Tema 3 - Conservación por frío PDF

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3. Conservación de alimentos por frío Existen tren grandes modos de conservación de alimentos por el uso del frío:  Refrigeración: o Fundamentos físicos y biológicos. o Sistemas de refrigeración. o Factores importantes en la refrigeración. o Refrigeración en porcino y bovino. o Refrigeración en aves.  Congelación: o Fundamentos físicos y biológicos. o Congelación lenta Vs Congelación rápida. o Sistemas de congelación. o Modificaciones durante la congelación. o Modificaciones durante la descongelación.  Cadena del frío en la industria alimentaria. Porcino se divide en media canal, y bovino en cuartos posteriores y delanteros de la canal.

3.1. Refrigeración Es la técnica de conservación basada en las propiedades del frío para detener el desarrollo microbiano. La temperatura referencia es 2-4°C. La clasificación de los microorganismos según la temperatura es:

La acción del frío, por regla general, no produce una destrucción significante de los microorganismos, pero si una detención de sus poblaciones y de gran parte de su metabolismo. Los microorganismos son más sensibles en su fase exponencial. Cada especie de microorganismos presenta una curva de crecimiento particular en función de la temperatura.

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Los fundamentos de la refrigeración son pues:  Inhibición del crecimiento microbiológico (Refrigeración) (Parón o muerte en congelación).  Bastante reducción de actividad enzimática, aunque varias enzimas pueden trabajar a bajas temperaturas.  Se consigue un aumento de la vida útil de los alimentos (Más adelante).  Mínima modificación de las características sensoriales y valor nutritivo. La refrigeración y la congelación se basan en ‘’extraer’’ el calor del producto. El producto a enfriar puede traspasar su calor a un entorno más frío.

Hay tres grandes grupos de sistemas de refrigeración:  Aire: El más común en industria cárnica.  Agua: En aves.  Gases criogénicos.

3.2. Refrigeración de porcino: Aire Un ejemplo muy conocido de refrigeración con aire es el caso de la nevera. El proceso que sigue una nevera pasa por tres partes del aparato. En primer lugar, está el evaporador, donde la nevera extrae el calor de los alimentos, ya que estos liberan aire más caliente, es menos denso que el aire frío del ambiente y subirá. El líquido refrigerante de la nevera absorbe el calor y pasa a vapor a poca presión. Es aquí donde pasamos al compresor, donde se aumenta la presión del gas refrigerante. La siguiente parte es el condensador, que libera calor al ambiente. Contiene una válvula de expansión, una bovina con un filamento enrollado que expande y permite que se enfríe, y al final sale aire a baja presión y baja temperatura. Aquí se vuelve a reiniciar el ciclo. El aire entra en contacto con la superficie del alimento y retira el calor. A mayor velocidad del aire se logra mayor capacidad de retirada de calor y en consecuencia mayor capacidad de enfriamiento. La transferencia de calor del alimento al aire depende de la conductividad térmica interna del alimento y de su espesor máximo. Ciclo de refrigeración:  Líquidos refrigerantes (HFC): Hidrofluorocarbonatos).  Características refrigerantes: Absorbe calor a bajas temperaturas y presión, cediéndolo a temperatura y presión más elevadas.

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

Refrigeración mecánica: o Refrigerante en estado líquido baja la temperatura y presión. o Evaporador: Líquido a gas. o Refrigerante en estado gaseoso a alta temperatura y precisión. o Condensador: Gas a líquido. o Refrigerante en estado líquido a alta temperatura y presión. o Válvula expansión: Líquido a baja temperatura y presión.

Los factores de importancia en la refrigeración son:  Temperatura del aire.  Velocidad del aire.  Humedad relativa del aire. La refrigeración en porcino se da en dos etapas:  Etapa 1 (Oreo): Túnel de refrigeración rápida (Tª aire: -3°C a 10°C) 2-4 horas aproximadamente. Reducción rápida del calor corporal de la canal que está a 40°C hasta 2 o 4°C.  Etapa 2 (Estabilización): Almacén frigorífico (0° y 4°) hasta su traslado a la sala de despiece. Los túneles de refrigeración rápida reducen rápidamente la temperatura de la canal evitando la pérdida innecesaria de peso (Merma) en base a la pérdida de líquidos. La refrigeración rápida se utiliza porque lo que nos interesa es que no quede humedad a la superficie de las canales. Para evitar esto se deseca la superficie de la carne con la refrigeración rápida, y así también se evita la aparición de bacterias, y se evitan pérdidas de agua por evaporación, que son responsables por el 10% de las canales que no se pueden aprovechar y se tienen que eliminar.

Los túneles de refrigeración rápida están entre -6 y -8°C, y la velocidad del aire es de 2 o 3 m/s. Las canales se van desplazando, entran a 40°C (Porque el animal vivo está a 37°C y con el sacrificio y el proceso le sube la temperatura). A medida que las canales van entrando en un sentido, en el sentido contrario va saliendo un flujo de aire frío para que cuando salgan todas hayan pasado el mismo tiempo bajo el aire frío y salgan todas a 4°C. No se pueden mezclar lotes en estas cadenas de refrigeración porque las canales no tendrían el mismo peso y no se enfrían igual, ya que se tiene que ir adaptando todo el proceso al tipo de canal que llega.

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Una vez las canales han salido del túnel de refrigeración rápida entran en la cámara post enfriamiento, que está a una temperatura de entre 0 y -2°C, y con una velocidad del aire de 0,1m/s. En esta cámara lo que se hace es renovar el aire para que si le pusiésemos una velocidad más alta desecaríamos más la canal.

3.3.Curvas de refrigeración: Porcino y vacuno En porcino para ver si se ha congelado bien, el punto crítico que se tiene que mirar es el centro de la extremidad posterior porque es la parte más gruesa y la que cuesta más que se refrigere. En las salas de oreo tampoco podemos mezclar canales de cuartos superiores e inferiores porque necesitan tiempos distintos para refrigerarse. La carne de bovino se puede guardar hasta un mes, la de cerdo una semana y las vísceras duran un día.

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3.4. Refrigeración canales de aves Para la refrigeración de estas canales tenemos tres opciones:  

Enfriamiento húmedo con agua mediante sistemas de inmersión o de pulverización. Enfriado seco con aire, parecido al que hemos comentado antes, pero adaptado a las aves.



Combinaciones de los sistemas de enfriado húmedo y seco.

3.4.1. Refrigeración por agua El agua presenta una elevada capacidad de retirar calor del producto, gracias a su alto coeficiente de película a nivel de la superficie. El caudal de agua permite regular la transferencia de calor directamente y de forma precisa. Se pueden emplear sistemas de inmersión o aspersión. La inmersión se hace mediante un refrigerador rotatorio, y tiene un consumo aproximado de medio kilo de hielo picado y agua para cada canal. Estas canales llegarán a una temperatura de 4-6°C en 30 minutos. El agua que se ha usado para este método no se vuelve a usar porque se pueden dar contaminaciones cruzadas y tienen restos de materia orgánica. La aspersión o pulverización (refrigerado en línea) sigue la misma idea que la inmersión, pero el agua se rocía directamente a las canales. La canal es rociada con agua limpia a 0°C (agua de hielo), hasta que llega a los 4-6°C al cabo de 35 minutos. Con este método reducimos el coste ambiental, no se gasta tanta agua como con la inmersión. Lo que se hace normalmente es primero una aspersión, seguida de una refrigeración por aire. 3.4.2. Congelación La congelación emplea temperaturas inferiores al punto de congelación del agua. Este método ocasiona la transformación del agua de estado líquido a sólido, lo que produce la disminución de la actividad hídrica (aw) del producto. Mientras que en la refrigeración nos detiene-retrasa el crecimiento, la congelación suspende el crecimiento microbiológico y provoca la muerte de parásitos, como por ejemplo las triquinas, que necesitarías 10-20 días a -20°C para ser eliminados (pero la congelación no se usa para la eliminación de las triquinas). La congelación detiene la actividad biológica en el alimento (desarrollo microbiano y actividad enzimática), al enfriar el alimento a una temperatura por debajo de los -18°C. La velocidad de enfriamiento ha de ser muy rápida (2-9m/s), especialmente en carne y pescado. Se trabaja con una temperatura del aire del orden de -40°C, -30°C para evitar la formación de cristales de hielo de gran tamaño que romperían la estructura y apariencia del alimento. Los alimentos congelados pueden conservarse durante meses en cámaras de congelación a temperaturas del orden de -18°C a -20°C, manteniendo su aspecto, valor nutritivo y contenido vitamínico tras su descongelación. Las medias canales de cerdo a -18°C tienen una vida útil de 6-9 meses, mientras que los cuartos de bóvidos pueden durar hasta 9-18 meses. La velocidad del proceso de congelación influirá en la calidad final del alimento. En la congelación lenta la temperatura del aire de la cámara oscila desde -18°C a -20°C, y la congelación suele durar de 3 a 72 horas. Este tipo de congelación produce una pérdida de textura y de valor nutritivo. Ya casi no se usa. En la congelación lenta se usa una cámara de congelación, con una temperatura del aire de entre -18°C y -20°C, y una velocidad del aire de 0,1-0,2 m/s. 32

Por otro lado, la congelación rápida se produce en temperaturas muy por debajo de los -20°C y necesita un tiempo relativamente corto, de 30 minutos o menos. Este tipo de congelación mantiene las características nutritivas y organolépticas del alimento. En la congelación rápida se usa un túnel continuo con una temperatura del aire de -30°C, -40°C, y una velocidad del aire de 10-30m/s.

La congelación rápida es mejor, ya que el agua de la célula (de bajo peso molecular) se transporta por difusión pasiva y cuanto más tiempo se prolongue la fase de congelación, más lento se irá congelando el espacio intracelular, y saldrá el agua por desequilibrio osmótico rompiendo la membrana plasmática, evitando esto con la congelación rápida ya que no le damos tiempo a la célula para que reconozca la diferencia de concentración de solutos entre el interior y el exterior de la célula. Uno de los efectos no deseados en la congelación es el freeze-burn, es decir que la carne se quema por la congelación. Es por esto que se tienen que usar envoltorios para proteger la carne. 3.4.3. Congelación por aire El túnel continuo de congelación por aire forzado tiene una temperatura del aire de entre -30°C y 40°C, y una velocidad del aire de 10-30m/s. En este método se cuelgan las canales y se cubre la parte de abajo por la manera cómo pasa el aire para que no se quemen. Actualmente se necesitan más máquinas de refrigeración porque se tiene que bajar la temperatura, y la tecnología es más costosa. En estas salas se tienen que hacer subdivisiones para asegurar que a todas las canales les llegue el mismo aire frío. Túnel continuo.

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El lecho fluidizado (izquierda) es continuo, y consta de 2 cintas transportadoras con orificios. El alimento entra a 4°C y se le insufla airea -30/-40°C des de abajo (hay algunos que parece que levitan por el aire). Lo que se consigue con este método es que los alimentos se congelen individualmente y no se peguen entre ellos. Se consigue que se congele toda su superficie y que no se queden pegados. IQF (Individual Quick Freezing). En espiral (continuo) están programados con distinta intensidad, tiempo y temperatura para adaptarse a los distintos productos. Entra el producto fresco, pasa en espiral y sale congelado. Se regulan las temperaturas y los tiempos mediante un programa informático.

3.4.4. Congelación criogénica El alimento es congelado por contacto directo con un líquido refrigerante (nitrógeno) que cubre al alimento. Se obtienen altas transferencias de calor del alimento al líquido criogénico. Antes se usaba el CO2 para la criogenización, pero ahora ya no se usa. Ahora se usa el nitrógeno a -196°C, que deja el producto que se somete a esta congelación duro y resistente. Con este tratamiento evitamos que se rompan los productos el valor de los cuales depende de si está entero o no (Los productos de alta gama como las gambas, por ejemplo). Los congeladores usan el nitrógeno en estado gaseoso, evaporado a -40°C /-80°C y se administra por aspersión al producto que entra a 4°C, y este se empiece ya a congelarse. Este nitrógeno gas no se pierde, se recoge, se devuelve a su estado líquido y se puede volver a usar. Todo esto mecanismo se encuentra dentro túneles criogénicos.

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3.4.5. Congeladores por contacto indirecto: Placas El alimento es congelado por medio de la conducción por placas metálicas que están unidas a tubos por los que circula un refrigerante. La velocidad de congelación depende fundamentalmente del espesor del alimento. El alimento se pone dentro de un envase cerrado (para evitar las quemaduras), y las placas que tiene debajo, por convección van liberando frío. Para que este proceso sea eficiente no se pueden dejar espacios vacíos con aire entre el producto y las placas. La altura de cada piso se va regulando según el producto.

3.4.6. Modificaciones Modificaciones durante el almacenamiento en congelación:  Desecación de la superficie del alimento (frutas, hortalizas, carne, carne de ave y pescado)  Oxidación enzimática (polifenoloxidasa) en vegetales  Oxidación e hidrólisis de grasas (lenta)  Daño físico al alimento por variaciones de temperatura durante el almacenamiento por la recristalización del agua. Modificaciones durante la descongelación: Cuando se funden los cristales de hielo, el agua de fusión es re-absorbida al interior de las células de los tejidos. Uno de los principales problemas en la descongelación de la carne es el goteo o sangría, que recibe este nombre por el líquido rosado o rojizo que se desprende de la carne al descongelarlo. Esto se da porque el agua es re-absorbida por las células, y si hemos congelado lento la pared se ha roto en el proceso y al descongelar ya no puede retener el líquido. 35

Para descongelar siempre es mejor en la nevera porque, aunque la parte exterior de la carne se descongele a temperatura ambiente en 1 hora, la parte interior puede llegar a tardar 12-24 horas, y esperando este tiempo dejamos mucho tiempo para el crecimiento de la flora bacteriana en su superficie. Lo mejor en general es una congelación rápida, una descongelación lenta y que pase por refrigeración al descongelarse. En frutas y hortalizas se dan otras modificaciones durante la descongelación:  Pérdida de líquidos como consecuencia de la ruptura de la estructura del tejido vegetal durante la congelación.  Durante la descongelación se activan los enzimas polifenoloxidasa produciendo pardeamiento. Esto se produce porque los fenoles están unidos a las fibras de los vegetales, y al congelar se desenganchan de la fibra y pasan a estar disponibles para los enzimas, y por eso la fruta oscurece. Los pasos de la cadena de frío son: Refrigeración o congelación  Almacenamiento in situ  Transporte  Almacenamiento mayorista  Transporte  Almacenamiento minorista  Exhibición de venta  Transporte y almacenamiento por el consumidor.

3.5. Resumen y fórmulas necesarias 

Tiempo de enfriamiento de una canal: El factor 3,6 sirve para convertir W en kJ h-1

𝑡=

1 𝑇 − 𝑇 ln [ℎ] 3,6 ∗ 𝑝 𝑇 − 𝑇

T1 temperatura inicial de la canal medida en el centro de la extremidad posterior Tf temperatura final de la canal medida en el centro de la extremidad posterior Tr temperatura de la cámara frigorífica 

Velocidad específica de enfriamiento: 𝑝=

𝑘𝐹 𝑀𝑐

K coeficiente de penetración de calor F Superficie del producto a enfriar [m2] M Peso del producto a enfriar [kg] c calor específico del producto a enfriar [kJ kg-1 K-1] 

Coeficiente de penetración del calor: 1 1 3𝐷 = + 𝑘 𝛼 16 𝜆

α = Coeficiente de transmisión térmica del producto y el medio refrigerante λ = Conductibilidad térmica del producto a enfriar D = grosor de la canal o media canal

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

Grosor de la canal: Para calcular los parámetros aplicables a la media canal porcina, Levy ha propuesto adoptar la forma de una tabla cuyo grosor (D) se puede calcular por medio del peso en kg de la media canal (M): 𝐷 = 0,075 ∗ 1 +



𝑀

 300

C calor especifico del producto a enfriar [kJ Kg-1 K-1]: El calor específico es una magnitud física que se define como la cantidad de calor que hay que extraer por unidad de masa de un cuerpo para reducir su temperatura en una unidad (kelvin o grado Celsius). Cuanto mayor sea el calor específico del producto a enfriar, tanto más lentamente tendrá lugar el intercambio térmico con el medio refrigerante. El calor específico (c) medio de una canal de carne, que incluye también el calor de solidificación de la grasa de la canal, se puede calcular conociendo los valores de entalpia. Entalpia (h): cantidad de energía que un sistema intercambia con su entorno.

𝑐=

ℎ − ℎ 𝑇 − 𝑇

h1 valor de entalpia de la carne a la temperatura inicial h2 valor de entalpia del valor medio de la temperatura de la cámara frigorífica y de la temperatura final en el centro del producto T1 temperatura inicial de la canal medida en el centro de la extremidad posterior T2 valor medio de la temperatura ambiente y de la temperatura final en el centro de la extremidad posterior Factores que determinan la velocidad de enfriamiento de una canal:  El calor específico (c) del producto a enfriar [kJ kg-1K-1]  Tamaño de la superficie (F) [m2] y del grosor de la canal (pierna) (D *Se tendrá que multiplicar la por dos en un rectángulo en un cilindro seria S = 2rh +2r2

 

Conductibilidad térmica o capacidad de conducción interna del calor (λ) del producto a enfriar [Wm-1K-1] Coeficiente de transmisión del calor (α) entre el producto a enfriar y el medio refrigerante [Wm-2K-1]

Ejemplo: Calculo del tiempo de enfriamiento de las medias canales del cerdo: ¿Qué tiempo de enfriamiento es necesario para enfriar una media canal de cerdo en una cámara frigorífica de acción rápida con una temperatura Tr = -5°C y una corriente de aire de 3m sec-1? Temperatura inicial de la carne +35°C Temperatura final en el centro +4°C Peso de la media canal del cerdo 40 Kg Coeficiente de transmisión del calor 𝛼 = 24 W m-2K-1 Conductibilidad térmica λ=0,41 Wm-2 K-1 Grosor de la media canal de cerdo D Anchura canal 45cm; Longitud canal 120 cm Para calcular los parámetros aplicables a la media canal porcina, LEVY ha propuesto adoptar la forma de una tabla cuyo grosor (D) se puede calcular por medio del peso en Kg de la media canal porcina (M) 𝐷 = 0,075 ∗ 1 +

𝑀 40  = 0,075 ∗ 1 +  = 0,085 𝑚 300 300

Para calcular el tiempo de enfriamiento se ha de buscar la p y de la p nos falta la k y c. 37

Coeficiente de penetración del calor 1 Coeficiente de transmisión del calor 𝛼 = 24 W m K

-2 -1

𝑘

=

1 3𝐷 + 𝛼 16 𝜆

Conductibilidad térmica λ=0,41 Wm-2 K-1 𝟏 𝟑 ∗ 𝟎, 𝟖𝟓 𝟏 = + = 𝟎, 𝟎𝟖𝟎𝟓𝟒; 𝒌 = 𝟏𝟐, 𝟒𝟐 𝒌 𝟐𝟒 𝟏𝟔 ∗ 𝟎, 𝟒𝟏

Velocidad específica de enfriamiento: 𝑝=

𝑘𝐹 𝑀𝑐

F = 45 cm * 120 cm = 5400 cm2 / 10000 = 0,54m2 *2 = 1,08 m2

Para calcular el calor especifico (c) de las canales habría que tener en cuenta que la carne magra, el tejido adiposo, los huesos y, en el cerdo, la piel presenta diferentes valores de (c). También se tiene que considerar el calor de solidificación de la grasa. Por esta razón es aconsejable determinar el calor total a partir de las tablas de entalpía de Rjutow.

𝒄=

𝒉𝟏 − 𝒉𝟐 𝟑𝟏𝟕, 𝟑 − 𝟏𝟗𝟎, 𝟔 = 𝟑, 𝟓𝟕 𝒌𝑱 𝒌𝒈𝟏 𝑲𝟏 = 𝟑𝟓 − (−𝟎, 𝟓) 𝑻𝟏 − 𝑻𝟐 𝒑=

𝟏𝟐, 𝟒𝟐 ∗ 𝟏, 𝟎𝟖 = 𝟎, 𝟎𝟗𝟒 𝟒𝟎 ∗ 𝟑, 𝟓𝟕

Tiempo de enfriamiento de una canal: Tr = -5°C

T1 = 35°C

TF = 4°C
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