Refrigeración y congelación

Transcripción

1 Refrigeración y congelación Objetivos 1. Conocer los objetivos y usos de la refrigeración y congelación de alimentos. 2. Conocer los efectos de estos procesos en los alimentos. 3. Comprender las curvas de enfriamiento y congelación y los factores que afectan los tiempos de proceso 4. Comprender el funcionamiento de los sistemas mecánicos de refrigeración e identificar ventajas y desventajas de los diferentes métodos de enfriado y congelado. 1

2 1. Introducción-definición. -La refrigeración y congelación se encuentran dentro de los métodos más antiguos utilizados para la conservación de alimentos. -Estos métodos moldearon en gran parte al sector agroindustrial argentino. REFRIGERACIÓN 2

3 2. Objetivos de la refrigeración I. Mantener la calidad y extender la vida de los productos. II. Favorecer otros procesos durante la elaboración de alimentos. Tabla 1: Vida útil (días) algunos alimentos de origen animal y vegetal. Alimento 0 º C 22 º C 38 º C Carne bovina Menos de 1 Pescado Menos de 1 Frutas Hortalizas de hoja Semillas secas o más 350 o más 100 o más 3

4 Tabla 2: Pérdida de calidad en maíz durante el almacenamiento a distintas temperaturas y tiempos. Horas de almacenamiento Porcentaje de azúcares simples perdidos por respiración o formación de almidón Temperatura de almacenamiento 0 º C 8,1 14,5 18,0 22,0 20 º C 25,6 45,7 55,5 62,1 1 semana Fruta comercializable (%) Tiempo a 30ºC (h) 4

5 Cómo la refrigeración permite extender la capacidad de almacenamiento? a. Reduce el desarrollo de microorganismos. N de bacterias x horas 1 hora 2 horas 10 horas Salmonella Crecimiento de Penicillium sp. en naranja Coagulación ácida de leche por acción de bacterias lácticas b. Reduce la actividad metabólica Actividad respiratoria de espinaca Temperatura 0ºC 10ºC 20ºC Tasa respiratoria (mg CO 2 kg -1 h -1 ) TASA RESPIRATORIA DETERIORO 5

6 c. Disminuye la deshidratación d. Retrasa reacciones indeseables 6

7 II. Favorecer la realización de algún procedimiento durante la elaboración de alimentos. Enfriamiento de leche tratada térmicamente antes del procesamiento Cristalización de aceites para elaborar margarina Eliminación de turbidez Control de fermentación II. Favorecer la realización de algún procedimiento durante la elaboración de alimentos. Madurada s/madurar 7

8 3. Curvas de enfriamiento Qué factores que afectan el tiempo de enfriamiento? 1-Temperatura inicial 2-Medio refrigerante (ej. Agua-aire) 3-Velocidad del aire si se usa. 4-Área expuesta 5-Espesor 6-Conductividad térmica 7-Diferencia de temperatura entre el alimento y el medio refrigerante. T 1/2 : Tiempo requerido para enfriar el producto a la mitad de la diferencia entre la T inicial del producto y la del medio refrigerante El tiempo de enfriamiento en la práctica se estima como T 7/8 o tres veces el T 1/2 8

9 4. Sistemas de refrigeración ABIERTOS: El refrigerante es eliminado CERRADOS: El refrigerante es recuperado y recirculado -Hielo -CO 2 sólido -Sistemas mecánicos de refrigeración -Líquidos criogénicos 4.1. Refrigeración con hielo. -El uso de hielo para la conservación de alimentos se remonta a tiempos prehistóricos. -Al fundirse el hielo absorbe el calor del producto que se desea refrigerar Ventajas Bajo costo. Instalaciones. Desventajas Envases. Aprovisionamiento. Limitado a ciertos productos. 9

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11 4.2. Sistemas de refrigeración mecánica. Partes de un sistema mecánico de refrigeración. Gas comprimido COMPRESOR Liquido CONDENSADOR EVAPORADOR VALVULA DE EXPANSIÓN 11

12 Funcionamiento sistema mecánico de refrigeración Gas comprimido D: Condensador C: Compresor Líquido Gas Cámara de refrigeración B: Evaporador A: Válvula de expansión Enfriado: Disminución de la temperatura de un producto desde hasta la temperatura deseada. Almacenamiento refrigerado: Mantenimiento de los productos a la temperatura deseada. Temperatura Ti Tf ENFRIADO ALMACENAMIENTO REFRIGERADO Tiempo 12

13 CURIOSIDAD AGROINDUSTRIAL 13

14 5. Métodos de enfriado 5.1. Hielo 5.2. Aire no forzado 5.3. Aire forzado 5.4. Agua 5.5. Vacío 5.6 Intercambiadores de placas 5.7. Intercambiadores tubulares 5.8. Intercambiadores de superficie rascada 5.2. Aire no forzado Ventajas -Relativamente bajo costo. Desventajas -Enfriamiento lento. 14

15 5.3. Aire forzado Ventajas -Más rápido que aire no forzado. Desventajas -Velocidad insuficiente para algunos productos Agua Ventajas -Más rápido que aire forzado. Desventajas -Intolerancia de algunos productos. -Envases. 15

16 A fin de reducir la contaminación con microorganismos se recomienda el uso de cloro como desinfectante Vacío Agua Presión (Pa) Temperatura de ebullición ( C) Al reducir la presión se favorece la eliminación evaporativa de agua del producto. Esto provoca un rápido enfriamiento. -Se utiliza principalmente para el enfriamiento de hortalizas de hoja y hongos. 16

17 Ventajas -Alta velocidad. Desventajas -Alto costo (inversión inicial). -Pérdida de peso durante el enfriamiento del producto. -Normalmente son operaciones discontinuas. Comparación de métodos de pre-enfriado 17

18 5.6. Intercambiador de placas -Consiste en una serie de placas corrugadas de metal con orificios para el pasaje de 2 líquidos entre los que ocurre el intercambio de calor. Características operativas -La corrugación de las placas favorece el flujo turbulento. -Se trabaja en contra corriente para aumentar la eficiencia. Ventajas -Dimensionamiento flexible. -Eficiencia de intercambio. Desventajas -Sólo para líquidos no particulados. Usos -Pasteurización de leche, ciertos jugos. 18

19 5.7. Intercambiador de tubos Fluido 1 Fluido 2 Usos -Líquidos particulados Intercambiador superficie rascada -Son intercambiadores tubulares pero además poseen una serie de agitadores ( rascadores ) mayor eficiencia en la transferencia de calor. Usos -Alimentos con alta viscosidad en los que la transferencia de calor es menos eficiente. 19

20 6. Almacenamiento refrigerado Como estimación gral 25% del área del piso de las cámaras se destina a pasillos y espacios muertos - T y H -Espacios de pared piso -Limpieza (POES, registro) Efectividad de protectores de puertas Cortinas de aire: 79% Cortina Plástica 93% Aire + Cortina Plástica 91% RECEPCIÓN EN COMERCIOS DE DISTRIBUCIÓN 1. Descarga en cámara no afuera, no en la puerta. 2. Inspección y recuento en cámara 3. Remoción de frutos atacados 4. Mantener puera cerrada o usar cortinas. 5. Colocar berries en zonas más frías 6. FIFO 20

21 Cadena de frío PRESENTACIÓN PARA VENTA Balance entre diseño para aumentar venta y mantener baja temperatura. El secreto es la rotación. Módulos no refrigerados Módulos refrigerados 4ºC No obstruido Módulos refrigerados 10ºC Obstruido 21

22 OPTIMIZACION DEL TRANSPORTE REFRIGERADO LIMPIO. CIERRE. PREENFRIADO. TEMP EN ZONA + CALIENTE. Congelación -0,8 1,4ºC CIRCULACION ASEGURAR CARGA TRAT CUIDADOSO CADENA DE FRÍO Oscilaciones térmicas

23 Desórdenes por refrigeración y cadena de frío Daño por frío en frutas y hortalizas Acortamiento de fibras por enfriamiento inadecuado en carne CONGELACIÓN 23

24 7. Congelación: introd, definición y objetivos -La congelación es un medio excelente para mantener casi inalteradas durante un tiempo prolongado las características originales de alimentos perecederos. A nivel comercial los productos se conservan alrededor de ºC. Objetivos -Mantener la calidad y aumentar la capacidad de almacenamiento -Asistir a otro proceso en la industria (ej concentración Tabla 4: Vida de almacenamiento de algunos alimentos congelados. Alimento Espárragos Brócoli Filetes de róbalo Helados Duraznos Frutillas Temperatura de almacenamiento - 18 º C meses 2 3 años meses 3 4 meses meses meses - 12 º C 4 meses 8-10 meses 6 8 meses 1 mes 4 meses 6 8 meses 24

25 Mecanismos? -Descenso de la temperatura -Remoción del agua en forma de hielo 8. Curvas de congelación 8.1.Curva de congelación del agua a Temperatura(ºC) 20 0 b c d -18 Tiempo 25

26 Alimentos Jugo manzana Jugo manz. conc Espárragos Zanahorias Jugo naranjas Carne vacuna Pan Vegetales Frutas Leche Pescado Temp. Inicial congelación -1,44-11,33-0,67-1,11-1,17-1,10-2,00-0,8 a -2,8-0,9 a -2,7-0,5-0,6 a 0,2 Curva de congelación de un alimento a Temperatura(ºC) 20 0 b c d -18 Tiempo 26

27 9.Efecto de la congelación sobre los alimentos: A-Cambio de volumen. B-Daño sobre las células ocasionado por los cristales de hielo. C-Concentración de solutos. D-Otros: En algunos casos se observa precipitación de almidón y proteínas y desestabilización de emulsiones. A-Cambio de volumen: -El volumen del hielo es mayor que el del agua líquida por lo que durante la congelación los alimentos se dilatan. 27

28 B-Daño ocasionado por los cristales de hielo. La cristalización posee 2 etapas: 1. Nucleación 2. Crecimiento cristalino Nucleación Asociación de moléculas de forma ordenada y tamaño suficiente para servir de sitio para el crecimiento cristalino. Crecimiento cristalino Agrandamiento de los núcleos por adición ordenada de moléculas. -La formación de cristales de hielo esta afectada por la velocidad de congelación. Congelación rápida Congelación lenta 28

29 Congelamiento rápido -Cristales intra y extra celulares. -Numerosos cristales pero pequeños. -La calidad del producto congelado es en general superior. Congelamiento lento -Mayor formación de cristales a nivel extracelular. -Pocos cristales pero de gran tamaño. -Menor calidad en general. C-Concentración de solutos: -A medida que la temperatura desciende el agua se congela incrementándose la concentración de los solutos. D-Otros La estabilidad de emulsiones puede afectarse por la congelación. 29

30 10. Métodos de congelación a. Lentos (0,1-0,5 cm h -1 ) -Almacenes de congelación. b. Semi-rápidos (0.5-5 cm h -1 ) -Túneles de aire forzado. c. Rápidos (5-10 cm h -1 ) -Congeladores de lecho fluidizado. d. Ultra rápidos cm h -1 ) Congeladores criogénicos. -Cámaras: Velocidad de congelación baja (0,2 cm h -1 ) 30

31 Túneles: Velocidad de congelación media (0,5-5 cm h -1 ) -El producto se coloca en bandejas fijas o bien atraviesa el túnel en forma continua. Lecho fluidizado: Velocidad de congelación alta (5-10 cm h -1 ) -Se utiliza en alimentos de tamaño relativamente pequeño. Aire Lecho fluidizado 31

32 Congeladores criogénicos: Velocidad de congelación muy alta ( cm h -1 ). Entrada de producto N 2 (g) Baño N 2 liquido 11. Almacenamiento congelado quemado de freezer Formación de cristales muy grandes Exudado Manchado 32

33 LIOFILIZACIÓN Preservación de materiales biológicos sin deteriorarlos, por medio de la congelación del agua y la posterior sublimación del hielo. Materiales liofilizados: - Alimentos con mucho valor - Células vivas (bacterias, levadura) Liofilización Conclusiones 1-La refrigeración y congelación son 2 de los procesos más difundidos en la agroindustria. 2-Sus objetivos son 1) mantener la calidad y retrasar el deterioro de los productos o 2) asistir a algún proceso durante la elaboración. 3-Los sistemas de refrigeración pueden ser abiertos o cerrados (refrigeración mecánica). 4-Las partes constituyentes de un sistema mecánico de refrigeración incluyen: compresor, condensador, válvula de expansión y evaporador. 33

34 5-El enfriamiento puede realizarse por hielo, agua, aire forzado o no forzado, vacío, intercambiadores de placas, tubos o superficie rascada. 6-La congelación de alimentos permite extender marcadamente su vida de estante. 7-La velocidad de congelación afecta la calidad de los productos congelados ( v calidad). 8-El mantenimiento de la cadena de frío tanto en alimentos congelados como refrigerados resulta crucial para evitar el deterioro y desarrollo de microorganismos indeseables. 34