Temas
Selectos de
Temas Selectos de Ingeniería de Alimentos 1 (2007): 80 - 96 Ingeniería de
Alimentos
Aspectos tecnológicos de la congelación en alimentos
A. I. Gómez-Sánchez; T. G. Cerón-Carrillo; V. Rodríguez-Martínez; M. M. Vázquez-
Aguilar.
Departamento de Ingeniería Química y de Alimentos, Universidad de las Américas-Puebla, Cholula, Pue.,
México.
Resumen
La congelación como método de conservación de alimentos, es una tecnología aplicada a frutas,
hortalizas, productos cárnicos, del mar, preparados y lácteos, entre otros. En este documento, se
presenta una revisión de su uso, así como los métodos para el cálculo de los tiempos de congelación,
los factores que influyen en el cálculo de estos tiempos y las variables que afectan la congelación de
los alimentos. Es bien conocido que este método de conservación puede afectar las características
organolépticas y por consiguiente la calidad de los productos alimenticios. Es por ello que se deben
de evaluar las características de los alimentos y las condiciones de los sistemas de congelación que se
van a aplicar a alimentos. Entre las variable que se revisan en este documento se encuentran los
tratamientos aplicados a los alimentos previos al proceso de congelación, las condiciones
recomendadas para la congelación de alimentos, el empaque y almacenamiento; así como la
composición del sistema alimenticio.
Palabras clave: Nucleación, IQF, pretratamientos, condiciones de congelación.
Abstract
Freezing as a method of food preservation, is a technology apply to fruit, vegetables, meat products,
seafood, prepared products and dairy products, among others. This paper presents a review of the
applications of freezing technology, the methods for calculating freezing times, the factors that
influence the calculation of those times and the variables that affect the food freezing.
It is well known that this method of preservation can affect the organoleptic characteristics and hence
the quality of foodstuffs. For that reason its necessary to assess the characteristics of the food and
conditions of freezing systems to be applied to food freezing. Among the variable that are reviewed in
this paper are the treatments applied to food before undergoing freezing, the recommended conditions
for food freezing, conditions of packing and storage, as well as the composition of the food system.
Keywords: Nucleation, IQF, pretreatments, freezing conditions.
Introducción
La preservación de alimentos por mecanismos, la reducción de la
congelación ocurre por diversos temperatura por debajo de los 0°C
80
, A. I. Gómez-Sánchez et al. / Temas Selectos de Ingeniería de Alimentos 1 (2007): 80 - 96
favorece la reducción significativa tanto la Revisión Bibliográfica
velocidad de crecimiento de
microorganismos, como el Generalidades
correspondiente deterioro de los productos
por la actividad de éstos. Además la Los alimentos son sometidos
disminución de la temperatura, ocasiona la comercialmente a tratamientos de
reducción de la actividad enzimática y de conservación empleando bajas
las reacciones oxidativas, debido a la temperaturas (-10 °C ó inferiores) cuando
formación de cristales de hielo que se desea preservar su calidad, obtener una
modifican la disponibilidad del agua y estructura y consistencia especial (por
evitan que se favorezcan las reacciones ejemplo, helado y yogurt congelado), ó
deteriorativas (Singh y Heldman, 2001). para llevar a cabo determinados procesos
de producción (Lund, 2000). A pesar de la
Por consecuencia, el empleo de creciente investigación y desarrollo de
congelación como método de métodos de conservación, la congelación
conservación, generalmente resulta en el sigue siendo el proceso más utilizado
incremento de la calidad de los productos; (Rahman y Vélez – Ruiz, 2007).
sin embargo, dicha calidad se ve
influenciada por el proceso de congelación La efectividad de éste método se
y las condiciones de almacenamiento. La relaciona con la disminución de la
velocidad y el tiempo de congelación son actividad fisicoquímica y bioquímica del
factores importantes que determinan la alimento, la disminución de las reacciones
calidad final del producto. Para algunos enzimáticas y no enzimáticas, además de
productos, la congelación rápida es que a temperaturas por debajo de los -
requerida para asegurar la formación de 18°C el crecimiento microbiano se ve
cristales pequeños en la estructura del detenido (George, 1993; Moharram y
producto y con ello minimizar el daño a la Rofael, 1993).
textura. En otros productos que no
requieren cuidado de la textura, no se El proceso de congelación consiste de
justifica el gasto de una congelación diferentes etapas:
rápida. Sin embargo, existen productos
que por su configuración geométrica y a) Sub-enfriamiento. Se debe de pasar
tamaño no es posible que se les aplique una barrera energética antes de que ocurra
una congelación rápida. Las condiciones el proceso de cristalización como punto
de almacenamiento influyen de gran inicial de congelación (Franks, 1985). El
manera a la calidad de los productos proceso de sub-enfriamiento se observa
congelados, debido a que si durante esta cuando se retira calor sensible por debajo
etapa no hay un adecuado manejo y de 0 °C sin cambio de fase, resultando en
control de la temperatura, se puede un estado termodinámico inestable que
presentar el defecto de recristalización, inicia la formación de agregados
provocando pérdidas de calidad y submicroscópicos de agua llegando a una
modificación de la estructura del producto interface conveniente que es necesaria
(Welti-Chanes, 2007). para la transformación de líquido a sólido.
El grado de subenfriamiento esta
dictaminado por el inicio de la nucleación.
Sin embargo, cuando no hay una interface
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, A. I. Gómez-Sánchez et al. / Temas Selectos de Ingeniería de Alimentos 1 (2007): 80 - 96
estable, no se inicia la separación de fases probabilidad de que el núcleo llegue a un
ya que las moléculas de líquido no son tamaño crítico incrementa y alcanza 1
capaces de alinearse por sí mismas (Reid, cerca de -40 °C (Franks, 1982; Reid, 1983;
1993). Franks, 1985).
Un parámetro importante que se toma
en cuenta al estudiar la nucleación del
b) Nucleación. La nucleación se define hielo, es la velocidad a la cual el núcleo
como el agrupamiento de átomos en fase aparece por volumen por unidad de
líquida en un núcleo estable pequeño. Para tiempo. La relación generalizada se
un grupo de radio r, el proceso está establece por medio de la ecuación 2.
gobernado por la energía libre de
formación acompañada por una J T A expB (2)
condensación líquido-sólido (G1 –s), y
esta dada por la ecuación 1 donde J(T) es la velocidad de nucleación a
temperatura T, A y B son constantes que
4 representan los parámetros físicos del
G1s r 3 Gv 4r 2 (1)
3 hielo y el agua, y θ describe la
dependencia de temperatura, ((ΔT)2T3)-1,
donde r es el radio de la partícula, ΔGv es donde ΔT es el grado de sub-enfriamiento
la diferencia de energía libre entre la fase y T es la temperatura absoluta. Se observa
sólida y la acuosa, y γ es la energía libre que al incrementar ΔT, existe un punto
interfacial por unidad de área entre el hielo característico del sistema donde la
y la fase sin congelar (Franks, 1982). velocidad de nucleación se incrementa
rápidamente (Franks, 1984; Franks, 1987).
De manera termodinámica, la
agrupación de partículas a temperaturas Nucleación heterogénea. Este tipo de
por debajo del punto de fusión inicial no nucleación es el más importante en el
es favorable debido a que la relación entre proceso de congelación de alimentos.
la superficie y el volumen de los nucleos Ocurre cuando las moléculas de agua se
es muy grande y por lo tanto la energía ensamblan en un agente de nucleación
interfacial con el líquido se vuelve una como las paredes del contenedor donde se
barrera (Sahagian y Goff, 1996). encuentra, en cuerpos extraños o en
material insoluble (Welti-Chanes, 2007).
El proceso de nucleación se divide en: La congelación de agua debido a este tipo
de nucleación se lleva a cabo en
Nucleación homogénea. Las temperaturas más altas, ya que las
fluctuaciones de densidad en la fase partículas tienden a incrementar la
liquida resultan en la formación de un estabilidad de la agrupación facilitando el
núcleo en un patrón tridimensional puro. proceso. Esto se traduce en una reducción
Se da en sistemas puros en ausencia de de la energía de activación a cualquier
impurezas o cualquier tipo de sustancia temperatura y sugiere que es controlado
que ayude a la nucleación. La probabilidad por algún mecanismo catalizador
de que se de este tipo de nucleación en (McBride, 1992)
agua a 0 °C es cercana a cero, sin
embargo, al disminuir la temperatura la
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Temas Selectos de Ingeniería de Alimentos 1 (2007): 80 - 96 Ingeniería de
Alimentos
Aspectos tecnológicos de la congelación en alimentos
A. I. Gómez-Sánchez; T. G. Cerón-Carrillo; V. Rodríguez-Martínez; M. M. Vázquez-
Aguilar.
Departamento de Ingeniería Química y de Alimentos, Universidad de las Américas-Puebla, Cholula, Pue.,
México.
Resumen
La congelación como método de conservación de alimentos, es una tecnología aplicada a frutas,
hortalizas, productos cárnicos, del mar, preparados y lácteos, entre otros. En este documento, se
presenta una revisión de su uso, así como los métodos para el cálculo de los tiempos de congelación,
los factores que influyen en el cálculo de estos tiempos y las variables que afectan la congelación de
los alimentos. Es bien conocido que este método de conservación puede afectar las características
organolépticas y por consiguiente la calidad de los productos alimenticios. Es por ello que se deben
de evaluar las características de los alimentos y las condiciones de los sistemas de congelación que se
van a aplicar a alimentos. Entre las variable que se revisan en este documento se encuentran los
tratamientos aplicados a los alimentos previos al proceso de congelación, las condiciones
recomendadas para la congelación de alimentos, el empaque y almacenamiento; así como la
composición del sistema alimenticio.
Palabras clave: Nucleación, IQF, pretratamientos, condiciones de congelación.
Abstract
Freezing as a method of food preservation, is a technology apply to fruit, vegetables, meat products,
seafood, prepared products and dairy products, among others. This paper presents a review of the
applications of freezing technology, the methods for calculating freezing times, the factors that
influence the calculation of those times and the variables that affect the food freezing.
It is well known that this method of preservation can affect the organoleptic characteristics and hence
the quality of foodstuffs. For that reason its necessary to assess the characteristics of the food and
conditions of freezing systems to be applied to food freezing. Among the variable that are reviewed in
this paper are the treatments applied to food before undergoing freezing, the recommended conditions
for food freezing, conditions of packing and storage, as well as the composition of the food system.
Keywords: Nucleation, IQF, pretreatments, freezing conditions.
Introducción
La preservación de alimentos por mecanismos, la reducción de la
congelación ocurre por diversos temperatura por debajo de los 0°C
80
, A. I. Gómez-Sánchez et al. / Temas Selectos de Ingeniería de Alimentos 1 (2007): 80 - 96
favorece la reducción significativa tanto la Revisión Bibliográfica
velocidad de crecimiento de
microorganismos, como el Generalidades
correspondiente deterioro de los productos
por la actividad de éstos. Además la Los alimentos son sometidos
disminución de la temperatura, ocasiona la comercialmente a tratamientos de
reducción de la actividad enzimática y de conservación empleando bajas
las reacciones oxidativas, debido a la temperaturas (-10 °C ó inferiores) cuando
formación de cristales de hielo que se desea preservar su calidad, obtener una
modifican la disponibilidad del agua y estructura y consistencia especial (por
evitan que se favorezcan las reacciones ejemplo, helado y yogurt congelado), ó
deteriorativas (Singh y Heldman, 2001). para llevar a cabo determinados procesos
de producción (Lund, 2000). A pesar de la
Por consecuencia, el empleo de creciente investigación y desarrollo de
congelación como método de métodos de conservación, la congelación
conservación, generalmente resulta en el sigue siendo el proceso más utilizado
incremento de la calidad de los productos; (Rahman y Vélez – Ruiz, 2007).
sin embargo, dicha calidad se ve
influenciada por el proceso de congelación La efectividad de éste método se
y las condiciones de almacenamiento. La relaciona con la disminución de la
velocidad y el tiempo de congelación son actividad fisicoquímica y bioquímica del
factores importantes que determinan la alimento, la disminución de las reacciones
calidad final del producto. Para algunos enzimáticas y no enzimáticas, además de
productos, la congelación rápida es que a temperaturas por debajo de los -
requerida para asegurar la formación de 18°C el crecimiento microbiano se ve
cristales pequeños en la estructura del detenido (George, 1993; Moharram y
producto y con ello minimizar el daño a la Rofael, 1993).
textura. En otros productos que no
requieren cuidado de la textura, no se El proceso de congelación consiste de
justifica el gasto de una congelación diferentes etapas:
rápida. Sin embargo, existen productos
que por su configuración geométrica y a) Sub-enfriamiento. Se debe de pasar
tamaño no es posible que se les aplique una barrera energética antes de que ocurra
una congelación rápida. Las condiciones el proceso de cristalización como punto
de almacenamiento influyen de gran inicial de congelación (Franks, 1985). El
manera a la calidad de los productos proceso de sub-enfriamiento se observa
congelados, debido a que si durante esta cuando se retira calor sensible por debajo
etapa no hay un adecuado manejo y de 0 °C sin cambio de fase, resultando en
control de la temperatura, se puede un estado termodinámico inestable que
presentar el defecto de recristalización, inicia la formación de agregados
provocando pérdidas de calidad y submicroscópicos de agua llegando a una
modificación de la estructura del producto interface conveniente que es necesaria
(Welti-Chanes, 2007). para la transformación de líquido a sólido.
El grado de subenfriamiento esta
dictaminado por el inicio de la nucleación.
Sin embargo, cuando no hay una interface
81
, A. I. Gómez-Sánchez et al. / Temas Selectos de Ingeniería de Alimentos 1 (2007): 80 - 96
estable, no se inicia la separación de fases probabilidad de que el núcleo llegue a un
ya que las moléculas de líquido no son tamaño crítico incrementa y alcanza 1
capaces de alinearse por sí mismas (Reid, cerca de -40 °C (Franks, 1982; Reid, 1983;
1993). Franks, 1985).
Un parámetro importante que se toma
en cuenta al estudiar la nucleación del
b) Nucleación. La nucleación se define hielo, es la velocidad a la cual el núcleo
como el agrupamiento de átomos en fase aparece por volumen por unidad de
líquida en un núcleo estable pequeño. Para tiempo. La relación generalizada se
un grupo de radio r, el proceso está establece por medio de la ecuación 2.
gobernado por la energía libre de
formación acompañada por una J T A expB (2)
condensación líquido-sólido (G1 –s), y
esta dada por la ecuación 1 donde J(T) es la velocidad de nucleación a
temperatura T, A y B son constantes que
4 representan los parámetros físicos del
G1s r 3 Gv 4r 2 (1)
3 hielo y el agua, y θ describe la
dependencia de temperatura, ((ΔT)2T3)-1,
donde r es el radio de la partícula, ΔGv es donde ΔT es el grado de sub-enfriamiento
la diferencia de energía libre entre la fase y T es la temperatura absoluta. Se observa
sólida y la acuosa, y γ es la energía libre que al incrementar ΔT, existe un punto
interfacial por unidad de área entre el hielo característico del sistema donde la
y la fase sin congelar (Franks, 1982). velocidad de nucleación se incrementa
rápidamente (Franks, 1984; Franks, 1987).
De manera termodinámica, la
agrupación de partículas a temperaturas Nucleación heterogénea. Este tipo de
por debajo del punto de fusión inicial no nucleación es el más importante en el
es favorable debido a que la relación entre proceso de congelación de alimentos.
la superficie y el volumen de los nucleos Ocurre cuando las moléculas de agua se
es muy grande y por lo tanto la energía ensamblan en un agente de nucleación
interfacial con el líquido se vuelve una como las paredes del contenedor donde se
barrera (Sahagian y Goff, 1996). encuentra, en cuerpos extraños o en
material insoluble (Welti-Chanes, 2007).
El proceso de nucleación se divide en: La congelación de agua debido a este tipo
de nucleación se lleva a cabo en
Nucleación homogénea. Las temperaturas más altas, ya que las
fluctuaciones de densidad en la fase partículas tienden a incrementar la
liquida resultan en la formación de un estabilidad de la agrupación facilitando el
núcleo en un patrón tridimensional puro. proceso. Esto se traduce en una reducción
Se da en sistemas puros en ausencia de de la energía de activación a cualquier
impurezas o cualquier tipo de sustancia temperatura y sugiere que es controlado
que ayude a la nucleación. La probabilidad por algún mecanismo catalizador
de que se de este tipo de nucleación en (McBride, 1992)
agua a 0 °C es cercana a cero, sin
embargo, al disminuir la temperatura la
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