Aspectos tecnológicos de la congelación de alimentos La congelación de alimentos es muy importante tanto como para preservar estos, reducir la velocidad de crecimiento de microorganismos, además de reducir la reacción enzimática y de oxidación, que es aplicable a frutas, verduras, hortalizas, carnes y especies de mar, productos lácteos, etc. para los cual es muy necesario la determinar del tiempo y la velocidad de congelación para cada alimento con lo cual influiremos directamente en la calidad del producto terminado. A pesar del aumento en investigaciones en la preservación de alimentos, la congelación sigue siendo el más utilizado debido a su efectividad en la disminución de la actividad fisicoquímica y bioquímica en los alimentos, además que a partir de los -18 °C el crecimiento de los microorganismos se ve detenido. El proceso de congelación consiste en 3 etapas: Sub enfriamiento, nucleación y la propagación de cristales Sub enfriamiento: Es cuando se retira el calor sensible por debajo de los 0 °C sin cambio de fase, cuyo está determinado por el inicio de la nucleación Nucleación: Es definida como el agrupamiento de átomos en una fase liquida en un núcleo estable pequeño, cuyo proceso es gobernado por la energía libre de formación acompañado por una condensación líquido-sólido, el cual está en función del volumen de la agrupación con radio (r) por la diferencia de energía libre entre la fase sólida y la acuosa con la suma del área superficial de la esfera formada por la energía libre interracial por unidad de área entre el hielo y la fase sin congelar (γ). Este proceso se divide en nucleación homogénea y nucleación heterogénea Homogénea, el cual se da en sistemas puros en ausencia de sustancias que ayuden a la nucleación, pero la probabilidad de que esto ocurra en agua 0 °C es casi cero, pero esta se incrementa disminuyendo la temperatura hasta -40 °C Heterogénea, el cual es el más importante en procesos de congelación de alimentos, seda cuando las moléculas de agua se ensamblan en un agente de nucleación como las paredes del contenedor donde se encuentran en cuerpos extraños o en materiales insolubles, cuya congelación se lleva a cabo a temperaturas más altas, incrementando la estabilidad de la agrupación lo que facilita el proceso. Propagación de cristales de hielo: El crecimiento de los cristales ocurre cuando el número de moléculas de agua se difunden a través de la interfase y la orientación hacia un sitio de crecimiento es mayor que el número de moléculas desviadas, el mecanismo y la velocidad de crecimiento de cristales dependen de la concentración y de la morfología de la superficie, cuyos mecanismos se ven afectados en gran manera por las variables termodinámicas, variables cinéticas y variables propias del alimento, por lo tanto la modificación de estas mismas producen grandes cambios en la distribución de hielo y por lo tanto en la calidad del producto. En muchos casos la calidad del producto a congelar se puede mejorar con un cambio rápido de temperatura y por la formación de pequeños cristales de hielo en la estructura del producto, lo que involucra una exposición a baja temperatura en un corto plazo de tiempo, en muchos casos la velocidad de congelación se incrementa cuando existe contacto íntimo entre el producto y el refrigerante, otro de los factores importantes en sistemas de congelación es el tiempo el cual establece la velocidad del producto a través del sistema de congelación y la eficacia del mismo, cuya calidad del producto congelado dependerá directamente de la velocidad a la cual se remueve el calor latente de fusión y por lo tanto la velocidad la cual se mantienen los cristales de hielo pequeños, debido a la importancia de este tiempo es necesario desarrollar métodos para estimar los mismos tan exactos como sea posible, que dependerá del tipo de producto y se recomienda almacenar los mismos entre -18 °C y -12 °C. Los factores que influyen en el tiempo de congelación se deben principalmente a las características del producto y del equipo, en lo que referencia al alimento, es necesario conocer su conductividad térmica, sus dimensiones y su temperatura inicial. De las características del equipo, se debe de considerar el coeficiente convectivo de transferencia de calor, el medio de congelación y la temperatura a la cual se encuentra éste, para estimar el tiempo se usa la ecuación de Planck cuya ecuación está en función de la densidad del producto congelado (ρ) por el calor latente de fusión (λ), sobre la gradiente de temperatura dada por temperatura del medio de congelación (TM) menos la temperatura inicial del producto (TF), multiplicado por (P) que es una constante dependiendo de las dimensiones y forma del producto, por (L) que es el espesor del producto (o dimensión horizontal del mismo), sobre h que es el coeficiente convectivo de transferencia de calor, más (R) que es una constante dependiendo de las dimensiones por (L)^2 sobre la conductividad térmica del producto congelado (k) Cuyos valores de P y R se definen en función a 3 formas de producto más comunes, placa infinita, cilindro infinito y esfera, donde se observa que los productos en forma de esfera tienen menor tiempo de congelación que los de forma cilíndrica y a su vez estos productos tendrán menor tiempo de congelación que los de forma de placa. También tenemos a tabla de coeficientes convectivos de transferencia de calor durante la congelación donde podemos observar mientras el sistema de congelación tenga un coeficiente de transferencia de calor mayor, el tiempo de congelación del producto será menor. Con la congelación se produce cambios en la calidad de los productos ya que al disminuir la temperatura el porcentaje de hielo incrementara en inverso al agua sin congelar, de hecho, hay una tabla de diferentes productos donde observamos su coeficiente de conductividad térmica (k), calor especifico (Cp) y calor latente, donde k, Cp y el calor latente están relacionado directamente con la humedad del producto. Hay otra tabla del tempo de vida en almacenamiento congelado para diversos alimentos, donde ya especificado la vida de estos mismos se extiende por meses en condiciones de -18 °C y cuando se almacenan a -24 °C este tiempo se incrementa excepto por el pan. Aplicación en frutas: Un gran porcentaje de frutas tienen una textura suave antes del proceso de congelación sin embargo tiende a alterar la estructura y destruir la turgencia de las células vivas en sus tejidos, y para preparar estos alimentos sus procesos deberán ser escogidos cuidadosamente ya que se ven influenciados por la fragilidad de sus tejidos, normalmente entre los pretratamientos se encuentran: el lavado, el pelado, el cortado, el escaldado, también están el procesado de la fruta (generación de jugos o néctares) y el empacado Aplicación en hortalizas: A diferencia de las frutas, las fibras de las hortalizas permiten mantener la estructura después del congelado, pero para que la calidad de los productos sea alta debe someterse a pretratamientos, y también considerarse es la característica del material crudo donde este es el más importante donde se deberá poner importancia en el cultivo, prácticas de cosecha, transporte y recepción en la fábrica, de los pretratamientos en las importante es el escaldado donde obtenemos la estabilización de la textura, color, sabor, aroma y calidad nutricional, destrucción de microorganismos, y el marchitado de hortalizas con hojas, pero entre las desventajas son la perdida de parte de la textura, formación a sabor cocido, perdidas de sólidos solubles e impacto ambiental. Aplicación en carnes: Con la congelación la vida útil de la carne se incrementa considerablemente, está compuesta de un grupo complejo de sustancias bioquímicas, incluyendo proteínas solubles y estructurales, grasas y electrolitos. La combinación de estas sustancias le imparte a la carne ciertas características que deben ser consideradas durante el almacenamiento congelado y la descongelación. Por ello se debe monitorear el historial del producto antes de la congelación, para asegurar su calidad obteniendo un producto deseable desde el punto de vista organoléptico, y con estabilidad química y microbiológica, El factor biológico dominante que afecta la calidad de la carne es el glicógeno muscular, después de la matanza del animal, el glicógeno muscular es convertido en ácido láctico, el cual causa la disminución gradual del pH. El valor de este pH final para un animal que fue bien alimentado y sacrificado es aproximadamente 5.5. Si el animal presentó elevado stress previo a su sacrificio, el pH final es mayor a 6.0, lo cual ocasiona que la carne sea obscura, firme y seca, el proceso de glicólisis puede ser acelerado por estimulación eléctrica con el cual tendríamos liberación de ácido láctico y disminución del pH debido a la contracción muscular intensa Un proceso empleado antes de la congelación es el deshuesado en caliente, en este proceso, la carne es separada del hueso antes del rigor mortis procedimiento aplicado a la carne de res, puerco y cordero, en cuanto a la congelación, es simplemente la cristalización del hielo en el tejido muscular, la congelación de carne descubierta en aire forzado puede causar pérdidas de peso significativas, por ello es recomendable empacarla previamente a la congelación.
