Preservación de Alimentos PDF

REPASAR FACTORES DE CALIDAD PRESERVACIÓN DE ALIMENTOS ACTIVIDAD DE AGUA ¿Qué es preservar un alimento? 1. Garantizar la inocuidad del alimento. 2. Conservar las características sensoriales y nutricionales. ¿Cómo se prese...

REPASAR FACTORES DE CALIDAD PRESERVACIÓN DE ALIMENTOS ACTIVIDAD DE AGUA ¿Qué es preservar un alimento? 1. Garantizar la inocuidad del alimento. 2. Conservar las características sensoriales y nutricionales. ¿Cómo se preserva un alimento? 1. Destruyendo los microorganismos que lo contaminan e impidiendo que se vuelva a contaminar (envasado). No conlleva (o no debería conllevar) supervivencia de microorganismos. 2. Impidiendo la multiplicación de los microorganismos. En este caso quedarán microorganismos remanentes en estado latente por lo que es necesario aplicar otros métodos para destruirlos como la cocción. Tecnologías de preservación DESTRUCCIÓN INHIBICIÓN Tratamientos térmicos: Por Bajas temperaturas: Enfriamiento y pasteurización/esterilización mediante calor congelación. logrando la destrucción de la célula Reducción de la aW: Deshidratación, vegetativa. salado, azucarado. Radiación: Reducción de la contaminación Acidificación: Artificial por agregado de microbiana mediante radiaciones ácidos o natural por fermentación. electromagnéticas. Se utiliza en alimentos Métodos combinados secos. Incremento del alcohol: Fermentación alcohólica. Conservantes químicos: Nitrito, sorbato, benzoato, sulfito y propionato. Daño colateral de la preservación… Efecto en propiedades: 1  REPASAR FACTORES DE CALIDAD Sensoriales: Textura, sabor, aroma, color, tamaño. Nutricionales: Pérdida de vitaminas, minerales. De esto dependerá la selección del método de preservación y el envase del alimento. Seguridad alimentaria Es responsabilidad de la industria de procesamiento de alimentos garantizar a los consumidores que sus productos sean inocuos y que cumplen con los requisitos legales. El término inocuo significa que no hace daño. La calidad de un alimento preservado incluye las siguientes características: 1. Inocuidad: Factor prioritario 2. Nutricional 3. Sensorial 4. Comercial La principal función de la preservación es lograr la inocuidad. Las herramientas utilizadas para la prevención son: 2  REPASAR FACTORES DE CALIDAD Leyes obligatorias: CAA Requisitos de los clientes Inspecciones HACCP BPA BPM Normas voluntarias: GFSI Contaminantes en alimentos Contaminación microbiológica → Preservación Tóxicos naturales Contaminantes industriales Residuos pesticidas Residuos de drogas veterinarias Migración de constituyentes del envase Intoxicaciones alimentarias ➔ Por contaminación de los alimentos con microorganismos patógenos. ➔ Por contaminación de los alimentos con venenos químicos o naturales (en menor proporción). 3  REPASAR FACTORES DE CALIDAD Bacterias Que producen infecciones… Salmonella Shigella Campylobacter Yersinia Listeria monocytogenes E. coli 0157:H7 En general se pide ausencia de los mismos ya que aun en bajas cantidades generan infecciones. Los métodos de preservación deberán destruirlas. Que producen intoxicación… Clostridium botulinum Staphylococcus aureus Bacillus cereus 4  REPASAR FACTORES DE CALIDAD A diferencia del otro grupo de microorganismos, es necesario que se desarrolle una cantidad significativa de microorganismos para producir una cantidad considerable de toxinas que causan daño en la salud. Es por ello que no se pide ausencia pero si bajas concentraciones. Los métodos de preservación deberán inhibirlas. Tanto para determinar qué microorganismos eliminar o inhibir, la preservación deberá tener en cuenta a su vez las condiciones de uso del alimento, por ejemplo en una leche en polvo se pide una determinada concentración de Staphylococcus aureus ya que al reconstituirla se dan las condiciones adecuadas para su multiplicación. Tratamientos previos a la preservación Pre-tratamientos de la preservación Evitan que el producto sufra deterioro y logre llegar de la mejor forma posible al producto final. 1. Escaldado: Tratamiento térmico para inactivar enzimas. Se aplica antes de la congelación, deshidratación y enlatado. 2. Sulfitado: Para inhibir el oscurecimiento de frutas y vegetales. Se aplica antes de la deshidratación. Posee restricciones legales ya que es un aditivo. 3. Pasteurización/Cocción: Tratamiento térmico para reducir el número de microorganismos en el alimento a preservar. Consiste en inactivar enzimas y destruir patógenos. Se aplica antes de la deshidratación, congelación y refrigeración. Incluso se utiliza antes de la esterilización para lograr que el tratamiento tarde menos y que implique un menor daño colateral en el producto. Enzimas Son producidas por microorganismos (exoenzimas) o propias del alimento. Polifenoloxidasa: Pardeamiento de frutas y verduras. Lipooxigenasa: Desarrollo de off-flavors oxidativos, oxidación de vitaminas. Poligalacturonasa: Cambios en la textura. 5  REPASAR FACTORES DE CALIDAD Peroxidasa: La más resistente al calor. La ausencia de actividad de esta enzima se usa como criterio de eficacia del escaldado. A diferencia de los microorganismos, las enzimas siguen actuando aún en bajas temperaturas por lo que son importantes los tratamientos previos a los métodos de preservación para inactivarlas. Las enzimas son mayormente inhibidas por calor o reducción del pH por acidificación con ácido cítrico como tratamiento temporario para inhibir enzimas. Las enzimas naturalmente presentes en el alimento comienzan a catalizar las reacciones oxidativas cuando la superficie del producto cortado se expone al aire. Dada la naturaleza oxidativa de los cambios enzimáticos, la presencia de agentes reductores como el SO2 (u otros antioxidantes como el ácido ascórbico) ayudan a prevenir la actividad enzimática, aunque son solamente retardadores del oscurecimiento. Sulfitos 1. Dióxido de azufre, SO2 2. Metabisulfito de sodio, Na2S2O5 3. Bisulfito de sodio, NaHSO3 4. Sulfito de sodio, Na2SO3 5. Metabisulfito de potasio, K2S2O5 6. Bisulfito de potasio, KHSO3 Las sales se utilizan en solución acuosa y se incorporan al alimento como “spray” ó por inmersión. Los límites máximos se ajustan a los requisitos legales por ej CAA cap XVIII Aditivos alimentarios por ej 50 ppm. Funciones Inhiben pardeamiento enzimático (inhiben a la polifenoloxidasa) y no enzimático. Controlan el pardeamiento durante el procesamiento (deshidratación) y almacenaje de varios alimentos. 6  REPASAR FACTORES DE CALIDAD Está sujeto a estrictas normas regulatorias ya que: Un importante % de la población de asmáticos es muy sensible a los sulfitos. Se debe declarar en la etiqueta si el alimento posee más de 10 ppm de SO2. Ver alimentos donde se declaren. Acido ascorbico y citrico Previenen el pardeo enzimático. Las enzimas fenolasas en presencia de oxígeno catalizan la oxidación de sustratos fenólicos en el vegetal. Se aplican por inmersión del vegetal cortado. Ácido cítrico: Baja el pH para inhibir la actividad de la enzima. Ácido ascórbico: Agente reductor. Escaldado Es un tratamiento térmico moderado (80-100 ºC) que se utiliza para destruir la actividad enzimática en vegetales y algunas frutas, antes de una etapa posterior de conservación (deshidratación, congelación, enlatado). Si un alimento no se escalda, por ejemplo, antes de la congelación o deshidratación, ocurren cambios indeseables en sus características sensoriales y nutricionales durante su almacenaje posterior a la preservación. También reduce la cantidad de microorganismos, particularmente en la superficie del producto. Efectos Pérdida de componentes solubles: Minerales, vitaminas hidrosolubles. ➔ Destrucción térmica: Escaldado en agua o vapor. ➔ Extracción: Escaldado en agua. Ablandamiento de la textura. La transferencia de calor en escaldado es una transferencia en estado no estacionario. Se tarda un determinado tiempo para llegar a una determinada temperatura en el centro. Equipos 7  REPASAR FACTORES DE CALIDAD Vapor a presión atmosférica Agua caliente Cinética de las reacciones La velocidad de destrucción del componente A es función de la concentración por el coeficiente de velocidad de destrucción. Suele seguir la cinética de reacción de primer orden. La velocidad de reacción es función de la temperatura por la Ley de Arrhenius. A mayor energía de activación mayor dependencia con la temperatura. 8  REPASAR FACTORES DE CALIDAD Siempre hay que evaluar la velocidad de destrucción de los ingredientes vs la velocidad de destrucción de los microorganismos. Conviene que los microorganismos sean altamente dependientes de la temperatura para que bajos saltos térmicos logren una alta tasa de destrucción obteniendo así menor daño colateral. A mayor temperatura se requerirán menores tiempos. Metodos de preservacion de alimentos Acidificación Todos los alimentos son ácidos por lo que poseen una preservación natural. Con alimentos ácidos nos referimos a alimentos por debajo de 4.5, el resto de los alimentos son semi-ácidos o poco ácidos. Se considera así ya que por debajo del pH 4.5 el Clostridium botulinum no puede crecer ni producir toxina independientemente del tipo de ácido utilizado. Se utiliza este método en alimentos acidificables ya que hay alimentos que al acidificarse pierden propiedades importantes como en el caso de la leche que se corta. 9 REPASAR FACTORES DE CALIDAD 10  REPASAR FACTORES DE CALIDAD Las bacterias que son viables a menor pH tienen la ventaja de poder ser destruidas a menores temperaturas. Pequeños saltos de pH significan significativos cambios de acidez ya que se mide en base logarítmica. Según Lambert y Stratford, para conservar alimentos se utilizan ácidos orgánicos débiles ya que para poder ingresar a la membrana del microorganismo, el ácido necesita estar en la forma no disociada. Después de penetrar la pared celular, los ácidos quedan expuestos al pH interno de la bacteria, el cual debe ser superior al del medio externo, y se disocian liberando protones. Como consecuencia el pH interno disminuye y la bacteria debe utilizar energía para regresar al punto de homeostasis. Esto genera que se interrumpa los procesos biológicos de la bacteria y también logra inhibir o detener el crecimiento bacteriano pudiendo incluso matarla. Los ácidos orgánicos son especialmente eficaces frente a bacterias gram negativas. A menor pH más efecto tendrán los ácidos débiles ya que se encontraran no disociados. 11  REPASAR FACTORES DE CALIDAD Reducción de la actividad de agua Agua y estabilidad El agua en alimentos frescos está formada por agua libre y ligada: Agua ligada: Fracción del agua total que tiene propiedades fisicoquímicas (presión de vapor, punto de ebullición, etc) diferentes a las del agua pura. Fuertemente unida a solutos del alimento por puente de hidrógeno (uniones fuertes). Estos solutos incluyen proteínas e hidratos de carbono pero no lípidos ya que son hidrofóbicos. El agua ligada es agua inmovilizada. Agua libre: Se une por fuerzas de capilaridad, es congelable, se remueve por deshidratación. Permite reacciones fisicoquímicas y microbiológicas. Alimentos de baja humedad: Humedad menor al 15%. En alimentos secos predominan los fenómenos de adsorción entre el agua de monocapa y solutos por puente de hidrógeno. En alimentos semihúmedos los solutos reducen la presión de vapor del agua. Humedad y aW Humedad relativa: g agua / 100 g de producto. Indica la saturación del aire en el agua. Depende de la temperatura. aw: Parámetro que se mide de 0 a 1. Es la medida de la presión de vapor del agua en el producto. A medida que el producto es más seco, menor será la presión de vapor ya que el 12  REPASAR FACTORES DE CALIDAD agua estará más retenida por los solutos. La presión de vapor también depende de la temperatura, a mayor temperatura mayor presión de vapor. El agua pura tiene una presión de vapor que depende de la temperatura. A 100°C es la máxima que es 1 atm. Cuando más cantidad de solutos menor la presión de vapor por las interacciones del agua con los solutos. La actividad del agua es una medida de dicha presión de vapor y se equilibra con la humedad relativa del ambiente. La aW se logra disminuir eliminando agua no ligada (secando) o agregando solutos. En el caso de los geles, que el alimento retenga agua no significa que se disminuye el aW ya que el agua está retenida en una matriz tridimensional pero no interacciona por puentes de hidrógeno. Se denomina colapso al apelmazamiento de una matriz tridimensional. Se da por efectos fisicoquímicos. 13  REPASAR FACTORES DE CALIDAD Por debajo de 0.6 se considera que no hay crecimiento microbiano. Sin embargo, pueden haber otros deterioros físico químicos. Isotermas de sorción de agua Relacionan la aW con la humedad en base seca del producto a una determinada temperatura. De esta manera se puede determinar a partir de un determinado aW la humedad a la que debe conservarse el alimento. Cada materia prima posee una isoterma de sorción. 14  REPASAR FACTORES DE CALIDAD Valores bajos de aW: Valores de monocapa, los cuales son humedad mínima residual en el producto. Valores elevados de aW: Agua libre en el producto. 15  REPASAR FACTORES DE CALIDAD Se tiene 2 isotermas de un material A y B. Originalmente A tiene una aW más alta pero al mezclarse con B habrá una transferencia de agua hasta que se equilibre el valor de aW, no la humedad. Dicho valor de aW será un valor intermedio entre A y B. El valor de equilibrio de aW va a ser único pero el valor de humedad de cada componente no, porque cada uno posee su propia isoterma al no tener la misma interacción con el agua. Es por ello que vemos que B se humedece mientras que A se deshumedece. 16 REPASAR FACTORES DE CALIDAD 17  REPASAR FACTORES DE CALIDAD La aW se puede medir o se puede obtener analiticamente. Se modela la isoterma a valores bajos de aW dando una pendiente modelizada, expresando el valor final de aW con una expresión: Solidos: Estado amorfo y cristalino de la materia La morfología amorfa de los sólidos constituye una estructura no ordenada. La temperatura de transición vítrea es la temperatura a la cual ocurre el pasaje del estado amorfo a cristalino, el cual, no es un cambio de fase sino que es un transición de segundo orden metaestable, es decir, que cambia con el paso del tiempo. Los sólidos cristalinos conforman una estructura ordenada y no son higroscópicos, es decir que no intercambian humedad con el medio ambiente hasta que la HR sea suficientemente alta para producir la disolución del cristal (delicuescencia). 18  REPASAR FACTORES DE CALIDAD Los sólidos amorfos se apelmazan más fácilmente ya que al ser amorfos son higroscópicos. A más aW o la HR del ambiente, aumenta la humedad del sólido amorfo, humedeciendose. Mientras que en los sólidos cristalinas al aumentar la HR del ambiente no absorberá agua hasta llegar a una determinada HR en la que el soluto conforme una solución. 19  REPASAR FACTORES DE CALIDAD En sólidos amorfos aumenta la aW hasta cristalizar. Luego, la humedad disminuye y se evapora. Esto no es beneficioso ya que al cristalizar cambia la textura y genera efectos de apelmazamiento. Los sólidos amorfos se obtienen por secado rápido (spray). Siempre hay que evitar que cristalice a partir de la temperatura y humedad relativa del ambiente. Una forma es a partir de encapsulantes o maltodextrina que favorecen que los sólidos amorfos conserven su estado. Propiedades de los alimentos directamente influenciadas por la aW Crecimiento microbiano Transferencia de humedad entre ingredientes Intercambio de humedad con el medio ambiente Apelmazamiento, pérdida de crocancia, caking (endurecimiento). Se dan aproximadamente a partir de una aW de 0.4. Son medidos por el texturómetro, el cual mide la fuerza necesaria para partir un producto. 20  REPASAR FACTORES DE CALIDAD La aW depende de: Tiempo Temperatura Humedad relativa del ambiente Tipo de envase Productos congelados Al congelarse el alimento, ocurre la crioconcentración, lo que baja mucho la presión de vapor del alimento, bajando su aW. Al descongelarse, la aW vuelve a la normalidad. 21  REPASAR FACTORES DE CALIDAD Construcción de la isoterma de sorción Se utilizan soluciones de sales saturadas. Que sean saturadas permite que la aW de dichas soluciones no varíe en función de la concentración de soluto y sea sólo función de la temperatura. Estas soluciones se introducen en la parte inferior del desecador y en la rejilla del desecador se introduce el alimento. Luego de que haya un intercambio de agua entre la solución saturada y el alimento, ambos llegan a una aW de equilibrio. Para medir este valor se utiliza el equipo aqualab mientras que para medir la humedad relativa en base seca del alimento se utiliza la estufa. La construcción de la isoterma de sorción se logra utilizando varias sales para obtener distintas aW del alimento a una determinada T. Productos deshidratados: Obtención de la humedad de monocapa Es la humedad mínima en base seca de cada producto. Se utiliza únicamente para productos deshidratados donde predominan los fenómenos de adsorción del agua en una superficie sólida, no en soluciones. 1. Ecuación de BET 22  REPASAR FACTORES DE CALIDAD Modeliza la isoterma, linealizandola. El primer término es la ordenada al origen y el segundo es la pendiente. m es la humedad del producto y mo es el valor de humedad de monocapa referente al agua ligada y C es una constante que depende del producto. A partir de la ecuación se obtiene mo. 2. Isoterma de GAB Predicción de aW La predicción permite determinar aW sin tener un instrumento en función de la composición del alimento. 23  REPASAR FACTORES DE CALIDAD Las sales que mayor efecto poseen en la aW son: Electrolitos Sales: NaCl, KCl, sales de ácidos orgánicos y sales de cura Azúcares de bajo peso molecular Las grasas y aceites no poseen efecto en la aW ya que son inmiscibles con el agua. 24  REPASAR FACTORES DE CALIDAD La aW mínima será la correspondiente a la de la solución saturada de la sal a una determinada temperatura. Electrolitos: Ley de Raoult 𝑚𝑊 𝑎𝑊 = 𝑚𝑊+ν 𝑚𝑆 ν: Constante de disociación del electrolito. 25  REPASAR FACTORES DE CALIDAD Las soluciones ideales consideran que los solutos no interaccionan entre sí, sino con el agua. La aW se calcula como la presión parcial del agua respecto a la del agua pura. Esto lleva a una fracción molar de agua. Ejemplo: NaCl 10% 10 g / 58.5 g (NaCl) = 0.171 90 g / 18 g (H2O) = 5 xW = 5/(5 + 0.171 v), donde v es el coeficiente de disociación (solo válido para electrolitos), en NaCl es 2 ya que se disocia en 2 iones. La aW calculada con la Ley de Raoult siempre tiene un desvío positivo, lo cual es un cálculo conservador ya que la aW del producto real será menor. No electrolitos: Ecuación de Norrish 26  REPASAR FACTORES DE CALIDAD °Brix: g sacarosa / 100 g solucion 27  REPASAR FACTORES DE CALIDAD Al aumentar la T aumenta la solubilidad aumentando el valor mínimo de aW. Producto final: Ecuación de Ross Para calcula el aW del producto final se utiliza la ecuación de Ross donde se necesita el aW que se obtiene por Raoult o Norrish para cada componente: 28  REPASAR FACTORES DE CALIDAD Una solución sobresaturada no conviene ya que si bien logra aW bajos, cristaliza muy fácilmente según las condiciones de humedad, aumentando la aW nuevamente. 29  REPASAR FACTORES DE CALIDAD Influencia sobre los microorganismos El aW mínimo es el valor de actividad de agua por debajo del cual se inhibe el crecimiento cuando todos los otros factores que influyen son los óptimos (temperatura, pH, oxígeno, nutrientes, inhibidores naturales y agregados) para el microorganismo en cuestión. Valores bajos de aW favorece la plasmólisis celular, deshidratando a las células y haciendo que colapsen. 30  REPASAR FACTORES DE CALIDAD Efecto pH - aW A pH más bajos puedo llegar a valores más altos de aW y viceversa. Se combinan ambas barreras para una mejor preservación. Métodos combinados Logra la preservación por combinación de métodos no tan estrictos, por ejemplo por combinación de acidificación, reducción de aW, agregado de solutos, agregado de aditivos, envasado en atmósfera modificada, temperatura (refrigeración, congelación), etc. Ver metodos de conservacion QA I 31  REPASAR FACTORES DE CALIDAD CONGELACIÓN Objetivo: Inhibir el crecimiento de microorganismos patógenos y deteriorativos. Retrasa reacciones de deterioro químicas y enzimáticas. Mecanismos implicados: Reducción de T y aW. Al bajar la temperatura del alimento a -18 ºC un gran porcentaje de agua del alimento se convierte en hielo. Por lo tanto se reduce la cantidad de agua en estado líquido y aumenta la concentración de solutos en dicha fase. 32  REPASAR FACTORES DE CALIDAD La principal desventaja del método es que no destruye microorganismos sino que los inhibe. Es por ello que hay que tener en cuenta tratamientos previos para eliminar patógenos como escaldado, pasteurización, cocción. La deshidratación y el deterioro mecánico de la textura ocurre cuando hay fluctuaciones de temperatura. Desarrollo microbiano 1. Enfriamiento hasta 0°C 2. Congelación 3. Sobreenfriamiento: Por debajo de los -10°C se detiene la multiplicación de microorganismos y por debajo de los -18°C se detienen las reacciones de deterioro químico y enzimático. Proceso de congelado Durante la congelación, el agua pasa del estado líquido al estado sólido. Si bien este cambio de estado ocurre a 0°C cuando el agua está pura, en el alimento se produce a una menor 33  REPASAR FACTORES DE CALIDAD temperatura debido al descenso crioscópico. Cuando el agua se congela se produce una expansión de su volumen. Esto hace que el producto congelado sea más frágil. Formación de hielo La cristalización consiste en: 1. Nucleación: Asociación de moléculas en una partícula minúscula ordenada, de un tamaño suficiente como para sobrevivir y servir de sitio para el crecimiento de los cristales. Para que ocurra la nucleación debe producirse el sobreenfriamiento por debajo de los 0°C. De esta manera se logra superar la barrera de energía libre involucrada en la formación de una fase nueva: una partícula sólida ordenada. La velocidad de nucleación depende de la temperatura del medio refrigerante y de la velocidad de congelación. Una vez ocurrida la nucleación se va a haber producido la congelación del agua del producto. Siempre el producto tendrá una parte no congelable. La nucleación puede ser: Homogénea: Se produce en sistemas puros que no contienen impurezas. En agua pura, requiere sobreenfriamiento de -40 ºC. Heterogénea o catalítica: Tiene lugar en presencia de agentes nucleantes. Predomina en materiales biológicos y alimentos. En alimentos el sobreenfriamiento suele ser entre -10 y -20 ºC. 34  REPASAR FACTORES DE CALIDAD 2. Crecimiento de cristales: Una vez formados los núcleos estables, estos crecen por adición ordenada de moléculas de agua a la interfase sólido-líquido. La velocidad de crecimiento de cristales está condicionada por: Transferencia de masa: Las moléculas de agua se unen al cristal que van formando y esta velocidad es función de la viscosidad del sistema (la cual aumenta a menores temperaturas). Transferencia de calor: Involucra la eliminación del calor latente de cristalización. En las prácticas comerciales es el proceso limitante de la velocidad de cristalización. El tamaño de los cristales varía inversamente con el número de núcleos formados. Estas dos etapas ocurren simultáneamente, por lo tanto se hace necesario controlar sus velocidades relativas para lograr controlar las características del sistema cristalino. Debe congelarse rápidamente para obtener muchos núcleos y cristales pequeños. Curvas de congelación 35  REPASAR FACTORES DE CALIDAD A a B: Sobreenfriamiento. En la curva de sacarosa en agua vemos que se produce un menor sobreenfriamiento ya que ocurre una nucleación heterogénea por la presencia de soluto. Esto ocurre cuando las impurezas o solutos en una solución actúan como sitios de nucleación, ayudando a iniciar la formación de cristales de hielo a temperaturas más altas que en el caso del agua pura. La presencia de sacarosa o cualquier otra impureza reduce esta barrera energética, proporcionando superficies sobre las cuales las moléculas de agua pueden agruparse más fácilmente para formar un núcleo de hielo. B a C: Formación de núcleos. C a D: Crecimiento de cristales. Congelación a T constante de 0°C (T de congelamiento del agua pura). C’ es menor a C por el descenso crioscópico ocasionado por la presencia de solutos en el alimento. En la solución de sacarosa, la congelación no se da a T constante debido a la crioconcentración, a medida que el producto se va congelando, el producto se concentra en soluto. Es por ello que en los alimentos no se observa la meseta eutéctica. D a E: Sobreenfriamiento del hielo. 36  REPASAR FACTORES DE CALIDAD El punto eutéctico se alcanza cuando se congela la totalidad del agua. Sin embargo, este es muy difícil de alcanzar ya que ocurre a temperaturas muy bajas. Predicción de tiempos de congelación Tiempo de congelación efectivo: Tiempo requerido para congelar un producto desde la temperatura inicial hasta una temperatura final dada en el centro térmico. En congelación comercial, la temperatura final es – 18 ºC. La predicción del tiempo de congelación Tf de un alimento es necesario para el diseño del proceso ya que puede convertirse directamente en el tiempo de residencia del producto en el equipo de congelación. El Tf permite además determinar la velocidad de refrigeración requerida. Centro térmico: Es el punto en el cual la temperatura del producto es más alta durante el proceso de congelación (punto más caliente). Coincide con el centro geométrico durante el enfriamiento, pero durante la congelación esto no se cumple necesariamente porque depende del desplazamiento de los frentes de congelación, que es característico de la geometría del alimento y de la naturaleza del proceso de congelación. 37  REPASAR FACTORES DE CALIDAD La congelación involucra transferencia de calor por conducción en estado no estacionario, ya que la congelación no es inmediata. Es por ello que vemos un perfil de temperaturas en el producto entre la temperatura inicial Ti del producto y la temperatura del medio refrigerante Ta. Este perfil se irá achatando hasta que la temperatura del centro se iguale a la del medio. En la práctica, como el producto tendrá su propia resistencia a la transferencia de calor, es raro que se logren igualar estas temperaturas por lo que se pone un valor meta de Ti. La congelación involucra un cambio de fase, estando las 2 fases separadas por una frontera móvil cuya posición depende del tiempo. El cambio de fase afecta dramáticamente las propiedades del alimento (conductividad térmica, calor específico, densidad) y hace que su comportamiento sea no-lineal. En alimentos la temperatura del cambio de fase cambia gradualmente a medida que el calor latente es removido. Esto implica que la fracción de agua cambia continuamente con la temperatura bajo el punto inicial de congelación. Métodos numéricos: Se basan en la solución de la ley básica que relaciona el flujo de calor por conducción y el gradiente de temperatura: la ecuación de Fourier. Estos son: Más exactos Permiten predecir tiempos de proceso y perfiles de temperatura Poseen una mayor versatilidad Usualmente requieren de tecnología de computación adecuada y programas adecuados que no siempre se encuentran disponibles Métodos aproximados o analíticos: Constituyen soluciones aproximadas de las ecuaciones de transferencia de calor con cambio de fase, que utilizan simplificaciones tales como propiedades térmicas constantes. Permiten conocer el tiempo de congelación pero no dan información sobre los perfiles de temperatura. Son menos exactos que los numéricos. La primera solución fue la de Plank y sus suposiciones son: 38  REPASAR FACTORES DE CALIDAD 1. Temperatura inicial del alimento igual a la temperatura del cambio de fase (el alimento está inicialmente en su punto de congelación). 2. Al final de la congelación la temperatura es igual a la temperatura del cambio de fase. 3. Define el punto final del proceso como el tiempo en el que el frente de congelación alcanza el centro térmico del sistema. La ecuación de Plank predice tiempos de congelación 20-40 % más bajos que los experimentales debido a las siguientes suposiciones: El alimento está constituido por agua en un 100%. Considera que el calor latente de fusión de agua es retirado a la temperatura de congelación y no considera el cambio gradual en Tf. No considera el calor sensible de las etapas de pre enfriamiento y post enfriamiento. Para placa plana infinita: La ecuación de Planck se puede generalizar para las tres geometrías básicas considerando flujo de calor unidimensional: 39  REPASAR FACTORES DE CALIDAD La base teórica de la ecuación de Plank predice la influencia de: Número de Biot (hD/ k) Temperatura del medio refrigerante (Ta) Tamaño del alimento (D) 40  REPASAR FACTORES DE CALIDAD Otra solución fue la solución de Pham: 41 REPASAR FACTORES DE CALIDAD 42 REPASAR FACTORES DE CALIDAD 43  REPASAR FACTORES DE CALIDAD Tc: Temperatura objetivo. cu: cp del alimento no congelado. 44  REPASAR FACTORES DE CALIDAD Calidad de los alimentos congelados Factores que la afectan: Velocidad de congelación Contenido inicial de agua Tipo de envase Condiciones de almacenamiento Abuso térmico (fluctuaciones de temperatura) Atributos que se miden luego del congelado: Color Textura: Terneza, dureza Jugosidad: Capacidad de retención de agua Descongelación/exudado Rendimiento en la cocción 45  REPASAR FACTORES DE CALIDAD La existencia de células y sus membranas introduce un grado de complejidad que no existe en la congelación de una solución: La concentración de solutos es mayor en el citoplasma que en el líquido extracelular. Por ello el punto de congelación del citoplasma es menor. La membrana celular es una barrera para el agua. ¿Qué pasa al congelar a una baja velocidad (menor a 1°C/min)? Se alcanza primero el punto de congelación en la zona intercelular donde se forman los primeros núcleos. Estos cristales crecen disminuyendo el agua líquida intercelular. Se genera un flujo de carácter osmótico desde el citoplasma al exterior de la célula. Los solutos del citoplasma se concentran cada vez más y su punto de congelación desciende. Esto produce una exudación de agua desde el citoplasma de las células al exterior, generando un encogimiento celular y quedando deteriorada la textura del producto al ser descongelado. ¿Qué pasa durante la congelación rápida (mínima 5°C/min)? Se entra rápidamente en la zona de velocidad de nucleación alta. Antes de que puedan crecer los núcleos en el líquido intercelular, se alcanza el punto de congelación del citoplasma. 46  REPASAR FACTORES DE CALIDAD Aparecen muchos núcleos en el interior del citoplasma y en el exterior que forman cristales pequeños. Esta relación no solo debe ser tomada en consideración en el momento de congelar al producto para lograr preservar su textura sino que también hay que considerarla a lo largo de la cadena de suministro del producto. Si hay fluctuaciones de temperatura durante el almacenamiento y/o transporte, se pueden dar las temperaturas necesarias para que los cristales crezcan (recristalización) ya que al aumentar la temperatura, aumenta la movilidad de la matriz alimentaria pudiendo tener un deterioro considerable en la textura. 47  REPASAR FACTORES DE CALIDAD El hielo intracelular solo es posible de obtener en productos de pequeño espesor, especialmente tejidos vegetales y luego animales (hamburguesas, milanesas, escalopes, pequeñas albóndigas, filetes de pescado, mariscos, frutillas, frutas finas, rodajas de frutas o verduras). En cortes grandes tipo músculo entero (cortes anatómicos) solo se obtendrá cerca de la superficie, en el interior será todo extracelular. Esta distribución de localizaciones y tamaños de cristales de hielo afecta: Estructura de las paredes celulares Capacidad para la reabsorción del agua Redistribución de los componentes solubles invisibilizados durante la congelación (principalmente en congelación lenta) Redisolución de proteínas desnaturalizadas En consecuencia, se producen distintas proporciones de exudado al descongelar en función de la velocidad de congelación. La cadena de frío Comprende la secuencia de instalaciones, vehículos, aparatos desde la producción hasta el consumidor. El producto congelado debe mantenerse a una temperatura ≤ - 18 ºC a lo largo de todo el proceso de distribución comercial. Si esto no ocurre se puede dañar la textura del alimento por recristalización del hielo. La cristalización ocurre cuando la temperatura fluctúa en el rango sub-cero. El deterioro en la calidad por dichas fluctuaciones comprende: 1. Cristalización de hielo: Por descongelación parcial o rcongelacion. Al volver a bajar la temperatura se favorece el crecimiento de los cristales grandes. Esta recristalización es mucho más importante que la que ocurre a temperatura constante. 2. Deshidratación superficial: Por sublimación. Al aumentar la temperatura aumenta la presión parcial del agua en el hielo, favoreciendo los procesos de sublimación que llevan al secado superficial (freezer burn) e indirectamente favorecen la oxidación de lípidos y de colorantes (mioglobina, clorofila, polifenoles). 48  REPASAR FACTORES DE CALIDAD 3. Posible crecimiento microbiano: En casos extremos puede llegarse a una descongelación parcial o total que aunque el alimento vuelva a congelarse ya dio lugar a la posibilidad de crecimiento microbiano (caso frecuente en helados). 4. Acelera todas las reacciones químicas y bioquímicas: Las fluctuaciones de temperatura también pueden activar a enzimas y microorganismos alterantes y las toxinas producidos por las mismas en este periodo luego permanecen en el producto sin posibilidad de destruirlas. 5. Calidad organoleptica: Si las fluctuaciones de temperatura son importantes es evidente la perdida de las caracteristicas organolepticas que se evidencia por deformacion, aparicion de escracha, pegoteado al envoltorio, cambio de color y sabor. MODIFICACIONES FÍSICAS Quemado por congelación (sublimación) ¿Qué es?: Modificación física que ocurre cuando la superficie húmeda y fría del producto contacta con una atmósfera no saturada de humedad y parte del hielo superficial se sublima. Este fenómeno de deshidratación se conoce como “quemadura por frío” y puede llevar a una disminución del peso (pérdida económica). Por ejemplo, la carne puede perder hasta 0.25 % de su peso por mes de almacenamiento. ¿Cómo se manifiesta?: Manchas claras debidas a pequeñas cavidades que ocupaban los cristales de hielo. Cambios en la consistencia, ya que durante la descongelación no vuelven a reabsorber el agua. ¿Cómo se puede evitar?: Envasado al vacío en materiales impermeables al agua: Se evitan condensaciones en el interior del envase. Mantenimiento de una adecuada humedad relativa en la cámara de almacenamiento. Evitar velocidades excesivamente grandes de aire. La formación de una capa de glaseado de hielo sobre el alimento. 49  REPASAR FACTORES DE CALIDAD Estado vítreo en alimentos congelados Durante la congelación rápida tiene lugar la vitrificación cuando, al disminuir la temperatura y formarse los cristales de hielo, la fase líquida crioconcentrada no congelada se transforman en una matriz sólida amorfa (estado vítreo). La temperatura de transición vítrea en alimentos congelados tiene importancia en los procesos que implican movilidad de la matriz amorfa concentrada, ya que puede llevar a deterioro del alimento por recongelaciones localizadas. MODIFICACIONES QUÍMICAS Oxidacion de lipidos: Es una de las reacciones más significativas en alimentos congelados Provoca aromas y sabores rancios Predomina en alimentos que tiene un alto contenido de grasas insaturadas (pescados grasos y carne de cerdo) La reacción tiene lugar, aunque lentamente incluso a – 18 ºC Los lípidos pueden también hidrolizarse y los ácidos grasos libres pueden favorecer la desnaturalización de proteínas (aves y pescados) Desnaturalización de proteínas: Se produce la desnaturalización y posterior agregación de las proteínas, reduciendo la solubilidad de las mismas y disminución de la retención de agua del producto una vez descongelado. Reacciones enzimáticas: Para obtener una buena vida útil es necesario que la actividad enzimática sea lo más baja posible al momento de congelar. 50  REPASAR FACTORES DE CALIDAD Degradación de pigmentos (clorofila) y vitaminas (vitamina C): Principalmente en vegetales. 51  REPASAR FACTORES DE CALIDAD Retrogradación del almidón: La retrogradación del almidón involucra el proceso de recristalización de la amilopectina. Produce un endurecimiento de la textura del pan y productos relacionados. En productos gelificados más fluidos (salsas) produce además de cambios en la textura, un exudado. Otras reacciones: 52 REPASAR FACTORES DE CALIDAD 53  REPASAR FACTORES DE CALIDAD Descriptores de la vida útil (calidad) de los alimentos congelados Vida útil de alta calidad (High Quality Life, HQL): Se define como el tiempo en el cual aparece una calidad estadísticamente diferente. El 70-80 % de un panel de degustación es capaz de detectar las primeras pérdidas de calidad. Vida útil práctica (Practical Storage Life, PSL): Se define como el período de almacenamiento congelado durante el cual el alimento mantiene una calidad aceptable para su consumo o venta. 54  REPASAR FACTORES DE CALIDAD A mayores temperaturas de almacenamiento, menor será la vida útil de ese alimento. Algunos poseen pendientes más suaves y por lo tanto son menos sensibles a las fluctuaciones de temperatura mientras que otros dependen mucho de este parámetro. Siempre hay que comparar el costo de pérdida de esa vida útil vs el costo del proceso para mantener las temperaturas que requiere el producto, y encontrar un equilibrio entre ambos. Posible crecimiento de microorganismos La congelación no produce letalidad de microorganismos, solo lentifica el desarrollo de los mismos. Es por ello que es imprescindible controlar las condiciones iniciales del producto. Una vez el alimento se descongela, la carga microbiana inicial comienza a reproducirse, en algunos casos favorecidos por la condensación de humedad en la superficie. Es por ello que no se recomienda volver a congelar el producto ya descongelado. Las bajas temperaturas de almacenamiento inhiben el crecimiento de: 55  REPASAR FACTORES DE CALIDAD T < -10°C → Bacterias T < -12°C → Levaduras T < -18°C → Hongos DESCONGELACIÓN El proceso de descongelación no es el inverso del proceso de congelación debido a las diferentes propiedades físicas del agua y el hielo: La conductividad térmica del hielo es aproximadamente 4 veces mayor que la del agua. Durante la congelación, el calor se extrae del alimento. Cuando el agua del alimento se congela y se transforma en hielo, cobra una mayor conductividad térmica permitiendo que el proceso de congelación se acelere. Sin embargo, durante la descongelación, el calor debe suministrarse a través de una capa de agua líquida (que se forma a medida que se descongela el hielo). El agua tiene una conductividad térmica mucho menor, lo que retrasa el proceso de descongelación. La difusividad térmica del hielo es aproximadamente 8 veces mayor que la del agua. Cuando el hielo se convierte en agua (durante la descongelación), el sistema necesita absorber una gran cantidad de energía (calor latente de fusión) para romper las estructuras de los cristales de hielo sin cambiar de temperatura. Esto ralentiza aún más el proceso, porque esa energía no se usa para subir la temperatura, sino solo para derretir el hielo. Es por esta razón que la descongelación es un proceso más lento y que no puede acelerarse demasiado. 56  REPASAR FACTORES DE CALIDAD A nivel industrial: Los productos no se llevan a descongelación completa si se utilizan en procesos posteriores. Se hace un atemperado (hasta -5°C aprox.) hasta que se ablanda y se puede cortar o trocear. Ultracongelados: Conviene una descongelación rápida, para evitar recristalización y daño estructural. La descongelación rápida se logra a partir de la cocción. Congelado normal: Conviene una descongelación más lenta a bajas temperaturas que permita una cierta absorción del agua citoplasmática perdida para restaurar la textura (carnes para prevenir exudado). Condiciones de descongelación Influyen en 3 factores de calidad: 1. Producción de exudado 2. Desecación superficial 3. Posibilidad de crecimiento microbiano 57  REPASAR FACTORES DE CALIDAD Son factores importantes solo en el caso de alimentos que no se cocinan directamente del estado congelado. Ejemplos: Verduras, frutas, carnes y pescados. En productos de tamaño pequeño la descongelación suele ser rápida y no se generan mayores inconvenientes. El problema más importante es en congelados de tamaño mediano y grande en los que la congelación lenta origina cristales extracelulares, exudado y la descongelación (también lenta) puede dar lugar al crecimiento microbiano y deshidratación. En esos casos se puede buscar una solución de compromiso entre el tiempo de descongelación, pérdida por exudado, pérdida por desecación y posibilidad de crecimiento microbiano. Velocidad de congelación Es el cociente entre la mínima distancia (d) desde la superficie al centro térmico del objeto y el tiempo transcurrido entre que la superficie de dicho objeto alcanza 0°C y el centro térmico alcanza una temperatura 10°C más baja que la temperatura inicial de congelación. Se expresa en cm/hora y representa la velocidad promedio de avance del frente de congelación. En la práctica comercial las velocidades de congelación varían entre 0.2 y 100 cm/h. 58  REPASAR FACTORES DE CALIDAD Objetivo: Piezas grandes. Factores a tener en cuenta: Cuando los alimentos son congelados muy lentamente, puede evaporarse una cantidad de agua innecesariamente elevada. En una cámara de frío podría representar una pérdida de hasta el 4 a 6 %. Actualmente, las técnicas más avanzadas ofrecen pérdidas por deshidratación comprendidas entre el 0,5 y el 1,5 %. Las cámaras de aire estático son utilizadas cuando no es necesaria la congelación por convección ya que como es un proceso tan lento es innecesario aumentar la velocidad del aire. 59  REPASAR FACTORES DE CALIDAD Objetivo: Piezas semi-grandes y medianas, por ejemplo cortes de carne envasadas al vacío en cajas. 60  REPASAR FACTORES DE CALIDAD Objetivo: Piezas pequeñas envasadas individualmente, por ejemplo hamburguesas. Factores a tener en cuenta: La tecnología utiliza el método de congelación por convección, el cual logra aumentar las velocidades del aire. Equipos de congelación 1. Chorro de aire: El aire se utiliza como medio para la transferencia del calor por convección. 2. Congelación por contacto: Se produce un contacto inmediato y estrecho entre el producto o su envase y una superficie de metal fría. 3. Congelación criogénica: Se emplean gases en estado líquido con temperaturas de ebullición muy bajas para la transferencia del calor, en contacto directo con el producto. 61  REPASAR FACTORES DE CALIDAD CHORROS DE AIRE (Más utilizado) 62 REPASAR FACTORES DE CALIDAD 63  REPASAR FACTORES DE CALIDAD Objetivo: Piezas pequeñas. 64  REPASAR FACTORES DE CALIDAD CONGELACIÓN POR CONTACTO 65  REPASAR FACTORES DE CALIDAD CONGELACION CRIOGENICA Nitrógeno líquido: El nitrógeno es un gas incoloro, inodoro, insípido y no inflamable. Cuando sustituye al oxígeno impide la oxidación y el desarrollo de ciertos microorganismos. Con las temperaturas que se utilizan en la industria de los alimentos, el gas es totalmente inerte. A presión atmosférica, tiene una temperatura ebullición de -196 ºC. Dióxido de carbono líquido: El dióxido de carbono es un gas incoloro de sabor ligeramente ácido. Es un gas no inflamable que se disuelve fácilmente en agua. En concentraciones superiores al 20 por ciento, el gas impide el desarrollo de microorganismos. El dióxido de carbono se almacena en estado líquido a presión. Cuando se expande a la presión atmosférica, se transforma, en proporciones más o menos iguales, en nieve y gas, a una temperatura de -78ºC. 66 REPASAR FACTORES DE CALIDAD 67 REPASAR FACTORES DE CALIDAD 68  REPASAR FACTORES DE CALIDAD Coeficientes de transferencia de calor y tiempos 69  REPASAR FACTORES DE CALIDAD REFRIGERACIÓN Temperatura y microorganismos Todos los microorganismos tienen una temperatura óptima de crecimiento. Esta es la base de varios métodos importantes de preservación de alimentos: refrigeración, congelación, tratamiento térmico. 70  REPASAR FACTORES DE CALIDAD 5°C - 60°C → Zona de temperaturas peligrosas donde el crecimiento microbiano es exponencial. Fuera de este rango de temperaturas la inocuidad del producto se conserva. Industrialmente se suelen emplear calentamientos y enfriamientos rápidos para evitar esta zona y así minimizar la multiplicación microbiana. En servicios de catering, los alimentos que hayan sido expuestos más de 2 horas en este rango deberían ser automáticamente descartados. En esta zona de temperaturas se ve favorecido el crecimiento de microorganismos mesófilos, los cuales son los más peligrosos ya que la mayoría de los patógenos pertenecen a este grupo: Los métodos de preservación deberán utilizarse de manera tal de inhibir el crecimiento con temperaturas por debajo de las mínimas necesarias para el crecimiento y, en caso de destruir, con temperaturas mayores a las máximas. Si bien los microorganismos psicrófilos y termófilos no son patógenos si son alterantes por lo que los métodos de preservación además de asegurar la inocuidad deberán asegurar la calidad de los alimentos. Temperatura óptima de almacenamiento para una máxima vida útil 71  REPASAR FACTORES DE CALIDAD Conservación por bajas temperaturas Congelación: Reducción de la temperatura y aumento de la concentración (hielo). Refrigeración: Reducción de la temperatura. Lo óptimo es por debajo de los 5°C. El objetivo de la refrigeración es extender la vida útil ➔ Disminuyendo la velocidad de las reacciones de deterioro, por ejemplo enzimáticas ➔ Limitar el crecimiento microbiano: La refrigeración de un alimento no mata las bacterias, sólo frena o reduce su velocidad de crecimiento. Hay bacterias que pueden crecer a bajas temperaturas por lo que la refrigeración debe ser combinada con otro método de preservación ya que no garantiza la ausencia de patógenos. Los métodos que pueden ser combinados con la refrigeración son: Lavado y desinfección Aplicación de vacío Atmósfera modificada Conservantes La pasteurización es otro método de combinación posible pero no es aplicable a todos los alimentos. El efecto principal de estos métodos combinados será disminuir la velocidad de las reacciones de deterioro y limitar el crecimiento microbiano. 72  REPASAR FACTORES DE CALIDAD LAVADO Y VACÍO ATMÓSFERA CONSERVANTES DESINFECCIÓN MODIFICADA Vegetales Carnes Frutas y verduras Todo Frutas y verduras Pescado Comidas preparadas: Carnes Pastas secas Lácteos Comidas preparadas: Pastas secas Café Papas fritas Bocadillos, empanados Bebidas En general se asegura Baja temperatura + Vacío + reinyección de Ácidos una cierto concentración restricción de O2 mezcla de gases: O2, CO2 de Cloro libre en el agua y N2 de grado alimentario de lavado En estos productos, ya La restricción de O2 El empleo de películas para que son listos para inhibe crecimiento de envasar selectivamente consumo en general, el aerobios deteriorativos permeables, proporciona lavado y desinfección es tipo pseudomonas, una atmósfera interna con un punto crítico de hongos superficiales. El la composición deseada control. Elimina alimento debe permitir durante la vida útil del posibles patógenos una compresión sin producto. En el envase presentes en laromperse. Este proceso cerrado desciende el nivel superficies y loses un punto crítico de de O2 y aumenta el CO2. deteriorativos que control ya que es clave El empleo de una película causan la rápida en el control del semipermeable permite la degradación dedeterioro por entrada controlada de O2 alimento. microorganismos para sustituir el O2 captado alterantes que reducen la por el producto fresco. En el caso de frutas y VU del producto. Disminuye la oxidación. verduras, luego del lavado se les suele La carne se torna de Se deben tener en cuenta: aplicar atmósferas color amarronados por Envase empleado, mezcla modificadas junto con la ausencia de O2. La de gases, materiales de refrigeración. mioglobina pasa a envase y equipos de nitrosomioglobina. Una envasado. vez abierto el envase el color vuelve a rojo. Ventajas: Aumento de VU Siempre debe (periodo de 73  REPASAR FACTORES DE CALIDAD verificarse que: El almacenamiento y envase esté bien comercialización más pegado a la carne, que largos), menor pérdida de no chorree jugos y qué peso en productos, mejor le fecha de envasado y retención de atributos de vencimiento sean las calidad (textura, contenido adecuadas. de ácidos y azúcares, color), mejor manejo de insumos y costos de transporte, seguridad del producto, practicidad y economía, reducción en el uso de aditivos y conservantes. En frutas y verduras el envasado es más atractivo para el consumidor, permite el control de pérdida de peso, conserva las propiedades organolépticas del producto y permite una mejor seguridad contra algunos patógenos. Factores que afectan la vida útil de refrigerados 1. Carga inicial de microorganismos: Tipo y número presente. Un mayor carga inicial lleva a menor vida útil aunque el alimento esté refrigerado. Los métodos previos a la refrigeración son útiles para minimizar la carga. 2. Características del alimento: Factores tales como aw, pH, contenido de nutrientes, contenido de preservantes. Los alimentos de riesgo son aquellos que tienen un aW mayor a 0.97 y pH mayor o igual a 4.5 (C. botulinum). 3. Efectos del procesamiento: Tratamientos térmicos previos, ajuste de pH, secado, agregados de preservantes, atmósfera gaseosa. Aquellos productos pasteurizados deben ser posteriormente refrigerados mientras que los esterilizados pueden ser almacenados a temperatura ambiente y refrigerados una vez abiertos. 74  REPASAR FACTORES DE CALIDAD La microbiología predictiva predice el crecimiento de los microorganismos con parámetros cinéticos determinados en un tipo de alimento. Los alimentos que suelen ser refrigerados son alimentos frescos con alta aW. Otro factor a tener en cuenta para decidir si un alimento debe ser congelado o refrigerado es la aplicación de métodos combinados. Por lo general, aquellos alimentos que no posean un método previo requerirán menores temperaturas que aquellos a los cuales se aplican métodos combinados. 75  REPASAR FACTORES DE CALIDAD Aderezos no. Cambios deteriorativos durante la refrigeración Por reacciones químicas Oxidación de lípidos: Carnes, pescados, lácteos, pollo. Pueden agregarse antioxidantes, uso de atmósfera controlada (reemplazo de oxígeno por CO2 o N2 ) o vacío. Por reacciones bioquímicas Pardeamiento enzimático: Generalmente en frutas y vegetales ya que, cuando se cortan, rayan, pelan o golpean estos alimentos, se rompe la estructura celular y se libera la polifenoloxidasa. Depende de la presencia de enzimas, pH, aw, disponibilidad de O2, presencia de inhibidores (sulfitos, ácido cítrico, ácido ascórbico). Puede utilizarse atmósferas controladas o vacío para reducir la acción enzimática. Glicólisis (relacionada a la maduración): Su velocidad es reducida con la refrigeración. 76  REPASAR FACTORES DE CALIDAD Proteólisis: Por acción de proteasas. Se da en pescados, lácteos, quesos. La generación de péptidos que contribuyen a cambios en el aroma y a pérdida de textura. Por ejemplo, maduración de las carnes (aumento de terneza) luego de la faena. Lipólisis: Las lipasas catalizan conversión de triglicéridos en ácidos grasos, acompañado por generación de aromas deseados o no deseados. Generados por reacciones fisicoquimicas Migración de componentes Más importante: Agua. El producto puede tomar o perder agua de acuerdo a su aw inicial. También puede migrar el agua en productos envasados, afectando su calidad (pérdida de crocancia, ablandamiento, etc). Por ejemplo, salsa de tomate y masa en pizza refrigerada. Se deben utilizar empaques impermeables al vapor de agua. Cambios de fase Retrogradación del almidón (ocurre más rápidamente a T de refrigeración que a T ambiente). Cristalización de grasas (chocolate, manteca), puede haber aparición de manchas blancas. Deterioros 77  REPASAR FACTORES DE CALIDAD El envasado aséptico previene la recontaminación de los lácteos por aire. Sin embargo, una vez abierto el producto la recontaminación es inevitable. 78  REPASAR FACTORES DE CALIDAD Proceso de refrigeración 1. Enfriamiento del alimento hasta alcanzar la temperatura de refrigeración. Dicho enfriamiento debe ser rápido para evitar el tiempo transcurrido en la zona de temperaturas peligrosas. 2. Refrigeración en cámaras. Métodos de enfriamiento previo a la refrigeración Alimentos sólidos: El método que logre el enfriamiento rápido depende del tipo de alimento que se quiera enfriar. Por ejemplo, un pollo cuya temperatura basal es de 37°C no puede ser enfriado en una cámara pero si por inmersión en hielo o nitrógeno. Corriente de aire frío (blast chilling): Pueden ser sistemas batch o continuos (tipo túnel o espiral). Puede ser combinado con escaldado ligero y humidificación. Inmersión en medio refrigerante como hielo o agua. También puede utilizarse hielo seco o nitrógeno líquido. Este método es muy utilizado en vegetales ya que el método tiene el doble efecto de desinfectar (aplicando una solución de hipoclorito u otro desinfectante) a los vegetales y enfriarlos. Posteriormente son escurridos y envasados. 79  REPASAR FACTORES DE CALIDAD Rociado superficial: Utilizado en vegetales y carnes como las de aves. Efectos a tener en cuenta: Pérdida de humedad en productos no envasados. Congelamiento superficial de productos a enfriar. Alimentos líquidos: Intercambiadores de calor: Placas, doble tubo, película rascada, película descendente. Almacenamiento refrigerado Refrigeración comercial (productor): En cámaras o heladeras. Acortar el tiempo de manipulación a T ambiente. Hay diseños de heladeras con menores o mayores T para almacenamiento de alimentos específicos. Por ejemplo, antecámara para vegetales y frutas 80  REPASAR FACTORES DE CALIDAD 7-8 ºC; cámara (lácteos, carnes: -2 a 2 ºC); heladeras: mayor T para almacenamiento de vegetales y compartimiento de manteca (untabilidad). Transporte: Generado mediante funcionamiento del motor. Debe prever las pérdidas de frío por carga y descarga. Supermercados (gondolas): Primeramente en cámara común donde hay gran variedad de alimentos Luego en la góndola se implementa la rotación del stock FEFO “primero entra primero sale”. La T puede variar en 5°C en diferentes puntos de la góndola. Tener en cuenta el calor generado por la iluminación. Lo mismo se aplica a servicios de comida. Doméstico Problemas: Carga y descarga del producto: Para disminuir estas variaciones las industrias suelen contar zonas refrigeradas para la carga y descarga como ante cámaras refrigeradas. Góndolas: Balance entre control de temperatura y accesibilidad del producto al consumidor. Según la FDA, los sistemas de refrigeración pueden tener como máximo 5°C. Transporte distribuidor-elaborador (góndola-hogar). Factores que deben ser controlador durante la refrigeración: 1. Temperatura: Para maximizar la vida útil. Tener en cuenta las fluctuaciones propias del control y las producidas por apertura o cierre de la cámara, generalmente se logra un control de +/- 1 °C En general un buen control de la T del aire solo produce variaciones de T en la parte superficial del alimento. 2. Circulación de aire: Los alimentos deben estar en contacto con el flujo de aire (especialmente en productos con respiración o maduración). Evitar carga excesiva y falta de circulación entre productos. 3. Composición del aire: Humedad: Tener en cuenta la humedad óptima de almacenamiento En productos no envasados la humedad es mayor para evitar deshidratación superficial, aunque puede llevar a proliferación de hongos. 81  REPASAR FACTORES DE CALIDAD Olores: Recirculación de aire a través de filtros con carbón activado. Atmósferas controladas: La composición del aire se controla para favorecer una mayor vida útil Se controla la composición en oxígeno, nitrógeno y dióxido de carbono (Ej: manzanas). Sistemas de refrigeración Se basan en la remoción de calor por parte de una sustancia refrigerante que lo absorbe como calor latente. Características de selección de un refrigerante: Calor latente de vaporización Presión de condensación Temperatura de congelación Temperatura crítica Toxicidad Inflamabilidad Corrosividad Estabilidad química 82  REPASAR FACTORES DE CALIDAD Detección de fugas Costo Impacto ambiental Por ejemplo, el amoníaco, el cual es el más utilizado industrialmente: Calor latente de vaporización: Muy alto (se necesita menor caudal para extraer igual cantidad de calor), pero: Corroe bronce, latón y cobre Irrita mucosas y ojos Puede ser tóxico al 0.5% (vol) en aire 83  REPASAR FACTORES DE CALIDAD TRANSICIÓN VÍTREA: ALIMENTOS DE BAJA HUMEDAD A diferencia de los gases y líquidos, los sólidos poseen baja movilidad molecular lo que hace que las reacciones de deterioro microbiológico, enzimático y químico sean más lentas y por lo tanto que su vida útil sea mayor. Los pasajes entre los estados líquido, sólido y gaseoso se denominan transiciones de primer orden. Hay un estado de la materia denominado vítreo, el cual es un líquido viscoso subenfriado. Es un estado metaestable ya que este sistema no está en equilibrio sino que sus propiedades son dependientes del tiempo. Este tipo de estructuras se clasifican como sólidos amorfos. El principal ejemplo de este tipo de sistemas son los alimentos de baja humedad que se obtienen por secado o congelación rápida (que impide la formación de los cristales): 84  REPASAR FACTORES DE CALIDAD El sólido amorfo puede transformarse en cristalino aumentando la T o humedad. Al hacer esto se pasa al estado gomoso en el que se obtiene un líquido sobreenfriado. Cuando este líquido vuelve a cristalizar (con el tiempo suficiente para poder formar cristales) se obtiene un sólido cristalino. Este pasaje se denomina transición de segundo orden. 85  REPASAR FACTORES DE CALIDAD Transición vítrea La temperatura a la cual se pasa del estado amorfo al gomoso es la temperatura de transición vítrea Tg y está relacionada con la estabilidad fisicoquímica de los ingredientes deshidratados. Cuando se alcanza la Tg no ocurre instantáneamente el pasaje del estado amorfo al gomoso y cristalino ya que es un estado metaestable. Sin embargo, a la Tg se comienzan a percibir los cambios fisicoquímicos que eventualmente llevará al caking o colapso. Cuanto mayor sea la T a la Tg más rápido se observaran estos cambios fisicoquímicos. Es beneficioso una Tg alta en alimentos deshidratados para que a las T de almacenamiento normal no se perciban los efectos de la transición vítrea. ¿Qué factores definen la Tg? Humedad Temperatura Composición del alimento ¿De qué depende la Tg? Concentración de solutos: A mayor concentración de sólidos mayor Tg ya que aumentan la viscosidad y dificultan la transición. aW: De igual manera que la concentración de solutos, a mayor concentración acuosa (menor concentración de sólidos) menor Tg. Masa molecular: A mayor masa molecular mayor Tg. Los productos con ingredientes hidrolizados como leche en polvo con lactosa hidrolizada permite disminuir la masa molecular del azúcar disminuyendo su Tg. Soluciones 1. Secar por debajo de la Tg: No siempre es posible. 2. Enfriar rápidamente el producto seco debajo de su Tg. 3. Agregado de antiapelmazantes, materiales de alto peso molecular (maltodextrinas) para aumentar la Tg. Esto es sumamente necesario cuando se aplican tratamientos térmicos 86  REPASAR FACTORES DE CALIDAD como secado por aire caliente, secado al sol, secado en spray. Para realizar esto se debe formar una solución líquida con los componentes que se quieren mezclar y luego secar la solución por secado spray o liofilización resultando en una solución con un Tg único. A partir de la siguiente ecuación se podría predecir la Tg resultante de la mezcla: Donde el componente 2 es el excipiente y K corresponde al excipiente. 4. Almacenar los alimentos bajo refrigeración. 5. Aplicar técnicas de secado que logren bajas aW (y mayor Tg). 6. Emplear envases impermeables al vapor de agua para no aumentar la aW. Efectos dependientes de la Tg Caking: Fenómeno de colapso que ocurre a causa del apelmazamiento de partículas que forman agregados permanentes y endurecen en una masa. Por ejemplo, pérdida de estructura (porosidad) en liofilizados y colapso durante la liofilización. Apelmazamiento: Tendencia de una partícula para adherirse a la superficie de otra similar. Pérdida de crocancia Cristalización de azúcares amorfos (secado) Pegajosidad Colapso: Pérdida de porosidad 87  REPASAR FACTORES DE CALIDAD Determinación de Tg Calorimetría: Se coloca en el calorímetro una cápsula de aluminio que contiene alimento con un estándar que puede ser esa misma cápsula de aluminio pero vacía. Luego, el equipo mide el calor absorbido durante el calentamiento (o liberado durante el enfriamiento). VIDA ÚTIL Q10 La cinética de las reacciones de deterioro suele ser de orden 0 y 1. A partir de la gráfica de las cinéticas de deterioro, es posible obtener el parámetro Q10 (es decir que hay un Q10 para cada tipo de reacción de deterioro). Q10 relaciona la cinética con la temperatura y representa cuán rápida será una reacción cuando se aumenta 10°C la T. 88  REPASAR FACTORES DE CALIDAD Q10 aumenta al aumentar la Ea ya que hay mayor dependencia con la T. A mayor Q10 mayor será la dependencia con la T: 89  REPASAR FACTORES DE CALIDAD Vida útil acelerada Para evitar tener que determinar la VU a las distintas T, se pueden proyectar los resultados de un test bajo condiciones aceleradas (abuso de T): Luego de haber determinado el Q10 a una determinada T, utilizo este valor para otras T. Se suele hacer en los rangos de consumo. Se suelen hacer crossover de las cinéticas de deterioro de los parámetros de calidad de cada alimento para determinar cual predomina sobre la otra a una determinada T. Vida útil “nutricional” En función de la concentración de nutrientes que varía en el tiempo. 90  REPASAR FACTORES DE CALIDAD Vida útil de congelados La crioconcentración genera la concentración de enzimas promoviendo el deterioro enzimático. 91