Existen muchas razones para congelar o enfriar productos y muchos sistemas de equipos de reducción de temperatura son eficaces para eliminar el calor del procesamiento. A continuación, se indican siete factores importantes que se deben tener en cuenta:

1 – Tiempo y temperatura de enfriamiento

Todos sabemos que el proceso de enfriamiento se basa en el tiempo y la temperatura, gracias a nuestra experiencia con la refrigeración doméstica. Hemos visto que un producto a 21 °C (70 °F) sometido a -17 °C (0 °F) en un congelador durante la noche probablemente se congelará, mientras que el mismo producto que se encuentre en ese congelador durante una hora probablemente solo experimente una reducción de temperatura de unos pocos grados. Además, ese mismo producto a 21 °C (70 °F) colocado en un congelador a 17 °C (0 °F) reducirá su temperatura a un ritmo más rápido que si se coloca en un refrigerador a 37 °F (3 °C).

Para el enfriamiento de procesos a gran escala, la temperatura de funcionamiento del equipo se puede establecer sustancialmente más baja que la temperatura deseada del producto final. De este modo, los alimentos se pueden enfriar mucho más rápido que con un método de almacenamiento refrigerado. El enfriamiento de procesos es un cambio de temperatura intencional y controlado. Por el contrario, cualquier cambio de temperatura de un enfriador o congelador de almacenamiento generalmente se debe a un aumento no deseado de la temperatura durante el transporte, la exposición general del producto sin control de temperatura o un enfriamiento insuficiente durante el paso de enfriamiento inicial.

Fuente: Linde

2 – Convección y conducción

La convección se explica fácilmente con experiencias cotidianas. Cuando estás al aire libre en un día con una temperatura de 10 °C (50 °F), te enfrías mucho más rápido si hay brisa que si el aire está en calma. En cuanto a la conducción, la exposición al aire a 10 °C (50 °F) no provocará hipotermia, pero la exposición al agua a 10 °C sí. Esto se debe a que el agua tiene una mayor capacidad de conducción que el aire.

En el enfriamiento de procesos a gran escala, la transferencia de calor por convección se mejora con velocidades de aire más altas alrededor de los productos. Si bien la circulación de aire frío ofrece un potencial limitado para mejorar la conducción, el uso de líquido en su lugar puede mejorar en gran medida la transferencia de calor conductiva. La criogenia aprovecha esto. El contacto con nieve de dióxido de carbono o el impacto directo con nitrógeno líquido aumenta en gran medida la conducción para lograr un enfriamiento más efectivo.

3 – Limitaciones prácticas

El enfriamiento del proceso está limitado por la capacidad del producto de conducir calor internamente. En el caso de productos con baja conducción interna, una vez que la superficie del producto alcanza la temperatura del congelador, ya no se produce transferencia de calor. El producto continúa conduciendo calor internamente, lo que aumenta gradualmente la temperatura de la superficie. Esta conducción interna reduce la velocidad general de enfriamiento.

Al dimensionar el equipo y determinar la cantidad necesaria de criógeno, los técnicos del Laboratorio de Tecnología de Alimentos de Linde evalúan las dimensiones generales de la porción (altura, ancho y profundidad) y las tienen en cuenta en los cálculos junto con el tiempo de procesamiento requerido y la configuración de temperatura en el sistema de congelación de Linde. Al equilibrar la reducción de temperatura, el tiempo de procesamiento, el aumento de la convección y la conducción optimizada, el sistema logra el producto final deseado.

4 – Los productos requieren tiempo para equilibrarse

Pocos alimentos logran una conducción interna perfecta. Al enfriarse en un entorno que está por debajo de la temperatura deseada, un producto completa su ciclo de enfriamiento con gradientes de temperatura aún dentro del material. Si el tiempo, la temperatura, la convección y la conducción se establecen correctamente, el alimento que se está enfriando completará el ciclo de enfriamiento cuando se haya eliminado la cantidad adecuada de BTU, no necesariamente cuando el material tenga una temperatura perfectamente uniforme en todo su interior.

Por ejemplo, si se coloca una pechuga de pollo a 30 °F (-1,1 °C) en un congelador a -15 °F (-26 °C) y la temperatura final deseada es 0 °F (-17 °C), habrá variaciones de temperatura dentro del pollo desde aproximadamente -15 °F en la superficie hasta quizás 30 °F en el centro. Debido a que la masa total del “exterior” de la pechuga de pollo es mayor que la masa del “interior”, la temperatura bajo cero del exterior y la masa más alta se equilibrarán con el tiempo con la masa más cálida y más pequeña del interior. Esto da como resultado la temperatura equilibrada deseada de 0 °F.

5 – Diseño de equipos de congelación

En la industria alimentaria, la congelación se refiere normalmente al paso del agua de líquido a sólido. Sin embargo, muchos alimentos no cambian de estado cuando se los somete a temperaturas frías. Algunos pueden volverse más firmes o más quebradizos. Por ejemplo, las grasas pueden cristalizarse. El enfriamiento rápido en entornos industriales permite un procesamiento posterior sin demoras prolongadas. 

A una temperatura baja dada, el tiempo necesario para enfriar un producto desde su temperatura inicial (Ti) hasta su temperatura final (To) varía. La mayoría de los sistemas de congelación de alimentos están diseñados para rangos estrechos de pesos, temperaturas y dimensiones de los productos alimenticios.

La masa de los alimentos suele ser de alrededor de 60 lb/ft ³  y los sistemas como el túnel, espiral y congelador de gabinete CRYOLINE® de Linde están diseñados en torno a ese valor. Los alimentos suelen congelarse por completo a 0 °F, ±10 °F (5,5 °C), y la temperatura de funcionamiento típica de un congelador, incluso en aplicaciones criogénicas, rara vez desciende por debajo de los -180 °F (-118 °C). Los productos alimenticios suelen enfriarse o congelarse con dimensiones razonables para el consumo individual. 

Fuente: Linde

6 – Se debe considerar la contracción

Algunos productos alimenticios pueden reaccionar mal si su exterior se congela demasiado rápido, lo que genera tensión y presión en el interior. Las empanadas son un buen ejemplo. La masa de empanada, tierna y relativamente seca, se congela muy rápido en casi cualquier condición de congelación, mientras que el relleno tibio, húmedo y denso tarda más tiempo. Esto puede provocar que la masa se agriete, un resultado indeseable. Sin embargo, con los ajustes adecuados de la temperatura y los tiempos de exposición, las empanadas se congelan perfectamente.

7 – Mejorar el procesamiento posterior

La congelación o refrigeración beneficia a una amplia gama de productos alimenticios, ya que mantiene la integridad del producto durante la molienda o el desmenuzamiento. Si bien esta técnica se utiliza para las proteínas animales, también se aplica a las especias, las hierbas y otros productos. Enfriar las especias antes de molerlas ayuda a preservar sus sabores. Las hierbas frescas se congelan antes de desmenuzarlas y secarlas para mantener los sabores y acelerar la deshidratación. Las carnes se enfrían para evitar que se derritan las grasas importantes.

Comprender estos factores puede ayudar a optimizar su proceso de congelación. Los expertos de Linde están listos para mostrarle cómo nuestros equipos de congelación y enfriamiento y criógenos pueden funcionar mejor para su producto y su proceso.