CONSERVACIÓN DE LOS ALIMENTOS: ¿CÓMO LES AFECTA LA ESTABILIDAD DE TEMPERATURA Y HUMEDAD?

Por cortesía del Knowledge Center, CAREL HQ

 

La mejora en las tecnologías de refrigeración ha permitido aumentar la vida útil del alimento, lo que tiene un impacto especialmente relevante en la reducción del desperdicio alimentario y en el aumento de la seguridad alimentaria.  Este estudio se centra en analizar el efecto del tipo de compresor (velocidad variable vs velocidad fija) en la estabilidad de la temperatura y la humedad en las vitrinas donde se almacenan los alimentos en los supermercados, y su efecto en los alimentos almacenados en ellas.

INTRODUCCIÓN

El deterioro de las propiedades de los alimentos frescos, hasta el punto de afectar a su comercialización, depende de las acciones combinadas de enzimas específicas típicas de las células de los tejidos y de los microbios que contaminan los alimentos.  El efecto general es la formación de sustancias orgánicas de bajo peso molecular (que contienen nitrógeno y azufre) que modifican el olor, el sabor y el color de los alimentos de forma negativa y desagradable.  La acción hidrolítica también rompe la estructura del producto, provocando con frecuencia modificaciones irreversibles de algunas propiedades reológicas (por ejemplo, el refuerzo de los alimentos).

La cadena del frío es aún la mejor manera de limitar o ralentizar la multiplicación microbacteriana y, por lo tanto, garantizar un período de conservación razonable para los alimentos.  Este período puede variar, incluso considerablemente, dependiendo del tipo de alimento, su estado físico, su historial antes de su comercialización (es decir, buenas prácticas de higiene durante el procesamiento inmediatamente antes de su comercialización), la época del año, el lote específico del producto, variedad, etc.

Entre los diferentes pasos en la cadena de frío, la elección de tecnologías fiables en refrigeración en las vitrinas de los supermercados juega un papel esencial.  Sorprendentemente, se ha visto que el almacenamiento en muebles frigoríficos no es el paso más eficiente en la cadena de frío, ya que la temperatura con frecuencia aumenta por encima del límite deseado debido a la entrada de aire ambiente, la proximidad de las luces, los ciclos de descongelación, el flujo no uniforme de aire y las diferencias en tipo, función, eficiencia, temperatura de punto de ajuste, tasa de rotación y tasa de apertura de puertas en vitrinas.  También debe tenerse en cuenta la interacción con las personas, los consumidores, y el personal de tienda1.

En los últimos años, la mayoría de estas variables han mejorado notablemente gracias al diseño más preciso de las vitrinas y la mejora en las tecnologías.  Estas incluyen tecnologías inverter DC que, junto con el uso de válvulas de expansión electrónicas y sistemas de control y supervisión más avanzados, han llevado no solo a un ahorro energético del sistema, sino también a una mayor estabilidad de los parámetros a través de la modulación.

Este estudio, realizado en colaboración con la Universidad de Padova (Departamento de Biomedicina Comparativa y Ciencias de la Alimentación), con el objetivo de analizar la estabilidad de las variables utilizando compresores de velocidad variable versus compresores de velocidad fija.  En particular, el alcance del estudio era analizar en qué medida el tipo de compresor afecta a la temperatura y la humedad relativa en las vitrinas típicas donde se almacenan los alimentos en los supermercados y su influencia en la conservación de alimentos.

 MÉTODO EXPERIMENTAL

Muebles plug-in con dos tipos de compresores diferentes (velocidad variable y velocidad fija), ubicados en el mismo entorno, simulando las condiciones ambientales típicas de un supermercado.  Los parámetros que afectan a la calidad de los alimentos se midieron al principio y después de un tiempo específico dentro de los muebles.  A continuación más detalles.

1.    Diseño del experimento

Se configuraron cuatro vitrinas abiertas de media temperatura situadas en la misma sala, simulando las condiciones ambientales típicas de un supermercado.  Todas las vitrinas estaban equipadas con válvulas electrónicas y fueron monitorizadas utilizando un sistema de supervisión remota.  La única diferencia entre los muebles era el compresor: las vitrinas 1 y 3 tenían un compresor de velocidad variable, mientras que los muebles 2 y 4 tenían un compresor de velocidad fija.

Los muebles tenían siete estanterías.  En el estante superior, inferior y medio de cada mueble se monitorizaron tres parámetros: un sensor de temperatura y un sensor de humedad monitorizaron la temperatura del aire y la humedad relativa dentro del mueble, y una sonda de temperatura del producto midió la temperatura central.  Los productos analizados en el estudio se colocaron en las tres estanterías donde se instalaron los sensores y las sondas.

El número de ciclos de desescarche (tres en cada mueble) se definió en función de su duración y de la medición de la temperatura de evaporación durante el funcionamiento.  Cada compresor se configuró para ajustar su velocidad/capacidad o ciclos on/off de acuerdo con una temperatura de referencia (también definida como temperatura “virtual” o de “control”), y el set point con el diferencial correspondiente.  La temperatura de referencia se estableció, después de pruebas específicas, como la media entre la medición hecha por los dos sensores instalados en la entrada y la salida de aire a través de los evaporadores.  Esto garantiza un mejor control de la temperatura del producto y del aire en cada estantería.  El punto de ajuste y los parámetros diferenciales para el control del compresor fueron diferentes para cada vitrina.  Estos se establecieron con el objetivo de garantizar una temperatura media de 2.6 ± 0.1 ºC con las dos tecnologías a lo largo de un día, incluídos los desescarches.

Para los muebles con compresor de velocidad fija, los parámetros de control también se configuraron para garantizar un promedio de 7 arranques/hora, compatibles con los parámetros típicos de un compresor (máximo 10 veces por hora) o compatibles con válvulas solenoides (100.000 ciclos/año) y minimizar las fluctuaciones de temperatura.

Se eligieron diferentes tipos de alimentos con diferentes embalajes: carne (embalaje sellado), verduras (embalaje o sellado) y productos de panadería (embalaje no sellado).  Los parámetros que más afectan a la vida útil de los diferentes alimentos se midieron al inicio y después de un tiempo específico dentro de los muebles refrigerados.

2.   Análisis de los alimentos

La carga bacteriana total y de Pseudomonas spp se midió para evaluar la degradación de la carne al principio y después de 48, 120, 144, 192 y 216 horas de refrigeración.  Para analizar la posible presencia de cepas de pseudomonas (causa común de deterioro de la carne fresca), se examinaron las bandejas que contenían las muestras utilizando una lámpara ultravioleta.  Al colocar las bandejas debajo de la lámpara, fue posible distinguir las muestras que emitían fluorescencia y, por lo tanto, estaban contaminadas por Pseudomonas spp.  También se midió la carga bacteriana total contando todas las colonias presentes después de la incubación con diferentes medios y diluciones: PlateCount Agar (PCA), Violet Red Bile Dextrose Agar, Lingby Iron Agar and Pseudomonas Agar Base (CFC).

Con respecto a las verduras, el color de la superficie se midió instrumentalmente después de 5 días de refrigeración de acuerdo con el sistema de triestímulo CIELAB2.  Se utilizaron dos iluminantes, D6500 (temperatura de color de 6500 ºK) y A (lámpara de filamentos de tungsteno, llena de gas, que funciona a una temperatura de color de aproximadamente 2848 ºK).

El producto de panadería se analizó después de 12 días de almacenamiento.  La elasticidad de la masa del producto (específicamente la parte interna del producto, que en el caso del pan es la miga), un parámetro fundamental al evaluar el proceso de envejecimiento3, se midió en términos de módulo de elasticidad, utilizando un dinamómetro.  Cuanto mayor es la fuerza en newtons, mayor es la elasticidad de la muestra.  

Finalmente, se realizó una prueba adicional para analizar la actividad del agua en diferentes muestras después de 10 días dentro de las vitrinas.  La actividad del agua, que se puede aproximar a la humedad relativa de los alimentos, se mide con un higrómetro.  Este indicador es de vital importancia para evaluar la naturaleza perecedera de un alimento, ya que afecta a la multiplicación de microbios y al metabolismo de las bacterias, y también modula las reacciones bioquímicas y químicas que tienen lugar en la matriz alimentaria.  La dinámica de la humedad que se mueve hacia y desde el alimento depende de la diferencia entre la actividad del agua del alimento en sí y la humedad relativa del ambiente.  Lo contrario ocurre si la actividad del agua de los alimentos es menor que la humedad relativa del aire.  En términos generales, se puede decir que cuanto mayor es la actividad del agua en los alimentos, más perecedera es (debido a alteraciones microbiológicas).

RESULTADOS Y CONCLUSIONES

La primera parte del trabajo consistió en analizar cómo el tipo de compresor afecta a la estabilidad de la temperatura y la humedad dentro del mueble.  Posteriormente, se analizó el efecto de estos parámetros en la preservación de los alimentos.  Los resultados se muestran a continuación.

1.   Cómo influye el tipo de compresor en el parámetro de estabilidad dentro del mueble frigorífico

Los siguientes gráficos muestran las tendencias de temperatura y humedad relativa dentro de los muebles.  Esto corresponde al monitoreo de las condiciones en un estante en una vitrina de cada tipo durante 10 horas.  Se observaron las mismas tendencias durante todos los ensayos en cada vitrina.

Como se puede ver en la figura 1.a, se registraron fluctuaciones de alrededor de 1.5 ºC en los muebles con un compresor de velocidad fija, mientras que con un compresor de velocidad variable la temperatura se mantuvo prácticamente constante.  Los picos más altos en ambos muebles, entre 0.00 y 2.00, corresponden a desescarches programados.

Comparación entre las tendencias de temperatura en los muebles con compresor de velocidad variable o de velocidad fija

Figura 1.a – Comparación entre las tendencias de temperatura en los muebles con compresor de velocidad variable o de velocidad fija

En cuanto a la humedad relativa, se registraron fluctuaciones de más del 25% en el mueble en modo de velocidad fija, mientras que el valor de humedad permaneció prácticamente constante en el modo de velocidad variable, excepto durante los desescarches.  Los resultados de 10 horas de monitorización se muestran en el siguiente gráfico.

Comparación entre las tendencias de humedad en los muebles con compresor de velocidad variable o de velocidad fija

Figura 1.b - Comparación entre las tendencias de humedad en los muebles con compresor de velocidad variable o de velocidad fija

2.   Efectos de la estabilidad en la temperatura y la humedad en la preservación de alimentos.

La primera parte del proyecto tenía como objetivo estudiar el efecto de las tendencias en las diferentes variables en productos envasados sellados. Las muestras consistieron en filetes de pechuga de pavo, típicamente alterados por bacterias como pseudomonas cuando se conservan en presencia de oxígeno.

Los resultados mostraron que, de media, el límite en la carga bacteriana total y Pseudomonas spp que indica que no se podía vender la carne, ocurrió más tarde en las muestras colocadas en las vitrinas con un compresor de velocidad variable. Los índices de aceptación y calidad confirmaron este resultado.  El siguiente gráfico, figura 2.a, muestra los valores del índice de calidad.

Índice de calidad de muestras de carne conservadas en vitrinas con compresor de velocidad variable (1 y 3) y compresor de velocidad fija (2 y 4). La línea punteada roja muestra el límite del deterioro

Fig. 2.a - Índice de calidad de muestras de carne conservadas en vitrinas con compresor de velocidad variable (1 y 3) y compresor de velocidad fija (2 y 4). La línea punteada roja muestra el límite del deterioro.

En la segunda parte del proyecto se estudió el efecto de las variaciones de temperatura y humedad sobre productos envasados no sellados.  Se utilizaron dos muestras diferentes: calabaza fresca en porciones y un producto de panadería con fermentación tradicional.  La razón por la que se eligieron estos dos tipos de alimentos es que, en el caso de la calabaza, la estabilidad del color es de gran importancia debido a su alto contenido en carotenoides, mientras que para el producto de panadería resultaba interesante monitorizar el intercambio de humedad entre la miga y la corteza, considerando que la actividad del agua es estas dos fases es bastante diferente.

Comparación estadística de los resultados obtenidos al evaluar el color de las muestras de calabaza almacenadas en vitrinas con compresor de velocidad variable (1 y 3) y compresor de velocidad fija (2 y 4)

Fig. 2.b - Comparación estadística de los resultados obtenidos al evaluar el color de las muestras de calabaza almacenadas en vitrinas con compresor de velocidad variable (1 y 3) y compresor de velocidad fija (2 y 4)

Resultados estadísticos obtenidos al evaluar la elasticidad de la miga de un producto de panadería con fermentación tradicional

Fig. 2.c - Resultados estadísticos obtenidos al evaluar la elasticidad de la miga de un producto de panadería con fermentación tradicional almacenado en vitrinas con compresor de velocidad variable (1 y 3) y compresor de velocidad fija (2 y 4)

También se vio cómo la actividad del agua (aw) de un alimento era diferente dependiendo del tipo de compresor en las vitrinas.  Los resultados pueden resumirse en lo siguiente:

  • Los alimentos con baja aw se conservaron mejor en las vitrinas con compresor de velocidad variable, ya que absorben menos humedad.  La alteración más probable al absorber vapor de agua es el crecimiento de colonias de moho, lo que disminuye la vida útil del producto.
  • Los alimentos con alta aw tienden a perder más agua en las vitrinas con un compresor de velocidad variable, lo que no afecta a la vida útil del producto.  Pueden variar algunas propiedades organolépticas (jugosidad, textura, etc.) pero no se observaron diferencias concretas en términos de mayor o menor probabilidad de crecimiento de microorganismos alterados.

 Variación de peso (%) de diferentes alimentos conservados en muebles refrigerados con compresores de velocidad variable o compresores de velocidad fija 3. Conclusiones

 Tab. 2.a - Variación de peso (%) de diferentes alimentos conservados en muebles refrigerados con compresores de velocidad variable o compresores de velocidad fija

 3.   Conclusiones

La mayor estabilidad en las tendencias de temperatura y humedad en muebles refrigerados con compresores de velocidad variable en comparación con aquellos equipados con compresores de velocidad fija, permitió una mejor conservación de las muestras de carne, verdura y productos de panadería en cuanto a la carga bacteriana, el color y la elasticidad de la masa, respectivamente.  Las mediciones de la actividad del agua demostraron que los alimentos con un bajo aw se conservaron mejor en las vitrinas con un compresor de velocidad variable.  No se debe ignorar la influencia de otros factores, dentro o fuera de los muebles, como el flujo de aire, la velocidad de apertura de la puerta o la interacción con la gente.

Estos resultados subrayan la importancia de utilizar tecnologías que garanticen un control fiable sobre los parámetros, como el compresor de velocidad variable, que tiene un efecto positivo en la conservación de alimentos y brindan numerosos beneficios para las personas y el medio ambiente.

 

 1 Mercier, S., Villeneuve, S., Mondor, M. and Uysal, l. (2017), Time-Temperature Management Along the Food Cold Chain: A Review of Recent Developments.  Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety, 16: 647-667.

 

2 Defining and Communication Color: The CIELAB System, Sappi Fine Paper North America, 2013.

 

3 G. Giovanelli e E. Pagliarini, “EVALUATION OF THE CRUMB STALING PERCEPTION THRESHOLD”, Industrie Alimentari, 35 (349), 1996, pp. 635-641.

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