Este documento describe un experimento para medir el tiempo de congelamiento de una naranja. Presenta la introducción, objetivos, marco teórico, materiales y métodos, y resultados y discusión del experimento. Explica conceptos clave como la curva de congelación, la temperatura inicial de congelación, y la fracción de agua congelada. El objetivo principal es evaluar la influencia de la muestra (naranja) para entender la velocidad de congelación y obtener una temperatura exacta durante la medición.

1. UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE
SAN MARCOS
erco
FACULTAD
DE QUÍMICA, INGENIERÍA
QUÍMICA E INGENIERÍA
AGROINDUSTRIAL
TIEMPO DE
CONGELAMIENTO
LABORATORIO DE REFRIGERACIÓN Y CONGELADO
HORARIO: Martes de 9 a.m. a 1 p.m.
PROFESOR: Ing. Miguel Vera
ALUMNO:
 Tello Nuñez, Henry William
2013

2. tiempo de Congelamiento
I. INTRODUCCIÓN
Existen muchas técnicas para la conservación de alimentos, una de las
más utilizadas es la Congelación, el fundamento de ésta se basa en la
solidificación del agua durante el proceso, generando una alta
concentración de sólidos solubles lo que provoca una baja en la cantidad
de agua libre.
La congelación es un medio excelente para mantener casi inalteradas
durante un tiempo prolongado las características originales de alimentos
perecederos. Éste tipo de conservación radica en la disminución de la
temperatura, generalmente entre -20 ºC a -30 ºC, lo cual permite que las
reacciones bioquímicas sean más lentas y además inhibe la actividad
microbiana, generando el estado de latencia de ésta, lo que no significa
que los microorganismos estén muertos. Durante el proceso se produce la
solidificación del agua libre presente en el alimento, es decir, el agua
contenida es transformada en hielo a una temperatura habitual de -18°C,
disminuyendo así la actividad de agua del sustrato.
El agua es el principal componente de los alimentos. Una parte de esta
agua está ligada en diversos grados, a los complejos coloidales
macromoleculares, por sus estructuras gelificantes o fibrosas en el interior
de las células y en los hidratos. En el proceso de congelación, la formación
y el crecimiento de los cristales de hielo producen modificaciones en el
producto. Los componentes celulares solubles pueden causar la
saturación y precipitar ; modificaciones del pH pueden afectar los
complejos coloidales ; cambios muy marcados en la presión osmótica
pueden romper las membranas semi-permeables.
Para obtener el efecto conservador deseado, reducir reacciones no
deseables y mantener en este estado el producto durante el
almacenamiento, de manera que se reduzca lo más posible las
modificaciones físicas, químicas y microbiológicas, es indispensable
determinar con exactitud los tratamientos anteriores a la congelación, la
velocidad óptima de congelación, el tipo de embalaje, la temperatura
de almacenamiento y la velocidad de descongelación.
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II. OBJETIVOS

Entender la velocidad de enfriamiento y congelación.

Entender la curva de congelación de manera cualitativa

Es entender o conocer a que temperatura mínima puede llegar enfriar

Garantizar estabilidad en la temperatura de los productos

Evaluar la influencia de la muestra (naranja) para entender la velocidad de
congelación.

Obtener una temperatura exacta a la hora de la medición..
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4. tiempo de Congelamiento
III. MARCO TEÓRICO
CONGELACIÓN
Esta aplicación de las bajas temperaturas se distingue porque la temperatura
del alimento se reduce por debajo de la de su punto de congelación, producto
de lo cual una fracción elevada del agua contenida en aquel cambia de estado
físico formando cristales de hielo. Esta inmovilización del agua en forma de
hielo y el incremento en la concentración de los solutos en el agua no
congelada provoca la reducción de la actividad del agua del alimento. Por
tanto, la conservación del alimento por esta vía es la consecuencia de la
acción combinada de las bajas temperaturas y la disminución en su actividad
de agua.
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 muy baja (de hasta
0,3). Esta agua, la cual se encuentra fuertemente unida a las estructuras
moleculares, es denominada agua ligada, permaneciendo sin congelar a –
30ºC. Se considera que esta agua se encuentra formando una capa mono
molecular fija a los grupos polares tales como NH3 y COO- de las proteínas y
los grupos HO- de loa almidones, entre otros. El agua ligada representa entre
el 5 y el 10% de la masa total de agua contenida en el alimento.
El agua de esta capa resulta muy difícil de extraer no estando disponible para
actuar como disolvente o reactivo.
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. El
incremento en la concentración de los contenidos celulares puede generar
procesos indeseables en los productos.
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5. tiempo de Congelamiento
DESCRIPCIÓN CUALITATIVA DE LA CONGELACIÓN DE ALIMENTOS
Como en el caso de sustancias puras, en este proceso primero se verifica la
eliminación del calor sensible por enfriamiento y luego se retira el calor latente
durante la congelación, que es la porción energética más considerable; pueden
presentarse otros efectos térmicos como el calor de disolución de sales,
aunque casi siempre son muy pequeños. En los alimentos frescos debe
eliminarse también el calor generado por la respiración metabólica.
Seguidamente se elimina el calor latente de congelación, lo que provoca la
formación de cristales de hielo; también se retira el calor latente de otros
componentes de los alimentos, como el de las grasas.
Las curvas entalpía-temperatura-composición para la congelación de
alimentos demuestran que el proceso no se verifica a temperatura precisa.
Es decir, no hay un punto de congelación definido con un solo calor latente de
congelación.
Si durante el proceso de congelación se registra la temperatura del alimento
en su centro térmico (punto que se congela más tarde), se obtiene una gráfica
como la que muestra la figura 1.1.
El proceso se describe en tres etapas:
• Pre congelación, que es el período desde el inicio del enfriamiento hasta
que comienza a cristalizarse el agua.
• Congelación, que es el período durante el cual, la temperatura del material
es más o menos constante (cambio de fase) si la sustancia es pura . antes de
iniciar la congelación puede existir un ligero sub-enfriamiento seguido de un
incremento de temperatura hasta el punto de fusión o congelación del
material. En la figura 1.1 se aprecia en la línea superior el caso del agua. Para
el caso de un alimento, que como una aproximación puede considerarse como
una solución acuosa, la temperatura en la que comienzan a aparecer los
primeros cristales de hielo - T¡ - está siempre por debajo de la del punto de
fusión del agua. Se puede presentar un sub-enfriamiento como en el primer
caso, pero el cambio de fase se hace con temperatura variable, cristalizando
inicialmente sólo agua pura hasta un punto en el que se comienzan a formar
los cristales del "soluto" (o del alimento o solución concentrada), lo que
nuevamente causa un pequeño salto en la temperatura, conocido como punto
eutèctico, seguido por una "meseta" de congelación (se ha dibujado horizontal,
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6. tiempo de Congelamiento
pero generalmente es curva) que finaliza en un punto generalmente difícil de
determinar, en donde se considera que el producto está completamente
congelado.
• Luego que los materiales se congelan por completo, sigue un descenso
de temperatura aproximadamente lineal, causado por el retiro de calor
sensible del producto sólido, fase que concluye cuando el material alcanza la
temperatura del medio refrigerante o congelador utilizado para el proceso.
Figura 1.1. Visión esquemática de los procesos de congelación de una sustancia
pura (agua) y de un alimento (a dos velocidades de congelación).
Si un alimento se enfriara en condiciones de equilibrio termodinámico, el agua
se comenzaría a convertir en hielo a la temperatura de inicio de la congelación
T¡. El hielo puro se separaría de la solución alimenticia causando en ella su
concentración en sólidos y el descenso de su temperatura. El proceso
continuaría hasta que se alcanzara la temperatura eutéctica. En la práctica, el
proceso que más se aproxima a esta condición es el de crio-concentración en
donde, mediante un alto grado de agitación del sistema, se podría decir que
hay equilibrio. En los procesos que buscan simplemente la congelación del
alimento, el equilibrio de enfriamiento no se alcanza y siempre se llega a algún
grado de sub-enfriamiento. Otra desviación del equilibrio tiene su origen en la
transición vitrea producida por la disminución de la movilidad molecular
causada por el descenso en la temperatura; el soluto no se congela al llegar a
la temperatura eutèctica, y al seguir enfriando el sistema, la solución se
transforma en un sólido amorfo o vidrio [1 ].
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PROPIEDADES IMPORTANTES EN LA CONGELACIÓN
1. Temperatura inicial de congelación
Durante la congelación del agua en un alimento, inicialmente sólo aparecen
cristales de hielo puro; esto ocurre a la temperatura de inicio de la
congelación, Ti. A medida que prosigue la congelación llega un momento en el
que ya comienzan a formarse cristales de soluto + agua en cierta
concentración llamada eutèctica, asociada a la temperatura eutèctica ya
mencionada, que es característica del alimento. Pueden existir varios puntos o
temperaturas eutécticas, según la complejidad de la composición del alimento.
2. Fracción de agua congelada
Cuando se congelan materiales biológicos sólo cristaliza entre el 90 y 95% del
agua líquida presente en el alimento.
Figura 1.2. Cambios de composición típicos a medida que procede la
congelación de un alimento
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Tabla 1 Datos térmicos de varios alimentos
Fuentes: Hayes[2] y Heldman y Hartel[3]
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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.
Esta curva posee las siguientes secciones:
AS: el alimento se enfría por debajo de su punto de congelación øf inferior a
0ºC. En el punto S, al que corresponde una temperatura inferior al punto de
congelación, el agua permanece en estado líquido. Este sub-enfriamiento
puede llegar a ser de hasta 10ºC por debajo del punto de congelación.
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SB: la temperatura aumenta rápidamente hasta alcanzar el punto de
congelación, pues al formarse os cristales de hielo se libera el calor latente de
congelación a una velocidad superior a la que este se extrae del alimento.
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
latente correspondiente provoca el aumento de la temperatura hasta la
temperatura eutéctica 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.
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IV. MATERIALES Y MÉTODOS
4.1. MATERIALES
 1 naranja.
 Congelador a la temperatura propicia para la incidencia de frio, según la materia
prima.
 Termómetro digital.
 Balanza.
4.2. MÉTODOS
4.2.1. determinación de la temperatura del congelador.
 se pone el aparato sensor de temperatura en el interior de congelador y
anotar la temperatura mínima a que puede llegar luego de un determinado
tiempo que se pueda a encontrar.
 Aplicar el mismo tratamiento , pero esta vez introducir el aparato sensor de
temperatura en el centro de la fruta(naranja) y anotar la variación de
temperatura en función del tiempo , hasta que este se mantenga constante.
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V. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
5.1. RESULTADOS

resultará una congelación lenta en el centro del mismo y perdida de la
calidad del producto congelado.

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.

Es el tiempo transcurrido desde el principio de la fase de pre-congelación
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
5.2. DISCUSIÓN
 Reconocer a que tiempo y temperatura comienza los cambios en calor
latente y calor sensible
 A que se debe la variación de temperatura en la elaboración del grafico
de curva de congelación.
 Que sucede durante la etapa de congelación en la muestra (naranja).
 Qué tipo de de velocidad de congelación se está realizando en el equipo
ver en Tabla 1.2
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VI. CONCLUSIONES
 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.
 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 velocidad de 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. Congelación lenta y congelación
rápida.
 Duración de la congelación, Es el tiempo transcurrido desde el principio
de la fase de pre-congelación hasta la obtención de la temperatura final
 el tiempo de congelación depende principalmente 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
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14. tiempo de Congelamiento
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.
 El tamaño y la estructura de los cristales de hielo dependen de la
velocidad de enfriamiento utilizada y del grado de sub-enfriamiento del
sistema.
VII. RECOMENDACIONES
 Los congeladores funcionan mejor cuando están llenos y no hay demasiado
espacio entre los alimentos.
 No meter nunca alimentos calientes en el congelador ya que aumentaría la
temperatura del electrodoméstico afectando negativamente a otros
alimentos.
 Se recomienda escaldar primero los alimentos antes de congelarlos, para
reducir riesgos de contaminación.
 Tenga en cuenta las fechas máximas de congelación para cada alimento:
Repostería, de 1 a 3 meses.
Frutas y verduras, de 6 a 12 meses.
Pescado, de 3 a 6 meses.
Carne de ave y de cerdo, 6 meses.
Carne de ternera y de cordero, hasta 12 meses.
Cocinados, de 3 a 6 meses.
 No meter nunca alimentos calientes en el congelador ya que aumentaría la
temperatura del electrodoméstico afectando negativamente a otros
alimentos.
VIII. BIBLIOGRAFIA
 http://www.agroparlamento.com/agroparlamento/notas.asp?n=2269
 http://postharvest.ucdavis.edu/frutasymelones/Pl%C3%A1tano/
 http://es.scribd.com/doc/47026804/2-Dano-por-Frio-y-quemadura-por-congelacion
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ANEXOS
Tabla 1.2. Velocidades de congelación en diferentes equipos
E
m
b
a
l
a
j
e
d
e
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.
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