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Curva de congelación de los alimentos

¿Cómo es la curva de congelación para prevenir la descomposición de los alimentos? ¿Qué normas rigen el tiempo adecuado para la refrigeración de los alimentos?

Tema: Refrigeración y congelación de alimentos

01-Ene-2003 QuimiNet Industria Alimenticia, Bebidas
Carne
Foto por: © Getty Images
Carne
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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.

Esta curva posee las siguientes secciones:

AS: el alimento se enfría por debajo de su punto de congelación qf inferior a 0ºC. 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 10ºC 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 éste 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 los 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.

Principios termodinámicos de la formación del hielo

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. Esta nucleación puede ser homogénea o heterogénea. Esta 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 subenfriado. 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.

El núcleo de hielo formado constituye un embrión de radio r en el que su energía libre de Gibbs es debida a la contribución superficial, contraria a la formación del cristal, y a la contribución volumétrica, favorable a dicha formación. Esto queda contemplado en la siguiente expresión:

DG = 4p r2 g - ((4p r3 DGv) / 3 Vm )

donde g es la energía libre superficial, DGv es la energía libre molar asociada con el cambio de fase fluido-sólido y Vm es el volumen molar.

Existirá un radio crítico que corresponderá al más pequeño embrión para el cual se produce el decremento de su energía libre cuando crece, por lo tanto es el tamaño mínimo del núcleo estable. La velocidad de nucleación es altamente dependiente del subenfriamiento, él cual actúa como la fuerza impulsora para este proceso.

Cuando se han formado los núcleos se produce su crecimiento por adición de moléculas en la interfase sólido-fluido. La velocidad de cristalización del hielo queda controlada por los procesos de transferencia de calor y masa. Las moléculas de agua se mueven desde la fase líquida a un sitio estable sobre la superficie del cristal. 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.

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