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PRACTICA N° 3

CURVA DE CONGELACIÓN

I. OBJETIVOS

En la presente práctica se busca alcanzar los siguientes objetivos:

1) Obtener las curvas de congelación de alimentos líquidos y alimentos sólidos

2) Distinguir y diferenciar las fases de las curvas de congelación obtenidas

II. FUNDAMENTO

Las curvas de congelación proporcionan información útil acerca de proceso de congelación relacionando temperaturas de producto con el calor extraído o tiempo de congelación.

Si se representan las variaciones que sufren durante la congelación, las temperaturas del agua y de una solución binaria se obtienen curvas las de la figura 1.

En la figura 1 se presenta la curva de congelación para una solución binaria donde se observa las siguientes fases:

OD extracción de calor sensible, desde el origen de la curva al punto D lo que producirá un descenso uniforme de la temperatura.

D Punto de sobre enfriamiento necesario para la Nucleacion

DE Calentamiento producido por la liberación de calor del nácelo lo cual contribuye al crecimiento de los cristales. (Estimulación térmica)

EF Cambio de estado (líquido a solido)

No se realiza a temperatura constante debido a que conforme se va cristalizando el agua, la concentracion de la solución va incrementándose con el consiguiente decrecimiento del punto de congelación

F La fase liquida se satura con el soluto y empieza a nuclearse de la solución sobre saturada.

FG calentamiento producido por la liberación de calor por cristalización del soluto.

G Temperatura eutéctica

Se define el punto eutéctico como la temperatura más alta a la que una máxima cristalización de agua y soluto pueden ocurrir, en un sistema acuoso 3l termino criohidrico se aplica solo cuando el solvente es agua, siendo el termino mas general el de eutéctico, que es aplicable a cualquier solvente.

GH cambio de estado de la solución sobresaturada en donde la cristalización de agua y soluto es proporcional por lo que la concentración no varía siendo por lo tanto un proceso a temperatura constante. Se realiza a la concentración correspondiente al punto eutéctico.

H La cristalización de la solución sobresaturada es completa

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HI Al ser ya todo sólido, y seguir extrayendo calor, solo se producirá una disminución de la temperatura, por liberación de calor sensible.

En el caso de agua pura, después de la sobrefusión (S) ocurre la formación de los cristales de hielo y liberación de calor, la temperatura sube a 0°C (punto crioscopico) y permanece constante durante toda la cristalización. Cuando toda el agua se transforma en hielo se inicia el descenso de la temperatura a una marcha más rápida por que el calor específico del hielo es inferior al del agua.

Se define al punto crioscopico como el punto en el cual el agua de un alimento comienza a cambiar de estado.

Como los alimentos son sistemas heterogéneos desde el punto de vista químico y físico: el fenómeno de congelación está caracterizado por una temperatura a la que aparecen los primeros cristales de hielo y de un intervalo de temperatura para que el hielo se forma. Mientras que el hielo se encuentra localizado en el exterior de las células, no se produce una lesión grave o irreversible.

A medida que el producto se enfría más, por debajo de su punto de congelación inicial, el agua se congela cada vez más, de tal forma que las soluciones residuales son cada vez más concentradas. En los alimentos congelados, la relación de hielo formado con la disolución residual es función de la temperatura y de la concentración inicial de solutos.

Si la congelación es muy rápida, el fenómeno de la concentración de las disoluciones, que está ligada al movimiento de los solutos es muy reducido. Una vez que el agua a comenzado 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 o geles que bañan la superficie de los cristales de hielo, si la velocidad de congelación es débil, se forman pocos núcleos de cristalización y los cristales crecen ampliamente como el agua comienza a congelarse fuera de las células, estas están sometidos a una presión osmótica y pierden agua por difusión a través de las membranas plasmáticas, en consecuencia, se colapsan parcialmente o totalmente. Si la velocidad de congelación aumenta el número de cristales de hielo crece, mientras su tamaño disminuye.

Todos los alimentos naturales y la mayoría de los alimentos manufacturados poseen muchos constituyentes en solución y los puntos eutécticos de los diferentes solutos cubren un amplio rango de temperaturas.

Las soluciones alimenticias deben lógicamente producir complicadas curvas de congelación, con pequeñas interrupciones que aparecen cada vez que se pasa por un punto eutéctico, esto sin embargo generalmente no ocurre, Las razones son bien explicadas por Sommer (1974): en una solución que contienen varias sustancias disueltas se pueden presagiar lo siguiente: Cuando el punto de saturación (debido a la extracción de agua como hielo) ha sido alcanzado con respecto a la sustancia A en la porción no congelada la concentracion permanecerá constante aumentara las concentraciones de B y C , etc. Por lo tanto la temperatura no permanecerá constante en el congelamiento ulterior como lo fue en la solución con un solo componente. Habrá solamente un descenso en la velocidad de cambio de temperatura después que A ha alcanzado su punto de saturación. Lo mismo ocurrirá cuando los puntos de saturación de B y C etc. Son alcanzados en la porción excedente sin congelar.

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Lógicamente la forma exacta de las curvas de congelación en una solución mezclada estará influenciada por las cantidades de los diversos componentes, sus solubilidades en presencia de los otros y sus efectos sobre el punto de congelación.

El punto eutéctico final es alcanzado solo cuando la última de las sustancias disueltas alcanza su punto de saturación y en mezcal de soluciones la porción sin congelar en ese punto, también está saturada con respecto a todos los otros componentes. Por lo tanto, el punto eutéctico de la mezcla deberá ser menor al del componente de más bajo punto eutéctico.

A medida que la velocidad de congelación aumento las diferentes etapas que constituyen la congelación van siendo menos aparentes, hasta que al llegar a las velocidades más altas de extracción de calor donde ellas no se distinguen.

III. MATERIALES Y METODOS

3.1 Materiales

Alimento liquido

Alimento solido

3.2 Equipos

Sensores

Cámara de congelación

Termómetros

Bandejas

Recipientes de plástico

3.3 Métodos

3.3.1 Elaboración de curva de congelación de alimentos líquidos

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Armar la disposición que se muestra en la figura 2, el tubo de ensayo debe contener aproximadamente 2 ml del alimento líquido, colocar en el interior el sensor Pt 100 (termómetro) y colocarlo en la cámara de congelación

TABLA 1. ALIMENTO LÍQUIDO

3.3.2 Elaboración de curvas de congelación de alimentos sólidos

Cortar el alimento elegido en una forma característica (esfera, cubo, cilindro) insertar el sensor Pt 100 (termómetro) en el centro del alimento y dejar en congelación el tiempo necesario.

4 RESULTADOS Y DISCUSIÓN

4.1 Curva de congelación de alimentos líquidos

ALIMENTO LIQUIDO: NÉCTAR DE FRESA CON PIMIENTO

TIEMPO TEMPERATURA0 7.75 5.7

10 5.415 1.120 -125 -230 -3.635 -540 -1.745 -2.5

ALIMENTOS SÓLIDOS CUBO ESFERA CILINDRO

TIEMPO TEMPERATURA TEMPERATURA TEMPERATURA0 24.7 25 25.35 17.9 17.9 17.9

10 11.1 11.1 11.115 4 4 420 1.7 1.7 1.725 -2 -2 -230 -1 -1 -135 -1.7 -1.7 -1.740 -0.5 -0.5 -0.545 -1.8 -1.8 -1.8

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Graficar la temperatura con el tiempo de congelación trascurrido para la solución simple binaria y alimentos líquidos y compararlas.

GRÁFICO 1. ALIMENTO LÍQUIDO

4.2 Curva de

congelación de alimentos sólidos

Graficar la temperatura con el tiempo de congelación transcurrido

Determinar las zonas típicas de una curva de congelación señalando los tiempos de cada zona y el tiempo total de congelación

Velocidad de congelación utilizando el siguiente concepto.

“La velocidad media de congelación de una masa de alimento es la zona entre la misma distancia desde la superficie hasta el centro geométrico y el tiempo transcurrido desde que la superficie alcanzo 0°C hasta que el centro térmico alcance 5°C por debajo de la temperatura de inicial de formación de hielo; donde la profundidad es medida en cm y el tiempo en horas, expresándose la velocidad media de congelación en cm/h.”

GRÁFICO 2. ALIMENTO SÓLIDO: CUBO

GRÁFICO 3. ALIMENTO SÓLIDO: ESFERA

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

-5

0

5

10

15

20

25

30

ALIMENTO SÓLIDO: CUBO T (°c) Vs Ө (min)

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

10

ALIMENTO LIQUIDO: NÉCTAR DE PIMENTON T (°c) Vs Ө (min)

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GRÁFICO 4. ALIMENTO SÓLIDO: CILINDRO

Discusión

Según lo menciona Lewis (1993) las temperaturas eutécticas para alimentos están normalmente por debajo de -30 °C. Para fines prácticos, muchos alimentos se consideran congelados a -15 °C, temperatura a la que entre el 90% y el 95% del agua presente estará en forma de hielo. En la práctica no se llegó a menores temperaturas descongelación. Es decir, no se completó bien la gráfica.

Según Lewis (1993) indica que el tiempo efectivo de congelación viene definido como el tiempo requerido para reducir la temperatura del punto de enfriamiento desde la temperatura ambiente hasta –15 °C. Esto depende del tamaño y de la naturaleza del producto, así como del método de congelación utilizado. Los tiempos de congelación están comprendidos entre menos de 1 minuto hasta más de 48 horas para grandes piezas de carne utilizando aire frío. En nuestra práctica se utilizó una cámara de congelación la cual garantiza una congelación lenta, de tal manera que se puedan observar las etapas del proceso de congelación

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50-5

0

5

10

15

20

25

30

ALIMENTO SÓLIDO: ESFERA T (°c) Vs Ө (min)

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

-5

0

5

10

15

20

25

30

ALIMENTO SÓLIDO: CILINDRO T (°c) Vs Ө (min)

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Según Lewis (1993) El néctar por ser diluido presenta menos sólidos solubles que la fruta entera. A mayor cantidad de solutos en una solución, menor será la temperatura de inicio de la congelación ya que se deprime el punto de congelación.

Según Lewis (1993) menciona que los sólidos ocasionan que la temperatura de congelación sea menor a 0ºC, esto se corrobora con lo observado las gráficas (véase gráfico 1, 2, 3 y 4), siendo el descenso en la temperatura de congelación proporcional a la concentración de sólidos en el alimento. Esto último se corrobora al comparar las temperaturas de inicio de congelación de la fruta con su néctar respectivo, encontrándose que los néctares presentan una mayor temperatura de inicio de congelación puesto que su concentración de solidos solubles es menor

- Los alimentos (sólidos) contienen más sólidos solubles que el del néctar, debido a esto, a mayor cantidad de solutos, menor es el punto de inicio de la congelación.

- Se distinguieron las diferentes fases en el proceso de congelación, encontrándose claramente las siguientes fases; extracción del calor sensible hasta un punto de sobreenfriamiento, un punto de sobreenfriamiento, punto de inicio de la congelación, sin embargo no se ubicaron claramente el punto eutéctico ni el punto de completa congelación.

5 CUESTIONARIO

- Investigar sobre la producción de hielo en escamas y las ventajas que tiene en la industria de los alimentos.

Algunas fábricas elaboran el hielo en escamas utilizando tambores con aspas que raspan la pared del tanque congelado.

El hielo, ya sea molido o en escamas, tiene grandes ventajas, ya que su capacidad de enfriamiento es muy elevada en relación con su peso o volumen por el íntimo contacto entre el cuerpo del pescado y de los mariscos y las pequeñas partículas de hielo; además, los productos conservados en hielo molido o en escamas se mantienen húmedos y lustrosos largo tiempo, sin deshidratarse, como ocurre con el que se conserva en refrigeración sin hielo.

En la industria química y del cemento se utiliza en el proceso productivo para evitar la desecación o la elevada temperatura.

El hielo en escamas ofrece muchas ventajas:

Alta eficiencia de refrigeración gracias a la gran superficie.

De manera simultánea puede aumentar la humedad del producto.

Producción muy económica: ¡sólo se consumen 85 kW por una tonelada de hielo en escamas!

Protege fácilmente comidas envasadas durante el embalaje y el transporte.

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6 BIBLIOGRAFIA

BATTY,J.C Y FOLKMAN, S.L Fundamentos de la ingeniería de los alimentos. Compañía editorial Continental S.A. México

FELLOWS,P. 1994 Tecnología del Proceso de los Alimentos, Editorial Acribia. Zaragoza España

GRUDA,Z., POSTOLOSKI,J. 1986 Tecnología de la Congelación de los Alimentos

LESCANO, C. 1973. Predicción de la curva de congelación de filetes de bacalao utilizando el criterio binario de solución binaria ideal y la depresión del punto de congelación.

LEWIS, M.J. 1993 Propiedades físicas de los alimentos y de los sistemas de procesado. Editorial Acribia, Zaragoza, España

MORALES, E. 1993 Simulación numérica de congelación de alimentos de forma esférica utilizando el criterio de la depresión del punto de congelación binaria ideal.