Existen muchas técnicas para la conservación de alimentos, una de las más utilizadas es la Congelación, el fundamento de ésta se basa en la solidificación del agua durante el proceso, generando una alta concentración de sólidos solubles lo que provoca una baja en la cantidad de agua libre.
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La congelación es un medio excelente para mantener casi inalteradas durante un tiempo prolongado las características originales de alimentos perecederos. Éste tipo de conservación radica en la disminución de la temperatura, generalmente entre -20 ºC a -30 ºC, lo cual permite que las reacciones bioquímicas sean mas lentas y además inhibe la actividad microbiana, generando el estado de latencia de ésta, lo que no significa que los microorganismos estén muertos. Durante el proceso se produce la solidificación del agua libre presente en el alimento, es decir, el agua contenida es transformada en hielo a una temperatura habitual de -18°C, disminuyendo así la actividad de agua del sustrato.
El agua es el principal componente de los alimentos. Una parte de esta agua está ligada en diversos grados, a los complejos coloidales macromoleculares, por su estructuras gelificantes o fibrosas en el interior de las células y en los hidratos. En el proceso de congelación, la formación y el crecimiento de los cristales de hielo producen modificaciones en el producto. Los componentes celulares solubles puede causar la saturación y precipitar ;
modificaciones del pH pueden afectar los complejos coloidales ;
cambios muy marcados en la presión osmótica pueden romper las membranas semi-permeables.
Para obtener el efecto conservador deseado, reducir reacciones no deseables y mantener en este estado el producto durante el almacenamiento, de manera que se reduzca lo más posible las modificaciones físicas, químicas y microbiológicas, es indispensable determinar con exactitud los tratamientos anteriores a la congelación, la velocidad óptima de congelación, el tipo de embalaje, la temperatura de almacenamiento y la velocidad de descongelación.
Los fundamentos de la congelación están relacionados con los principios físicos y químicos que ocurren cuando un líquido se enfría por debajo de su punto de congelación, transformándose en un sólido:
- Punto de Congelación: El punto de congelación es la temperatura a la cual un líquido se convierte en sólido a una presión dada. Para el agua, este punto es 0°C (32°F) a nivel del mar. Cuando un líquido se enfría por debajo de su punto de congelación, las moléculas dejan de moverse lo suficiente como para mantener la forma líquida y comienzan a organizarse en una estructura sólida.
- Formación de Cristales: Durante la congelación, las moléculas del líquido comienzan a organizarse en una red cristalina ordenada a medida que pierden energía térmica. Este proceso resulta en la formación de cristales de hielo. La velocidad de enfriamiento puede influir en el tamaño y la estructura de estos cristales.
- Expansión al Congelarse: A diferencia de la mayoría de las sustancias, el agua se expande al congelarse. Esto se debe a que la estructura molecular del hielo es menos densa que la del agua líquida. Esta expansión puede ser crítica en aplicaciones como la criopreservación, donde puede causar daño a las células o a las estructuras biológicas.
- Cambio de Estado: La congelación es un cambio de estado físico que ocurre cuando un líquido se convierte en sólido. Durante este proceso, se libera una cantidad significativa de calor, conocida como calor de solidificación.
- Ley de Fase de Gibbs: La congelación puede entenderse a través de la Ley de Fase de Gibbs, que establece que para que un líquido se convierta en sólido a una temperatura específica, la presión y la temperatura deben estar en un punto determinado en el diagrama de fases del material.
- Influencia de Impurezas: La presencia de impurezas en un líquido puede cambiar su punto de congelación. Las impurezas disminuyen el orden en la red cristalina, lo que requiere una temperatura más baja para que la congelación ocurra.
- Cristalización y Nucleación: La formación de cristales durante la congelación comienza con el proceso de nucleación, donde las moléculas de agua se agrupan para formar núcleos de cristal. La velocidad y el tamaño de estos núcleos de cristal afectan la velocidad y la uniformidad de la congelación.
- Aplicaciones Prácticas: La congelación se utiliza ampliamente en la industria alimentaria, en la criopreservación de tejidos biológicos, en la producción de hielo, y en muchos otros campos donde se requiere la conservación de materiales a bajas temperaturas.