Al trabajar con plásticos frecuentemente se desea identificar qué plástico ha sido utilizado para fabricar determinado producto. Esto es fundamental para tener una idea del costo y de las propiedades del producto. La identificación de plásticos es generalmente complicada debido a:
la gran variedad de polímeros básicos que se pueden usar
la gran cantidad de aditivos que pueden ser utilizados para modificar las propiedades del polímero básico
la gran variedad de mezclas o compuestos de polímeros que pueden tenerse para obtener las propiedades deseadas
Pese a esto hay varias pruebas sencillas que pueden llevarse a cabo para tener una idea del polímero básico que fue utilizado para la manufactura de un producto dado. Estas pruebas son sencillas, no requieren un equipo especial y permiten tener una primera aproximación del tipo de material que se trata.
Las pruebas deben llevarse a cabo con precaución. Pueden ser peligrosas si se llevan a cabo de manera inadecuada. Tenga cuidado al hacer estas pruebas, especialmente al quemar o al oler gases del plástico quemado. Algunos gases son peligrosos. Tenga especial cuidado cuando queme plásticos. Nunca lo haga solo y no lo haga sin supervisión adulta.
Las pruebas básicas
Las pruebas no son definitivas y pueden dar resultados equivocados dependiendo de la presencia de determinados aditivos, como retardantes a la flama, que pueden modificar el comportamiento del producto.
Se propone llevar a cabo el siguiente procedimiento:
1. Observe la muestra
Esto proporciona mucha información. Por ejemplo, el color del plástico puede dar algunas pistas. Algunos polímeros sólo pueden tener cierto rango de colores, en especial los plásticos termofijos. Otros tienden a ser mas brillantes (polipropileno), mientras que otros son tanto brillantes como transparentes (los acrílicos, el SAN, el poliestireno cristal o de propósito general, el policarbonato, …)
2. Sienta la muestra al tacto
Mediante el tacto se puede saber mucho de los plásticos. Para ello se requiere cierta experiencia. Después de tocar varios tipos de plásticos en varias ocasiones se adquiere cierta sensibilidad. Las poliolefinas tienen una textura muy distintiva y son fáciles de reconocer. Las presencia de fibra de vidrio o de otros materiales reforzantes alteran la textura y dureza de la muestra, por lo que en ocasiones es posible detectar si el plástico tiene reforzante.
3. Corte un fragmento de la muestra
Si el pedazo cortado forma pedazos desmenuzables se trata generalmente de un material termofijo. Mientras que si el pedazo consiste en largas astillas es probable que se trate de un material termoplástico.
Material Termofijo
El pedazo cortado formó pedazos desmenuzables por lo que se deduce que es es probable que sea un material termofijo
Las pruebas continúan de la siguiente manera:
4. Exponga el material a la flama
Coloque la muestra a la flama y huela los gases que emana.
Tenga cuidado al hacer esto. Revise que la flama esté apagada antes de inhalar. No inhale los gases directamente. Coloque la muestra lejos de su nariz (20-30 centímetros) e inhale tan poco como pueda para poder oler. No inhale profundamente. Tenga cuidado al agarrar la muestra. Puede estar muy caliente y quemar. Tenga cuidado en caso de que la muestra esté goteando.
Si se presentan las siguientes características:
La muestra se quema y el fuego se extingue solo. El olor semeja el del fenol. La muestra es negra o café. Es probable que se trate de una resina fenol-formaldehído.
La muestra se quema, el fuego se extingue solo, el olor de los gases es picante o irritante y la muestra tiene un color claro. Probablemente sea una resina fenol-formaldehído epóxida.
La muestra se quema, el humo presenta un olor a pescado y tiene un color claro o blanco. Puede ser una resina urea-formaldehído o melamina-formaldehído. En este caso haga una prueba raspando la muestra con la uña.
Si la muestra se raya, probablemente sea una resina urea-formaldehído
Fin de la Prueba
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Material Termoplástico
El pedazo cortado formó largas astillas por lo que probablemente se trate de un material termoplástico.
Las pruebas continúan de la siguiente manera:
4. Caliente un alambre y toque el plástico con el alambre caliente.
Si la muestra se funde se confirma que se trata de un termoplástico. En caso contrario se trata de un termofijo.
5. Arroje la muestra contra una superficie dura y escuche el sonido del golpe.
Si suena metálico, probablemente se trate de un polímero de estireno
Si no suena metálico lo único que sabemos es que lo más probable es que sea un polímero no basado en estireno, a menos que se trate de un plástico espumado (en cuyo caso el espumado generalmente es evidente) o en caso de que sea un poliestireno alto impacto (en cuyo caso se siente al tacto).
Fin de la Prueba
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Polímero de estireno
Al arrojar la muestra se obtuvo un sonido metálico, lo que indicó que se probablemente se trate de un polímero de estireno.
Las pruebas continúan de la siguiente manera:
6. Exponga el material a la flama
Coloque la muestra a la flama y huela los gases que emana. Tenga cuidado al hacer esto.
Revise que la flama esté apagada antes de inhalar. No inhale los gases directamente. Coloque la muestra lejos de su nariz (20-30 centímetros) e inhale tan poco como pueda para poder oler. No inhale profundamente. Tenga cuidado al agarrar la muestra. Puede estar muy caliente y quemar. Tenga cuidado en caso de que la muestra esté goteando.
Si se presentan las siguientes características
Olor a estireno monómero, probablemente sea poliestireno (si el material es muy rígido y/o transparente, probablemente sea poliestireno cristal o de uso general; si es más flexible y no es transparente, probablemente sea un poliestireno modificado al impacto)
Olor a poliestireno pero un poco agrio y se trata de un material rígido, probablemente sea un copolimero de estireno acrilonitrilo (SAN)
Olor a poliestireno pero también a hule, probablemente sea un copolimero de acrilonitrilo-butadieno-estireno (ABS)
Fin de la Prueba
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Polímero no Basado en Estireno
Al arrojar la muestra se obtuvo un sonido no metálico, lo que indicó que probablemente se trate de un polímero no basado en estireno.
Las pruebas continúan de la siguiente manera:
6. Prueba de flote
Coloque la muestra en un recipiente con agua y un poco de detergente. Observe si la muestra flota o se hunde. Si no se agrega el detergente la tensión superficial no permitirá hacer esta prueba. Esta prueba no funciona para plásticos espumados.
Si la muestra flota es generalmente un polímero basado en poliolefinas
Al poner la muestra en el agua se observó que flotaba, por lo que se asume que puede ser un polímero basado en una poliolefina.
Las pruebas continúan de la siguiente manera:
7. Rasque la muestra con su uña
8. Exponga el material a la flama
Coloque la muestra a la flama y huela los gases que emana.
Tenga cuidado al hacer esto. Revise que la flama esté apagada antes de inhalar. No inhale los gases directamente. Coloque la muestra lejos de su nariz (20-30 centímetros) e inhale tan poco como pueda para poder oler. No inhale profundamente. Tenga cuidado al agarrar la muestra. Puede estar muy caliente y quemar. Tenga cuidado en caso de que la muestra esté goteando
Si la superficie es brillante, no se raya y se quema con olor a cera parafínica, puede ser polipropileno.
Si la superficie es brillante, se quema y gotea como cera, puede tratarse de polietileno de alta densidad.
Si la superficie no es muy brillante, se raya con facilidad y se quema con aroma a cera parafínica, puede ser polietileno de baja densidad.
Fin de la Prueba
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Polímeros No basados en poliolefinas
Al poner la muestra en el agua se observó que esta no flotaba, por lo que se asume que puede ser un polímero no basado en poliolefinas.
Las pruebas continúan de la siguiente manera:
7. Exponga el material a la flama
Coloque la muestra a la flama y huela los gases que emana.
Tenga cuidado al hacer esto. Revise que la flama esté apagada antes de inhalar. No inhale los gases directamente. Coloque la muestra lejos de su nariz (20-30 centímetros) e inhale tan poco como pueda para poder oler. No inhale profundamente. Tenga cuidado al agarrar la muestra. Puede estar muy caliente y quemar. Tenga cuidado en caso de que la muestra esté goteando.
Si se prende y continua quemándose aun después de haber retirado el cerillo y se quema con una flama clara
Si el aroma es como de frutas, puede ser acrílico, probablemente PMMA
Si el aroma es como de papel quemándose, puede ser acetato de celulosa o propionato de celulosa.
Si el aroma es de mantequilla podrida, probablemente sea acetato-butirato de celulosa
Si se prende con dificultad y la flama se apaga.
Si la flama es verde, el aroma es picante, irritante y el material es suave y flexible, puede tratarse de PVC plastificado
Si la flama es verde, el aroma picante, irritante y el material es duro y brillante, puede tratarse de PVC sin plastificar
Si la flama es amarrilla y huele a formaldehído, tal vez sea poliacetal
Si la flama es amarrilla pero no tiene un olor característico y tiene un tacto resbaloso, acerque una punta fría de metal a la superficie caliente y observe.
Si se forman filamentos, probablemente sea poliamida (nylon)
Si no hay una flama real y el material forma una estructura celular y se descompone, probablemente sea policarbonato.
La
Goma Guar se deriva del endospermo molido de la planta
de guar, Cyamopsis tetragonolobus, de la familia de
las leguminosas. La planta es cultivada comercialmente
en India y Pakistán para el consumo humano y
animal. También es cultivada en el semiárido
sudoeste de los Estados Unidos. El tiempo de cultivo
es de aproximadamente 20 a 25 semanas. La planta de
guar es una leguminosa que lleva una vaina, fijador
del nitrógeno, es robusta y resistente a sequedad
y crece con tallos de 1 a 2 m de altura. Las vainas
de la semilla tienen aproximadamente 15 cm de largo
y contienen seis a nueve semillas de aproximadamente
2 a 3 mm en el diámetro. Aproximadamente 14 a
16% de la semilla son la cáscara, 38 a 45% representan
el endospermo y 40 a 46% el germen.
Procesamiento
En
el procesamiento comercial de la goma guar, se utiliza
una variedad de métodos para separar eficazmente
el endosperma de la cáscara y del germen. La
cáscara se elimina remojando en agua y posterior
molienda en varias fases y cernido, o calentando y carbonizando
la cáscara por tratamiento con fuego. Después
se usa una molienda diferencial para separar el germen
del endosperma, ya que hay una diferencia en la dureza
de cada componente. Se puede usar molinos de roce, de
martillo, o de rodillo. El endosperma separado, que
contiene 80% galactomano, se muele finalmente a un tamaño
de partícula fino y se vende como goma guar.
Características
físicas
La
Goma Guar es un polvo blanco a blanco-amarillento, casi
sin olor y sin sabor. Las calidades técnicas
son ligeramente más oscuras en el color. Los
tamaños de la malla fácilmente disponibles
son de 40 a 300 milimicrones.
Solubilidad
La
Goma Guar se dispersa e hidrata casi completamente en
agua frío o caliente, formando soluciones muy
viscosas. Es insoluble en solventes orgánicos.
Viscosidad
La
viscosidad de dispersiones o soluciones de goma guar
depende de temperatura, tiempo, concentración,
pH, velocidad de agitación y tamaño de
la partícula del polvo,. En agua fría
la viscosidad máxima se logra en 1 a 4 horas.
El polvo más fino de goma guar se hidrata más
rápido que los polvos gruesos. Para uso en alimentos
la viscosidad de una solución al 1% varía
de 2000 a más de 5000 cps.
Características
químicas
Goma
Guar, como la goma de algarrobo, es un polisacárido
que tiene una cadena recta de D-mannopyranose unidos
por B-(1->4) juntas con bifurcaciones laterales de
unidades solas de D-galactopyranose y unida las otras
unidades de manosa por juntas de (1->6). El peso
molecular de este galactomano es 220, +/- un 10%. La
goma de algarrobo tiene bifurcaciones únicas
de galactosa en cada cuarta unidad del manosa. La bifurcación
lateral mayor de las moléculas de goma guar causa
su mejor hidratación en agua fría, así
como una mayor actividad en la fijación de hidrógeno.
En promedio, la goma guar contiene 80% galactomannan,
12% agua, 5% proteína, 2% residuo insoluble en
ácidos o fibra cruda, 0,7% ceniza, 0,7% grasa,
un rastro de metales pesados, cero arsénico,
y cero plomo, aproximadamente.
pH
El
pH de una solución al 1% de goma guar está
entre 5,0 y 7,0. Las soluciones de goma guar tienen
una acción de buffer y son muy estables a pH
de 4 a 10,5. El método preferido para preparar
una solución con un pH muy bajo o muy alto es
preparar una solución con un pH de 8 y entonces
ajustar el pH a tan alto como mayor de pH 11 o a tan
bajo como pH 1. La hidratación más rápida
ocurre entre el pH 7,5 y 9.
Compatibilidad
La
Goma Guar es un polímero no iónico compatible
con la mayoría de otros hidrocoloides vegetales
como tragacanto, karaya, arábiga, el agar, alginatos,
carragenatos, goma de algarrobo, pectina, metilcellulosa
y carboxy-metilcellulosa. La Goma Guar también
es compatible con casi todos los almidones químicamente
modificados, almidones crudos, celulosas modificadas,
polímeros sintéticos, y proteínas
solubles en agua. Algunas sales multivalentes y solventes
miscibles en agua alteran la hidratación y la
viscosidad de soluciones de goma guar y producen geles.
El ion del borato inhibirá la hidratación
de goma guar.
La
Formación de GeI
El
ion del borato actúa como un agente de vinculación
cruzada con goma guar hidratada formando geles de estructuras
cohesivas. La formación y fuerza de estos geles
dependen del pH, temperatura y concentraciones de los
reactivos.La transformación de solución
en gel es reversible ajustando el pH debajo de 7 o calentando.
La nueva solución tendrá la misma viscosidad
como la solución original.
Preservativos
Las
soluciones de Goma Guar como la de otros hidrocoloides
vegetales están sujeto al ataque bacteriano.
Una mezcla de 0,15% metil- y 0,02% propil- parahidroxi-benzoato
puede usarse para conservar las soluciones de goma guar.
Para las aplicaciones en alimentos, se recomienda especialmente
benzoato de sodio y ácido cítrico. El
ácido sórbico y/o Sorbato de Potasio también
se usa como un preservativo para goma guar en quesos
procesados.
Usos
Goma
Guar se usa principalmente para espesar soluciones acuosas
y para controlar la movilidad de materiales dispersados
o disueltos.
Alimentos
Alimentos
lácteos
La
característica de goma guar como fijador de agua
la hace ideal como agente de hidratación rápida
en la formación de soluciones coloidales viscosas.
Es versátil como espesante o modificador de viscosidad.
La Goma Guar se usa en los estabilizadores de helado,
sobre todo a temperatura alta, en procesos de tiempo
corto dónde las condiciones requieren 80 º
C durante 20 a 30 segundos. Goma Guar también
se usa en la estabilización de chupa-chupas y
sorbetes. Se usa en una variedad de productos de queso
suaves, en quesos crema procesados y pasteurizados y
en la producción para aumentar el rendimiento
de sólidos de la cuajada. Produce cuajadas suaves,
compactas, de textura excelente. Los quesos cremosos
se producen mezclando 1 a 2% goma guar con los otros
ingredientes del queso, fundiendo, y después
enfriando la mezcla homogénea.
Productos
de panadería
Goma
Guar, cuando es agregada a diferentes tipos de masas
durante el amasado, aumenta el rendimiento, da mayor
elasticidad, y produce una textura más suave,
vida de estante más larga y mejores propiedades
de manejo. En pasteles y masas de bizcocho, goma guar
produce un producto más suave que se saca fácilmente
de los moldes y se rebana fácilmente sin desmenuzar.
Carne
Goma
Guar actúa como un aglutinante y lubricante en
la fabricación de una variedad de productos de
carne como salchichas, productos de carne llenados y
comida animal enlatada. Goma Guar disminuye la pérdida
de peso durante el almacenamiento.
Bebidas
Goma
Guar es útil espesando diferentes bebidas de
fruta y bebidas dietéticas sin azúcar.
Goma Guar más carragenato se usa para estabilizar
jarabes de chocolate y mezclas de chocolate en polvo.
Néctares de frutas que consisten de puré
de fruta, jugo de fruta, azúcar, ácido
ascórbico y ácido cítrico obtienen
una textura buena y una viscosidad estable mediante
la adición de 0,2 a 0,8% goma guar.
Aderezos
y salsas
La
propiedad para espesar de la goma guar se usa para mantener
la estabilidad y apariencia de aderezos, salsas de encurtidos,
aderezos condimentados y salsas de barbacoa. Goma Guar
es compatible con las emulsiones muy agrias y eficaz
a porcentajes de 0,2 a 0,8% del peso total.
Productos
farmacéuticos y Cosméticos
Goma
Guar se usa como un depresor del apetito y como desintegrador
y agente aglutinador en tabletas comprimidas. También
se usa para espesar diferentes cosméticos como
lociones y cremas.
Industrial
Industria
del papelUno de los mayores usos de la goma guar en
este segmento donde se le utiliza como agente retenedor
de humedad en los procesos de manufactura de papel confiriéndoles
características especiales, se usa también
como corrector de irregularidades en las prensas y calandras.
Industria
minera
Goma
Guar su usa como floculante en el proceso de separación
de líquidos de sólidos por medio de filtración,
sedimentación y clarificación. Goma guar
acelera la sedimentación de lodos suspendidos
y facilita su remoción. También se usa
como depresor de talco en operaciones de minería.
Industria
del tabaco
Goma
Guar se usa como aglutinante de tabaco fragmentado en
la producción de hojas del tabaco reconstituidas.
Estas hojas flexibles, con la fuerza tensil y espesor
de una hoja de tabaco, retienen las características
de sabor y aroma del tabaco y se mezclan con hojas de
tabaco. Las hojas son formadas pasando una mezcla húmeda
de goma guar, el humectante, y el polvo de tabaco entre
rodillos de acero que giran a velocidades periféricas
diferentes permitiendo la reincorporación de
partículas que originalmente no podían
ser utilizadas.
Industria
textil
Los
derivados de Goma Guar se usan en los procesos de impresión
por rodillo o de silk screen, así como en agentes
de acabados. Estos derivados también se usan
como espesativo de pastas de impresión.
Explosivos
Como
agente impermeabilizante, la goma guar se ha usado para
producir un explosivo de nitrato de amonio resistente
al agua.
Tratamiento
de agua
La
Goma Guar es aprobada por el Servicio de Salud Pública
americano para su uso en el tratamiento de agua potable,
junto con otros coagulantes como alumbre (potasio de
sulfato aluminio) hierro (III) sulfato, y cal (óxido
de calcio). Goma Guar aumenta el tamaño de los
floculos formados por el coagulante inicialmente, incrementando
la sedimentación de impurezas sólidas,
reduciendo el paso de sólidos a los filtros y
el tiempo entre retro-lavados. En aguas industriales,
goma guar forma flóculos con arcilla, sílice,
carbonatos e hidróxidos cuando es usado solo
o junto con coagulantes inorgánicos.
Perforación
petrolera
La
goma guar se usa a menudo para controlar el flujo de
agua y como un coloide protector en lodos de perforación
de pozos petroleros. También se usa en la fractura
de ácidos para aumentar el flujo de petróleo.
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.
·
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.
·
Procesos microbiológicos: están dados
por la acción de los microorganismos patógenos
los que provocan el deterioro de los productos.
Para
frenar la acción de estos procesos se buscan
condiciones de almacenaje que retarden el deterioro
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.
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 –1ºC
y 8ºC. 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 y de muchos mesófilos.
No
obstante, el que se logre el resultado esperado está
en dependencia de otros factores, además de la
temperatura y las otras condiciones de almacenaje. La
vida útil de los vegetales refrigerados depende
de la variedad, 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 y el envasado y del
envase, entre otros.
En
el caso de las frutas la velocidad de respiración
varía con la temperatura. 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.
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.
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, iniciándose con
ello 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.
La
refrigeración puede aplicarse sola o en combinación
con otras técnicas, tales como la irradiación,
las atmósferas modificadas y controladas, 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.
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.
Una vía que puede para la determinación
de este tiempo lo constituye un método gráfico.
Este se basa en gráficos para cada una de las
formas geométricas sencillas, esferas, paralelepípedos
y cilindros, donde se relacionan un factor de temperatura,
el número de Fourier que relaciona la difusividad
térmica, el tamaño del producto y el tiempo
de enfriamiento, y el número de Biot que relaciona
el coeficiente de transferencia de calor, la conductividad
y el espesor del producto.
El
método antes descrito supone que la transferencia
de calor es unidireccional. Cuando la transferencia
de calor se desarrolla en más de una dirección,
la obtención del citado tiempo conduce a series
infinitas, quedando demostrada la posibilidad de limitarse
solo al primero de sus términos. Para el trabajo
práctico se han preparado tablas y figuras las
que de manera rápida y sencilla permite determinar
el tiempo de enfriamiento.
Este
método se basa en la combinación de la
transferencia de calor unidireccional desarrollada en
figuras geométricas sencillas como la esfera,
el cilindro y la esfera. Así, para un cilindro
de longitud finita donde la transferencia de calor se
efectúe en los sentidos radial y longitudinal,
el método combina la solución del cilindro
para el primero y la lámina para el segundo.
En el caso de un paralelepípedo se combina las
soluciones correspondientes a tres láminas.
Este
último brindará resultados más
precisos en la medida que la figura geométrica
se acerca más a una figura regular. Se ilustra
la aplicación de estos métodos a diferentes
sistemas.
Características
del agua
El agua es el constituyente más abundante en
la mayoría de los alimentos en estado natural
por lo que 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. Esta 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 como su contenido total, ya que de ello
dependerá su aptitud para el deterioro.
El agua constituye un disolvente para las numerosas
especies químicas que pueden difundirse y reaccionar
entre ellas. El agua también puede difundirse
y participar en diversas reacciones, especialmente las
de hidrólisis. La introducción en el agua
de distintas especies químicas en solución
o en suspensión coloidal da lugar a las denominadas
propiedades coligativas, las cuales dependen del número
de moléculas presentes. En tal sentido pueden
citarse 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,
entre otras. Estas propiedades determinan el comportamiento
de los alimentos.
Las moléculas del agua en el estado sólido
están ligadas entre sí por enlaces hidrógeno,
lo que da origen a la formación de polímeros
de estructura cristalina en el que cada molécula
está unida a otras cuatro.
Los diversos agentes influyen de modo diferente sobre
la estructura del agua. Así, por ejemplo, los
electrolitos como Na+, K+, Cl-, fuertemente hidratados
en solución disminuyen el número de enlaces
de hidrógeno entre las moléculas de agua.
Las sustancias en solución capaces de formar
enlaces de hidrógeno por si mismas pueden modificar
la asociación entre las moléculas de agua
de acuerdo con su compatibilidad geométrica con
la red existente.
El agua a su vez modifica propiedades tales como la
estructura, difusión, reactividad, etc., de las
sustancias en solución.
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 del vapor de agua:
aw = pw / po
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.
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
los especies químicas presentes disminuyen la
capacidad de vaporización del agua.
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 monomolecular 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 procesos indeseables
en los productos.
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 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
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.
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 ala 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, el 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.
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) la formación
de los cristales de hielo se halla 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 producto de lo cual
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.
Velocidad
de congelación.
La calidad de los alimentos congelados se encuentra
influenciada por la velocidad con que se produce la
congelación. 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
afectaciones desde el punto de vista nutritivo.
La resistencia de diversos tejidos animales y vegetales
a la congelación es muy diversa. Así,
las frutas y los 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.
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 disminuyen considerablemente su volumen.
Este desplazamiento del agua y la acción mecánica
de los cristales de hielo sobre las paredes celulares
provocan afectaciones en la textura y dan lugar a la
aparición de exudados durante la descongelación.
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 afectaciones 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.
Existen diversa maneras de definir la velocidad de congelación
siendo estas: el tiempo característico de congelación,
el tiempo nominal de congelación y la velocidad
media de congelación.
Modificaciones de los alimentos durante la congelación.
La congelación provoca el aumento de la concentración
de los solutos presentes. A pesar 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 reaccione se produce entre –5ºC
y –15ºC.
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 estos 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
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.
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 de los tejidos vegetales), lo que
originan pérdida de líquido durante la
descongelación.
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
