Descongelación de alto rendimiento

Por: Marta Xargayó, Eva Fernández, Berta Riera, Marçal Garcia, Ariadna Cabezas, Josep Lagares.  
Foto: METALQUIMIA, SAU

La congelación de materia prima ha sido siempre un método de conservación utilizado en las industrias cárnicas para garantizar un suministro regular y estandarizado de carnes, tanto en lo que refiere a cantidad como en calidad, así como en valor económico. El aumento de la utilización de este recurso se debe tanto al incremento del consumo de productos cárnicos como a la imposibilidad de, según en qué mercados, abastecerse de forma continua de carne fresca. 

Al proceso de congelación, se le suma otro que se está convirtiendo en un reto para muchas organizaciones: la descongelación industrial efectiva. En la industria cárnica existen procesos de descongelación muy variados: inmersión en agua, cámara climática, radiofrecuencia, microondas, e incluso combinaciones de algunas de ellas. La mayoría tienen un factor en común: el proceso es en estático, lo que implica mucho tiempo de proceso y sin garantías de un producto estable, mínimamente uniforme y controlado. De todas ellas, las más utilizadas hasta ahora son la cámara climática y la inmersión en agua.

El método de descongelación utilizado es determinante para que en la materia prima se preserven las características de la carne. Pero no menos importante es el proceso de congelación y almacenamiento, que marcará esta calidad después del descongelado (Backi, C.J., 2018).  

Sistemas de descongelación

• Cámara climática

Consiste en colocar los bloques de carne manualmente en estanterías dentro de una cámara climática para que el aire circule entre ellos. En general se trata de un proceso largo y, según el tipo de producto y tamaño de los bloques, requerirá de 1 a 2 días. Para acelerar el proceso se suele utilizar un gradiente de temperatura con humedades elevadas (vapor) para conseguir un ambiente que favorezca la descongelación.

Debido a los largos tiempos de proceso, la proliferación microbiana puede verse fácilmente favorecida. Otro factor importante a destacar es la necesidad de disponer de una gran superficie para descongelar debido al espacio que ocupa este tipo de proceso. 

Este sistema da lugar a una gran variabilidad en el producto final, con diferencias de calidad y de temperatura entre el interior y exterior de la carne, pudiendo llegar a resecar o encostrar la superficie de las piezas. Por otro lado, también puede haber piezas con el centro todavía congelado, mientras que otras están totalmente descongeladas. Las mermas de proceso suelen ser altas, por lo que hay pérdida de peso considerable (4-6%), tanto de agua como de proteínas, perdiendo así parte de sus propiedades que no podrán ser recuperadas (Pérez-Linares et al. 2005). 

• Inmersión en agua

Consiste en introducir los bloques de producto en contenedores con agua, la cual es mejor conductora de calor que el aire, por lo que este proceso es más rápido que la cámara climática. El mayor inconveniente es que el agua se enfría rápidamente en contacto con los bloques congelados obligando a cambiar o recircular el agua frecuentemente, sobre todo en las primeras horas. La desventaja principal es una mayor merma y lavado de proteínas del producto junto con un riesgo muy elevado de contaminación microbiológica, ya que se genera el hábitat adecuado para la proliferación de microorganismos.

Aunque esta tecnología requiere una baja inversión inicial, existirá un sobrecoste por la gran cantidad de agua utilizada, lo que en países donde este recurso es escaso elevará sustancialmente el gasto económico.

Este proceso no sería apto para la descongelación de materia prima de tamaño pequeño, como carne picada o recortes, ya que el lavado por agua haría aumentar exponencialmente la merma y el riesgo de contaminación.

• Microondas (MW) o Radiofrecuencia (RF)

El principio de esta tecnología se basa en el cambio de polaridad de un campo electromagnético donde, al vibrar las cargas, se genera energía calorífica permitiendo la descongelación.  

Se utiliza poco para descongelación total del producto, en general se utiliza solamente para atemperar los bloques debido a su alto coste energético. En estos sistemas se producen variaciones de temperatura muy elevadas y hay una escasa penetración de calor. El efecto tanto de la MW como RF es la descongelación superficial que va penetrando hacia el centro del producto. El mayor problema de esta tecnología surge cuando la superficie ya está descongelada y el campo electromagnético sigue actuando, por lo tanto sigue generando calor, llegando a cocer la superficie sin haber descongelado aún el interior del bloque.

Aunque el tiempo de proceso es muy corto y las mermas son menores (Ku, S. K et al. 2014), e incluso se puede realizar un proceso continuo, el mayor problema es que al llegar a temperaturas de 0°C ya se pueden detectar puntos de sobrecalentamiento superficial de la carne (zonas de quemaduras). Además, hay que recalcar que se trata de líneas bastante largas y difíciles de limpiar e higienizar. Este método se acostumbra a usar solo como complemento a otras tecnologías para reducir el tiempo total de proceso.

• Reactor de Descongelación

Es un proceso en el que la descongelación de los bloques de carne se realiza dentro de un reactor de masaje, utilizando vapor y calor superficial para crear un ambiente adecuado para la descongelación. El giro del reactor sirve para homogenizar temperaturas y para la separación de los bloques.

Este proceso requiere una tecnología fiable y ampliamente probada para la obtención de una materia prima óptima para poder ser procesada industrialmente. Su éxito recae en un tiempo de proceso más corto y una monitorización absoluta de todas las fases de la descongelación tanto del producto como de los factores que intervienen en el proceso.  

Existen diferentes tipos de reactores y, aunque puedan parecer similares, no todos disponen de la tecnología adecuada ni de los parámetros de control necesarios. Para alcanzar la descongelación en tiempos cortos y con unas temperaturas finales óptimas, es imprescindible un control absoluto de todos los factores y la seguridad de que los elementos necesarios para descongelar entren en juego en la medida justa y en el momento exacto a lo largo del proceso.

Pechuga de pavo antes y después de descongelado con D-Icer

Para cumplir con todos estos requisitos, Metalquimia ha desarrollado el reactor D-ICER, capaz de descongelar cualquier materia prima, aplicando los principios de la termodinámica y transferencia de energía. Todo el proceso se realiza controlando la aportación de vapor en un ambiente al vacío que evita la desnaturalización de las proteínas y la sobrecocción superficial del producto, regulando la temperatura ambiente a través de una camisa térmica. El movimiento del reactor favorecerá la homogenización del producto. La descongelación en D-Icer dispone de diferentes variables que deben controlarse y ajustarse para que el producto final sea lo más parecido a una materia prima fresca o descongelada en estático, pero en menos tiempo y con menor merma. 

Para el inicio del proceso es necesario conocer las características del producto: cómo son los bloques, tipo de carne, temperatura inicial y destino industrial del producto (inyección, molido, picado, etc.). La importancia de estos factores determinará el tiempo total de la descongelación, siendo más corto cuando los bloques son más pequeños o son previamente atemperados (temperatura interna entre -10°C a -6°C). Existen diferentes opciones o tecnologías complementarias para acelerar la descongelación: atemperando el producto con túnel de MW o RF; o separando las piezas que conforman el bloque mediante la utilización de una prensa. Y, si el producto final lo permite, se puede usar una guillotina para partir los bloques en láminas o bloques más pequeños. Todo ello dependerá del destino final de la materia prima en cuestión.

Lomo de cerdo antes y después de descongelado por D-Icer

Durante el desarrollo del reactor D-Icer se consideraron las variables que inciden directamente en el proceso de descongelación y se fueron aplicando sistemas de vigilancia en cada una de ellas para poder obtener una monitorización y control total en cualquier momento del proceso:

•  Control de la temperatura 

Para una buena comparativa, se estudiaron los procesos partiendo de una temperatura interna de los bloques de -18°C /-15°C en todos los casos. La temperatura objetivo al final del proceso de descongelación se establece en 2°C/5°C asegurando que, una vez finalizado el proceso, toda la carne será apta para inyección. Mientras que si el destino final es para productos picados se recomienda no descongelar del todo llegando a temperaturas de -1°C /-2°C para un picado óptimo sin embarrado.

Durante las primeras fases se requiere una alta aportación de energía para obtener un incremento de la temperatura del producto, hasta alcanzar una temperatura interna de -2/-3°C controlando la temperatura superficial mediante la camisa térmica. Para conseguir este efecto es necesario mantener un ambiente óptimo, por lo que en las primeras fases se requieren temperaturas más elevadas en la camisa térmica, controladas constantemente por sensores instalados en el reactor. 

Este momento se puede considerar como punto crítico de la descongelación: es cuando se requiere mayor energía para pasar de temperatura negativa a positiva en el producto (Chen, C.S.1985). Este proceso es en el que se invierte el mayor tiempo ya que se debe aportar la energía calorífica necesaria para realizar el cambio de estado. Al tratarse de un proceso endotérmico, la energía aportada en forma de calor es absorbida por la carne sin incrementar la temperatura de ésta. Como no toda la masa cárnica sigue el mismo “timing”, la descongelación de los bloques se realiza de la superficie hacia el centro, por lo tanto la superficie del producto se descongelará antes siendo imprescindible un control total de la temperatura exterior de la masa. 

Relacion tiempo – temperatura según proceso.

En fases posteriores, la utilización de la camisa térmica es necesaria para mantener la temperatura de la masa hasta el punto óptimo. La homogeneización de la temperatura de la masa cárnica está también favorecida por los movimientos de rotación y basculación realizados durante todo el proceso y evita el contacto prolongado de las piezas con la camisa térmica.

• Aportación de vapor en vacío

La aportación de vapor es un factor básico para obtener un proceso eficiente. Pero este vapor no se podría usar sin un ambiente bajo vacío en el interior del bombo. Es por esto por lo que el vacío es el punto clave para que el vapor añadido pase de 100°C a presión atmosférica a menos de 33°C al entrar en contacto con un alto nivel de vacío (0.05Pa). 

Entrada de vapor en el reactor con y sin vacío.

La energía aportada por el vapor al condensar en la superficie del producto es la que inicia la descongelación del producto. La aplicación de vapor en el proceso se realiza generalmente durante la primera mitad del proceso, cuando el producto se encuentra a temperaturas negativas y todavía no se ha llegado al punto de fusión. Este vapor debe ser de calidad alimentaria por lo que en la línea deben utilizarse filtros específicos para eliminar las impurezas. 

La cantidad de vapor añadido debe ser controlada durante el proceso evitando un exceso de la aportación de agua en forma de vapor. Este control se realiza mediante una determinada presión del vapor y las células de carga sobre las que está soportado el bombo. La mayoría de los tipos de carne por su naturaleza tienden a absorber el vapor añadido (partes de pollo, pavo, paleta de cerdo, etc.), mientras que otros apenas absorben agua (lomo de cerdo, pierna de cerdo). En la mayoría de los productos el rendimiento final suele ser positivo, entre 1-4% respecto al peso congelado, mientras que en los demás sistemas de descongelación estas cifras son negativas. 

Aproximación de horas de descongelación en reactor D-Icer por diferentes productos

Conectividad 4.0

Todas las variables implicadas en el proceso son visibles a través del display y pueden ser exportadas en forma de rapport a cualquier dispositivo. En caso de disponer de un sistema informático de producción tipo SCADA conectado al equipo, puede visualizarse el estado actual del proceso desde cualquier dispositivo. Esta es la gran ventaja de contar con tecnología 4.0 en cualquier equipo pudiendo comprobar y revisar minuto a minuto cualquier paso intermedio que conforma el proceso completo.

Ventajas del sistema de descongelación D-ICER

Las ventajas de la utilización de un reactor D-Icer para el proceso de descongelación se resumen en los siguientes puntos: 

1. 1. Menor tiempo de descongelación

La reducción del tiempo de descongelación es una de sus mayores ventajas, acortando el proceso de días a horas con el resultado de una mayor productividad que se traduce en una mayor eficiencia y seguridad. Como se puede distinguir en la tabla 1, los tiempos pueden variar entre tres y catorce horas según el producto y su temperatura inicial. Hay muchos factores que influyen a la hora de definir el tiempo total, como el tamaño de los bloques y de las piezas. Pero todo ello es ajustable modificando el programa y adaptándolo según las necesidades. Los demás sistemas de descongelación son estandarizados y no varían en función del producto por lo que no se optimiza el descongelado como con el sistema D-Icer.

Proceso de descongelación de paleta de cerdo

Un ejemplo claro de la variación de tiempo que suponen las diferentes condiciones iniciales, son los productos de vacuno. Las piezas grandes en bloque requieren tiempos más largos, a no ser que se atemperen antes del proceso o se descongelen en piezas individuales. Estos cambios pueden suponer reducciones de hasta 4 horas de tiempo final. Hay otros ejemplos de ello en las medidas de los bloques de piezas más pequeñas como pechugas de pollo. Unos bloques más finos ayudan a una fácil separación de las piezas y, por ello, el tiempo final se ve claramente reducido. 

1. 2. Rendimientos positivos

Los rendimientos del proceso pueden representar un incremento del 1 al 4% sobre el peso inicial, al contrario de lo que ocurre en otros métodos de descongelación. Tales incrementos pueden variar dependiendo principalmente del producto descongelado. Hay excepciones, como el lomo de cerdo, que tienden a tener rendimientos negativos.

1. 3. Optimización del espacio y de los recursos

La utilización del reactor D-Icer permite la reducción del espacio necesario al tener una alta productividad, tanto por los tiempos de proceso empleados como por la capacidad de carga útil de los distintos modelos de D-Icer (de 500 a 5000kg). Importante también la posibilidad de un crecimiento modular, adaptado a las necesidades del fabricante. 

1. 4. Seguridad alimentaria e higiene

La utilización en todo momento de una atmósfera al vacío junto con los cortos tiempos de proceso y el control de la temperatura del producto, evita el exceso de temperatura en la superficie del producto. La facilidad de limpieza que aporta el pulido interior y un sistema CIP reduce el tiempo y facilita su higienización. 

1. 5. Versatilidad

La versatilidad del equipo no recae solamente en la posibilidad de descongelar todo tipo de carne de diferentes formatos y temperaturas iniciales, sino que existe la posibilidad de utilizar el reactor como marinador por absorción después del descongelado, optimizando el proceso sin interrupciones ni movimientos del producto. La salmuera se puede cargar por vacío o adición directa y se inicia el programa de marinado.

1. 6. Retorno de la inversión

La reducción del tiempo de proceso y el rendimiento positivo de la descongelación, permite la obtención de mayor volumen de carne descongelada/día que los demás sistemas mencionados, dando lugar a un aumento de la producción y de la rentabilidad de la inversión. 

Conclusiones

La gran demanda de productos, unida a la variabilidad de precios de la carne durante todo el año y a la globalización del mercado, ha aumentado la necesidad de utilizar y almacenar carne congelada para mantener una producción estable o para reducir costes de materia prima. Para poder garantizar productos estandarizados de calidad, así como un suministro continuo a la producción industrial, se debe contar con un proceso de descongelación rápido, eficaz y fiable. 

Los sistemas de descongelación revisados, como son la descongelación en estático, por inmersión o por MW/RF, no ofrecen soluciones completas que puedan satisfacer las exigencias de control y de calidad de la mayoría de las empresas actuales, resultando en: tiempos de proceso largos, grandes superficies de planta, pérdida de proteínas y/o cocción superficial en algún caso, mermas estructurales y, sobre todo, la falta de control sobre el proceso y del propio producto. En cambio, la utilización del sistema D-Icer ofrece grandes ventajas respecto al resto de procesos: rapidez, homogeneidad, optimización del espacio, alta productividad y seguridad alimentaria. A su vez, un control absoluto de cualquier fase que conforman el proceso de descongelación: sus variables, parámetros y control de temperatura interno y externo del producto. 

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