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Technical Papers28th Annual Meeting
International Institute of Ammonia Refrigeration
March 19–22, 2006
2006 Ammonia Refrigeration Conference & ExhibitionReno Hilton Resort and Casino
Reno, Nevada
ACKNOWLEDGEMENT
The success of the 28th Annual Meeting of the International Institute of AmmoniaRefrigeration is due to the quality of the technical papers in this volume and thelabor of its authors. IIAR expresses its deep appreciation to the authors, reviewers,and editors for their contributions to the ammonia refrigeration industry.
Board of Directors, International Institute of Ammonia Refrigeration
ABOUT THIS VOLUME
IIAR Technical Papers are subjected to rigorous technical peer review.
The views expressed in the papers in this volume are those of the authors, not theInternational Institute of Ammonia Refrigeration. They are not official positions ofthe Institute and are not officially endorsed.
EDITORSM. Kent Anderson, President
Chris Combs, Project CoordinatorGene Troy, P.E., Technical Director
International Institute of Ammonia Refrigeration1110 North Glebe Road
Suite 250Arlington, VA 22201
+ 1-703-312-4200 (voice)+ 1-703-312-0065 (fax)
www.iiar.org
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Reno, Nevada
© IIAR 2006 415
Resumen
Este producto será consumido exactamente como sale de la planta procesadora. Entre la planta y elcentro de distribución podrá en el producto LAC no haber calor suficiente en nuestras casas antesque el alimento sea consumido. Sin calor suficiente, no puede haber lugar para errores. Según elmétodo seguido, la refrigeración requerida podrá ser distinta.
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Trabajo técnico #2
Enfriando y congelando productos “LAC” – listo a comer
Walter D. Gameiro, PhD MEPhi Engineering, Design and Consulting
Fort Worth, Texas
Trabajo técnico #2 © IIAR 2006 417
Importancia de estos temas
Todos los alimentos son altamente perecederos. Todos deben tener un tratamiento
adecuado. Este tipo de alimento, porque puede no recibir en nuestras casas el calor
necesario para matar todos los microorganismos, es un producto de un riesgo más
alto.
Este tipo de producto sale directamente de la planta a la boca de nosotros, sin pasar
por un tratamiento térmico en nuestras casas y cocinas capaz de matar todos los
microorganismos nocivos a nuestra salud.
Sin esta etapa, muy importante para la seguridad de nuestros alimentos, la calidad
necesaria es ahora más importante y por eso renovado cuidado y atención es
absolutamente necesario.
Cada error en la planta puede valer una enfermedad o una muerte.
Definición
¿Qué es un producto LAC?
LAC quiere decir “listo a comer” o sea, alimentos preparados industrialmente listos a
servir después de un calentamiento rápido en un horno, una freidora, un pote o un
horno microonda (la solución más común), pero abajo de la temperatura y tiempo
necesario para pasterizar o sea, para eliminar toda la actividad microbiana.
Enfriando y congelando productos “LAC” – listo a comer – Walter D. Gameiro
418 © IIAR 2006 Trabajo técnico #2
¿Qué es enfriar?
Enfriar es el acto de remover calor de un producto alimentario y lograr un cambio
en su temperatura desde una más alta a otra más baja, pero por encima del punto
de congelación de ese alimento.
¿Qué es congelar?
Congelar es el acto de cambiar el todo o parte del contenido de agua de un producto
alimentario desde el estado líquido al estado sólido.
¿Qué es pasterización?
Pasterización (en general) es el acto de elevar la temperatura de un producto,
para inmediatamente después bajarla sufriendo el producto un choque térmico.
La combinación de la alta temperatura seguida de un cambio tan repentino en la
temperatura del producto permite la eliminación de microorganismos.
Opciones de procesamiento
En los Estados Unidos se siguen dos métodos distintos para la producción de
productos LAC. Después de una preparación en crudo, los alimentos van a cocer.
El proceso (A) emplea temperaturas de tal forma que la temperatura del producto
va por encima de 185°F. En el proceso (B) la temperatura del producto podrá estar
abajo del 185°F. Estos dos tipos distintos de proceso requieren soluciones distintas
de frío industrial.
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Trabajo técnico #2 © IIAR 2006 419
Típicamente el producto va a cocer empacado en un filme plástico sanitario. Así que
cuando se necesite enfriar puede emplearse aire, agua o una combinación de los
dos.
Los productos que van a cocer y su temperatura va arriba de los 185°F, típicamente
no requieren “matanza de superficie.” Los productos que van a cocer y su
temperatura se queda por debajo de 185°F, típicamente son enfriados por agua y
aire, y requieren “matanza de superficie” que es un tratamiento de agua muy
caliente proyectada de modo a llevar su temperatura superficial por encima de los
185°F para se bajar repentinamente la temperatura y garantizar la sanidad
alimentaria.
La descripción de los metodos es simplificada, una vez que la exponencia es tan
solamente dedicada a los metodos y sistemas de enfriamiento de los productos. Las
tablas publicadas son de la responsabilidad del autor y no representan ninguna
copia o citación de otro autor, libro, o revista técnica.
Para una idea general sobre los metodos, consulte la figura 1.
Calculo de enfriamiento
Necesitamos retirar calor para reducir la temperatura de un producto. Retiramos
solamente el calor sensible. Para simplificar el ejemplo se tomó la temperatura de
28°F como arriba del punto de congelación. Algunos alimentos tienen puntos de
congelación más bajos. Para cada caso consulte la tabla técnica adecuada.
Primero se verifica si es posible y económico, después se calcula.
Imagine que uno quiere bajar la temperatura de 100,000 libras de carne de res desde
los 95°F a los 28°F en 8 horas.
Enfriando y congelando productos “LAC” – listo a comer – Walter D. Gameiro
420 © IIAR 2006 Trabajo técnico #2
100,000 lb. x 0.77 BTU/lb. X (95-28) = 5,159,000 BTU.
Como lo necesitamos en 8 horas:
5,159,000 / 8 horas = 644,875 BTU/h = 53.7 TR.
Cociendo carne
Por definición, todo el proceso empieza con calor para cocer el producto alimentario.
En este caso se enseña un asado en horno.
Al final del proceso, resulta que la superficie bien que el corazón se encuentra a
temperaturas bien altas. Hay por lo tanto que bajarlas o sea, enfriarse la carne.
Cada país tiene sus reglas que determinan a cuantos grados hay que bajar la
temperatura y también cuantos minutos la operación tiene que durar.
Resulta de las leyes de Estados Unidos que no es posible bajar a la temperatura final
empleando aire frío solamente ya que no se logra bajar a la temperatura final con
aire solo. Por lo tanto hay que emplear agua como primera etapa y luego aire frío.
Por esta razón no es practico empacar la carne con filme plástico después de
enfriada.
Los procesadores más grandes de los Estados Unidos Americanos tratan de
empacarla con filme plástico antes de que vaya al horno a cocer. Así que no es
complicado ducharse el agua sobre la carne cuando está todavía al interior del
horno.
Se puede emplear agua de un pozo, después de tratarla naturalmente, de red o agua
enfriada en un “chiller” tubular o de placas, para bajar la temperatura desde los
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Trabajo técnico #2 © IIAR 2006 421
185°F a los 80°F por ejemplo. Cuando esta operación esté terminada típicamente se
inicia la etapa dos, empleando aire frío para bajar la temperatura de la carne desde
los 80°F a los 36°F.
Para una idea general sobre los tiempos, consulte la figura 2.
Proceso sin pos-pasterización. Enfriamiento por aire solo.
La tabla en la figura 3 fue calculada por el autor, para que se tenga una idea de
cuantos minutos se requieren para enfriar una carne desde la temperatura igualizada
de 185°F a la temperatura de 37°F corazón, con aire a los 15°F y 20 pies por
segundo.
Lo que hay que saber es si estos tiempos que se enseñan sobre esta tabla son
aceptables en su país o estado. En caso afirmativo, sigue el empaque con PVC
alimentario, cartón y paletización. En caso que la respuesta sea no, hay que tratar
de proyectar su planta tal que tenga enfriamiento combinado con agua mientras la
carne este todavía al interior del horno e luego aire frió en célula o túnel, estático o
automático según la producción de la planta.
Una carne de 3 pulgadas de diámetro, necesita 187 minutos, lo mismo que 3 horas
con 7 minutos. Por cierto que no será económico traer el horno ocupado por 3 horas
y 7 minutos para enfriamiento del producto por aire. Asi que se debe buscar otra
solución. A lo mejor hay que proyectar una célula de enfriamiento por aire o se hace
el enfriamiento en dos etapas, con agua y aire.
Enfriando y congelando productos “LAC” – listo a comer – Walter D. Gameiro
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Proceso sin pos-pasterización. Enfriamiento por agua y aire.
Las dos tablas en las figuras 4 y 5 fueran calculadas por el autor para que se tenga
una idea de cómo proyectar esta alternativa.
La carne saliendo del horno a los 185°F puede ser enfriada en la etapa uno, con
agua a la temperatura de 33°F cascadeando sobre el producto. Según su espesor, se
requieren desde 7 minutos a los 350 minutos para bajar el corazon a los 80°F.
En la tabla siguiente, la segunda etapa del proceso, la carne empieza el enfriamiento
a los 80°F con aire a los 15°F y 20 pies por segundo y serán necesarios 25 a 556
minutos para bajar el corazón a los 36°F, según el espesor.
Ejemplo: Una carne de 3 pulgadas de diámetro necesita 172 minutos en total, lo
mismo que 2 horas con 52 minutos, pero, el horno se libera al final de 56 minutos.
¿Porque se necesita un cuarto frío de igualación?
Cuando se enfría carne de cualquier espesor es cierto que la temperatura de
superficie siempre es más baja que la temperatura del corazón.
Lo que quiere decir este facto es que el calor de la carne alrededor del corazón va a
migrar sobre la superficie hasta que se logre una igualación de las temperaturas.
Las operaciones siguientes deben hacerse con las temperaturas igualadas en la
carne. Aunque no sea necesario cortarla con un cuchillo, mejor que sea igualada.
Si este modelo satisface sus requerimientos pase el producto a un cuarto frío con
temperatura igual o más alta que la temperatura de equilibrada y permita la
cantidad de horas necesaria a la igualación.
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En la tabla de la figura 6, calculada por el autor, es claro que cualquier que sea el
formato de la carne, la temperatura de superficie siempre será más baja que la
temperatura del corazón.
Cuando haya definido esta etapa hay que saber cual porcentaje de producción se
venderá fría y cual se venderá congelada, de tal clase que sea posible proyectar los
aparatos de congelación.
Proceso con pos-pasterización
Porque este producto es un riesgo serio para la empresa productora, sobretodo en
los Estados Unidos por sus leyes, el producto podrá requerir seguridad adicional y
hacer la operación de pos-pasterización.
Sobretodo si en las operaciones de proceso anteriores su producto no tuvo nunca
que llevarse a la temperatura de 185°F (85°C) o no por tiempo suficiente para
asegurar tratamiento térmico.
Cuando esté listo a empacarse el producto entra a un aparato serpentín metido
en tableros donde se va a operar la matanza de superficie, o sea, llevese su
temperatura de superficie a los 190°F o arriba por tiempo suficiente para asegurar
la pasterización. Esto se logra por diluvio o por inmersión en agua muy caliente por
3 o 4 minutos lo que depende de la temperatura. Puede lograrse lo mismo con aire
caliente.
Tan pronto que termine la matanza de superficie, se empieza el enfriamiento rápido.
Enfriando y congelando productos “LAC” – listo a comer – Walter D. Gameiro
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Ejemplo de matanza de superficie
En la tabla de la figura 8 y la figura 9, igualmente calculadas por el autor, se
demonstra lo que pasa en tres minutos cuando se hace un diluvio de agua a los
210°F sobre una carne con su temperatura igualada sobre los 28°F.
Es claro que el objetivo es lo de elevar la temperatura de superficie por encima de la
temperatura de pasterización, sin todavía afectar mucho la temperatura del corazón.
Con eso se asegura que la superficie, o sea la parte más susceptible de
contaminación de la carne, salga de la producción con altos niveles de seguridad.
Cuando se termine la matanza de superficie, se enfría la carne por la misma
tecnología que se emplea para productos “sin pos-pasterización.”
La congelación
No hay secreto. Se remueve el calor sensible arriba del punto de congelación, se
remueve el calor latente de congelación y finalmente se remueve el calor sensible
debajo del punto de congelación. La idea en este ejemplo es solamente dar una idea
de cual porcentage de energía se emplea para la remoción del sensible por encima
del punto de congelación, la energía de remoción del calor latente y finalmente para
la remoción del calor sensible por abajo del punto de congelación. De forma muy
genérica se puede decir que se requiere los 30%, los 60% y los 10%.
Es indispensable que se verifique si es físicamente posible. No basta sacarse calor a
un cuerpo, hay que saberse cuales son los límites de la física.
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Trabajo técnico #2 © IIAR 2006 425
Luego, si queremos congelar 100,000 lb. desde el 85°F al 0°F en 8 horas se estima:
100,000 lb. x 0.77 BTU/lb. x (95F-28F) = 5,159,000 BTU
100,000 lb. x 99 BTU/lb. = 9,900,000 BTU
100,000 lb. x 0.42 BTU/lb x (28-0F) = 1,178,000 BTU
Calor total a remover 16,235,000 BTU
Para remover en 8 horas 2,029,375 BTU/h. = 169.1 TR.
Es importante comprender cual porcentaje de energía se requiere para cada etapa de
la congelación.
Tiempo de congelación
El tiempo de congelación es muy importante por una cantidad de razones. Hay que
considerar siempre cual dimensión de cristal de hielo va a resultar del tiempo de
congelación que uno pueda requerir.
Una operación demasiado lenta puede resultar en una dimensión de los cristales
muy grande. Al descongelar su volumen se aumentará antes que cambie al estado
líquido. Eso puede dañar la estructura de la carne y cambiar el aspecto físico.
Además una congelación lenta significa que la proteína de la carne puede separarse
del agua mientras se congela. Cuando se descongela la carne la proteína no va a
integrarse de nuevo en el agua lo que cambia la estructura y sabor de la carne.
Finalmente, siempre hay que calcular las limitaciones de lo que es físicamente
posible.
Hay un balance que siempre tiene que hacerse.
Enfriando y congelando productos “LAC” – listo a comer – Walter D. Gameiro
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Congelar rápido se puede traducir en más buena calidad. En todo caso, si el cliente
no logra separar el sabor de un producto hecho con congelación rápida de otro que
resulta de una congelación menos rápida no va nunca a meterse de acuerdo para
invertir más aunque sepa que la calidad es mejor. Tiene que saborearse la diferencia
o no será una buena inversión.
Sistemas de congelación rápida
Cámara de congelación normal, no es la mejor forma de hacerlo, pero existe mucho
pues que es más barato.
Túnel o célula “blast” es una forma económica de congelar rápido. Efectiva hasta al
punto que la mano de obra no sea demasiado cara.
Túneles automáticos, IQF, espirales para productos sueltos a congelarse antes del
empaque. Efectivo pero es una solución que requiere alguna inversión importante.
Túneles automáticos, VRT para productos empacados que por lo tanto tienen
tiempos de congelación variables. Todavía una buena solución pero mas barata que
los IQF o espirales.
Salmuera muy fría, solución de tipo económico pero no tiene mucha aplicación en
proyectos de la carne.
Contacto, congeladores de placa, pueden ser una excelente inversión cuando se
pueda tratar con cajas estándar que se apliquen bien al congelador.
Contacto directo, o sea por evaporación y contacto directo de refrigerantes como N2
o CO2. Inversión muy baja pero un costo operativo bien alto, pues que las cargas de
refrigerantes se pierden.
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Trabajo técnico #2 © IIAR 2006 427
En la figura 11 el autor calculó una tabla de comparación de distintos empaques
del mismo producto, sometidas a algunas distintas condiciones de temperatura y
velocidad del aire. La comparación fue hecha para una caja sometida a un cuarto de
conservación de congelados, lo mismo pero dotado de ventiladores “booster” a una
velodidad del aire de 10 y 20 pies por segundo, y en la cuarta opción un congelador
de tiempo de retención variable con aire sobre los –40°F y 20 pies por segundo.
Conclusión
Seleccione su proceso con criterio. El tratamiento térmico de los productos
alimentarios es muy importante, sobretodo para los productos “LAC” donde el riesgo
de contaminación se vuelve más serio ya que no serán tratados por temperaturas
por encima de 185°F en las cocinas del consumidor.
No hay magia en esta clase de proyectos. Tratase los productos alimentarios
previendoles con calor; luego se lo retira ya sea para enfriar o para congelar, o sea,
es una ciencia.
Emplear los servicios de alguien que conozca esa ciencia sale mas barato que
meterse a experimentos con producto, lo que sale bien más caro.
Enfriando y congelando productos “LAC” – listo a comer – Walter D. Gameiro
428 © IIAR 2006 Trabajo técnico #2
Bibliografía
Gameiro, Walter – Processing of Pre-Cooked Frozen Foods - 1984
Gameiro, Walter – Technical options in Compression Systems – ISEL 1993
Gameiro, Walter – Variable Humidity for Vegetable Cold Storage – IIAR 1994
Gameiro, Walter – The very basics in Food Preservation - IIAR 1999
Gameiro, Walter – Cutting and Boning Room Design – IIAR 2000
IIF / IIR – Paris, France
INF – Lisbon, Portugal
Kader, Adel – University of California at Davis Website
Kilara, Arun – Ice Cream Freezing and Storage. Penn State University.
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Trabajo técnico #2 © IIAR 2006 429
Figura 1: Diagrama de flujo de proceso
Figura 2: Cociendo carne en horno
Enfriando y congelando productos “LAC” – listo a comer – Walter D. Gameiro
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Figura 3: Sin pos-pasterización – enfriamiento con aire solo
Figura 4: Sin pos-pasterización – enfriamiento por agua/aire,agua fría
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Trabajo técnico #2 © IIAR 2006 431
Figura 5: Sin pos-pasterización – enfriamiento por agua/aire,aire frío
Figura 6: Enfriando en “blast”
Enfriando y congelando productos “LAC” – listo a comer – Walter D. Gameiro
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Figura 7: Matanza de superficie
Figura 8: Matanza de superficie – perfil de la carne
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Trabajo técnico #2 © IIAR 2006 433
Figura 9: Matanza de superficie – perfil grafico de la carne
Figura 10: Perfil energetico. Enfriar o congelar.
Enfriando y congelando productos “LAC” – listo a comer – Walter D. Gameiro
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Figura 11: Tabla comparativa de congelación de productos LAC
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Trabajo técnico #2 © IIAR 2006 435
Notas:
Enfriando y congelando productos “LAC” – listo a comer – Walter D. Gameiro
436 © IIAR 2006 Trabajo técnico #2
Notas:
2006 IIAR Ammonia Refrigeration Conference & Exhibition, Reno, Nevada
