congelación - Wikilingue - Encydia
A congelación de alimentos é uma forma de conservação que se baseia na solidificación da água contida nestes. Por isso um dos factores a ter em conta no processo de congelación é o conteúdo de água do produto. Em função da quantidade de água tem-se o calor latente de congelación. O calor latente da água é a quantidade de calor necessário para transformar 1 kg de líquido em gelo, sem mudança de temperatura, neste caso é de 80 kcal/kg. Outros factores são a temperatura inicial e final do produto pois são determinantes na quantidade de calor que se deve extrair do produto.
Em alimentação define-se a congelación como a aplicação intensa de frio capaz de deter os processos bacteriológicos e enzimáticos que alteram os alimentos.
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Tipos de congelación
- Por ar: uma corrente de ar frio extrai o calor do produto até que se consegue a temperatura final
- Por contacto: uma superfície fria em contacto com o produto que extrai o calor
- Criogénico: utilizam-se fluídos criogénicos, nitrógeno ou dióxido de carbono, que substituem ao ar frio para conseguir o efeito congelador.
Efeitos da congelación
Aproximadamente o 80% do peso total de um animal e inclusive mais de uma planta corresponde à água. A água é o componente maioritário dos alimentos que derivam de animais e plantas.
Ao congelar um alimento, a água transforma-se em gelo e produz-se um efeito de desecación .
Nucleación
Ao congelar um alimento a pressão atmosférica normal, sua temperatura desce a 0 °C, nesse momento a água começa a converter-se em gelo. Permanece um verdadeiro tempo a esta temperatura e quando a cristalización é completa, a temperatura segue descendo até que se equilibra com a temperatura ambiental.
Este período durante o qual não tem tido diminuição de temperatura é o tempo necessário para extrair o calor latente de congelación (80 kcal/g). Durante este período o efeito do frio equilibra-se com o calor libertado pela água ao estar esta submetida a uma mudança de estado. A temperatura mantém-se constante, e dá em uma gráfica um trecho horizontal cuja longitude depende da velocidade à que se dissipa o calor. Neste período há um equilíbrio entre a formação de cristais e sua fusão.
Ao início deste trecho horizontal observa-se uma ligeira depressão que indica o sobreenfriamiento que sofre a água dantes do início da cristalización (isto é mais apreciable em volumes pequenos como células e microorganismos). Isto ocorre quando há uma grande velocidade de eliminação de calor e assegura que, quando se inicie a formação de cristais, será rápida.
Dado que a água nos alimentos não é pura senão que está formada por uma solução de sais, açúcares e proteínas solubles, além de um complexo de moléculas proteicas que estão em suspensão coloidal, seu ponto de congelación é mais baixo. Este descenso é proporcional ao nível de concentração dos elementos dissolvidos
Os alimentos mais comuns congelam-se entre 0 e -4 °C. A esta zona conhece-lha como zona de máxima formação de cristais.
Ao converter-se a água em gelo, incrementa-se de maneira gradual a concentração de elementos dissolvidos na água restante o que origina um maior descenso do ponto de congelación
Cristalización
Para que a cristalización se produza mais facilmente se precisa a existência de alguma partícula ou sal insoluble que actue como núcleo de cristalización . Quanto menor é a temperatura, mais facilmente ocorre o fenómeno, formando-se um maior número de agregados cristalinos e, consequentemente, o tamanho dos cristais é menor. Pelo contrário a uma temperatura próxima no ponto de fusão, a nucleación é lenta, os núcleos cristalinos são poucos e, por tanto, resultam cristais relativamente grandes.
Ao estudar ao microscopio as formas dos cristais de gelo observa-se que a congelación rápida produz cristais pequenos mais ou menos arrendondados enquanto a congelación lenta dá lugar a cristais maiores, alongados ou em agulhas. Esta congelación lenta tem como consequência o rompimento das fibras e paredes celulares perdendo o alimento parte de suas propriedades.
Em alimentos sólidos ou de viscosidade elevada o tamanho dos cristais varia em uma zona ou outra do alimento. Nas zonas periféricas os cristais formam-se rapidamente e são de pequeno tamanho, enquanto no interior a transferência de calor é mais difícil e os cristais crescem mais lentamente atingindo um maior tamanho.
Ao ir reduzindo a temperatura atinge-se um ponto no que água restante conjuntamente com os solutos que têm ido se concentrando se solidifican juntos em um ponto de saturación chamado ponto eutéctico. Este ponto é muitas vezes inferior ao que são capazes de atingir muitos congeladores comerciais, o que permite que fiquem pequenas quantidades de água não congelada que permite sobreviver a alguns microorganismos, ainda que não é possível seu crescimento e reprodução.
Mudanças de volume
O passo de água a gelo comporta um aumento de volume próximo ao 9%. Devido a este fenómeno os alimentos mais ricos em água expandem-se mais que aqueles cujo conteúdo é menor. Isto pode dar lugar a fracturas ou agrietamientos. É importante tê-lo em conta à hora de fabricar o envase se este pode ir muito ajustado.
Velocidade de congelación
A qualidade de um produto congelado depende da velocidade à que este é congelado. Dita velocidade define-se como a distância mínima entre a superfície e o ponto crítico partida pelo tempo no que o ponto crítico tem passado desde 0 °C a -15 °C.
- Lenta: < 1cm/h, por exemplo um congelador doméstico com o ar imóvel a -18 °C
- Média: 1-5 cm/h, em um túnel de ar frio a 20 km/h e -40 °C
- Rápida: > 5 cm/h, na imersão em nitrógeno líquido
Tempo de congelación
O tempo de congelación de um produto depende de sua natureza e do procedimento empregado. O cálculo do tempo empregado em congelar um produto é muito complexo.
Graças à fórmula do tempo de congelación de Plank , pode-se determinar este tempo, excepto guisantes.
onde:
-
: redução de entalpía que sofrerá o produto. (kJ/kg)
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: massa volumétrica do produto congelado (kg/m³)
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: coeficiente de conductividad térmica em congelación (W/m °C)
- D: espessura, medido em paralelo ao fluxo de calor. (m)
- N: coeficiente que caracteriza a forma, sendo N=2 para uma placa, N=4 para um cilindro e N=6 para uma esfera.
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: incremento de temperatura entre o médio refrigerador e a temperatura de congelación. (°C).
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: coeficiente superficial de transmissão térmica entre o médio refrigerante e o produto, tendo em conta o embalaje. (W/m°C).
Desta fórmula teórica podem-se extrair as seguintes conclusões:
- Para um produto determinado, de forma e tamanho determinados, o tempo de congelación depende somente das características do processo.
- Para um mesmo processo, o tempo de congelación depende da espessura, forma e volume do produto e de sua diferença de entalpía .
Efeito do armazenamento
Demonstrou-se que a temperatura de -18 °C é um nível adequado e seguro para conservar os alimentos congelados. Os microorganismos não podem crescer a esta temperatura e a acção dos enzimas é muito lenta, mas o próprio armazenamento produz alterações no alimento.
Recristalización
Durante o armazenamento há uma tendência dos pequenos cristais a unir-se entre eles formando outros de maior tamanho. Isto se deve a que os pequenos cristais resultam mais instáveis que os grandes ao possuir mais energia na superfície por unidade de massa.
Este fenómeno é mais acentuado se armazena-se o produto a temperaturas próximas a 0 °C. Quanto mais baixa é a temperatura, menores são os efeitos, considerando-se quase despreciables por embaixo de -60 °C.
Queimadura por frio
Qualquer entrada de ar quente ao interior da câmara de congelación dá lugar a um gradiente de temperatura entre o ar frio interno e o quente que penetra. Quando o ar se aquece aumenta sua capacidade de absorción de humidade.
Em uma câmara de congelación, a única fonte de humidade disponível é o gelo contido nos alimentos congelados. O ar quente toma a humidade dos alimentos protegidos deficientemente, desecándolos. Depois, esta humidade é depositada ao arrefecer-se o ar nas superfícies frias do congelador. À formação de gelo a partir da humidade do ar, sem passar pelo estado líquido chama-se sublimación.
A queimadura por frio é uma grande desecación superficial em um alimento congelado, produzido pela deshidratación anterior.
Aparece na superfície do tecido como manchas de cor escuro ao ir se concentrando e oxidándose os pigmentos das capas mais superficiais. Também aparecem zonas branco-grisáceas devidas aos ocos deixados pelo gelo após seu sublimación.
Se o fenómeno mantém-se durante suficiente tempo, as capas superficiais vão-se esponjando e começam a deshidratarse as inferiores.
Se a queimadura é pequena, o fenómeno é reversible por exposição à humidade e rehidratación. Isto se comprova submetendo a cocción uma zona ligeiramente queimada. Se a queimadura tens sido pelo contrário mais profunda, produziram-se oxidaciones, mudanças químicas que já não são reversibles.
É importante, pois, a utilização de um embalaje adequado capaz de reduzir entre 4 e 20 vezes esta perda de água.
A queimadura por frio causa uma merma importante no produto e uma perda de valor do mesmo porque diminui-se sua qualidade organoléptica.
Carteiras de gelo
Quando em um alimento que tem carteiras de ar, ocos ou o envase está deficientemente enchido e há ademais um gradiente de temperatura nele, o alimento desprende humidade, se produz a sublimación no interior de ditos ocos ou na parede interior do envase, formando uma capa de escarcha e cristais de gelo denominados carteira de gelo.
Modificações nos espaços líquidos residuales
Uma das consequências da congelación é a deshidratación e o aumento da concentração de solutos nos espaços líquidos dos alimentos.
Quando se trata de solutos capazes de reagir entre si, a velocidade de reacção aumenta durante a congelación a partir de -5 °C e até uns 15 °C, por embaixo deste ponto a velocidade de reacção diminui. As reacções que se vêem mais afectadas por este fenómeno são as químicas, como a oxidación, hidrólisis, mais que as enzimáticas.
Consequências deste aumento de concentração e velocidade de reacção são:
- variações do pH
- variações da força iónica
- alteração na pressão osmótica
- variação da pressão de vapor
- alteração de coeficiente Redox
- alteração da tensão superficial
- diminuição do ponto de congelación
- aumento da viscosidade devido aos coloides
Todos estes efeitos são menores quanto mais rapidamente se produz a congelación e quanto menor é a temperatura de armazenamento.
Desnaturalización proteica
Quando o produto se congelou lentamente ou quando tem tido flutuações de temperatura durante o armazenamento, os cristais de gelo que se formam crescem extraindo água unida às proteínas, de tal forma que estas se desorganizam sendo depois incapazes de recuperar dita água durante a descongelación, de maneira que esta água ao se perder arrasta os nutrientes hidrosolubles. Este processo muda a textura do alimento, produzindo um endurecimento e inclusive diminuindo seu solubilidad e valor nutritivo.
Retracción do almidón
O almidón está formado por correntes lineares de glucosa , telefonemas amilosa, e por estruturas ramificadas complexos telefonemas amilopectina.
Os gránulos de almidón em uma suspensão fria tendem a inchar-se, retendo água, e a uma verdadeira temperatura gelatinizan espessando o líquido.
Quando este gel se deixa repousar, as correntes lineares de amilosa se agregam como se cristalizassem e libertam parte da água previamente retida em sua estrutura, em um processo chamado sinéresis.
Por isso convém seleccionar nos alimentos congelados almidones com muito baixa proporção de amilosa. Por exemplo a arroz tem uma proporção de amilosa de 16%, o maíz de 24% e o sorgo e a tapioca não contêm amilosa.
Contracção dos lípidos
Um lípido em estado sólido denomina-se gordura, enquanto se está líquido chama-se azeite. A mudança de estado de sólido a líquido depende da temperatura de fusão do lípido. Ao congelar um alimento os azeites se solidifican e podem chegar a contrair-se.
Todos estes processos descritos anteriormente dão lugar a tensões internas que podem chegar a produzir agrietamientos ou fracturas do alimento congelado.
