La congelación magnética de alimentos

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Un congelador tan rápido como un microondas es aún una utopía. Los sistemas comerciales de congelación magnética afirman preservar mejor la calidad de los alimentos frescos y reducir el tiempo de congelación. Pero no se sabe aún si estas ventajas son verdaderas o pura propaganda. Los campos magnéticos podrían facilitar el sobreenfriamiento inicial y mejorar la nucleación del hielo. Sin embargo, una revisión crítica de todo lo publicado hasta la fecha no permite confirmar dichas ventajas. Muchos experimentos están mal diseñados. No es posible sacar conclusiones válidas y generales.

Nos lo cuentan Laura Otero, Antonio C. Rodríguez, […] Pedro D. Sanz, «Effects of Magnetic Fields on Freezing: Application to Biological Products,» Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety 15: 646–667 (May 2016), doi: 10.1111/1541-4337.12202.

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Como ilustra la figura que abre esta entrada el proceso de congelación de un alimento pasa por cuatro etapas básicas. En el preenfriamiento la temperatura se reduce por debajo del punto de congelación. En el alimento subenfriado, de forma espontánea, aparecen núcleos de hielo que desprenden calor latente elevando la temperatura hasta el punto de congelación. La temperatura se mantiene constante en el plateau de congelación mientras ocurre la transición de fase que congela toda el agua dando hielo. Al final, la temperatura desciende en el atemperamiento hasta alcanzar la temperatura final.

Un factor determinante en la calidad organoléptica del producto congelado es el tamaño de los cristales de hielo. Cuando la tasa de nucleación es baja se forman pocos núcleos de hielo; durante la etapa de cambio de fase pocos cristales de hielo, pero de gran tamaño que producen daños en la estructura de los alimentos que se notan tras la descongelación. Lo ideal es que la tasa de nucleación sea elevada, para que se formen gran cantidad de núcleos de hielo; si la velocidad de extracción de calor del sistema es adecuada, se formarán muchos cristales de hielo de pequeño tamaño, que causarán pocas pérdidas de calidad en los alimentos.

Para mejorar el proceso de congelación hay que incrementar la tasa de nucleación y la velocidad de extracción de calor del sistema. Por ello la industria usa el troceado de productos, tratamientos de preenfriamiento y la deshidratación parcial del alimento. Además, se emplean refrigerantes que alcanzan temperaturas extremadamente bajas como el nitrógeno líquido o el dióxido de carbono. Por supuesto, la industrial busca otros métodos más baratos que permitan lograr efectos similares.

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La idea de la congelación magnética es reducir la temperatura de subenfriamiento, incrementar la tasa de nucleación y lograr distribución uniforme de los núcleos de hielo en todo el volumen del producto. Para actuar sobre el fenómeno de la nucleación se han propuesto también el uso de ultrasonidos, de campos eléctricos y de altas presiones. El proceso magnético consiste en aplicar, a baja temperatura, un campo magnético (0.5-20000 G) fluctuante (5-15%), que provoque una reorientación del espín electrónico y del espín nuclear de las moléculas de agua del alimento. Así se producen cristales de pequeño tamaño y en un número más elevado.

En teoría, la aplicación del campo magnético induce fuerzas de vibración magnética en las moléculas de agua, lo que evita la formación temprana de los cristales de hielo y su crecimiento, incluso a temperaturas muy bajas. Este retraso de la cristalización del agua reduce mucho la temperatura de subenfriamiento. Además, la cristalización sucede de manera uniforme en todo el producto. En Japón, la congelación electromagnética se comenzó a utilizar en productos de alto valor añadido (grandes pescados). Hay dos empresas que fabrican y comercializan equipos de congelación industriales basados en esta tecnología: ABI Co., Ltd. (Chiba, Japón) que desde 2000 comercializa el congelador CAS (Cells Alive System) y Ryoho Freeze Systems Co., Ltd (Nara, Japón) que desde 2003 vende los congeladores Proton.

¿Funciona la congelación magnética? La revisión crítica de todo lo publicado sobre el tema realizada por Laura Otero y sus colegas del Instituto de Ciencia y Tecnología de Alimentos y Nutrición (ICTAN-CSIC) indica que los estudios científicos rigurosos escasean. Además, sus conclusiones muestran ciertas contradicciones entre sí. Las hipótesis que se alegan para explicar los mecanismos de acción de los campos magnéticos sobre el agua en congelación son poco firmes (aunque se usan en las patentes existentes como apoyo). Se requieren mucha investigación futura en esta tecnología.

 

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Esta figura ilustra las principales características de la molécula de agua. Cuando se aplica un campo magnético externo a una molécula de agua, el movimiento orbital de sus electrones cambia induciendo momentos magnéticos que se oponen al campo aplicado. La susceptibilidad magnética del agua es baja, por lo que un campo magnético débil produce poco efecto; para campos intensos (≥10 teslas) se observa la levitación de gotas de agua en el aire y la deformación de la superficie del líquido.

La magnitud del efecto de los campos magnéticos sobre la congelación del agua depende la intensidad y de la frecuencia de oscilación del campo, del tiempo de exposición y de la temperatura. La mayoría de los resultados publicados tienen baja reproducibilidad y poca consistencia entre sí. Por tanto, hay que tener mucha precaución en la interpretación de los fenómenos observados. Máxime cuando se usan para justificar la patente de una tecnología innovadora; la mayoría reivindican que se inhibe la cristalización del agua y se logran grandes sobreenfriamiento.

Los estudios teóricos y computacionales tampoco ayudan mucho. Las simulaciones de dinámica molecular y mediante métodos de Montecarlo de los efectos de los campos magnéticos sobre el agua muestran resultados inconsistentes entre sí. Como resultado, el campo de la congelación magnética debe considerarse en el estado de ciencia emergente. Todo apunta a que los efectos beneficiosos, de existir, no están siendo aprovechados por los productos comerciales actuales. Las innovaciones futuras deberán buscar una base más firme. Para ello se requieren más estudios de ciencia básica en este campo.

El congelador ultrarrápido, análogo al horno microondas, tardará todavía mucho en llegar a nuestras cocinas. Salvo que se descubra algo realmente sorprendente e innovador.



7 Comentarios

  1. En la escala de tiempo, el salto entre el punto B y el punto C, el proceso parece tener un comportamiento ciertamente anómalo. Imposible, más bien.

  2. Pero vamos a ver, como la tecnología va por delante de la ciencia??
    Se comercializan equipos pero no sabemos si funcionan!!

    1. Francisco, son empresas que venden congeladores industriales que funcionan, obviamente, pero afirman en su publicidad que tienen ventajas sobre la competencia por su tecnología magnética, sin haber demostrado dichas ventajas. ¿Publicidad engañosa? Estas empresas japonesas han sido muy criticadas en los medios en Japón por publicidad engañosa.

  3. Creo que la comparación con el microondas es confusa.
    Aquí no se utiliza las ondas electromagneticas para enfriar (o calentar como en el caso del microondas), sino que imagino que se utilizará un ciclo térmico tradicional para la extracción del calor.
    El uso de ondas magnéticas es para una formación de cristales de hielo mas pequeños.
    Un saludo

  4. Muy interesante el artículo
    Me surge una cuestión, si trozear un alimento ayuda a su congelación, ¿por que los granos de arroz soportan tan mal la congelación? Quiero decir, si congelas una paella en casa destrozas la textura. Quizá sea por la gran cantidad de agua que tienen, pues pasa lo mismo con la pasta.

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Por Francisco R. Villatoro
Publicado el ⌚ 26 abril, 2016
Categoría(s): ✓ Ciencia • Física • Noticias • Science
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