INVESTIGACION DE CONGELACION

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OPERACIONES	UNITARIAS	III	
INSTITUTO	TECNOLÓGICO	MAYA	DE	ESTUDIOS	SUPERIORES	
Finca	Municipal	Chipar,	San	Juan		Chamelco		Alta		Verapaz	
Unidad	Académica	No.	31	de	la	Universidad	de	San	Carlos	de	
Guatemala	
Carrera	de	Ingeniería	en	Industria	Alimentaria.	
 
 
 
 
 
 
 
 
 
INVESTIGACIÓN	DE	CONGELACIÓN	
 
 
 
FATIMA	DULCE	MARÍA	GARCÍA	 HERNANDEZ	
 
 
 
 
 
 
San	Juan	Chamelco,	Alta	Verapaz,	Noviembre	 2022	
	
 
INTRODUCCIÓN 
 
 
La congelación de alimentos es una forma de conservación que se basa en la solidificación del 
agua contenida en los mismos. Por lo tanto, uno de los factores con los que hay que contar en 
el proceso de congelación es con el contenido de agua del producto. 
 
La conservación de alimentos mediante congelación se produce debido a diferentes 
mecanismos. La reducción de la temperatura del producto a niveles por debajo de 0ºC produce 
un descenso significativo en la velocidad de crecimiento de microorganismos y, por lo tanto, 
en el deterioro del producto debido a la actividad microbiana. La misma influencia de la 
temperatura puede aplicarse a la mayoría de las reacciones que pudieran ocurrir en el producto 
tanto enzimáticas como de oxidación. Además la formación de cristales de hielo dentro del 
producto disminuye la disponibilidad del agua para participar en dichas reacciones. 
 
En la industria alimentaria, se define la congelación como la aplicación intensa de frío capaz 
de detener los procesos bacteriológicos y enzimáticos que destruyen los alimentos. No obstante, 
durante los procesos de congelación y de almacenamiento en congelación pueden producirse 
diferentes cambios que pueden afectar negativamente a la calidad del producto. 
 
La congelación como medio de conservación produce generalmente un producto de alta calidad 
para el consumo, aunque dicha calidad depende finalmente tanto del proceso de congelación 
realizado como de las condiciones de almacenamiento del producto congelado. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
OBJETIVOS 
 
• Diferenciar las distintas propiedades de los alimentos congelados 
• Conocer los distintos tipos de modificaciones de los productos provocadas por la 
congelación 
• Identificar los distintos métodos de descongelación que existen. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
DENSIDAD 
 
La densidad (ρ) o masa volumétrica de un material, define el coeficiente entre la cantidad de 
masa (Kg) que caracteriza el material y el volumen unitario (m³).Es decir, Relación entre la 
masa y el volumen de una sustancia, o entre la masa de una sustancia y la masa de un volumen 
igual de otra sustancia tomada como patrón. La densidad es una magnitud escalar referida a la 
cantidad de masa en un determinado volumen de una sustancia o un objeto sólido. Su valor se 
mide en Kg/m³. En este caso el rango de calores, si se incluyen los metales guarda una relación 
de 1 a 600, bastante menos que en la conductividad. Estos varían desde 5 a 30 Kg/m³ en los 
aislantes hasta 8900 Kg/m³ en el cobre. En cambio, la relación es de 1 a 170 si se consideran 
únicamente los materiales de construcción, relación muy cercana a la que se da en la 
conductividad. 
 
CONDUCTIVIDAD TÉRMICA 
 
La conductividad térmica es una propiedad de ciertos materiales capaces de transmitir el calor, 
es decir, permitir el paso de la energía cinética de sus moléculas a otras sustancias adyacentes. 
Se trata de una magnitud intensiva, inversa a la resistividad térmica (que es la resistencia de 
ciertos materiales a la transmisión del calor por sus moléculas) 
 
ENTALPÍA 
 
Entalpía es el nombre dado a una función de estado de la termodinámica donde la variación 
permite expresar la cantidad de calor puesto en juego durante una transformación isobárica (es 
decir, a presión constante) en un sistema termodinámico (teniendo en cuenta que todo objeto 
conocido puede ser entendido como un sistema termodinámico), transformación en el curso de 
la cual se puede recibir o aportar energía (por ejemplo la utilizada para un trabajo mecánico). 
Es en tal sentido que la entalpía es numéricamente igual al calor intercambiado con el ambiente 
exterior al sistema en cuestión. 
 
CALOR ESPECÍFICO 
El calor específico es la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de una unidad 
de masa de una sustancia en un grado. Al calor específico también se le conoce como capacidad 
calorífica específica o capacidad térmica específica. Primero vamos a entender qué es el calor 
específico de un modo más práctico y sencillo para, posteriormente, adentrarnos en su 
comprensión más teórica. 
 
CAMBIOS Y ALTERACIONES EN LOS ALIMENTOS DURANTE EL PROCESO DE 
CONGELACIÓN 
 
Fase de nucleación y cristalización 
 
El proceso de congelación se produce de una manera paulatina, pasando por diferentes fases: 
nucleación y cristalización. 
 
Nucleación. Los alimentos más comunes se congelan entre 0º y -4 ºC. A esta zona se la conoce 
como zona de máxima formación de cristales. Es el comienzo de la congelación e implica la 
presencia o formación de pequeños núcleos que son los centros de los cristales que se forman. 
Paralelamente, al convertirse el agua en hielo, se incrementa de manera gradual la 
concentración de elementos disueltos en el agua restante, lo cual origina un mayor descenso del 
punto de congelación. 
 
Cristalización. Consiste en el crecimiento de los cristales a partir de los núcleos formados. Para 
que la cristalización se produzca más fácilmente se necesita la existencia de alguna partícula o 
sal insoluble que actúe como núcleo de cristalización. Cuanto menor es la temperatura, más 
fácilmente ocurre el fenómeno, formándose un mayor número de agregados cristalinos y, 
consecuentemente, el tamaño de los cristales es menor. Por el contrario a una temperatura 
próxima al punto de fusión, la nucleación es lenta, los núcleos cristalinos son pocos y, por tanto, 
resultan cristales relativamente grandes. 
 
Cambios de volumen 
 
 
El paso de agua a hielo comporta un aumento de volumen cercano al 9%. Debido a este 
fenómeno los alimentos más ricos en agua se expanden más que aquellos cuyo contenido es 
menor. Esto puede dar lugar a fracturas o agrietamientos. Es importante tenerlo en cuenta a la 
hora llenar un envase, por ejemplo. 
 
Cambios durante la fase de almacenamiento 
 
Se ha demostrado que la temperatura de -18º C es un nivel adecuado y seguro para conservar 
los alimentos congelados. Los microorganismos no pueden crecer a esta temperatura y la acción 
de los enzimas es muy lenta, pero el propio almacenamiento puede originar algunos cambios 
en el alimento. 
 
– Recristalización 
 
Durante el almacenamiento hay una tendencia de los pequeños cristales a unirse entre ellos 
formando otros de mayor tamaño. Este fenómeno es más acentuado si se almacena el producto 
a temperaturas cercanas a 0º C. Las roturas de la cadena del frío van a favorecer estos procesos, 
que deterioran la calidad de los productos. Cuanto más baja es la temperatura, menores son los 
efectos, considerándose casi despreciables por debajo de -60º C. 
 
	
– Quemadura por frío 
 
La quemadura por frío es una gran desecación superficial en un alimento congelado, producido 
por la deshidratación anterior. Se ocasiona por la entrada de aire caliente al interior de la cámara 
de congelación (rotura de la cadena de frío), dando lugar a un gradiente de temperatura entre el 
aire frío interno y el aire caliente que penetra. 
 
En estas circunstancias, el aire caliente toma la humedad de los alimentos protegidos 
deficientemente, desecándolos (en una cámara de congelación, la única fuente de humedad 
disponible es el hielo contenido en los alimentos congelados). Después, esta humedad es 
depositada al enfriarse el aire en las superficies frías del congelador. A la formación de hielo a 
partir de la humedad del aire, sin pasar por el estado líquido se llama sublimación. 
 
– Formación de bolsas de hielo. 
Un alimento que tiene bolsas de aire, huecos o elenvase está deficientemente llenado y hay 
además un gradiente de temperatura en él, desprende humedad, se produce la sublimación en 
el interior de dichos huecos o en la pared interior del envase y forma una capa de escarcha y 
cristales de hielo denominados bolsa de hielo. 
 
– Modificaciones en los espacios líquidos residuales. 
Una de las consecuencias de la congelación es la deshidratación y el aumento de la 
concentración de solutos en los espacios líquidos de los alimentos. 
 
Cuando se trata de solutos capaces de reaccionar entre sí, la velocidad de reacción aumenta 
durante la congelación a partir de -5º C y hasta unos 15º C. Por debajo de este punto la velocidad 
de reacción disminuye. Las reacciones que se ven más afectadas por éste fenómeno son las 
químicas (oxidación, hidrólisis…) más que las enzimáticas. 
 
Todos estos efectos son menores cuanto más rápidamente se produce la congelación y cuanto 
menor sea la temperatura de almacenamiento. 
 
– Desnaturalización de las proteínas. 
Cuando el producto se ha congelado lentamente o cuando ha habido fluctuaciones de 
temperatura durante el almacenamiento, los cristales de hielo que se forman crecen extrayendo 
agua ligada a las proteínas, de tal forma que estas se desorganizan siendo luego incapaces de 
recuperar dicha agua durante la descongelación, de manera que esta agua al perderse arrastra 
los nutrientes hidrosolubles. Este proceso cambia la textura del alimento, produciendo un 
endurecimiento e incluso disminuyendo su solubilidad y valor nutritivo. 
 
– Contracción de los lípidos. 
Un lípido en estado sólido se denomina grasa, mientras que si está líquido se llama aceite. El 
cambio de estado de sólido a líquido depende de la temperatura de fusión del lípido. Al congelar 
un alimento los aceites se solidifican y pueden llegar a contraerse. 
 
Todos estos procesos descritos dan lugar a tensiones internas que pueden llegar a producir 
agrietamientos o fracturas del alimento congelado. 
 
LEY DE RAOULT 
Una de las características coligativas1 de soluciones es la disminución de la presión de vapor 
que ocurre cuando se agrega soluto a un solvente puro. Raoult encontró que cuando se agregaba 
soluto a un solvente puro disminuía la presión de vapor del solvente. Entre más se agrega más 
disminuye la presión de vapor. Este estatuto llego a ser conocido como ley de Raoult. 
 
La evaporación es un fenómeno superficial por lo que las moléculas o iones no se convertirán 
en vapor cuando están sumergidas por debajo de la superficie. Las partículas sumergidas tienen 
a otras partículas que las rodean y las fuerzas entre éstas son suficientes para evitar que las 
partículas sumergidas superen dichas fuerzas con la energía cinética disponible para su 
separación. Sin embargo las partículas superficiales tienen solamente las partículas debajo de 
ellas en el estado líquido. Por lo tanto, las moléculas superficiales son capaces de superar estas 
fuerzas internas entre las partículas y entran en estado de vapor. Si las partículas del soluto 
toman el lugar de moléculas del solvente y son partículas de soluto no-volatiles, estas bloquean 
las moléculas de solvente y evitan la vaporización. Por lo tanto, la presión de vapor del solvente 
será menos como resultado de la presencia de las partículas del soluto. A mayor cantidad de 
partículas del soluto en la solución (aumento de la concentración) más posiciones superficiales 
serán bloqueadas. 
 
La ley de Raoult se expresa matemáticamente como: 
 
 
donde P1 es la presión de vapor del solvente una vez agregado el soluto X1como fracción molar 
del componente de la solución, Pº1 es la presión de vapor de solvente puro, e i está dado por, 
 
 
Para una solución de dos componentes: 
 
 
así que 
 
si se sustituye la relación en la ecuación, se obtiene que: 
 
 
si sustituimos esta relación en la ecuación, se obtiene que: 
 
 
Si el soluto es un no-electrolíto entonces i = 1 y la ecuación se convierte: 
 
PROPORCIÓN DE AGUA CONGELADA 
 
En la Industria de Alimentos congelado es primordial el cálculo de la fracción de agua 
congelada y de la temperatura inicial de congelación para el diseño de procesos de congelación. 
La fracción de agua congelada (FWF) es importante en la predicción de propiedades del 
alimento congelado, tiempo de congelamiento del producto y el tamaño de los cristales en el 
alimento congelado. 
 
Para determinar la cantidad de hielo y agua no congelable de un alimento se realiza planteando 
un balance de masa, indicando que es lo que entra en el congelador y que sale, o bien mediante 
la regla de la palanca o del balancín, usando la curva de enfriamiento del alimento. 
 
Para determinar la porción de agua congelada se realiza de un balance de materia simple, en el 
que lo que entra en el congelador es exactamente igual a lo que sale. Al congelador entra una 
fracción de agua (Xw FL) y una fracción de sólidos (Xs FL), mientras que sale una fracción de 
agua en la fase hielo (Xw FH) y una fracción de agua y solutos en la fase disolución 
crioconcentrada, XwDC y XsDC, respectivamente. Por otro lado se sabe que la masa de fase 
liquida que entra en el congelador es igual a la masa de hielo y masa de disolución 
crioconcentrada total en el sistema. 
 
 
 
TALLA DE LOS CRISTALES 
 
 Etapas de la Formación de Cristales de Hielo. 
 
 
 a) Nucleación. 
 
Desde un punto de vista físico, los tejidos animales y vegetales pueden ser considerados, en 
general, como soluciones acuosas diluidas. La temperatura inicial de congelación depende en 
gran medida de la concentración molar de las substancias disueltas y no de su contenido de 
agua; por ejemplo, las frutas muy ricas en agua, tienen un punto inicial de congelación entre -2 
y -3 °C, mientras que las carnes magras, que contienen menos agua, poseen un punto inicial de 
congelación cercano a -1 °C; la diferencia se debe a la fuerte concentración del jugo de las 
frutas en azúcares y ácidos, mientras que la concentración de solutos en más débil en las 
carnes. 
 
El inicio de la cristalización o nucleación va siempre precedida de una sobrefusión, es decir, el 
agua queda durante un cierto tiempo en estado líquido a una temperatura inferior al punto de 
fusión (0 °C, a presión atmosférica). La nucleación es de naturaleza heterogénea, es una etapa 
dinámica: formación muy rápida de núcleos seguida de una destrucción de los mismos. Una 
vez sobrepasado un tamaño crítico el cristal sería estable y podría servir de germen al 
crecimiento cristalino. Este tamaño crítico podría depender de la temperatura, y sería tanto más 
pequeño cuando más baja fuese la temperatura; la nucleación en poco probable a temperaturas 
cercanas al punto de fusión, pero su probabilidad aumenta cuando la temperatura desciende por 
abajo de los -18 °C. 
 
b) Crecimiento de Cristales. 
 
El crecimiento de los cristales de hielo se debe al hecho de que las moléculas de agua emigran 
hacia el medio y terminan agregándose a un germen existente; esto puede ocurrir incluso a una 
temperatura próxima al punto de congelación. En la práctica, en los alimentos, la velocidad de 
crecimiento de cristales de hielo depende de la velocidad a que se elimina calor, es decir, de la 
diferencia de temperatura entre el cristal y el medio que le rodea. A temperaturas muy bajas, el 
factor limitante lo constituye la transferencia de masa, porque la elevada viscosidad del medio 
y la presencia de substancias en solución (sales, alcoholes, azúcares, proteínas, etc.) retarda el 
desplazamiento de las moléculas de agua. 
 
c) Dimensión de los Cristales. 
 
La dimensión de los cristales de hielo al final de la congelación depende del número de 
gérmenes cristalinos (núcleos) formados inicialmente en el medio líquido. Por lo tanto, 
regulando la nucleación por medio de la temperatura se pueden obtener cristales del tamaño 
deseado: a baja temperatura la nucleación es rápida y los numerosos gérmenes dan origen a una 
gran cantidad de cristales de hielo de tamaño pequeño (congelaciónrápida); por el contrario, a 
una temperatura próxima al punto de fusión, la nucleación es lenta, los núcleos son pocos y por 
lo tanto resultan cristales (relativamente) grandes (congelación lenta). 
 
La forma de los cristales de hielo dependen de la velocidad de crecimiento de los cristales, es 
decir, de la temperatura de congelación: una congelación rápida produce cristales más o menos 
redondeados, una congelación lenta cristales alargados, en forma de agujas. Algunos 
investigaciones afirman que los cristales de tamaño grande, sobre todo si están en forma de 
agujas, dañan mecánicamente las estructuras celulares. 
 
En los productos fluidos y bajo agitación, es relativamente fácil obtener cristales de tamaño 
uniforme. Por el contrario, en el caso de productos sólidos o de viscosidad elevada, el tamaño 
de los cristales puede variar de una zona a otra de la masa congelada: en la periferia, los cristales 
se forman rápidamente y son de tamaño pequeño; en el interior, donde la transferencia de calor 
es más difícil, los cristales crecen lentamente y alcanzan, al final de la congelación, un tamaño 
mayor. 
 
DESCONGELACIÓN POR AIRE FRÍO 
 
La descongelación en una cámara frigorífica es uno de los métodos más comunes. Los 
alimentos congelados se almacenan en una habitación a una temperatura de unos 5 °C con 
circulación de aire, hasta que alcanzan lentamente la temperatura ambiente. 
 
 
 
Sin embargo, este método tiene varios inconvenientes: el tiempo de descongelación puede durar 
hasta 48 horas, el resultado no siempre es homogéneo, pero sobre todo se producen importantes 
goteos de alimentos. 
 
 
 
DESCONGELACIÓN POR INMERSIÓN EN AGUA 
Este método es más rápido que la descongelación en cámara frigorífica, pero requiere más 
cuidado. Los alimentos deben estar en un envase hermético o en una bolsa de plástico. Si la 
bolsa tiene fugas, las bacterias del agua pueden contaminar los alimentos. Además, el tejido de 
la carne puede absorber agua, lo que da lugar a un producto aguado. 
 
Relativamente eficaz para descongelar pescado entero, este método no es muy adecuado para 
otros alimentos. 
 
Beneficios 
• Tiempo de descongelación rápido 
• Baja inversión 
• Descongelación continua, incluso de productos congelados en bloques 
• Baja temperatura del producto a la salida 
 
 
 
 
 
 
DESCONGELACIÓN EN MICROONDAS 
 
El microondas y la radiofrecuencia tienen la propiedad de descongelar toda la masa de un 
producto de forma rápida y homogénea. A diferencia de otras soluciones, donde el calor se 
transfiere por conducción desde la superficie del alimento a su núcleo, las ondas pasan por todo 
el bloque de alimentos. Se llama « calentamiento volumétrico ». La velocidad del proceso evita 
la pérdida de goteo o el crecimiento bacteriano. 
 
 
La descongelación por microondas o radiofrecuencia tarda de 3 a 20 minutos en lugar de horas 
o días con métodos tradicionales, incluso para grandes bloques de alimentos. Esta tecnología 
está adaptada incluso para productos sensibles como frutas y verduras. 
 
El aumento de la temperatura durante la descongelación hace que tanto enzimas como 
microorganismos se reactiven, reanudándose de nuevo el proceso de alteración de los alimentos 
y de multiplicación microbiana. 
 
DESCONGELACIÓN POR AIRE FORZADO 
 
El método de descongelado por ventilación forzada de aire exige que la humedad se mantenga 
de forma decreciente de 100 a 60% para las carnes sin piel y en general la temperatura será de 
unos 5°C o bien decreciente de 20°C a 5°C y a una velocidad de 0.25 a 3m/segundo; valores 
que pueden cambiar en función del tamaño de la pieza y de la temperatura original de 
congelación. 
 
En general, se considera este método como poco adecuado para la industria, porque es de difícil 
control; requiere del filtrado del aire al evitar contaminaciones, provocando además según el 
tipo de productos deshidrataciones; a la par de ser lento, ya que se requieren según el tamaño 
de la pieza y la temperatura empleada de 24 a 48 horas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
CONCLUSIONES 
 
La congelación consiste en la aplicación de temperaturas a los alimentos por debajo de cero 
grados centígrados, de forma que parte del agua del alimento se convierte en hielo. Al mismo 
tiempo, como el agua se solidifica, se produce una desecación del alimento, lo que contribuirá 
de forma significativa a una mejor conservación. 
 
El proceso de congelación produce un drástico cambio en las propiedades térmicas de los 
alimentos. Las propiedades de los alimentos cambian debido a la pérdida de agua que 
experimentan así como al efecto que el cambio de fase produce en el agua. Cuando el agua 
dentro del producto pasa al estado sólido también cambian de forma gradual propiedades como 
la densidad, la conductividad térmica, la entalpía y el calor específico aparente del producto. 
 
Dicho esto, es posible afirmar que: 
 
La entalpía de un alimento congelado es una propiedad importante a la hora de realizar los 
cálculos de la refrigeración necesaria para la congelación del producto. 
 
El proceso de conducción de calor se produce de una manera espontánea entre los cuerpos más 
calientes y los más fríos, cuando entran en contacto, o dentro de un mismo volumen de la parte 
más caliente a la más fría. 
 
La relación fundamental que describe el fenómeno de la conducción fue propuesta por Joseph 
Fourier y se conoce como ley de Fourier. 
 
La densidad de un alimento congelado es menor que la del producto no congelado, existiendo 
una dependencia con la temperatura. El cambio gradual en la densidad se debe al cambio 
gradual en la proporción de agua congelada en función de la temperatura. El cambio de densidad 
es proporcional a la humedad del producto. 
 
Las reacciones de deterioro constituyen afectaciones durante el almacenaje de los productos 
congelados. Los cambios químicos y bioquímicos durante el almacenamiento en congelación 
son lentos. Si las enzimas no resultan previamente inactivadas, la rotura de la membrana celular 
por los cristales de hielo puede favorecer la acción de estas. Entre estos cambios se tienen: 
degradación de pigmentos, pérdidas vitamínicas, actividad enzimática residual y oxidación de 
lípidos, quemadura por frío, formación de bolsas de hielo, entre otras. Se entiende por 
recristalización del hielo como un fenómeno que provoca crecimiento de los cristales de mayor 
tamaño a expensas de los más pequeños, siendo la fuerza impulsora para este fenómeno la 
diferencia de energía superficial entre dos cristales en contacto. 
 
Por otro lado, la descongelación es el proceso contrario a la congelación, solo que más lento 
Todas las alteraciones relativas a la calidad del producto (pérdida de textura, de agua, de sabor, 
etc.) que se pudieron producir durante la congelación quedan evidenciadas durante la 
descongelación. Pero, además, hay otro factor importante a tener en cuenta durante la 
descongelación que es garantizar la inocuidad de los alimentos. El tipo de descongelación es 
tan importante como el tiempo/frecuencia de descongelación. Hay cuatro métodos habituales 
de descongelación. Circulación de aire (descongelación en la cámara frigorífica), 
descongelación por aire forzado, por inmersión en agua y por microondas. 
EGRAFÍA 
 
Taronja, F. (2015, 10 junio). Cambios y alteraciones en los alimentos durante el proceso de 
congelación (II). restauracioncolectiva.com. Recuperado el 5 de noviembre de: 
https://www.restauracioncolectiva.com/n/cambios-y-alteraciones-en-los-alimentos-
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Yumpu.com. Recuperado el 5 de noviembre de: 
https://www.yumpu.com/es/document/read/12571176/manual-de-enfriado-
congelacion-y-descongelacion-de-los-alimentos-