: entre 0’1-0’5 cm/h  Velocidad rápida: entre 0’5 -5 cm/h  Velocidad muy rápida: mayor de 5 cm/h Con estos parámetros lo que intentamos deducir el la velocidad a la que necesitamos congelar nuestros productos para tener las menores perdidas posibles. En realidad, se dan ambas situaciones a la vez en todos los alimentos congelados, sobre todo en los que tienen gran espesor. Congelación rápida en la superficie del alimento y lenta en el interior. Así veremos velocidades intermedias en los diferentes puntos del alimento. * Detección de alimentos congelados / descongelados (venta como productos frescos). El daño que hace la congelación se puede detectar en alimentos que se venden como “frescos” (a precios de alimentos frescos, mayores) siendo fraude comercial: pescados, mariscos, en navidad y otras fechas señaladas. Detección de este fraude: mediante la detección de enzimas que normalmente deben estar en orgánulos intracelulares y que aparecen en el líquido que exuda ese alimento. Por ejemplo la β – hidroxiacetil – CoA deshidrogenasa: si es congelado (aunque sea muy bien) algunas mitocondrias se rompen y salen al líquido extracelular, al detectarlas, denunciamos el fraude. 199 b. Características del alimento:
Estudiamos dos tipos de alimentos:

Alimentos que derivan de tejidos (carne, pescado, fruta…)

Se afectan, debido a que están estructurados por paredes y membranas que se dañan durante la congelación. Los cambios dependen de la localización de los cristales de hielo y de su tamaño (de la velocidad de enfriamiento). Los más traumáticos serán los cristales que se forme fuera de la célula. El daño será mayor cuanto más rígidas y frágiles sean las estructuras del tejido, por lo que será mayor en los tejidos vegetales (por las paredes de sus células) que en las estructuras musculares (de carne o pescado, ya que sus fibras son más elásticas y largas) Las pérdidas que van a producir en la carne son: PÉRDIDAS POR GOTEO Exudado. CIERTO GRADO DE DESTRUCCIÓN DE LA ORGANIZACIÓN CELULAR. Este daño en ocasiones se usa como sistema de ablandamiento de tejidos, como en el pulpo, además se prefiere que sea lento para que se formen cristales más grandes.

En alimentos que tienen cierta estructura y organización, sin tejidos (emulsiones, geles, espumas…)

No se alteran tanto como los derivados de tejidos: RUPTURA DE LA EMULSIÓN: Formación de bolsas de grasa o aceites que estuviesen emulsionados ESPUMA DE HELADOS: Se reduce el volumen. Se rompen las bolsas de aire, perdiéndolo y con ello el volumen y textura que tenían inicialmente. Según la sensibilidad de los alimentos a la congelación, la tolerancia a la formación de cristales de hielo y a su velocidad de formación, teniendo en cuenta la estructura del producto y su contenido, los alimentos se dividen en cuatro grupos: 200 Grupo 1. Productos con elevado extracto seco: guisantes, carne con alto contenido en grasa, algunas comidas preparadas… La velocidad de congelación no tiene influencia en la calidad final. Grupo 2. Pescado, carne magra, algunos alimentos preparados y listos para su consumo que contienen almidón: la velocidad de congelación debe ser >0,5-1ºC/min o el alimento sufrirá alteraciones. Grupo 3. Estructuras más frágiles y rígidas. Fresas, zanahorias, judías, materiales gelatinosos como ovoproductos y sales a base de harina: la velocidad de congelación debe ser >3-6ºC/min. Grupo 4. Productos con poco extracto seco: tomates, pepinos, frambuesas. Es muy conveniente el empleo de altas velocidades de congelación (>6ºC/min) y aun así será complicado mantener su estructura inicial.

2 Aumento de la concentración de solutos en la fracción no congelada:

Esto produce:

A. Aceleración de las reacciones enzimáticas y químicas en la fracción de agua no congelada:

Según va aumentando el porcentaje de agua congelada, los solutos (siempre 30%) tendrán que concentrarse cada vez en menor cantidad de agua líquida. Así se provocara el fracaso de la cinética de Arrhenius. Como ha aumentado la concentración de solutos en la fracción de agua sin congelar no conseguiremos las velocidades de congelación que cabría esperar sino. A temperaturas más bajas podremos obtener

 más velocidades de congelación que de otra forma. Esta concentración de solutos hace que no se cumpla totalmente la ecuación de Arrhenius (explicación según lo que yo entendí, es algo difícil, mirad campus cuando lo suba): Velocidad de reacciones químicas y enzimaticas no disminuye tanto como se podría esperar por el efecto de bajar las temperaturas. La concentración de solutos produce un efecto contrario. 201 Especialmente en el intervalo entre-5ºC y -10ºC: zona crítica. El descenso de las reacciones químicas y enzimáticas que no se ajustan a la cinética de Arrhenius. Muchos autores dicen que es de 0ºC a – 5ºC. Ocurre en expositores, en almacenes donde se van metiendo productos y no se mantiene la temperatura constante, congeladores que no están llenos (casas o restaurantes) estarán en esta zona crítica. De ahí que encontremos productos descongelados con sabores extraños, aumento de blanqueamiento… Esa zona crítica está definida por: El agua congelada no aumenta del 80%. El 20% que queda sin congelar (Extracelular, zonas de producto) donde hay se encuentran los solutos disueltos: la proximidad hace que muchos compuestos puedan reaccionar. Además, como se rompen orgánulos, salen enzimas que pueden interactuar con solutos que ya haya en esa agua y cambiar la composición del alimento. Al final todos los alimentos llegan a al final de su vida útil. Al congelarlos llegará un momento de quietud, en el que se forme sólido amorfo que no podrá congelarse más. Será el estado vítreo, cuando la viscosidad sea de 1014 Pascales por segundo. En ese momento llegaremos a la temperatura de transición vítrea o TG (Estado vítreo). En los 70-80 se estudió mucho en esta temperatura. Sería la temperatura óptima a la que no habría modificaciones del estado del alimento:  Fresas a -33 a -31ºC  Queso cheddar a -24ºC. También sirve para formular productos (platos preparados), en los que definiremos nosotros la temperatura de transición vítrea a -8ºC (temperatura de congeladores caseros) para que no haya alteración de reacciones químicas y enzimáticas en las casas. ¡Òjó! Con el control de esta temperatura de transición vítrea evitamos las reacciones que se dan en medio acuoso, pero no las que se den en los tejidos lipídicos (no afecta a aquellas reacciones en las que intervienen compuestos no miscibles en la fase acuosa amorga, como es la oxidación lipídica).

Extra:

esto es lo que tenemos de T Manso, como no me enteré muy bien de esta parte os lo pongo, si no sube las diapos antes de que suba el tema, cuando estudiéis esta parte mirad en el campus que dice ok? La velocidad de las reacciones (oxidación, hidrólisis…) aumenta de forma proporcional a la concentración de soluto por la ley de acción de masas. Esto es más crítico en el intervalo de -5 a – 10ºC (zona crítica). 202 Aumenta la velocidad de las reacciones sobre todo enzimáticas, porque la energía de activación es menor en general, debido a 3 motivos: La energía de activación es mucho menor: en general pueden detectarse reacciones enzimáticas a temperaturas a las que tienen lugar cambios químicos:  Catalasa, peroxidasa y proteasa: hasta -15 o-17ºC  Lipasas: hasta -25 o -30ºC.  Invertasas: a -40ºC. La congelación no inactiva las enzimas de forma irreversible: efecto variable porque depende de las características de cada enzima. Membrana de las organelas celulares dañadas: permiten la liberación de enzimas, éstas entran en contacto con sustratos, favoreciendo el inicio de reacciones enzimáticas. Podemos establecer esa temperatura justa para que la alteración y el daño no sea grande (sea estable), pero eso es casi imposible. Por tanto, lo que se hace es conseguir el mínimo daño. En base a esto se estableció la temperatura de transición vítrea de algunos alimentos (Tg) para intentar mantener los alimentos estables, pero no es igual para todos. Fin del extra.

B. Modificaciones de las características de la fracción no congelada

Como consecuencia de la inmovilización del agua y las diferentes concentraciones de soluto veremos modificaciones de:  Cambios de pH.  Fuerza iónica.  Viscosidad.  Precipitación de proteínas.  Propiedades coligativas.  Presión osmótica.  Potencial redox…. 203 3 Variaciones en el volumen:

Por el cambio de estado (líquido a sólido).  Paso del agua de líquido a sólido: aumento del volumen más de un 9%, que lo tiene que asumir el material/alimento y puede lesionarlo. Si el alimento no experimenta ese incremento de volumen es porque parte de sus componentes se contraen con el frio: líquidos:  Lípidos: en solidificación los lípidos disminuyen. 

 Vacuolas: las que tengan aire lo perderán y se solidificará.  Los vegetales son los más afectados: rotura de las paredes celulares, debido a que son muy rígidas y fragiles y al estar rodeadas de mucha agua, al congelarse ésta, se romperán

. ¿Cómo reducir el efecto del daño de los cristales?

Podríamos usar crioprotectores, formulación de alimentos (preparados) para que la TG sea lo más alta posible (temperatura habitual de congelación en casa) o utilizar proteínas que se extraen de animales o plantas que están acostumbradas a esas bajas temperaturas: proteínas anticoagulación (antifreeze  más pequeño y menos traumático) y de antinucleación.

CRIOPROTECTORES:

No están muy desarrollados, un ejemplo claro es el del surimi, que se extrae de una proteína que no se puede congelar (si esta pasta de pescado se desnaturaliza ya no vale). Evitan la formación de cristales y la deshidratación celular, formando geles, porque inmovilizan el agua. Utilizamos los crioprotectores para que no se congele y pierda su estructura. Hay de dos tipos:  Intracelular: glicerol, sorbitol, DMO…  Extracelular: lactosa, dextrano… Extra: en clase no los ha desarrollado, pero está en los apuntes de T Manso: AUMENTAN LA TG APROXIMÁNDOLA A LA TEMPERATURA HABITUAL DE CONGELACIÓN:
Se está investigando sobre todo en platos preparados, hacemos aumentar la viscosidad para que se incremente la temperatura de transición. Como los hidrocoloides.

PROTEÍNAS ANTIFREEZE:

Se extraen estas proteínas de seres vivos resistentes al frío: insectos, peces, plantas… Utilidad: reducen la temperatura de congelación porque al extraer las proteínas no hace falta una temperatura tan baja para congelarlo. Dos aplicaciones: 204  Control del daño por el frío en producción agrícola.  Control del crecimiento de cristales y/o del retraso de la recristalización (almacenamiento de productos vegetales), empleado como aditivo.

PROTEÍNAS QUE FAVORECEN LA NUCLEACIÓN

Favorecen una congelación más rápida y, por tanto, cristales más pequeños (reducen el daño). Actúan como promotores de la nucleación, núcleos de congelación. Fin del extra.

Efectos en microorganismos, toxinas y parásitos

1. Los microorganismos sufren cierto daño pero no son destruidos completamente. 2. Sensibilidad variable (orden de más a menos criorsensibilidad: esporas > Gram+ > Gram-. 3. los alimentos congelados no son buen sustrato para el crecimiento de microorganismos. Aunque muchos la sobreviven. 4. Toxinas: no se rompen, seguirán ahí cuando las descongelemos 5. Parásitos dejan de ser viables porque les pasa lo mismo a nuestros alimentos de carne durante la congelación (se rompe su estructura y mueren). a. Trichinela spiralis necesitan -15ºC durante 30 días para acabar con él. b. Taenia saginata y solium a menos 7ºC c. Anisakis: -20ºC durante 24h.

Modificaciones durante el almacenamiento en congelación

14/01/13 Cambios en el alimento por congelar durante periodos relativamente largos. Estos cambios se producen muy lentamente pero como se tienen mucho tiempo se dan.  Recristalización  Sublimación  Cambios químicas. 205 RECRISTALIZACIÓN:
Son cambios de forma y tamaño de los cristales de hielo a lo largo del tiempo, hay cuatro tipos:  Por presión: potenciada por la presión, al aplicar presión a un bloque las partes de los cristales que son perpendiculares tienden a fundirse y formar un solo cristal. En este caso nos interesa controlar el apilado de los productos congelados, los que están abajo sufren más este tipo de recristalización.  Por contacto: de forma espontánea en el tiempo. Los cristales que están en contacto tienden a fundirse lentamente.  Isomásica: de forma espontánea. Los cristales que tienen mucha superficie expuesta y poco volumen, tienden a formar estructuras más compactas, redondeadas.  Migratoria: sobre la que va a tener mayor papel la cadena del frio. Los cristales de pequeño tamaño tienden a unirse a los de mayor tamaño, que son más estables, esta unión está favorecida por el aumento de la temperatura. En recristalizaciones rápidas (a -25ªC) si se rompe la cadena del frio (pasa a -10ºC) se descongelaran los cristales menos estables, los de menor tamaño. Si luego volvemos a bajar la temperatura el agua líquida que hemos obtenido se unirá a los cristales que hayan aguantado ese periodo de descongelación (no se formarán nuevos cristales) por lo que quedarán menos cristales y de mayor tamaño, dando un producto congelado de menor calidad. Cuanto más cerca esté a la temperatura de fusión, hay más probabilidad de que se junten. De forma que desaparecen los de menor tamaño y aumentan los grandes.

Al volver a enfriar el agua, vuelve a cristalizar sobre los cristales que quedaban (los grandes). Los del medio, se producen de forma espontánea. Todos los mecanismos hacen que aumente el volumen de los cristales. 206 SUBLIMACIÓN (QUEMADURA POR FRÍO):
Es una forma de deshidratarse, es el paso directo de hielo a vapor, sin pasar por la fase líquida. Ocurre cuando hay muy poca humedad relativa. Esto altera el alimento:  Cambios de color: la carne roja toma un color parduzco. En carne de pescado o marisco toman colores amarillentos, grisáceos. Si es de forma más local se llama quemadura de frio (se ha perdido parte de agua).  Zonas deprimidas: queda un relieve menos manifiesto.  Textura seca y estropajosa: el alimento ha perdido la capacidad de retención de agua, porque al eliminar el agua las cadenas polipeptídicas de las proteínas con las que estaban unidas interaccionan. La proteína se ha desnaturalizado al separarse del agua y queda muy seco. La sublimación va a ser tanto más posible cuanto mayor sea la temperatura. A – 35ºC se pierde el 2% pero a – 13ºC hasta el 5% de peso y de calidad organoléptica (textura, coloración, sabor…) Para evitarlo:  Si la temperatura es baja: las pérdidas de peso (agua) son menores que a temperaturas mayores. Por tanto, hay que conservar los alimentos a las temperaturas lo más bajas posibles. la velocidad del aire lo mínimo para que no se pierda temperatura (para que no suba) y la humedad relativa del aire lo mayor posible (95%) para que ese aire deseque los alimentos lo mínimo posible.  Condiciones recomendadas para evitar la deshidratación durante la aplicación de frío:  Congelación: -20 a -30ºC, 95%HR y velocidad aire 1-4m/s.  Almacenamiento congelación: -25 a -30ºC, 95%HR y 0,1-0,2m/s. Se necesita menor velocidad de aire, porque sólo es necesario mantener congelado al alimento. Si se mantienen las altas velocidad, el alimento se seca Podemos aislar el producto del entorno, dos posibilidades:  Envasado del producto con material impermeable al aire, permeabilidad al vapor de agua lo mínimo posible.  Glaseado: se cubre al alimento con una fina capa de hielo, la pérdida de agua se produce a partir del hielo y no del producto. Filetes de pescado, pulpo… cubierto por una lámina de hielo. Se realiza para que la pérdida de agua no sea del producto, sino de esa capa de hielo con la que hemos cubierto nuestro alimento. Puede ser un fraude comercial, porque se vende agua por producto. Se utiliza en los productos más susceptibles a sufrir las quemaduras por frio: carne, pescado, 207 pulpo, sepia, gambas… es indicador de productos que han sufrido malas cadena de frio (porque parecen un bloque)

CAMBIOS QUÍMICOS:

Pueden ser o no derivados de las reacciones enzimáticas Se pueden dar por dos tipos de reacciones: Reacciones enzimáticas: Pardeamiento enzimático (polifenoloxidasas): en los vegetales. Se deben desactivar mediante el escaldado, es un tratamiento térmico muy corto en agua caliente o con vapor. Oxidación lipídica (lipooxigenasas): los alimentos con muchas lipasas duran menos. Proteasas. Lipasas. Pueden actuar sobre el alimento. Cuidado en la zona crítica (-10ºC) porque ahí es donde se darán la mayor parte de alteraciones del alimento durante el almacenado. Estrategias para evitar que se den estas reacciones enzimáticas durante la congelación:  Escaldado previo. Sobre todo en vegetales para acabar con las lipooxigenasas… en guisantes, judías verdes… se hace antes de la congelación. Breve tratamiento térmico, se sumergen en agua caliente o vapor de agua. Inactivamos las enzimas que intervienen en el pardeamiento enzimático y se mantiene el color verde de nuestros vegetales.  Almacenamiento a temperaturas bajas: al menos a -18ºC.  Envasado opaco: evita la oxidación.  Envasado al vacío. Reacciones no enzimáticas:  Autoxidación lipídica: los productos grasos tienen una vida útil más corta que los no grasos.  Oxidación de vitaminas y pigmentos.  Degradación de pigmentos.  Pérdida de aromas y gases. 208  Agregación de proteínas musculares.  Gelificación de proteínas.  Desestabilización de geles de polisacáridos.  Modificación de la textura. Estrategias para evitar que se den estas reacciones enzimáticas durante la congelación:  Almacenamiento a temperaturas lo más bajas posibles: al menos a -18ºC.  Envasado opaco: evita la oxidación. Cartón.  Envasado al vacío. Por tanto, la modificación de la cadena del frío es muy compleja de controlar, sin embargo es muy importante.

Calidad de los alimentos congelados (vida útil):

Vida de alta calidad (HQL): tiempo que un alimento puede permanecer almacenado sin que, por análisis sensorial, pueda detectarse las primeras pérdidas de calidad. Que no se detecten alteraciones, diferencias entre el producto fresco y el congelado. Vida útil (Aceptabilidad): tiempo que un alimento puede permanecer almacenado con una calidad organoléptica aceptable. Cuando el producto presenta cambios respecto al fresco pero sus características organolépticas son aceptables. 6 HQL = vida útil Estos parámetros dependen de la temperatura a la que hemos congelado el producto, de cómo hayamos mantenido la calidad del frio, del envasado y del tipo de productos (no todos los productos se mantienen de la misma forma) La vida HQL de algunos productos (carne de vacuno) a -18ºC se puede mantener incluso durante un año, si es a -12ºC no llega a los 6 meses. Si son grasos, mucho menos tiempo: pescado graso a – 18ºC solo 2 meses. Extra: Para calcular la vida útil se pueden usar diferentes formas en las que se tienen en cuenta las variables más importantes del proceso:  TTT (tolerancia/tiempo/temperatura).  PPP (producto/proceso/envase). El problema con la congelación es que el frío depende del almacenamiento (hay fallos en la cadena del frío), para ello: 209 Fin del extra: Indicadores tiempo-temperatura: se usan tanto para congelación como refrigeración. Es la afectación de la vida útil frente al manejo, como se modifica por como haya sido tratado durante la cadena del frío. Son etiquetas en las que se dan unas reacciones químicas (colorimétricas) que según el mantenimiento de la temperatura con la cinética que el alimento se ve si se han modificado mucho sus características. Si se da la reacción, es que ha habido una alteración en la temperatura. Es un proceso cualitativo, es decir, se ve el color del círculo de la etiqueta. También existen cuantitativos: se valora la importancia de la rotura de la cadena del frío para la calidad del alimento. Se intentó hace unos años en algunos supermercados pero fue un fracaso porque la mayoría de los productos daban mala calidad de la cadena del frio y lo quitaron ¬¬. Etiquetas RFID (Radio Frequency Identification): es un método mucho más preciso. Actualmente se buscan herramientas que aseguren la cinética de alteración de los alimentos. En una conserva, el producto que hay dentro se va a quedar durante todo su almacenamiento como lo metieron ahí dentro, pero en un refrigerado o congelado depende exclusivamente del mantenimiento de la cadena del frio, si no se mantiene, se pierde todo o parte del procesado anterior.

Otras aplicaciones de la congelación en la industria alimentaria:

Separación de algún componente por cristalización. Concentración. Obtención de texturas: helados, sorbetes… Paso previo a la liofilización. Destrucción de ciertos parásitos: Anisakis: -20ºC durante 24h. Trichinella spiralis: -15ºC durante 30 días. Taenia saginata y T. solium: -7ºC.

TEMA 18. PRODUCCION INDUSTRIAL DE FRIO.

Producción industrial de frío

Se hace a nivel industrial desde el siglo XVIII (1850) pero desde hace mucho tiempo se utilizaba para mantener sus alimentos: fresqueras, neveras: armarios de madera aislados donde se ponían nieve (neveras) sobre todo se utilizaba para el pescado. Hasta 1850 no pudimos controlarla. James Harrison patentó la primera máquina industrial frigorífica por compresión de éter, fue destinada a la industria. En 1913 apareció la primera nevera. La producción industrial de frío se divide en: sistemas mecánicos y sistemas criogénicos. En 1927 se comercializa de forma masiva el primer frigorífico doméstico, antes solo neveras (se conservaba el hielo que se producía en esos armarios aislados).

¿Cómo se produce el frio?

En refrigerado se procura que el calor vaya del alimento al entorno (a menor temperatura) por lo que para congelar y refrigerar siempre vamos a procurar que la temperatura del alimento sea más alta que la del entorno. Así, en la refrigeración, lo que queremos es robar al alimento calor sensible, pero en congelación además queremos provocar un cambio de estado (liquido  solido) absorber un calor latente para que se forme hielo. Si queremos enfriar un vaso de agua a 20ºC a 0ºC tenemos que: Q=1kg.1kcal/kg ºC. (0-20ºC) = -20Kcal Si lo que queremos es congelar: Q=1kg.799kcal/kg (calor latente del agua)= -799kcal Si además queremos reducir mucho más su temperatura (a -20ºC) también tengo que quitar el calor sensible,

necesitaríamos más energía aun. Todo eso lo conseguiríamos provocando otro cambio de estado. Así es como se produce frio hoy en día a nivel industrial. Cambiando un líquido de estado, a vapor. Los tenemos dentro de nuestros 212 refrigeradores: fluidos refrigerantes:
elementos con un punto de ebullición a presión atmosférica muy por debajo de -33ºC. Es el caso del amoniaco. 16/01/13 Necesitamos que el medio en el que coloquemos el alimento tenga una temperatura muy baja. Toda la absorción de calor que hay que realizar, se puede hacer a través de un cambio de estado, como hemos visto hasta ahora. Se intenta usar un líquido q pase a vapor, de forma que tomen el calor del medio por vaporización. De esta forma, sabemos las exigencias que tiene que tener ese fluido refrigerante:  Punto de ebullición a presión atmosférica muy por debajo de 0ºC. por ejemplo: el del amoniaco es de -33ºC  Requerimiento energético muy elevado (calor latente de vaporación muy alto). Hay que aplicar mucha energía para que pase el líquido a vapor. Por ejemplo, λ= 1328KJ/Kg. Esta energía la obtienen del entorno, por lo que los enfría.  Las características ideales del fluido refrigerante para su óptimo manejo son además:  No tóxico  No inflamables ni explosivos  No corrosivo  Químicamente estable,  Sus fugas deben ser fácilmente detectables  Bajo coste  Mínimo impacto medioambiental.

Estos fluidos son:

 CFC (Clorofluorocarbono): están prohibidos por su elevado impacto ambiental, tienen 2Cl que al unirse al ozono lo destruyen.  HCFC (Hidroclorofluorocarbono): solo tienen un cloro, por lo que son menos dañinos, pero también están prohibidos por la UE.  HFC ((Hidrofluorocarbono): no tienen Cl, por lo que no son dañinos y está permitido su uso por la UE.  Amoniaco, al que se ha recurrido por los problemas que daban los anteriores. Para que el fluido pase a vapor hay que aplicar el calor latente de vaporización, cuanto más alto sea mejor. Una vez que ha pasado a estado gas hay que reutilizarlo, para ello es necesario condensarlo, liberando su calor latente de condensación. 213 Características de cada uno:
CFC  Temperatura de ebullición: -29,8ºC,  Calor latente de vaporación: 163,54 kJ/kg.  En HCFC  Temperatura de ebullición: -40,8ºC,  Calor latente de vaporación: 220,94 kJ/kg.  El amoniaco  Temperatura de ebullición: -33,3ºC  Calor latente de vaporación: 1328,48 kJ/kg  para pasar a vapor, absorbe todos esos julios (fuerte requerimiento energético). Tanto los aparatos de aire acondicionado como los congeladores, tienen un circuito por el que circula un fluido refrigerante, que va tomando el calor y va enfriando lo que haya en el medio. Por tanto, se consigue un medio frío que absorbe el calor (del alimento por ejemplo) para cambiar de estado. Esto se utiliza para refrigerar, congelar, almacenar productos, en aire acondicionado, para hacer hielo… En función de las necesidades, se usará un fluido refrigerante diferente, y lo haremos circular en mayor o menor cantidad. Se puede llegar a congelar, de forma que si el amoniaco pasa a vapor, ese calor latente resultado de su cambio de estado será suficiente para que el agua del alimento pase de líquido a sólido (hielo). Se usa el calor latente que evapora el fluido refrigerante para congelar el producto que se desee. Lo q produce frío es el paso de líquido a vapor del fluido refrigerante.

Hay 2 formas de manejar este proceso

1) SISTEMAS MECÁNICOS. Usamos un fluido refrigerante para enfriar una superficie, el aire o producir hielo para enfriar el alimento. No hay contacto entre el fluido y el alimento. Se usa un circuito cerrado para enfriar lo que absorberá el calor del alimento. 2) SISTEMAS CRIOGÉNICOS. Se sumerge el alimento en el fluido refrigerante. Por tanto, hará falta un fluido que permita este contacto, como el nitrógeno líquido. Tiene un coste mucho más elevado, pero se usa para una congelación muy rápida. El producto tendrá un coste extra debido a que en estos sistemas no se recupera el elemento que se usa para refrigerar. 214 Sistemas mecánicos
Normalmente se usan sistemas mecánicos, como los congeladores de casa o cámaras de aire frio.
La NEVERA (fluido refrigerante: amoniaco) tiene varias partes. La parte más interesante para la producción de frío es en la que hacemos circular el fluido refrigerante (-33ºC y 1atm) y en el que éste pasa de líquido a vapor: es el evaporador, una conducción en la que se mete el fluido refrigerante para que pase de líquido a vapor. Otra parte de la nevera es el compresor, donde se comienza la recuperación el líquido refrigerante para que fluido vuelva a ser líquido, lo hace aumentando la presión del fluido,

obteniendo una temperatura de condensación más alta (45ºC y 15atm). Por último, para disminuir la temperatura del fluido refrigerante a la temperatura que queremos para el enfriamiento de nuestros productos está el condensador (18ºC y 15atm). La válvula de expansión sirve para volver a dejar el fluido en el estado que lo habíamos encontrado (-33ºC y 1atm). De esta forma, tenemos un equipo que funciona con una determinada cantidad de fluido refrigerante que pasa de líquido a vapor constantemente, sale en forma de vapor, y luego se comprime, condensa y vuelve a ser líquido. 215 Equipos: Encontramos equipos: Por contacto con superficies frías. Por aire (convección forzada). Otros. =) (para producir hielo, etc.). por líquidos (inmersión, rociado). Los equipos de sistemas mecánicos podemos encontrarlos en equipos de congelación (frigoríficos), refrigeración (aire acondicionado) o de almacenamiento.

Por contacto con superficies frías

Están asociados a la congelación tanto en la producción como en el almacenamiento. Existen dos tipos: De placas horizontales o verticales De superficie barrida. El ejemplo más sencillo son los congeladores domésticos. Se enfría una superficie sobre la cual se ponen los alimentos (“igual no lo ha dicho ni una sola vez” by Esther “es para que nos quede claro” by María buena, “no, es un coñazo” by María realista). En la industria se usan congeladores de PLACAS HORIZONTALES. La base es la misma, pero en este caso el alimento se pone entre dos placas (arriba y abajo), lo que permite el doble de transferencia de calor (se compactan los productos como un sándwich entre placas frías: espinacas). También pueden ser VERTICALES. Los productos obtenidos son como bloques. Al ser compactos, no hay aire en el medio, así que la congelación es bastante rápida. Otro tipo es el congelador de SUPERFICIE BARRIDA. Se usa para productos más blandos. Consiste en crear una película muy fina en torno a la superficie fría. Es un cilindro dentro de otro entre los que circula el fluido refrigerante; en la cámara interna hay unas “paletas” que barren y permiten el enfriamiento muy rápido y además nos permite tener un cristal de hielo muy fino para dar texturas diferentes. Se usa en helados, que mantiene el carácter fluido. Rico. 216 Por aire:
Pueden estar destinados a la refrigeración, congelación y almacenamiento de productos refrigerados y congelados. La convección natural consiste en que el aire tome contacto con las superficies de evaporación y las enfríe directamente. Son muy lentos. . Están en equipos de pequeña capacidad y almacenamiento de productos ya congelados, como los arcones. No son recomendables, y no se usan a nivel industrial. Por otra parte, la convección forzada radica en el uso ventiladores que fuerce el contacto del aire con las superficies de evaporación. Con los ventiladores el aire pasa más rápido y se va enfriando. Se ven en equipos de congelación con elevado potencial, y en almacenamiento, distribución, transporte, expositores…

CON CONVECCIÓN FORZADA:

 Congelador aire: hay muchos ventiladores, así que se enfría muy rápidamente. También pueden ser abatidores (es lo mismo). Si la temperatura no es tan baja, son refrigeradores.  Túnel de congelación: es un túnel (“sorprendente” by Esther). Se puede mover una gran cantidad de producto, se va moviendo a lo largo del túnel, con muchos evaporadores y ventiladores que fuerzan el paso del aire para que la temperatura sea homogénea y baja. La diferencia con el anterior es que la carga que permite su formato es mucho más grande.  Congelador de banda/túnel de cinta transportadora: hay una cinta transportadora con el producto distribuido, va pasando por un túnel y los ventiladores. El producto avanza sobre la cinta a lo largo del túnel.  Congelador de banda en espiral: hay una habitación con un movimiento continuo de aire a partir de los ventiladores. Permite una congelación muy rápida. Va subiendo el producto por la espiral y se va congelando. Permite una congelación individualizada.  Congelador de chorro de aire: un chorro de aire incide con sobre la cinta transportadora con el producto. También es muy rápida, dice que casi como con el nitrógeno líquido.  Congelador de lecho fluidizado: el producto dentro de una cinta transportadora se somete a una corriente de aire tan elevada que se levanta, de forma que viaja suspendido en el aire. Así la congelación es muy homogénea. “Guisantes que flotan”. 217 Las velocidades de congelación son diferentes en función de la utilidad que se le va a dar: enfriamiento, almacenamiento, refrigeración, transporte…

 El diseño será más o menos el mismo en todos, pero las velocidades de aire forzado serán diferentes. Los evaporadores están en la parte de arriba de las cámaras, y mueven el aire a una velocidad que permite mantener la temperatura. En el transporte, lo mismo. En expositores igual, a veces se acompañan ventiladores con superficies frías. Cuidado con los expositores, porque a veces es una exposición abierta, por lo que los productos más cercanos a los evaporadores y ventiladores tienen temperaturas más frías, pero los que están más lejos no se enfriarán tanto.

Sistemas criogénicos

Se usa un fluido que entra en contacto con el producto. Lo más habitual es el nitrógeno, con un punto de ebullición de -195,8ºC. Por tanto, dará una congelación muy rápida, homogénea y buena. Otra posibilidad es el uso de hielo seco (CO2), llamado “nieve carbónica”. Solo se puede tener en forma sólida o de vapor, se produce una sublimación (absorbe calor latente). La temperatura de sublimación a presión atmosférica es de -78,5ºC. Túnel de enfriamiento por pulverización con nitrógeno líquido: hay una cinta transportadora y hay ventiladores para mover el vapor del nitrógeno con una temperatura muy baja. El problema es el gasto de nitrógeno. Congelador de nitrógeno líquido rotatorio discontinuo: tambor de nitrógeno en el que entran los productos, giran y entran en contacto con él  congelación muy rápida, pero más cara. 218 Descongelación
Muchas veces no se descongela, sino que se hace un atemperado. La temperatura que se alcanza no tiene por qué ser la de descongelación.  Atemperar: se incrementa la temperatura por debajo de la temperatura de fusión del hielo.  Descongelar: se incrementa la temperatura por encima de la temperatura de fusión del hielo. Muchos productos pueden someterse al proceso culinario o procesarse pero sin descongelarse, evitando así que los microorganismos, la separación de fases… Cuando se procesa carne, por ejemplo, al picarla, las maquinas generan calor, que puede desnaturalizar la carne.

La descongelación es un proceso lento. Esto es por dos causas:

 No se pueden aplicar grandes gradientes de temperatura: al congelar, un producto de 10ºC se puede introducir en nitrógeno a -196ºC. Pero al descongelarlo a esa temperatura, si se aplica el mismo gradiente de temperatura, es decir, temperaturas muy elevadas, el exterior del producto se quema y el interior no se descongela. Por tanto, hay un límite de temperatura para no alterar el alimento.  El hielo tiene un mejor comportamiento de transferencia de calor que el agua líquida. La conductividad térmica del hielo es de 2 mientras que la del agua líquida es de 0,597.El calor específico del agua líquida es de 4,18 kJ/Kg.ºC y el del Hielo: 2kJ/kgºC. Cuando congelamos, quitamos calor, la transferencia de calor es desde el exterior hacia el interior. . Por lo que lo primero que se congela es la parte exterior, a medida que se congela el hielo avanza hacia el interior. Cuanto más congelado mejor se transmite el calor. Cuando descongelamos, aportamos calor, se transmite calor desde el exterior al interior, avanza el frente líquido. Lo primero que se descongela es el agua, el frente de descongelación va avanzando, pero al aumentar el agua líquida el calor específico del alimento va aumentando. Así que, si sometemos el alimento a un mismo gradiente de temperatura el proceso va a ser más lento en descongelación que en congelación porque se transmite peor el calor hacia el interior. 219 Como consecuencia de esta lentitud el producto se deteriora por:  Recristalización: se agrandan los cristales.  Pérdidas de exudado: pérdidas por goteo.  Microorganismos psicrófitos. Hay distintos métodos de descongelación:  CALENTAMIENTO EXTERIOR:  aire  contacto con superficies calientes  inmersión  condensación de vapor.  GENERACIÓN DE CALOR: microondas, dieléctrico.