Congelacion de alimentos por frio

Conservación de
alimentos por frío
Refrigeración / Congelamiento.
Eduardo Umaña Cerros, Ing.

Autoría de los contenidos:
Ing. Eduardo Umaña Cerros
Consultor de Industrias de Alimentos en
Sistema de Calidad, Inocuidad y Tecnología.
Documento desarrollado por:
FIAGRO Y FUSADES PROINNOVA
Diseño y Diagramación:
Eikon Creative
Prohibida la reproducción total o parcial de
este documento, sin previa autorización de
Fundación para la Innovación Tecnológica
Agropecuaria-FIAGRO y la Fundación para
el Desarrollo Económico y Social -FUSADES
Conservación de
alimentos por frío

Presidente FUSADES PROINNOVA
Antonio Cabrales
Comisión PROINNOVA
Francisco de Sola
Álvaro Ernesto Guatemala
Roberto Rivera Campos
Pedro Argumedo
Federico Huguet
Alfredo Frech
José Manuel Dutriz Gutiérrez
José Luis Montalvo
Director PROINNOVA
Samuel Salazar
Publicación gracias al apoyo de
Presidente FIAGRO
Antonio Cabrales
Junta Directiva FIAGRO
Diego Ernesto Llach
Nicola Angelucci
Eduardo Borja Letona
Mercedes Llort de Wise
José Agustín Martínez
Axel Söderberg
Director FIAGRO
Samuel Salazar
Director de Proyectos
Rafael Vega

I. CIENCIA Y TECNOLOGÍA 15
1. Introducción a la Refrigeración y Congelamiento como medio de
Conservación de alimentos. 16
2. Terminología, Definiciones y Explicaciones. 20
2.1. Refrigeración 20
2.2. Centro térmico 21
2.3. Tiempo de refrigeración 21
2.4. Características del agua 22
2.5. Actividad del agua 22
2.6. Precongelación 22
2.7. Congelación 23
2.8. Curva de congelación 24
2.9. Principios de termodinámica en la formación del hielo 25
2.10. Cristalización del hielo 26
2.11. Velocidad de congelación 27
2.12. Duración de la congelación 28
2.13. Velocidad de avance del frente de congelación 28
2.14. Tiempos de congelación 29
2.15. Fin de la congelación 29
2.16. Temperatura de equilibrio 29
2.17. Desecación de los alimentos congelados 29
2.18. Reducción de la temperatura de almacenamiento 30
2.19. Modificaciones de los alimentos durante la congelación 31
2.20. Duración del almacenamiento 32
2.21. Conservación de Alta Calidad 32
2.22. Duración práctica del almacenamiento 33
2.23. Modificaciones de los alimentos durante el almacenamiento 33
2.24. Descongelación 33
2.25. Procesos que provocan el deterioro de los alimentos 34
2.26. Higiene de productos refrigerados y congelados 36
2.27. Embalaje de los alimentos congelados 36
2.28. Materiales de Embalaje para alimentos 37
2.29. La medida de la temperatura 37
Conservación
de alimentos por frío
I.I.CIENCIA Y TECNOLOGÍA

3. Propiedades Térmicas de los Alimentos. 38
3.1. Propiedades térmicas de los componentes de los alimentos 39
3.2. Propiedades térmicas de los alimentos 39
3.3. Contenido de agua 40
3.4. Punto de congelación inicial 40
3.5. Fracción de hielo 41
3.6. Densidad 41
3.7. Calor específico 41
3.8. Entalpía 42
3.9. Conductividad térmica 42
3.10. Difusividad térmica 42
3.11. Calor de respiración 42
3.12. Transpiración de frutas y vegetales frescos 43
3.13. Coeficiente superficial de transferencia de calor 43
4. Tiempos de Enfriado y congelado de alimentos. 45
4.1. Termodinámica de la refrigeración y congelación 46
4.2. Tiempos de refrigeración para alimentos y bebidas 46
4.3. Tiempos de congelación para alimentos y bebidas 48
4.3.1 Ecuación de Plank 48
4.3.2 Modificaciones a la ecuación de Plank 50
5. Sistemas y Métodos de congelación industrial de alimentos 52
Técnicas de congelación.
5.1. Congelamiento por ráfaga o aire forzado (Blast freezing) 55
5.1.1 Cuartos de conservación en cámara frigorífica 55
5.1.2 Túneles estacionarios de células de congelación
de ráfaga 56
5.1.3 Congelador para carretillas (Túnel para carretillas) 57
5.1.4 Congeladores de banda transportadora recta 58
5.1.5 Congeladores de banda transportadora recta
de pasos múltiples 59
5.1.6 Congeladores de lecho fluidizado 60
5.1.7 Congeladores de lecho fluidizado de banda 61
5.1.8 Congeladores de banda de espiral 62
5.1.9 Congelador de espiral de flujo de aire vertical 63
5.1.10 Congelador de espiral de circulación de aire divida 63
5.1.11 Congeladores de choque 64
5.1.12 Congeladores de cajas 65
Conservación
I.I.CIENCIA Y TECNOLOGÍA

Conservación
I.CIENCIA Y TECNOLOGÍA
5.2. Congeladores de contacto directo. 66
5.2.1 Congeladores manuales y automáticos de la placa 67
5.2.2 Congelador especializado de contacto directo 69
5.3. Congeladores criogénicos o de inmersión. 70
5.3.1 Congelador de nitrógeno líquido 70
5.3.2 Congelador de dióxido e carbono 71
5.4. Congeladores crío-mecánicos 72
6. Atmósfera Modificada como técnica complementaria a la
refrigeración y congelamiento de alimentos 73
6.1. Atmósfera Controlada (AC) 74
6.2. Atmósfera Modificada (AM) 74
6.3. Características de las cámaras 75
7. Microbiología de los alimentos refrigerados y congelados 76
7.1. Fundamentos de microbiología básica 77
7.2. Como crecen los microorganismos 78
7.3. Factores intrínsecos 79
7.4. Factores extrínsecos 79
7.5. Temperatura 79
7.6. Prevención de contaminación 81
7.7. Prevención del crecimiento microbiano 82
7.8. Destrucción de microorganismos 83
7.9. Limpieza y sanitización 84
8. Diseño de Instalaciones Refrigeradas 86
8.1. Diseño del almacén frigorífico 87
8.2. Categorías de almacén refrigerado 88
8.3. Funcionalidad 88
8.4. Funciones del diseño 89
8.5. Levantamiento del suelo por congelación 89
8.6. Aislamiento 89
8.7. Tipos de aislamiento 90
8.8. Sistemas de refrigeración (Equipamiento) 90
8.9. Selección del refrigerante 91
8.10. Inspección y mantenimiento 91
8.10.1. Sistema básico 91
8.10.2. Aberturas 92
I.

II. TECNOLOGÍA APLICADA
Tecnología de Refrigeración y Congelamiento Aplicada 93
APLICACIÓN A PRODUCTOS VEGETALES 94
1. Métodos para pre enfriar frutas, vegetales y flores 94
1.1 Enfriamiento húmedo (aspersión o inmersión) 96
1.2 Enfriamiento por aire forzado 97
1.2.1 Métodos comerciales de enfriamiento por aire 97
1.3 Pre enfriamiento evaporativo por aire forzado 97
1.4 Enfriamiento por paquetes de hielo (PACKAGE ICING) 98
1.5 Enfriamiento al vacío 98
1.6 Refrigeración o enfriamiento de flores de cortadas 99
2. Selección del producto y mantenimiento de la calidad 101
2.1 Manejo post cosecha 102
2.2 Enfriamiento 103
2.3 Transporte 104
2.4 Almacenaje de algunos vegetales y frutas 104
2.4.1 Espárragos 105
2.4.2 Bróculi ó brócoli 105
2.4.3 Repollo 106
2.4.4 Zanahorias 106
2.4.5 Coliflor 107
2.4.6 Maíz tierno o elote 107
2.4.7 Pepinos 108
2.4.8 Lechuga 108
2.4.9 Melones 109
2.4.10 Sandías 109
2.4.11 Okra 109
2.4.12 Cebollas 110
2.4.13 Perejil 110
Conservación
II.I.TECNOLOGÍA APLICADA

Conservación
I.TECNOLOGÍA APLICADA
2.4.14 Pimentón o chile dulce 110
2.4.15 Pimentones y chile picante secos 111
2.4.16 Papas 111
2.4.17 Loroco (flor) [Fernaldia pandurata] 112
2.4.18 Chipilín (hoja) [Crotalaria longirostrata] 114
2.4.19 Izote (flor) [Yucca elephantipes] 115
2.4.20 Pito (flor) [Erythrina berteroana] 116
2.4.21 Yuca (cassava) [Manihot esculenta] 117
3. Frutas 120
3.1 Cítricos: Madurez y calidad 120
3.1.1 Cítricos: Enfriamiento -refrigeración 121
3.1.2 Cítricos: Transporte 121
3.1.3 Cítricos: Almacenaje 121
3.1.4 Naranjas 122
3.1.5 Limones 122
3.2 Bananos-Plátanos 124
3.2.1 Hermeticidad 124
3.2.2 Refrigeración 125
3.3 Aguacates 125
3.4 Mangos 126
3.5 Piñas o ananás 126
3.6 Jocotes [Spondias mobin, Spondias pupurea] 127
3.7 Nance [Byrsonima crassifolia] 127
3.8 Marañón [Anacardium occidentale] 128
APLICACIÓN PRODUCTOS CARNICOS 130
1.CARNES ROJAS 130
1.1. Carnes en canal 130
1.2. Carne vacuna en cajas 131
1.3. Tiempos de congelamiento de carne deshuesada 132
1.4. Refrigeración de canal porcina 132
1.5. Recortes de carne de cerdo 133
II.

Conservación
1.6. Refrigeración de becerros y corderos 133
1.7. Carnes procesadas 133
1.8. Productos de carne congelados 134
1.9. Calidad de la carne congelada 135
2.AVES 136
2.1. Procesamiento de aves de corral 136
2.2. Enfriamiento 136
2.3. Descontaminación de carcasas 137
2.4. Transformación posterior 137
2.5. Congelamiento. 138
2.5.1 Efecto sobre la calidad del producto 138
2.5.2 Métodos de congelamiento 139
2.5.3 Descongelado 140
3.PESCADO 141
3.1.Productos pesqueros 141
3.1.1. Cuidado a bordo del barco 141
3.1.2. Formación de hielo 142
3.1.3. Congelamiento de productos pesqueros 142
3.1.4. Congelado 144
APLICACIÓN A PRODUCTOS DERIVADOS 145
1.LACTEOS 145
1.1.Producción y procesamiento de la leche 145
1.1.2. Recepción almacenamiento de leche 146
1.1.3. Separación y clasificación 147
1.1.4. Pasteurización y homogenización 148
1.1.5. Almacenaje y distribución de la leche 149
1.1.6. Refrigeración 150
1.2. Elaboración de mantequilla 150
1.3. Elaboración de queso 152
1.4. Postres congelados de leche (sorbete y otros) 156
1.5. Esterilización de alta temperatura (UHT) y
Empaque Aséptico (AP) 159
II.

Conservación
2.HUEVOS Y PRODUCTOS DE HUEVOS 160
2.1.Huevos con cascarón 160
2.1.1. Estructura de huevo y composición 160
2.1.2. Calidad de huevo y seguridad 162
2.1.3. Procesamiento de huevo de cáscara 164
2.1.4. Efecto de refrigeración sobre calidad de huevo
y seguridad 165
2.1.5. Embalaje 168
2.1.6. Transporte 168
2.2.Productos de huevo 169
2.2.1. Productos refrigerados de huevo 169
2.2.2. Productos congelados de huevo 171
2.2.3. Productos de huevo deshidratados 172
2.2.4. Calidad en productos de huevos 172
3.JUGOS DE FRUTAS 174
3.1.Jugo de naranja
3.1.1. Concentrado de naranja 174
3.1.2. Almacenamiento en cámaras frigoríficas 175
3.1.3. Métodos de concentración 176
3.1.4. Control de calidad 176
3.1.5. Jugo enfriado 178
3.1.6. Refrigeración 179
3.2.Otros jugos cítricos 180
3.2.1. Jugo de toronja 180
3.2.2. Mezcla jugo de toronja y naranja 180
3.2.3. Jugo de mandarina 180
3.3.Jugos no cítricos 181
3.3.1. Jugo de piña 181
3.3.2. Jugo de manzana 182
3.3.3. Jugo de uvas 182
3.3.4. Fresa y otros jugos de baya 183
II.

Conservación
4.PRODUCTOS DE PANADERIA 184
4.1. Almacenaje de ingredientes 184
4.2. Mezcla 186
4.3. Fermentación 188
4.4. Formado de pan 189
4.5. Fermentacion final 190
4.6. Cocción u horneado 190
4.7. Enfriamiento del pan 191
4.8. Cortar y envoltura (enrollado) 191
4.9. Pan congelado 192
4.10.Descongelacion de pan 193
4.11.Congelación de otros productos de panadería 194
4.12.Panadería congelada de prefermenteados 195
4.13.Masas y pastas retardadas 197
4.14.Opción de refrigerantes 197
5. ALIMENTOS PREPARADOS, PRECOCIDOS
Y LISTOS PARA CONSUMO 199
5.1.Platos principales, comidas completas preparadas 199
5.1.1. Características generales de la planta 200
5.1.2. Preparación, elaboración.
Operaciones unitarias 200
5.1.3. Ensamble (montaje), llenado y empacado 202
5.1.4. Envase, enfriado (refrigerado), congelado 202
5.1.5. Almacenamiento de productos terminados
y transporte 204
5.1.6. Carga refrigerada 204
5.1.7. Sistemas de refrigeración 205
5.2.Hortalizas 205
5.2.1. Produccion internacional 208
5.3. Frutas 208
5.4. Otros alimentos preparados (etnicos) 210
II.

Conservación
APLICACIONES INDUSTRIALES 211
6. FABRICACION DE HIELO 211
6.1. Fabricas de hielo 211
6.1.1. Hielo en escamas 211
6.1.2. Hielo en tubular(tubito) 212
6.2. Almacenamiento termico y almacenaje de hielo 212
6.1.1. Almacenamiento termico 212
6.1.2. Almacenaje de hielo 212
6.3. Sistemas de entrega 213
6.4. Hielo comercial 213
II.

Conservación
II. Distribución de Productos refrigerados
y Congelados 214
1. Transporte terrestre: Contenedores, Ferrocarril,
Camiones y rastras. 215
1.1 Vehículos 215
1.1.1 Breve descripción de los tipos principales 215
1.2 Equipamiento. 217
1.2.1 Refrigeración y calefacción mecánica 217
2. Transporte marino 219
2.1 Diseño del sistema de refrigeración. 219
2.1.1 Consideraciones a tomar cuenta en el diseño de equipos 219
2.1.2 Consideraciones en planeamiento inicial 220
2.2 Refrigeración con hielo 220
2.3 Refrigeración con agua de mar 221
2.4 Proceso de congelación y conservación en cámara frigorífica 222
3. Transporte aéreo 223
3.1 Flete aéreo de perecederos 224
3.2 Frutas y vegetales 225
3.3 Productos marinos 225
3.4 Animales 225
3.5 Contenedores para embarque aéreo 225
3.6 Carga del contenedor aéreo 226
Bibliografía 228
*Consultor asociado de FUSADES: PROinnova/FIAGRO
III. Distribución de
Productos refrigerados y
Congelados
III.

CIENCIA Y TECNOLOGÍA
Conservación de alimentos por frío
Refrigeración / Congelamiento.
Eduardo Umaña Cerros, Ing.

1.
Desde hace muchos años y con el objeto de dar solución a problemas
de estacionalidad de producción, la conservación de alimentos se ha
convertido cada vez mas en una práctica más frecuente. Tratamientos
tradicionales como la deshidratación, la salazón, la fermentación y otros
son prueba de esta tendencia y aunque permiten incrementar el tiempo
de conservación alteran considerablemente las características naturales
del producto.
Con el avance tecnológico en la conservación de alimentos, se ha
solucionado en gran parte el problema de la estacionalidad. Este avance
se ha ido adaptando a la demanda de los consumidores, que cada vez
son más exigentes en aspectos de calidad sensorial, nutricional y sanitaria.
La Conservación de alimentos apunta hacia tecnologías limpias, que
ayuden a mantener en la medida de lo posible los atributos de calidad
y las características naturales de los productos.
Los métodos de conservación han evolucionado desde las maneras
más rudimentarias de conservar alimentos como el secado al sol hasta
tecnologías mas recientes como la liofilización, la deshidratación osmótica
o el uso de muy bajas temperaturas de refrigeración o congelamiento
en atmósferas modificadas o controladas.
En el actual mercado global existe la tendencia que orienta a tecnologías
de consumo en fresco o procesado al mínimo, con tecnologías medias,
en las que el congelamiento, el ultra congelamiento y la refrigeración
misma juegan el papel principal.
Introducción a la Refrigeración y Congelamiento
como medio de Conservación de alimentos
CIENCIA Y TECNOLOGÍAI.
16

Con los avances tecnológicos y científicos recientes, se ha podido ahondar
el conocimiento de los principales mecanismos químicos, bioquímicos,
fisiológicos y microbiológicos causantes del deterioro de la calidad
sensorial, nutricional o sanitaria, y así permitir el desarrollo de tecnologías
fundamentadas en métodos de conservación.
-Los métodos de conservación químicos:
utilizan azúcares, ácidos, sal, etc.
-Los métodos de conservación biológicos:
utilizan fermentación alcohólica, láctica, acética, etc.
-Los métodos de conservación físicos:
1.Aumento de energía del producto como tratamientos térmicos o radiación;
2.reducción de temperatura como refrigeración o congelamiento;
3.reducción del contenido de agua como liofilización, concentración,
deshidratación;
4.aplicación de barreras como diversos tipos de envasado que aumentan
significativamente el tiempo de conservación de los alimentos.
Se estima que las tecnologías de refrigeración y congelamiento de
alimentos son muy eficaces por ser tecnología limpia y por preservar
significativamente la calidad sensorial y nutricional de los alimentos,
además de poderse realizar con costes asumibles comercialmente.
También, se debe de agregar que los consumidores cada vez son más
susceptibles en aspectos de contaminación. Por tal razón los procesos
que incluyen tratamientos químicos experimentan bajo crecimiento ante
el auge de los tratamientos físicos que se ven muy beneficiados, no sería
extraño que en futuro cercano sea más exigible el uso de tecnologías
limpias y amigables con el medio ambiente.
La conservación de alimentos por frío con más de un siglo de evolución
y aplicación comercial, es cada vez más utilizada en muchos productos
alimenticios. Se estima que en mercados desarrollados cada vez es
mayor el porcentaje de alimentos consumidos o utilizados para otros
procesos, que han sido congelados en alguna etapa previa a su uso o
comercialización.
CIENCIA Y TECNOLOGÍAI.Introducción a la Refrigeración y Congelamiento
17

La aplicación del frío, ya sea por refrigeración o congelamiento, protege
la calidad de los alimentos a un coste muy competitivo. En los mercados
en donde ya es utilizada esta tecnología, observa crecimiento constante
y se generaliza a cada vez más mercados como países cuando éstos
encuentran las ventajas que ofrece este mecanismo de conservación.
Mucho son los beneficios que esta técnica ofrece que se busca armonizar
el entorno con la infraestructura necesaria para su aplicación. Esto hace
necesaria la adquisición de equipos de congelamiento, almacenes
frigoríficos, transportes frigoríficos, equipamientos y otros con el objetivo
de que ayuden a garantizar estabilidad en la temperatura de los productos
y no romper la cadena de frío que garantice la preservación de la calidad.
En la tecnología disponible para conservación de alimentos por frío, se
ha confirmado que bajas temperatura como refrigeración son para
comercialización a corto y mediano plazo; y la congelación es para
comercialización a largo plazo. La técnica en sí al igual que los mercados,
se desarrolla notablemente extendiéndose a cada vez más productos,
haciendo a éstos más atractivos para el consumidor, combinando la
refrigeración o el congelamiento con la appertización (envasado o enlatado
y esterilizado de conservas), deshidratación u otros mecanismos de
conservación.
Es necesario conocer y comprender el funcionamiento del mecanismo
de conservación de alimentos por frío, ya sea de refrigeración o
congelamiento, para aprovechar las bondades de estas tecnologías. Es
importante aclarar que el congelamiento no mejorará la calidad del
producto final, por lo que la calidad de la materia prima es muy importante.
Otros factores que influirán en la calidad de los productos congelados
son: el proceso aplicado, el embalaje utilizado, los tiempos y temperaturas
usadas en la cadena de frío, así como la descongelación y cocción final
(si es necesaria) antes del consumo.
En el proceso de refrigeración o congelación es muy importante tomar
en cuenta los numerosos factores que en forma conjunta influyen
seriamente en la calidad del producto que se lleve al consumidor.
Con el trabajo de ésta información técnica, se pretende ayudar a
comprender y aplicar reglas esenciales de este mecanismo de
conservación de alimentos por refrigeración y congelamiento.
18

La aplicación del frío, ya sea por refrigeración o congelamiento, protege
la calidad de los alimentos a un coste muy competitivo. En los mercados
en donde ya es utilizada esta tecnología, observa crecimiento constante
y se generaliza a cada vez más mercados como países cuando éstos
encuentran las ventajas que ofrece este mecanismo de conservación.
Mucho son los beneficios que esta técnica ofrece que se busca armonizar
el entorno con la infraestructura necesaria para su aplicación. Esto hace
necesaria la adquisición de equipos de congelamiento, almacenes
frigoríficos, transportes frigoríficos, equipamientos y otros con el objetivo
de que ayuden a garantizar estabilidad en la temperatura de los productos
y no romper la cadena de frío que garantice la preservación de la calidad.
En la tecnología disponible para conservación de alimentos por frío, se
ha confirmado que bajas temperatura como refrigeración son para
comercialización a corto y mediano plazo; y la congelación es para
comercialización a largo plazo. La técnica en sí al igual que los mercados,
se desarrolla notablemente extendiéndose a cada vez más productos,
haciendo a éstos más atractivos para el consumidor, combinando la
refrigeración o el congelamiento con la appertización (envasado o enlatado
y esterilizado de conservas), deshidratación u otros mecanismos de
conservación.
Es necesario conocer y comprender el funcionamiento del mecanismo
de conservación de alimentos por frío, ya sea de refrigeración o
congelamiento, para aprovechar las bondades de estas tecnologías. Es
importante aclarar que el congelamiento no mejorará la calidad del
producto final, por lo que la calidad de la materia prima es muy importante.
Otros factores que influirán en la calidad de los productos congelados
son: el proceso aplicado, el embalaje utilizado, los tiempos y temperaturas
usadas en la cadena de frío, así como la descongelación y cocción final
(si es necesaria) antes del consumo.
En el proceso de refrigeración o congelación es muy importante tomar
en cuenta los numerosos factores que en forma conjunta influyen
seriamente en la calidad del producto que se lleve al consumidor.
Con el trabajo de ésta información técnica, se pretende ayudar a
comprender y aplicar reglas esenciales de este mecanismo de
conservación de alimentos por refrigeración y congelamiento.
19

2.
Refrigeración
La refrigeración consiste en la conservación de los productos a bajas
temperaturas, pero por encima de su temperatura de congelación. De
manera general, la refrigeración se enmarca entre -1º C y 8º C. De esta
forma se consigue que el valor nutricional y las características
organolépticas casi no se diferencien de las de los productos al inicio de
su almacenaje. Es por esta razón que los productos frescos refrigerados
son considerados por los consumidores como alimentos saludables.
La refrigeración evita el crecimiento de los microorganismos termófilos
que crecen a una temperatura arriba 45°C como Bacillus y Clostridium
además de algunas algas y hongos y de muchos mesófilos que crecen
en temperaturas de entre -5 a -7 °C como bacterias.
Sin embargo, lograr un buen producto congelado depende de la
temperatura y las otras condiciones de almacenaje. La vida útil de los
vegetales refrigerados depende de la variedad, la parte almacenada, las
condiciones de su recolección y la temperatura durante su transporte,
entre otras. Para los alimentos procesados depende del tipo de alimento,
intensidad del procesamiento recibido (fundamentalmente sobre los
microorganismos y enzimas), higiene en la elaboración, el envasado y
el envase, entre otros.
En el caso de las frutas, como producto vegetal vivo, su velocidad de
respiración varía con la temperatura, o sea a mayor temperatura mayor
respiración y viceversa; en las frutas de patrón climatérico se produce
durante su almacenamiento un incremento brusco de su actividad
respiratoria. Entre estas frutas se cuentan el aguacate, el mango y la
papaya. Las frutas de patrón no climatérico no presentan el anterior
comportamiento, encontrándose entre ellas la naranja, la toronja y la
piña. La respiración de los vegetales es similar a la de las frutas de patrón
no climatérico.
Terminología, Definiciones y Explicaciones
I.2.1.
20

Cuando la temperatura de algunas frutas y vegetales desciende de un
determinado valor se producen en ellos cambios indeseables las cuales
son conocidas como daños por frío, por ejemplo la quemadura de bananos
o plátanos al enfriarlos debajo de temperaturas de 13 a 14 °C/55 57°F.
En los tejidos animales, al cesar el suministro de sangre oxigenada como
consecuencia del sacrificio, cesa la respiración aeróbica y se inicia la
respiración anaeróbica mediante la cual el glucógeno se transforma en
ácido láctico provocando una disminución del pH. Con ello se inicia un
proceso denominado rigor mortis. Como resultado de este proceso el
tejido muscular se endurece haciéndose inextensible. Para que este
proceso se desarrolle y el producto llegue a adquirir la coloración y textura
adecuadas, el mismo debe desarrollarse en condiciones de refrigeración
para frenar el desarrollo de los microorganismos.
Independientemente del tipo de alimento la refrigeración puede aplicarse
sola o en combinación con otras técnicas, tales como la irradiación, las
atmósferas modificadas y controladas o el envasado en atmósferas
modificadas, entre otras. La refrigeración encuentra gran aplicación en
la elaboración de comidas preparadas en los que se aplican los sistemas
de cocción-enfriamiento.
Centro térmico
Es el punto del producto en el que la temperatura es la más elevada
en el proceso de congelación.
Tiempo de refrigeración
La determinación del tiempo de refrigeración constituye un elemento de
importancia práctica, ya que permite conocer el tiempo necesario para
que un producto alcance una temperatura dada en su centro térmico
partiendo de una temperatura inicial, una temperatura del medio de
enfriamiento, configuración geométrica, tipo de envase, etc. Este resultado
puede emplearse en el cálculo de la carga por productos correspondiente
a la carga térmica. Para el trabajo práctico existen tablas y figuras las
que de manera rápida y sencilla permiten determinar el tiempo de
enfriamiento de determinados productos en condiciones específicas. Con
tales determinaciones se facilita la operación de enfriamiento o congelación
de cargas de productos a condiciones establecidas.
I.2.3.
I.2.2.
21

Características del agua
El agua es el constituyente más abundante en la mayoría de los alimentos
en estado natural por ello desempeña un papel esencial en la estructura
y demás caracteres de los productos de origen vegetal y animal.
El agua presente en un alimento puede estar como agua libre o como
agua ligada, ésta última puede estar más o menos fuertemente unida
de manera compleja a otros constituyentes. Es por ello que el estado
del agua presente en un alimento es tan importante para su estabilidad
así como para el riesgo de deterioro.
Las propiedades del agua que determinan el comportamiento de los
alimentos, son:
- el descenso de la presión de vapor,
- elevación del punto de ebullición,
- descenso del punto de congelación,
- descenso de la tensión superficial,
- aumento de la viscosidad y
- gradientes de presión osmótica a través de membranas semipermeables.
La mayoría de estas propiedades juegan papel importante en procesos
de conservación de alimentos por refrigeración o congelamiento.
Actividad del agua aw
La actividad del agua es una medida de la mayor o menor disponibilidad
del agua en los diversos alimentos, la cual se define por el descenso de
la presión parcial del vapor de agua, donde pw es la presión parcial del
vapor de agua del alimento y po es la presión de vapor del agua pura
a la misma temperatura:
aw = pw / po
La actividad de agua constituye una medida relativa con respecto a un
estado estándar tomado como comparación. El estado estándar escogido
es el del agua pura al cual su actividad se toma igual a la unidad, por
lo cual la actividad de un alimento es siempre menor que la unidad. Esto
es debido a que las especies químicas presentes disminuyen la capacidad
de vaporización del agua.
Pre congelación
Es el tiempo que transcurre entre el momento en que el producto, a su
temperatura original, es sometido a un proceso de congelación y el
instante en que comienza la cristalización del agua (temperatura
crioscópica), este variará acorde al sistema de congelación utilizado
(rápido o lento).
I.2.6.
I.2.5.
I.2.4.
CIENCIA Y TECNOLOGÍAI.Terminología, Definiciones y Explicaciones
22

Congelación
El principio de la conservación de los alimentos por el sistema de
congelación se basa en el mismo principio que el de la refrigeración la
ventaja que presenta es que en cuanto más baja es la temperatura más
se aleja de las condiciones ideales en las que pueden multiplicarse los
microorganismos, por lo que el alimento se altera cada vez menos.
La congelación consiste en la aplicación de temperaturas a los alimentos
por debajo de cero grados centígrados, de forma que parte del agua del
alimento se convierte en hielo. Al mismo tiempo, como el agua se
solidifica, se produce una desecación del alimento, lo que contribuirá de
forma significativa a una mejor conservación. Lógicamente, este efecto
será más importante cuanto más baja sea la temperatura.
La temperatura de elección a nivel internacional es de -18ºC/0ºF, ya que
por debajo de ésta se estima que no es posible la proliferación de
bacterias (significativamente), por lo que disminuye la posibilidad de
alteración y se reducen los riesgos para la salud. Hay que destacar que,
después de la refrigeración, la congelación es el tratamiento que menos
modificaciones produce en los alimentos. De forma que después de la
descongelación los alimentos son casi idénticos a los productos crudos
empleados como materia prima.
No toda el agua presente en el alimento puede separarse en forma de
cristales como consecuencia de la congelación. En el alimento existe
una fracción del agua no congelable a la que corresponde una actividad
de agua muy baja (de hasta 0,3). Esta agua, la cual se encuentra
fuertemente unida a las estructuras moleculares, es denominada agua
ligada y representa entre el 5 y el 10% de la masa total de agua contenida
en el alimento.
El agua libre o no ligada, por su parte, representa la mayor parte del
agua contenida en los alimentos. No obstante, esta agua no sale
espontáneamente de los tejidos. Esta agua se encuentra en forma de
geles tanto en el interior de la célula como en los espacios intercelulares,
estando su retención influenciada por el pH y las fuerzas iónicas. Durante
la congelación el agua es removida de su posición normal dentro de los
tejidos y convertida en hielo. Este proceso es parcialmente revertido
durante la descongelación dando lugar a la formación de exudado.
I.2.7.
23

Curva de congelación
El proceso de congelación en los alimentos es más complejo que la
congelación del agua pura. Los alimentos al contener otros solutos
disueltos además de agua, presentan un comportamiento ante la
congelación similar al de las soluciones. La evolución de la temperatura
con el tiempo durante el proceso de congelación es denominada curva
de congelación. La curva de congelación típica de una solución se
muestra en la siguiente figura.
talización del agua (temperatura crioscópica), este variará acorde al
sistema de congelación utilizado (rápido o lento).
Esta curva posee las siguientes secciones:
AS: el alimento se enfría por debajo de su punto de congelación qf inferior
a 0º C. En el punto S, al que corresponde una temperatura inferior al
punto de congelación, el agua permanece en estado líquido. Este
subenfriamiento puede llegar a ser de hasta 10º C por debajo del punto
de congelación.
SB: la temperatura aumenta rápidamente hasta alcanzar el punto de
congelación, pues al formarse los cristales de hielo se libera el calor
latente de congelación a una velocidad superior a la que este se extrae
del alimento.
TEMPERATURA
A
B
S D
C
E
E
TIEMPO
Curva de congelación
I.2.8.
24

BC: el calor se elimina a la misma velocidad que en las fases anteriores,
eliminándose el calor latente con la formación de hielo, permaneciendo
la temperatura prácticamente constante. El incremento de la concentración
de solutos en la fracción de agua no congelada provoca el descenso del
punto de congelación, por lo que la temperatura disminuye ligeramente.
En esta fase es en la que se forma la mayor parte del hielo.
CD: uno de os solutos alcanza la sobresaturación y cristaliza. La liberación
del calor latente correspondiente provoca el aumento de la temperatura
hasta la temperatura del soluto.
DE: la cristalización del agua y los solutos continúa.
EF: la temperatura de la mezcla de agua y hielo desciende.
En realidad la curva de congelación de los alimentos resulta algo diferente
a la de las soluciones simples, siendo esa diferenciación más marcada
en la medida en que la velocidad a la que se produce la congelación
es mayor.
Principios de termodinámica en la formación del hielo
Todos los alimentos (vegetales, animales) son como soluciones acuosas
diluidas. La cantidad de agua del alimento define la formación de hielo
en relación directa a mayor temperatura de congelamiento. La temperatura
de congelación de un alimento es aquella temperatura a la que aparecen
los primeros cristales de hielo estables. La formación de un cristal de
hielo requiere primeramente de una nucleación, ésta puede ser
homogénea o heterogénea, ésta última es la más frecuente en el caso
de los alimentos, donde los núcleos se forman sobre partículas en
suspensión o sobre la pared celular.
La cristalización que se origina durante la congelación de un alimento
es la formación de una fase sólida sistemáticamente organizada a partir
de una solución. El proceso de cristalización comprende las etapas de
nucleación y la de crecimiento de los cristales. La cristalización del hielo
se produce cuando el sistema se encuentra lo suficientemente sub
enfriado. El subenfriamiento es la diferencia de temperaturas por debajo
del punto inicial de congelación del sistema.
La nucleación es la combinación de moléculas dentro de una partícula
ordenada de tamaño suficiente para sobrevivir sirviendo a su vez de sitio
para el crecimiento cristalino.
I.2.9.
25

En la cristalización del hielo, la remoción de calor debido al cambio de
fase constituye el mecanismo determinante de todo el crecimiento de
los cristales.
La duración del período de subenfriamiento depende de las características
del alimento y de la velocidad a la que se remueve el calor. Si el
subenfriamiento resulta marcado se producirá una gran cantidad de
núcleos que originaran cristales pequeños. Cuando la situación es
contraria a la antes descrita se producirán pocos núcleos y con ello
pocos cristales grandes.
Durante la mayor parte de la meseta de congelación (en el tramo BC de
la figura anterior: Curva de congelación) la formación de los cristales de
hielo es controlada por la transferencia de calor. La velocidad de transporte
de masa controla la velocidad de crecimiento de los cristales en el final
del período de congelación donde las soluciones remanentes se
encuentran más concentradas. A medida que la temperatura desciende
se van saturando las diferentes sustancias disueltas que luego cristalizan.
La temperatura a la cual el cristal de un soluto se encuentra en equilibrio
con el líquido no congelado y los cristales de hielo, es denominada
temperatura eutéctica. Como los alimentos constituyen una mezcla
compleja de sustancias, se emplea el término temperatura eutéctica
final, el cual corresponde a la temperatura eutéctica más baja de los
solutos del alimento. La máxima formación de cristales de hielo es
obtenida a esta temperatura.
Cristalización del hielo
Una vez comienza el agua a congelar, la cristalización es función de la
velocidad de enfriamiento, al mismo tiempo que de la velocidad de
difusión del agua a partir de las disoluciones que bañan la superficie
de los cristales de hielo. Si la velocidad de congelación es débil, entonces
se forman pocos núcleos de cristalización y los cristales de hielo crecen
ampliamente. Si la velocidad de congelación aumenta, el número de
cristales de hielo aumenta mientras su tamaño disminuye. Es importante
que la congelación lenta puede producir a un exudado excesivo en la
descongelación, mientras que una congelación muy rápida permite
preservar la textura de ciertos productos.
Características Cristalización:
- Cristalización Lenta: cristales crecen ampliamente.
- Cristalización Rápida: más cristales pero más pequeños.
I.2.10.
26

Velocidad de congelación
La calidad de los alimentos congelados se encuentra influenciada por
la velocidad con que se produce la congelación, así entre más rápido
se produzca el congelamiento mejor calidad en el producto congelado
se obtiene.
Diversas características de calidad están relacionadas con el tamaño
de los cristales el cual es una consecuencia de la velocidad con que se
produce la congelación. El principal efecto de la congelación sobre la
calidad de los alimentos es el daño que ocasiona en las células el
crecimiento de los cristales de hielo. La congelación prácticamente no
provoca deterioro desde el punto de vista nutritivo. La resistencia de
diversos tejidos animales y vegetales a la congelación es muy diversa;
así, frutas y vegetales, por ejemplo, presentan una estructura muy rígida
por lo que la formación de los cristales de hielo puede afectarlos con
mayor facilidad que a las carnes.
La congelación de los tejidos se inicia por la cristalización del agua en
los espacios extracelulares puesto que la concentración de solutos es
menor que en los espacios intracelulares.
-Congelación Lenta.
Cuando la congelación es lenta la cristalización extracelular aumenta la
concentración local de solutos lo que provoca, por ósmosis, la
deshidratación progresiva de las células. En esta situación se formarán
grandes cristales de hielo aumentando los espacios extracelulares,
mientras que las células plasmolizadas (pierden agua por estar expuesta
una presión osmótica mayor) disminuyen considerablemente su volumen.
Este desplazamiento del agua y la acción mecánica de los cristales de
hielo sobre las paredes celulares provocan afecciones en la textura y
dan lugar a la aparición de exudados durante la descongelación.
I.2.11.
27

-Congelación Rápida
Cuando la congelación es rápida la cristalización se produce casi
simultáneamente en los espacios extracelulares e intracelulares. El
desplazamiento del agua es pequeño, produciéndose un gran número
de cristales pequeños. Por todo ello las afecciones sobre el producto
resultaran considerablemente menores en comparación con la congelación
lenta. No obstante, velocidades de congelación muy elevadas pueden
provocar en algunos alimentos, tensiones internas que pueden causar
el agrietamiento o rotura de sus tejidos, congelar demasiado rápido
tomates u otros vegetales o frutas con alto contendido de agua.
Existen diversa maneras de definir la velocidad de congelación siendo
estas: el tiempo característico de congelación o duración de la congelación,
el tiempo nominal de congelación, la velocidad media de
congelación, etc.
Por definición: Velocidad de Congelación (° C/h)
Es el cociente de la diferencia entre la temperatura inicial y temperatura
final por la duración de la congelación.
Duración de la congelación
Es el tiempo transcurrido desde el principio de la fase de precongelación
hasta la obtención de la temperatura final. Este tiempo (lo que dura)
depende, por una parte de las temperaturas inicial y final y de la cantidad
de calor a extraer, y por otra de las dimensiones (espesor) y forma del
producto, como de los parámetros de transmisión térmica.
Velocidad de avance del frente de congelación (cm/h)
Otra forma de expresar la rapidez de la congelación es por medio de la
velocidad a la que se desplaza el frente de hielo a través del producto.
Esta es mayor cerca de superficie que hacia el centro.
I.2.12.
I.2.13.
28

Tiempos de congelación
La duración real del proceso de congelación depende de diversos
factores, unos son relativos al producto a congelar y otros al equipo
utilizado, de estos los más importantes son:
- Dimensiones y forma del producto (espesor).
-Temperatura inicial y final.
- Temperatura del refrigerante.
- Otros: Coeficiente de transferencia de calor superficial del producto,
Variación de entalpía (la entalpía consiste en energía sensible debajo
del punto de congelación) y Conductividad térmica del producto.
El conocimiento del tiempo de congelación es de gran importancia para
el diseño del proceso. Este tiempo es un dato necesario para determinar
la velocidad de refrigeración requerida en relación con la capacidad del
sistema de congelación. La predicción del tiempo de congelación puede
basarse en métodos numéricos y en métodos aproximados.
Fin de la congelación
El proceso de congelación termina cuando la mayor parte del agua
congelable se transforma en hielo en el centro térmico del producto. En
la mayoría de casos la temperatura del centro térmico coincide en ese
momento con la temperatura de almacenamiento. Si el producto se retira
antes de ese momento resultará una congelación lenta en el centro del
mismo y perdida de la calidad del producto congelado.
Almacenar productos insuficientemente enfriados podría perjudicar otros
que se encuentren en el almacén, es recomendable proseguir un
enfriamiento hasta lograr una temperatura de equilibrio como de -18° C.
Temperatura de equilibrio
Cuando la temperatura de la superficie de un producto es casi la misma
que en el centro térmico del mismo; esto en condiciones en las que
ninguna cantidad de calor es aportada ni extraída del producto.
Desecación de los alimentos congelados
Por corriente de aire frío, el producto que no está protegido, cierta
proporción de agua contenida en la superficie se evapora en el curso
de la congelación (1 a 2 % o más se reflejan como mermas por enfriamiento
o congelación). La proporción es menor cuanto más rápida es la
congelación. Embalajes impermeables al vapor de agua y en contacto
con los productos evitan pérdidas de agua.
I.2.14.
I.2.15.
I.2.16.
I.2.17.
29

Reducción de la temperatura de almacenamiento
Período durante el cual temperatura se reduce, desde la temperatura a
la que la mayor parte de el agua congelable se ha transformado en hielo
a la temperatura final deseada. La temperatura final puede ser la
temperatura de almacenamiento alcanzada por todo el producto, incluso
el “centro térmico” o bien la temperatura de equilibrio.
19. Modificaciones de los alimentos durante la congelación.
La congelación provoca el aumento de la concentración de los solutos
presentes en productos e inversamente del descenso de la temperatura,
la velocidad de las reacciones aumenta, a pesar de la disminución de
la temperatura de acuerdo con la ley de acción de masas. Este incremento
en la velocidad de las reacciones se produce a temperaturas entre -5º
C y -15º C/ 23ºF a 5ºF. Este incremento en la concentración de los
solutos provoca cambios en la viscosidad, el pH, el potencial redox del
líquido no congelado, fuerza iónica, presión osmótica y tensión superficial,
entre otros.
La acción de esos factores asociados al efecto de la desaparición de
una parte del agua líquida, provoca cambios desfavorables en el alimento,
siendo un ejemplo de ello la agregación o incremento de las proteínas.
Estos efectos pueden ser limitados cuando el paso a través del citado
rango de temperaturas se realiza de forma rápida. Este rango es
denominado como zona de peligro o zona crítica.
Como el volumen del hielo es superior al del agua líquida, la congelación
de los alimentos provoca una dilatación, como por ejemplo al congelar
agua en un recipiente se produce un levantamiento o alzamiento de
hielo como una montaña. Esta dilatación puede variar en correspondencia
con el contenido de agua, la disposición celular, la concentración de
solutos y la temperatura del medio de congelación. Estas variaciones
que se originan en el volumen provocan tensiones internas de gran
magnitud sobre los tejidos lo que puede provocar desgarraduras internas
(y hasta la rotura completa en caso de los tejidos vegetales), lo que
originan pérdida de líquido durante la descongelación.
I.2.18.
30

Modificaciones de los alimentos durante la congelación.
La congelación provoca el aumento de la concentración de los solutos
presentes en productos e inversamente del descenso de la temperatura,
la velocidad de las reacciones aumenta, a pesar de la disminución de
la temperatura de acuerdo con la ley de acción de masas. Este incremento
en la velocidad de las reacciones se produce a temperaturas entre -5º
C y -15º C/ 23ºF a 5ºF. Este incremento en la concentración de los
solutos provoca cambios en la viscosidad, el pH, el potencial redox del
líquido no congelado, fuerza iónica, presión osmótica y tensión superficial,
entre otros.
La acción de esos factores asociados al efecto de la desaparición de
una parte del agua líquida, provoca cambios desfavorables en el alimento,
siendo un ejemplo de ello la agregación o incremento de las proteínas.
Estos efectos pueden ser limitados cuando el paso a través del citado
rango de temperaturas se realiza de forma rápida. Este rango es
denominado como zona de peligro o zona crítica.
Como el volumen del hielo es superior al del agua líquida, la congelación
de los alimentos provoca una dilatación, como por ejemplo al congelar
agua en un recipiente se produce un levantamiento o alzamiento de
hielo como una montaña. Esta dilatación puede variar en correspondencia
con el contenido de agua, la disposición celular, la concentración de
solutos y la temperatura del medio de congelación. Estas variaciones
que se originan en el volumen provocan tensiones internas de gran
magnitud sobre los tejidos lo que puede provocar desgarraduras internas
(y hasta la rotura completa en caso de los tejidos vegetales), lo que
originan pérdida de líquido durante la descongelación.
I.2.19.
31

El efecto principal que la congelación ocasiona sobre los alimentos es
el daño que provoca en las células el crecimiento de los cristales de
hielo. Cuando la velocidad de congelación es lenta, los cristales de hielo
crecen en los espacios extracelulares, lo que deforma y rompe las
paredes de las células que los contactan. La presión de vapor de los
cristales de hielo es inferior a la del interior de las células, lo que provoca
la deshidratación progresiva de las células por ósmosis y el engrosamiento
de los cristales de hielo. De esta forma se originan grandes cristales de
hielo y el aumento de los espacios extracelulares. Las células
plasmolizadas disminuyen considerablemente su tamaño.
Esta deshidratación celular disminuye las posibilidades de una nucleación
intracelular. La ruptura de las paredes celulares resulta de la acción
mecánica de los grandes cristales de hielo y del encogimiento excesivo
de las células.
Durante la descongelación, las células son incapaces de recuperar su
forma y turgencia originales y el alimento se reblandece y el material
celular se pierde por goteo. La expulsión de una parte del contenido
celular puede provocar el contacto entre enzimas y sus sustratos que
en ocasiones se encuentran en compartimentos separados. Este es el
caso, por ejemplo, de la polifenoloxidasa y los polifenoles responsables
de oxidaciones enzimáticas en alimentos no escaldados previamente,
provocan una aceleración del pardeamiento enzimático durante la
descongelación e incluso durante el almacenamiento.
Duración del almacenamiento
Las reacciones físicas y químicas que se producen en un alimento
congelado conducen a una pérdida de calidad que es gradual, acumulativa
e irreversible, de manera que al cabo de cierto tiempo el producto deja
de ser apto para el consumo debido a la transformación sufrida.
Conservación de alta calidad
“High Quality Life”: el tiempo que transcurre entre el momento en que
se congela un producto de excelente calidad y el momento en que se
detecta, por apreciación sensorial, una diferencia estadísticamente
significativa en relación con la calidad inmediatamente antes de la
congelación.
I.2.20.
I.2.21.
32

Duración práctica del almacenamiento
La duración del almacenamiento del producto en estado congelado,
contado a partir de la congelación, es el período durante el cual el
producto conserva sus propiedades características y es válido para el
consumo en el estado o en la transformación a la cual se le destina.
Modificaciones de los alimentos durante el almacenamiento
Las reacciones de deterioro constituyen afectaciones durante el
almacenaje de los productos congelados. Los cambios químicos y
bioquímicos durante el almacenamiento en congelación son lentos. Si
las enzimas no resultan previamente inactivadas, la rotura de la membrana
celular por los cristales de hielo puede favorecer la acción de estas.
Entre estos cambios se tienen: degradación de pigmentos, pérdidas
vitamínicas, actividad enzimática residual y oxidación de lípidos.
Se entiende por recristalización del hielo como un fenómeno que provoca
crecimiento de los cristales de mayor tamaño a expensas de los más
pequeños, siendo la fuerza impulsora para este fenómeno la diferencia
de energía superficial entre dos cristales en contacto. Sin embargo, la
recristalización migratoria, la cual es la de mayor incidencia en los
alimentos se produce fundamentalmente como consecuencia de
fluctuaciones en la temperatura de almacenamiento, como por ejemplo
pérdida de temperatura en cámaras que produzcan descongelamiento
en un apagón prolongado y luego al recuperar temperatura se re congela
produciéndose tal efecto.
Cuando se incrementa la temperatura del producto congelado se produce
la descongelación parcial de los cristales. Si después de ello la temperatura
desciende, la congelación del agua descongelada no provoca el
surgimiento de nuevos núcleos cristalinos, sino el crecimiento de los
cristales ya existentes. Ello provoca una pérdida de calidad en el producto
similar a la que se produciría si la descongelación hubiese sido lenta,
ello reviste de importancia la conservación de la cadena de frío.
Descongelación
Cuando un alimento se descongela, la capa superficial de hielo se funde
formando una capa de agua líquida cuyas propiedades térmicas son
inferiores a las del agua en estado sólido. Como consecuencia de ello
I.2.22.
I.2.23.
I.2.24.
33

se acelera la velocidad con que se transfiere calor hacia el interior del
alimento, aumentando este efecto aislante en la medida que la capa de
alimento descongelado se incrementa. Es por ello que la descongelación
de un alimento, (para igual gradiente de temperatura), es más lenta que
su congelación.
El daño celular provocado por la congelación lenta y la re-cristalización
originan la pérdida de componentes celulares, lo que se manifiesta como
un exudado en el que se pierden diversos compuestos de valor nutricional.
La descongelación debe ser concebida de manera que resulten mínimos
los siguientes fenómenos: crecimiento microbiano, pérdida de líquido,
pérdidas por deshidratación y pérdidas por reacciones de deterioro. La
descongelación controlada suele efectuarse a una temperatura ligeramente
superior a la del punto de descongelación, por ejemplo a temperatura
de refrigeración.
Como se indica con anticipación, el mantenimiento prolongado del
producto a temperaturas ligeramente inferiores a 0º C resulta desfavorable
pues el producto queda expuesto a concentraciones relativamente altas
de solutos y se favorece el desarrollo de microorganismos psicrófilos.
Procesos que provocan el deterioro de los alimentos
Los procesos que provocan el deterioro de los alimentos son de carácter:
físico, químico, bioquímico y microbiológico.
Procesos físicos: entre estos factores el más destacado es la pérdida
de agua la cual se produce cuando el producto almacenado se encuentra
directamente al ambiente de la cámara. Junto con el agua se produce
la pérdida de componentes volátiles los que en cantidades casi
imponderables condicionan en gran medida el aroma y el sabor de
los productos.
Procesos químicos: están dados por reacciones químicas, pudiendo
señalarse entre estas la oxidación de las grasas, lo cual provoca rancidez
en los productos. Nutricionales: se dice que el valor nutricional de los
alimentos congelados está bien preservado, además que éste método
de conservación degrada menos que los otros, siempre que se apliquen
las reglas de la técnica moderna. Para ello se debe realizar un
congelamiento y almacenamiento “rápido”.
I.2.25.
34

Procesos bioquímicos: corresponden a las reacciones de esta naturaleza,
pudiendo señalarse entra estas a la acción de las enzimas. Un ejemplo
típico de ello es la acción de la enzima polifenoloxidasa, la que provoca
el oscurecimiento de los productos. La composición química y bioquímica
de los alimentos puede ser modificada por: lixiviado o por oxidación, en
los procesos que preceden o siguen a la congelación.
Procesos microbiológicos: están dados por la acción de los
microorganismos patógenos que provocan el deterioro de los productos.
La conservación de alimentos (cualquier medio) busca prolongar la
preservación del alimento, matando microorganismos o inhibiendo su
actividad y su multiplicación. En la congelación y almacenamiento se
acaba con ciertos microorganismos, pero no suficiente como para reducir
sustancialmente la contaminación microbiana. El estado higiénico del
producto antes de la congelación es por lo anterior de mucha importancia.
En el curso de la congelación algunos microorganismos pueden morir.
No así algunos patógenos son muy resistentes, aunque con congelación
no se pueda inactivarlos, podrían llegarse a destruir. Los alimentos
congelados antes de distribuirlos son almacenados a temperaturas de
-18 a -26 ó -30°C/0 a -22°F a tales temperaturas ciertos micro organismos
(m.o.) pueden morir lentamente, en todo caso se dice que se inhibe toda
multiplicación microbiana.
Para frenar la acción de estos procesos de deterioro antes referidos se
buscan condiciones de almacenaje que retarden averías de los productos.
Entre estas condiciones se encuentran la temperatura, la humedad
relativa, la circulación del aire, la composición de la atmósfera de
la cámara.
De estas, la temperatura constituye el factor de mayor incidencia. A
medida que la temperatura disminuye todos los procesos causantes del
deterioro se ven disminuidos, lo que trae como consecuencia la
prolongación de la vida útil de los productos almacenados. A medida
que la humedad relativa aumenta la evaporación disminuye pues el
gradiente para la transferencia disminuye, sin embargo, ello beneficia
el desarrollo de los microorganismos.
La humedad relativa podrá ser más alta en la medida en que la temperatura
sea más baja. No obstante, esta temperatura de conservación tiene
límites basado en un análisis económico así como en la posible influencia
sobre el producto. Cuando la circulación del aire aumenta las pérdidas
por evaporación se incrementan lo que a su vez provoca en los productos
una superficie desecada poco favorable para el desarrollo de los
microorganismos.
35

Higiene de productos refrigerados y congelados
Los alimentos y productos alimenticios son contaminados por organismos
presentes en la cadena de operaciones de producción: (antes de la
refrigeración o congelación) por contacto con los aparatos, las manos
de los obreros, los embalajes, el aire y el agua. El frío de refrigeración
o congelación nunca es un sustituto de las Buenas Prácticas de
Manufactura e Higiene, lo alimentos congelados y refrigerados aún así
son los que menos imputaciones reciben en materia de envenenamientos.
Embalaje de los alimentos congelados
Debe de soportar una temperatura baja y cumplir con exigencias de
embalajes para alimentos, además deben de ajustarse a otras
consideraciones técnicas.
Exigencia Alimenticia Exigencia Técnica
• No contener sustancias tóxicas • Permitir congelación rápida
•Ser químicamente inerte y estable • Resistir el agua, ácido
•No comunicar mal sabor u olor • No adherirse al contenido congelado
•Proteger de bacterias y suciedad • Ofrecer aislamiento
•Impermeable a agua (gaseosa) y oxígeno • Proteger de sublimación (cambiar agua de
estado solido a gas sin pasar por líquido)
y deshidratación
•Se pueda empacar automáticamente • Adherirse estrechamente al producto
(no bolsas de aire, favorecen sublimación)
•Diversas formas y tamaños • Ser opaco a la luz como sea posible
•De fácil formación de tarimas • Reflectante, reduce penetración de calor
•Fácil de abrir y cerrar • Permitir penetración de micro-ondas
I.2.26.
I.2.27.
36

Materiales de embalaje para alimentos
Hay cada vez más variedades de materiales que son usados para
embalar los alimentos refrigerados y/o congelados, como: películas y
hojas, papel, cartón parafinado o plastificado, hojas de aluminio, moldes
de aluminio, plásticos formados térmicamente y combinaciones laminadas
de estos diversos materiales. En películas y hojas existen muchas:
polietileno, polipropileno, poliéster, poliestireno, policloruro de vinilo PVC,
película celulósica, poliamida, hojas de aluminio, otros materiales
laminados y coextruídos.
La medida de la temperatura
La medida de la temperatura es de mucha importancia en la congelación,
descongelación, almacenamiento, transporte y distribución de productos
refrigerados o congelados. Es obvia la dificultad de medir la temperatura
en el producto ya congelado, independiente el tipo o naturaleza del
producto ya sea de origen vegetal o animal. La temperatura del aire se
puede medir por equipos como termómetro indicador colocado en el
equipo, almacén o medio de transporte.
Medir la temperatura persigue los objetivos básicos siguientes:
- Obtener una temperatura exacta a la hora de la medición.
- Medir temperaturas significativas y representativas.
I.2.28.
I.2.29.
37

3.
Las propiedades térmicas de alimentos y bebidas se deben de conocer
para desarrollar los cálculos de transferencia de calor involucrados en
el diseño del almacén y equipos de refrigeración; también son necesarios
para estimar procesos de calentamiento, refrigeración, congelamiento o
secado de alimentos y bebidas.
Porque las propiedades térmicas de alimentos y bebidas dependen
fuertemente de la composición química y la temperatura, también por la
alta disponibilidad de los mismos es casi imposible determinarlas y
tabularlas experimentalmente para todas las posibles condiciones y
composiciones.
Las propiedades térmicas de los alimentos se las puede encontrar
disponibles en Holland et al. (1991) y USDA (1975). Esa información
tabulada consiste en fracciones de masa de los principales componentes
de los alimentos. Con esta información disponible se pueden calcular en
conjunción con la temperatura usando modelos matemáticos las
propiedades térmicas de los constituyentes individuales.
Las propiedades termo físicas a menudo se requieren para cálculos de
transferencia de calor (incluyen densidad, calor específico, entalpía,
conductividad térmica y transmisión térmica). Adicionalmente, si el alimento
es un organismo vivo como fruta fresca o vegetales (hortalizas), estos
generan calor a través de la respiración y pierden humedad por la
transpiración. Ambos procesos se deben de incluir en los cálculos de
transferencia de calor y se debe usar como referencia tablas de
propiedades termo físicas medidas para alimentos.
Propiedades Térmicas de los Alimentos
38

Propiedades térmicas de los componentes de los alimentos
Los componentes comúnmente encontrados en los alimentos incluyen:
agua, proteína, grasa, carbohidratos, fibra y cenizas. En Choi y Okos
(1986) existen tablas de componentes a los que desarrollaron modelos
matemáticos para determinar las propiedades térmicas de éstos como
función de la temperatura en el rango de -40 a 300° F, también lo hicieron
para determinar propiedades termicas del agua y del hielo. Referirse a
Composition data from USDA (1996), son tablas que listan componentes
de varios alimentos, incluyen agua en porcentaje de masa, proteína,
grasa, carbohidratos, fibra y cenizas.
Propiedades térmicas de los alimentos
En general, las características termo físicas de un alimento o de una
bebida se comportan bien cuando su temperatura está sobre su punto
de congelación inicial. Sin embargo, debajo del punto de congelación
inicial, las características termo físicas varían grandemente debido a los
procesos complejos implicados durante el congelamiento. El punto de
congelación inicial de un alimento es algo más bajo que el punto de
congelación del agua pura debido a sustancias disueltas en el agua del
alimento. En el punto de congelación inicial, algo del agua en el alimento
se cristaliza, y la solución restante se concentra. Así, el punto de
congelación de la porción no congelada del alimento se reduce más a
fondo. La temperatura continúa disminuyendo mientras que la separación
de los cristales de hielo aumenta la concentración de solutos en la
solución y presiona el punto de congelación más lejos. Así, el hielo y las
fracciones del agua en el alimento congelado dependen de la temperatura.
Porque las características termofísicas del hielo y del agua son
absolutamente diferentes, las características termofísicas de alimentos
congelados varían dramáticamente cuando se le baja la temperatura.
Además, las características termofísicas del alimento sobre y debajo del
punto de congelación son drásticamente diferentes.
I.3.1.
I.3.2.
39

Contenido de agua
Porque el agua es el componente predominante en la mayoría de los
alimentos, el contenido en agua influencia perceptiblemente las
características termofísicas de alimentos. Los valores medios del contenido
de agua (por ciento por la masa) se dan en la tabla Composition data
from USDA (1996). Para las frutas y vegetales, el contenido en agua
varía con el cultivo así como con la etapa del desarrollo o de la madurez
cuando está cosechado, las condiciones cada vez mayor, y la cantidad
de humedad perdida después de cosecha. En general, los valores dados
en la tabla Composition data from USDA (1996) se aplican a los productos
maduros poco después cosecha. Para la carne fresca, los valores del
contenido en agua en la tabla son a la hora de matanza o después del
período generalmente del envejecimiento o añejamiento (maduración).
Para los productos curados o procesados, el contenido en agua depende
del proceso o del producto particular.
Punto de congelación inicial.
Los alimentos y las bebidas no congelan totalmente a una sola
temperatura, sino algo sobre una gama de temperaturas. De hecho, los
alimentos altos en contenido de azúcar o envasados en altas
concentraciones de jarabe nunca se pueden congelar totalmente, no así
se deben de almacenar a una temperatura uniforme típica para alimento
congelado. Así, no hay un punto de congelación distinto para los alimentos
y las bebidas, sino un punto de congelación inicial en el cual la cristalización
comienza. El punto de congelación inicial de un alimento o de una bebida
es importante no solamente para determinar las condiciones de almacenaje
apropiadas del alimento, sino también para calcular características termo
físicas. Durante el almacenaje de frutas y vegetales frescos, por ejemplo,
la temperatura de la materia se debe guardar sobre su punto de
congelación inicial para evitar de daños al congelar. En adición, porque
hay cambios drásticos en las características termofísicas de alimentos
es porque se congelan, el punto de congelación inicial de un alimento
se debe saber para modelar sus características termofísicas exactamente.
La tabla de Composition data from USDA (1996) reporta valores iniciales
de punto de congelación.
I.3.3.
I.3.4.
CIENCIA Y TECNOLOGÍAI.40

Fracción de hielo
Para predecir las características termo físicas de los alimentos congelados,
que dependen fuertemente de la fracción del hielo en el alimento, la
fracción total del agua que se ha cristalizado debe ser determinada.
Debajo del punto de congelación inicial, la fracción total del agua que
se ha cristalizado en un alimento es una función de la temperatura. En
general, los alimentos se componen mayoritariamente de agua, los
sólidos disueltos, y los sólidos sin disolver. Durante el congelamiento,
como algo del agua líquida se cristaliza, los sólidos disueltos en el agua
líquida restante cada vez más se concentran, así va bajando la temperatura
de congelación.
Densidad.
Modelar la densidad de alimentos y de bebidas requiere el conocimiento
de la porosidad del alimento, tan bien como la fracción y la densidad
totales de los componentes del alimento. La porosidad se requiere para
modelar la densidad de los alimentos granulares almacenados en bulto,
tal como granos y arroz. Para otros alimentos, la porosidad es cero.
Calor específico.
El calor específico es una medida de la energía requerida para cambiar
la temperatura de un alimento por un grado. Por lo tanto, el calor específico
de alimentos o de bebidas se puede utilizar para calcular la carga de
calor impuesta ante el equipo de refrigeración por refrigerar (enfriar) o
congelar de alimentos y de bebidas. En alimentos no congelados, el
calor específico llega a ser levemente más bajo mientras que la
temperatura se eleva de 32°F a 68°F. Para los alimentos congelados,
hay una disminución grande del calor específico pues la temperatura
disminuye. Las listas de la tabla Composition data from USDA (1996)
determinaron de forma experimental los valores del calor específico
para varios alimentos arriba y bajo cero.
I.3.5.
I.3.6.
I.3.7.
41

Entalpía.
El cambio en la entalpía de un alimento se puede utilizar para estimar
la energía que se debe agregar o quitar para efectuar un cambio de
temperatura. Sobre el punto de congelación, la entalpía consiste en
energía sensible debajo del punto de congelación, la entalpía radica en
energía sensible y latente.
Conductividad térmica.
La conductividad térmica relaciona la tasa de transferencia de calor de
la conducción con el gradiente de la temperatura. La conductividad
térmica de un alimento depende de factores tales como composición,
estructura, y temperatura. Se han realizado trabajos para adaptar la
conductividad térmica de alimentos y de bebidas.
Difusividad térmica.
Los valores experimental determinados de la difusividad térmica de
alimentos son escasos. Sin embargo con valores apropiados de la
conductividad térmica, calor específico y densidad, la difusividad térmica
se puede calcular usando la ecuación:
Donde: k es conductividad térmica
p es densidad
c es calor específico
Calor de respiración.
Todos los alimentos vivos respiran. Durante la respiración, el azúcar y
el oxígeno combinan para formar el CO2, H2O, y calientan como sigue:
C6H12O6 + 6O2 _ 6CO2 + 6H2O + 2528 Btu
En la mayoría de los productos almacenados en planta, pocas células
se desarrollan y la parte mayor de energía de respiración es liberada
como calor, que debe considerado al refrigerar y almacenar alimentos
vivos (Becker et el al. 1996a).
El calor de respiración varía según tipo o clase de alimento:
- Las frutas, los vegetales u hortalizas, las flores, los bulbos, tallos y
hojas verdes son materias de almacenaje con significativo calor de la
respiración.
I.3.8.
I.3.9.
I.3.10.
I.3.11.
42

- Productos secos o deshidratados, tales como semillas y nueces, tienen
tasas de respiración muy bajas.
- Los productos con tejidos finos jóvenes, muy sensibles y activamente
creciendo, tales como espárrago, bróculi y espinaca, tienen altos índices
de la respiración, al igual que las semillas no maduras tales como
guisantes verdes y maíz dulce.
-Las frutas de rápido crecimiento, tales como fresas, frambuesas, y las
zarzamoras, tienen tasas de respiración mucho más altas que las frutas
que son lentas para desarrollar, por ejemplo manzanas, las uvas, y los
cítricos.
-En general, la mayoría de vegetales, con excepción de bulbos y de
raíces, tienen una alta tasa de respiración inicial para los primeros un
o dos días después de la cosecha. Dentro de algunos días, la tasa de
respiración baja rápidamente a la tasa del equilibrio.
-Las frutas que no maduran durante almacenaje, tal como cítricos y uvas,
tienen índices bastante constantes de respiración.
-Frutas que maduran en almacenaje, tal como manzanas, melocotones,
y aguacates, aumentan su tasa de respiración. En las temperaturas
bajas del almacenaje, alrededor de 32°F, el índice de la respiración
aumenta raramente porque no ocurre ninguna maduración. Sin embargo,
si las frutas se almacenan a temperaturas más altas (50 a 60°F), hay
aumentos de la tasa de respiración y eso se debe a la maduración,
entonces ésta se ve frenada.
-Frutas suaves, tales como arándanos, higos, y fresas, tienen una
disminución de la respiración en el tiempo a 32°F. Aún si éstos se
infectan con pudrición por organismos, la tasa de respiración
siempre aumenta.
-Para las frutas como mangos, aguacates o plátanos, la maduración
significativa ocurre a temperaturas sobre 50°F.
-Los vegetales u hortalizas como cebollas, ajo y col pueden aumentar
la producción del calor después de un período de almacenaje largo.

Transpiración de frutas y vegetales frescos.
El componente más abundante de frutas y de vegetales frescos es el
agua, que existe como fase líquida continua en la fruta o el vegetal
(hortaliza). Algo de esa agua se pierde a través de la transpiración, que
implica el transporte de la humedad a través de la piel del alimento, la
evaporación, y el transporte total convectivo de la humedad a los
alrededores del producto (Becker et el al. 1996b).
El índice de la transpiración en frutas y vegetales frescos afecta la calidad
del producto. La humedad transpira continuamente desde instalaciones
durante la manipulación y el almacenaje de los productos. Una cierta
pérdida de humedad (agua) es inevitable y puede ser tolerada. Sin
embargo, bajo ciertas condiciones, mucha humedad se puede perder y
causar marchites o arrugamiento. La pérdida que resulta en masa afecta
no solamente el aspecto, la textura, y el sabor de la materia, sino que
también reduce el volumen vendible (Becker et el al. 1996a).
Muchos factores afectan el índice de la transpiración de las frutas y de
los vegetales frescos; la pérdida de humedad es conducida por una
diferencia en la presión del vapor de agua entre la superficie del producto
y el ambiente. Becker et el al. 1996a refieren que la superficie del
producto se puede asumir para ser saturada, y la presión del vapor de
agua en la superficie de la materia son así iguales a la presión de la
saturación del vapor de agua evaluada en la temperatura superficial del
producto. Sin embargo, también reportan que las sustancias disueltas
en la humedad de la materia tienden para bajar la presión del vapor en
la superficie que se evapora levemente.
La evaporación en la superficie del producto es un proceso endotérmico
que enfría la superficie, así baja la presión del vapor en la superficie y
reduce la transpiración.
La respiración dentro de la fruta o del vegetal, por otra parte, tiende a
aumentar la temperatura del producto, levantando la presión del vapor
en la superficie y aumentando la transpiración.
Además, la tasa de respiración es en sí mismo una función de la
temperatura de la materia. También, los factores tales como estructura,
permeabilidad de la piel, y circulación de aires superficiales también
afectan la tasa de la transpiración.
Coeficiente superficial de transferencia de calor.
Aunque el coeficiente superficial de transferencia de calor no es una
característica térmica de un alimento o de una bebida, es necesario para
el diseño de equipos de transferencia de calor para procesamiento de
los alimentos y bebidas donde está implicada la transferencia
por convección.
I.3.12.
I.3.13.
44

4.
La conservación del alimento es uno de los usos más significativos de
la refrigeración. El alimento que se refrigera y que se congela reduce con
eficacia la actividad de microorganismos y de enzimas, así retarda el
deterioro. Además, la cristalización del agua reduce la cantidad de agua
líquida en alimento e inhibe el crecimiento microbiano (Heldman 1975).
La mayoría de las operaciones que refrigeran y congelan comercialmente
alimentos y bebidas utilizan transferencia térmica de convección por flujo
de aire; solamente un número limitado de productos es refrigerado o
congelado por transferencia térmica de la conducción en congeladores
de la placa. Para que las operaciones en que se refrigeran o enfrían por
flujo de aire y que congelan convectivamente sean rentables y el equipo
de refrigeración debe cumplir con los requisitos específicos del uso
específico para refrigerar o congelar en particular. El diseño de tal equipo
de refrigeración requiere la valoración de los tiempos de enfriamiento -
refrigeración y de congelación de alimentos y de bebidas, así como las
capacidad de cargas correspondientes de refrigeración.
Los métodos numerosos para predecir los tiempos de refrigeración y de
congelación de alimentos y de bebidas se han propuesto basados en
análisis numéricos, analíticos y empíricos. Seleccionar un método apropiado
de la valoración de los muchos métodos disponibles puede ser desafiador.
Tiempos de refrigeración y
congelamiento de alimentos
45

Termodinámica de la refrigeración y congelación
Refrigerar y congelar alimentos es un proceso complejo. Antes de
congelar, el calor sensible se debe quitar del alimento para disminuir su
temperatura al punto de congelación inicial del alimento. Este punto de
congelación inicial es algo más bajo que el punto de congelación del
agua pura debido a sustancias disueltas en la humedad dentro del
alimento. En el punto de congelación inicial, una porción del agua dentro
del alimento se cristaliza y la solución restante se concentra, reduciendo
el punto de congelación de la porción no congelada del alimento más
lejano. Mientras que la temperatura disminuye, la formación del cristal
de hielo aumenta la concentración de los solutos en la solución y presiona
el punto de congelación más lejos. Así, el hielo y las fracciones del agua
en el alimento congelado, y por lo tanto las características termofísicas
del alimento, dependen de temperatura. Porque la mayoría de los
alimentos tiene forma irregular y tienen características termofísicas
dependientes de la temperatura, soluciones analíticas exactas para
determinar sus tiempos de refrigeración y de congelación no pueden ser
exactamente derivadas. La mayoría de las investigaciones se ha centrado
en desarrollar métodos de predicción semi analítico/ semi empírico que
determinan tiempos de congelamiento y de congelación utilizando
simplificación de asunciones.
Tiempos de refrigeración para alimentos y bebidas
Antes de que un alimento pueda ser congelado, su temperatura se debe
reducir a su punto de congelación inicial. Este proceso de enfriamiento,
también conocido como preenfriado o chilling, que solamente quita el
calor sensible sin ocurrir ningún cambio de fase.
Número Biot: La refrigeración convectiva por flujo de aire en alimentos
y bebidas está influenciada por el cociente de la resistencia externa del
traspaso térmico a la resistencia interna del traspaso térmico. Este
cociente (es el número Biot) es:
BI = hL/k
Donde: h es el coeficiente de transferencia del calor de convección,
L es la dimensión característica del alimento y
k es la conductividad térmica del alimento (véase sección de
Propiedades Térmicas de los Alimentos).
Tiempos de refrigeración y congelamiento de alimentos
I.4.1.
I.4.2.
46

En cálculos del tiempo de enfriamiento, la dimensión característica L se
toma como la distancia más corta del centro térmico del alimento a su
superficie. Así, en cálculos del tiempo de enfriamiento, L es mitad del
grueso de la capa o coraza externa o el radio de un cilindro o de
una esfera.
Cuando el número Biot se aproxima a cero (Bi < 0.1), la resistencia
interna al traspaso térmico es mucho menor que la resistencia externa
y se puede utilizar un parámetro de aproximación para determinar el
tiempo de refrigeración de un alimento (Heldman 1975).
Cuando el número de Biot es muy grande (Bi >40) la resistencia interna
al traspaso térmico es mucho mayor que la resistencia externa y la
temperatura superficial del alimento se puede asumir igual a la temperatura
del medio de refrigeración. Para esta situación, las soluciones de la serie
de la ecuación de la conducción del calor de Fourier están disponibles
para las formas geométricas simples.
Cuando el número Biot está entre 0.1 < Bi < 40, ambos la resistencia
interna al traspaso térmico y el coeficiente de la transferencia del calor
de convección deben ser considerados. En este caso, las soluciones de
la serie, que incorporan funciones transcendentales para explicar la
influencia del número de Biot, se pueden encontrar disponibles para
formas geométricas simples.
Los métodos simplificados para predecir los tiempos de refrigeración de
alimentos y de bebidas se pueden encontrar disponibles para los alimentos
de formas regulares e irregulares sobre una amplia gama de los números
de Biot.

Tiempos de congelación para alimentos y bebidas
Según lo referido al principio de este tema (Tiempos de refrigeración
y congelamiento de alimentos), el congelado de alimentos y bebidas
no es un proceso isotérmico, sino que es proceso que ocurre sobre
una gama de temperaturas.
Esta sección aborda el método básico de la valoración de tiempo de
congelación de Plank y sus modificaciones; métodos que calculan tiempo
de congelación como la suma del preenfriado, el cambio de fase y
tiempos de subenfriamiento, así como métodos para los alimentos de
formas irregulares.
Estos métodos referidos se dividen en tres subgrupos:
- dimensionalidad equivalente del transferencia térmica,
- trayectoria mala conducción, y
- diámetro equivalente de la esfera.
Todos estos métodos de valoración del tiempo de congelación de los
alimentos utilizan las características térmicas de los alimentos referidas
en Propiedades Térmicas de los Alimentos.
Ecuación de Plank
Uno de los métodos simples más extensamente conocido para estimar
los tiempos de congelación de alimentos y de bebidas fue desarrollado
por Plank (1913-1941).
La transferencia del calor de convección se asume para que ocurra entre
el alimento y el medio de congelamiento que lo rodea. La temperatura
del alimento es asumida para ser l temperatura inicial de congelación,
la que es constante a través del proceso de congelación. Además, se
asume la constante de conductividad térmica para la región que
se congelada.
I.4.3.
I.4.3.1.

Además, la constante de conductividad térmica para la región congelada
se asume. La valoración del tiempo de congelación de Plank es como
sigue:
Donde:
Lf es calor latente volumétrico de fusión (ver Propiedades
Térmicas de los Alimentos),
Tf es temperatura inicial de congelamiento de un alimento,
Tm es temperatura media de congelamiento,
D es espesor de capa/plancha o del diámetro de la esfera o
del cilindro infinito,
h es coeficiente de transferencia del calor de convección,
ks conductividad térmica del alimento completamente
congelado,
P y R son factores geométricos.
Para una capa infinita, un P el = 1/2 y un R = 1/8.
Para una esfera, un P = 1/6 y un R = 1/24;
Para un cilindro, un P = 1/4 y un R infinitos = 1/16.
Los factores geométricos de Plank indican que una capa infinita del
grueso D, un cilindro infinito del diámetro D y una esfera del diámetro
D, si estuvo expuesta a las mismas condiciones, tendría tiempos de
congelación en el cociente de 6:3:2. Por lo tanto, un cilindro se congela
por la mitad del tiempo de una capa o plancha y una esfera en un tercio
del tiempo de una plancha.

Modificaciones a la Ecuación de Plank
Los varios investigadores han observado que el método de Plank no
predice exactamente tiempos de congelación de alimentos y de bebidas.
Esto es porque, en parte, el método de Plank asume que los alimentos
se congelan en una temperatura constante y no sobre una gama de
temperaturas y ese el caso en los sistemas actuales de congelamiento
de alimentos. Además, la conductividad térmica del alimento congelado
se asume ser constante; en realidad, la conductividad térmica varía
grandemente durante el congelamiento. Otra limitación de la Ecuación
de Plank es que descuida el preenfriado y sub enfriado, la remoción del
calor sensible sobre y debajo del punto de congelación. Por lo tanto, los
investigadores han desarrollado los métodos empíricos semi analíticos
mejorados de la valoración del tiempo de refrigeración y de congelación
que explican estos factores.
Cleland y Earle (1977, 1979a, 1979b) incorporaron correcciones para
explicar retiro del calor sensible sobre y debajo del punto de congelación
inicial del alimento así como la variación de la temperatura durante
congelar. Las ecuaciones de la regresión fueron desarrolladas para
estimar los parámetros geométricos P y R para las planchas infinitas,
los cilindros infinitos, las esferas, y los bloques como ladrillos rectangulares.
En estas ecuaciones de la regresión, los efectos del traspaso térmico
superficial, el preenfriado, y el subenfriamiento final son considerados
por los valores del número Biot, de Plank y de numero de Stefan,
respectivamente. En esta sección, se define el número de Biot como
Donde:
h es el coeficiente de la transferencia del calor de convección,
D es la dimensión característica y
ks son la conductividad termal del alimento completamente
congelado.
I.4.3.2.

En cálculos del tiempo de congelación, la dimensión característica D se
define como dos veces la distancia más corta del centro térmico de un
alimento a su superficie: el espesor de una capa o plancha o el diámetro
de un cilindro o de una esfera. En general, se define de forma modificada
el número del Plank así:
Donde:
Cl es el calor específico volumétrico de la fase no congelada y
DH cambio de entalpía volumétrica entre el Tf y la temperatura
final del alimento.
El número de Stefan se define de manera similar como:
Donde:
Cs es el calor específico volumétrico de la fase congelada.

5.
El congelar es un método de preservación de alimentos que retarda los
cambios físicos y químicos y microbiológicos que causan el deterioro de
alimentos. La reducción de temperatura retarda actividad molecular y
microbiana en alimento, ampliando así la vida útil al almacenarlos.
Aunque cada producto tiene una temperatura ideal e individual de
almacenaje, la mayoría de los productos alimenticios congelados se
almacenan en 0 a -30° F (ó -18 a -35° C).
El congelar reduce la temperatura de un producto de temperatura ambiente
al nivel de la de almacenaje y cambia la mayor parte del agua en el
producto a hielo.
Cualquier equipo de congelación debe de ser pensado para acomodarse
a las tres etapas del proceso térmico de congelación:
- Precongelación
- Congelación (propiamente dicha)
- Reducción a la temperatura de almacenamiento.
Se pueden agrupar estos equipos en categorías, en función de transmisión
térmica:
- Contacto directo (metal) Congeladores de placa, de correa o banda, de
tambor, rotativos.
- Aire u otro gas como medio. Congeladores de aire forzado.
- Medio líquido. Congeladores de inmersión (ej. Salmuera).
- Vaporización de un líquido o sólido (vapor perdido). Congeladores de
nitrógeno líquido, de fluoruro carbono líquido, de dióxido de carbono
líquido o sólido.
Sistemas y Métodos de congelación
industrial de alimentos
52

Cada tipo de equipo conviene más o menos a varios productos. Los
congeladores de aire forzado son aplicables casi a cualquier producto,
embalado o no; los aparatos de contacto exigen bloques de forma regular
o bien en un envoltorio líquido; la inmersión conveniente sobretodo a
productos embalados; los congeladores a vapor perdido se utilizan
esencialmente para productos congelados rápidos individualmente (siglas
en inglés IQF).
La figura siguiente demuestra las tres fases del congelamiento: (1) el
enfriamiento, que quita calor sensible, reduciendo la temperatura del
producto al punto de congelación; (2) retiro o remoción del calor latente
de fusión del producto, cambiando el agua a cristales de hielo; y (3)
el enfriamiento continuado debajo del punto de congelación, que quita
más calor sensible, reduciendo la temperatura del producto a la
temperatura deseada u óptima del almacenaje congelado.
La parte más larga del proceso de congelación es quitar el calor latente
de la fusión mientras que el agua se transforma en hielo.
Muchos alimentos son sensibles al índice de congelación, que afecta la
producción (por deshidratación), la calidad, su valor alimenticio y las
características sensoriales. La técnica y el sistema de congelación
seleccionados pueden así tener impacto económico substancial. Al
seleccionar técnicas y los sistemas de congelación para los productos
específicos, considerar los requisitos de manejo, la capacidad, los tiempos
de congelación, la calidad, la producción, el aspecto, el coste inicial, los
gastos de operación, la automatización y la disponibilidad de espacio.
FIGURA DE CURVA TIPICA DE CONGELAMIENTO
ENFRIAMIENTO SENSIBLE
SOBRE CERO
ZONA DE CALOR LATENTE
DE FUSIÓN
ENFRIAMIENTO
SENSIBLE BAJO
CERO
TEMPERATURA
TIEMPO
Sistemas y Métodos de congelación industrial de alimentos

Técnicas de congelación.
Los sistemas de congelación se pueden agrupar de la siguiente manera
por su método básico de extraer calor de productos alimenticios:
a. Congelación por aire comprimido o Congelador de impacto o
ráfaga (por convección). En inglés Blast Freezing.
Aire frío se hace circular a alta velocidad sobre producto. El aire
remueve o quita el calor del producto y lo lanza a un intercambiador
de calor de aire/refrigerante antes de ser recirculado.
b. Congelación por contacto (conducción).
El alimento, empaquetado o desempaquetado, se coloca en o entre
superficies frías de metal. El calor es extraído por la conducción
directa a través de las superficies, que son enfriadas directamente
por un medio refrigerante que circula.
d. Congelamiento criogénico (convección y o conducción).
El alimento es expuesto a un ambiente debajo de -76° F (-60° C)
rociando el nitrógeno líquido o el bióxido de carbono líquido en la
cámara de congelamiento.
e. Congelamiento crío-mecánico por convección y/o conducción.
El alimento primero se expone a congelar criogénicamente y
entonces se usa refrigeración mecánica directa para acabar
el congelamiento.

Congelamiento por ráfaga o aire forzado (Blast freezing)
Los congeladores de ráfaga utilizan el aire como el medio de transferencia
térmica y dependen del contacto entre el producto y el aire. La sofisticación
en control de la circulación de aire y técnicas de la transportación varía
de compartimientos que congelan como ráfaga de aire a congeladores
cuidadosamente controlados para el mismo proceso (blast freezing).
Los primeros congeladores de ráfaga consistieron en cuartos de
conservación como cámara frigorífica con ventiladores adicionales y un
exceso de refrigeración. Al mejorar el control de la circulación del aire
y las técnicas de mecanización del transporte se ha logrado una
transferencia térmica y un flujo más eficiente.
Aunque el congelamiento por batch o lotes todavía se utiliza ampliamente,
los congeladores más sofisticados son los que integran las cadenas de
producción continua. En las líneas de proceso, donde el congelar es
esencial para operaciones de gran capacidad o gran escala, con muy
alta calidad y ser bastante rentables; por ello hay una amplia gama de
los sistemas del congelamiento de ráfaga -Blast freezing- disponible,
entre las que se puede incluir:
• Batch o Lote:
- Cuartos de conservación ó cámaras frigoríficas.
- Células inmóviles o estacionarias de ráfaga
- Con carros para empujar.
• Continuo. Línea de proceso.
- Bandas o cintas rectas (de dos fases, de pasos múltiples).
- Camas o lechos fluidizados.
- Bandas transportadoras fluidifizadas.
- Bandas de transporte en espirales.
- Cartón (portador).
Cuartos de conservación en cámara frigorífica
Aunque un cuarto frío o cámara frigorífica de conservación no se
considera un sistema de congelación, se utiliza a veces para este
propósito. Porque un cuarto de almacenaje no se diseña para ser un
congelador, este debe ser utilizado solamente para congelar en casos
excepcionales.
I.5.1.
I.5.1.1.

El congelar es generalmente tan lento que la calidad de la mayoría de
los productos no es buena. La calidad de los productos ya congelados
almacenados en el cuarto, se compromete porque el exceso de carga
de refrigeración que puede elevar considerablemente la temperatura
de los productos congelados. También, los sabores de productos calientes
pueden ser transferidos.
1.2 Túneles estacionarios de células de congelación de ráfaga
La célula estacionaria de la ráfaga es el congelador más simple que se
puede esperar para producir los resultados satisfactorios para la mayoría
de los productos. Es un recinto aislado equipado de bobinas de
refrigeración y los ventiladores axiales o centrífugos que circulan el aire
sobre los productos de una manera controlada. Los productos se colocan
generalmente en las bandejas, que luego se colocan en los estantes
para dejar un espacio de aire entre las capas adyacentes de bandejas.
Los estantes se mueven dentro y fuera del túnel que usa manualmente
un motor de la plataforma. Es importante que los estantes estén colocados
para reducir al mínimo puente del aire. La célula inmóvil de la ráfaga es
un congelador universal, porque casi todos los productos se pueden
congelar en una célula de la ráfaga. Los vehículos y otros productos
(e.g., artículos de la panadería, empanadas de la carne, ganchos de
pescados, alimentos preparados) pueden ser congelados en cartones
o ser desempaquetados y extensión en una capa en las bandejas. Sin
embargo, las mayores pérdidas del producto derramado, daño y la
deshidratación pueden ser mayores y la calidad del producto puede ser
reducida o desmejorada para muchos productos. En algunos casos, este
tipo de congelador también se utiliza para reducir a 0°F (-32° C) o debajo
o inferior la temperatura de los productos entarimados, encajonados que
han sido previamente congelados con el calor latente de la zona de la
fusión por otros medios. La flexibilidad de una célula de congelamiento
por ráfaga es conveniente para cantidades pequeñas de productos
variados; sin embargo, los requisitos de trabajo son relativamente altos
y el movimiento del producto es muy lento. En el caso de la cámara
solamente haya sido prevista para el almacenaje, es lógico que las
capacidades de los equipos frigoríficos es insuficiente para enfriar los
productos; en estos caso la temperatura del aire se leva, en detrimento
de los alimentos o productos que estén en la cámara; si el productos a
congelar no esta cubierta, la escarcha se acumula rápidamente sobre
evaporadores, disminuyendo así la potencia y haciendo crítica la operación
de almacenaje.
I.5.1.2.

FIGURA DE CÉLULA DE CONGELACIÓN DE RÁFAGA Ó AIRE
FORZADO.
Congelador para carretillas (Túnel para carretillas)
Con carretillas para poder empujar a través del congelador, se incorpora
un grado moderado de mecanización. Los estantes son movidos
generalmente en los carriles por un mecanismo que empuja, que puede
estar hidráulicamente o eléctricamente accionado. Este tipo de congelador
es similar a la célula inmóvil o estacionaria de ráfaga, a menos que ese
disminuya el tiempo, los costes de trabajo y de dirección de producto.
Este sistema se utiliza extensamente para productos de corteza-
congelada (enfriamiento rápido), como los paquetes empacados de aves
de corral crudas y para productos de formas irregulares. Otra versión
utiliza una impulsión de cadena para mover las carretillas a través del
congelador. También se debe de agregar que el túnel es un equipo de
congelación muy flexible, adaptable muchos productos de diferentes
tamaños y formas, empacados o no, aunque en este equipo se debe
considerar utilizar embalados ya que estos no se adhieren a bandejas
y facilitan su manejo y limpieza de equipos. Cuando se utiliza congelado
rápido individual (IQF) no existe problemas de adherencia.
I.5.1.3.
57

FIGURA DE UN CONGELADOR PARA CARRETILLAS
Congeladores de banda transportadora recta
Los primeros congeladores mecanizados de banda recta y ráfaga,
consistían en un transportador de correa de acoplamiento de alambre
en un cuarto frío o cámara de congelación de ráfaga, que satisfizo la
necesidad del flujo de producto continuo en ese momento. Una desventaja
a estos primeros sistemas era la transferencia térmica ineficaz, un mal
control de la circulación de aire y los no muy buenos resultados. El uso
de versiones actuales controla la circulación de aire vertical, la fuerza
el aire frío hacia arriba con la capa de producto, de tal modo que se crea
un buen contacto con las partículas del producto. Los congeladores de
bandas rectas se utilizan generalmente con frutas, los vegetales, papas
fritas, los toppings cocinados de carne (e.g., pollo cortado en cubitos,
embutidos y camarón cocinado). El diseño principal del congelador es
de dos etapas de la correa o banda (como se ve en la figura), consiste
en dos bandas transportadoras de acoplamiento en series. La primera
correa preenfría o congela la corteza inicialmente una capa o una corteza
externa para condicionar el producto antes de transferirlo a la segunda
correa para congelar a 0°F (-32° C) o inferior. La transferencia o
vibraciones entre las correas ayudan a redistribuir el producto en la
correa y previene la adherencia del producto a la correa. Para asegurar
el contacto uniforme con aire frío y congelar eficazmente, los productos
se deben distribuir uniformemente sobre la banda entera. Los congeladores
de dos etapas funcionan generalmente a temperaturas refrigerantes o
precongelar de 15 a 25°F ( -9 a -4° C) en la sección del preenfriado y -
25 a -40°F ( -44 a -40°C) en la sección que congela. Las capacidades
I.5.1.4.

se extienden a partir de la 1 a 50 toneladas del producto por hora, con
tiempos de congelación a partir del 3 a 50 minutos. Cuando los productos
a ser congelados están calientes (e.g., las papas fritas a 180 a 200°F),
otra sección que preenfría se agrega delante de la sección normal. Esta
sección provee el aire refrigerado aproximadamente a 50°F (10° C) o el
aire del ambiente filtrado para enfriar el producto y para congelar la
grasa. Se prefiere el aire refrigerado porque el aire ambiente filtrado
tiene mayores variaciones de la temperatura y puede contaminar el
producto.
FIGURA DE CONGELADORES DE BANDA TRANSPORTADORA
RECTA.
Congeladores de banda transportadora recta de pasos múltiples
Para productos más grandes con tiempos mayores de congelación (hasta
60 minutos) y requisitos de una gran capacidad (más alta 0.5 a 6 ton/hora),
un congelador recto de una banda recta de un solo paso requeriría un
espacio muy grande. El espacio requerido puede ser reducido apilando
las correas o bandas sobre una para formar un sistema de pasos
múltiples de alimentación y descarga simple (generalmente tres pasos)
o los sistemas paso sencillo de múltiples pasos (múltiples alimentaciones
y descargas) apilando uno encima de otro. El múltiple paso: (triple-paso)
el arreglo de pasos múltiples proporciona otra ventaja, que el producto
después de ser congelado superficialmente en la primera correa (superior),
se puede apilar más profundamente en las correas más bajas. Así, el
área total de la correa requerida se reduce, al igual que el tamaño total
del congelador. Sin embargo, este sistema tiene un potencial para causar
daños del producto y el producto a veces se atora en las transferencias
de la correa.
I.5.1.5.

FIGURA DE CONGELADOR DE BANDA TRANSPORTADORA RECTA
DE PASO MÚLTIPLE.
1.6 Congeladores de lecho fluidizado
La fluidificación tiene lugar cuando determinadas partículas de dimensiones
bastante uniformes se someten a un corriente de aire ascendente. Para
una velocidad de aire apropiado, se depende de de las características
del producto, las partículas flotan en la corriente como un fluido.
Este congelador utiliza el aire como el medio del traspaso térmico y para
el transporte; el producto atraviesa el congelador en un amortiguador
del aire frío hacia arriba que fluye (figura). Este diseño se satisface bien
para los productos de partículas pequeños, de tamaños uniformes tales
como guisantes, los vegetales cortados en cubitos y fruta pequeña. El
alto grado de fluidificación mejora la tasa del transferencia térmica y
permite el buen uso del espacio. La técnica es para productos escurridos
de agua de limpieza, limitados a tamaños uniformes que se puedan
fluidificar y transportar fácilmente con la zona de congelación. El principio
de congelación depende de congelar la corteza del producto rápidamente,
la temperatura refrigerante de funcionamiento debe ser -40° F (-40 ° C)
o inferior, con una temperatura del aire de -20° F (-29° C) o menor. Los
congeladores de estrato o lecho fluidizado se fabrican normalmente
como unidades empaquetadas, fábricas-montadas con las capacidades
de 1 a 10 ton/h. Los productos de partículas tienen generalmente un
tiempo de congelación de 3 a 15 minutos.
I.5.1.6.

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