Inmersión De Enfriamiento Y Congelación En Refrigeración Acuosa..docx

REVIEW PAPER

DOCUMENTO DE REVISIÓN Immersion chilling and freezing in aqueous refrigerating media: review and future trends Enfriamiento por inmersión y congelación en medios refrigerantes acuosos: revisión y tendencias futuras. T. Lucas* Cemagref-GPAN, BP 44, 92163, Antony, Cedex, France A. L. Raoult-Wack CIRAD-SAR, BP 5035, 34090, Montpellier, Cedex, France Received 25 November 1996; revised 7 January 1998; accepted 25 January 1998 Immersion contact chilling and freezing (ICF) in aqueous refrigerating media consists of soaking foodstuffs in a cooled aqueous solution. Binary brine solutions (sodium chloride, calcium chloride) are usually used, and less frequently, ternary or more complex solutions, e.g. water + salt + ethanol or water + sugars, are used. The advantages claimed for ICF include shorter processing times, consequent energy savings and better food quality. This freezing technique nevertheless has a limited range of application as it is not yet fully developed, in particular because of the problem of uncontrolled penetration of solutes into the food material. Recent advances in the ICF process involve a detailed understanding of multicomponent mass transfer during soaking processes and solution properties at low temperatures. These advances should be of practical benefit, opening the way for new applications in the chilled and frozen food sector. The present paper comprehensively reviews the current state of the art and analyses new prospects for the ICF process. 1998 Elsevier Science Ltd and IIR. All rights reserved. (Keywords: immersion; chilling; refrigeration; food products) El enfriamiento y congelamiento por contacto de inmersión (ICF) en medios de refrigeración acuosos consiste en remojar Alimentos en una solución acuosa enfriada. Soluciones binarias de salmuera (cloruro de sodio, cloruro calcio) se usan generalmente, y con menor frecuencia, soluciones ternarias o más complejas, e.g. agua + sal + etanol o agua + azúcares. Las ventajas reclamadas para ICF incluyen tiempos de procesamiento más cortos, ahorros de energía consecuentes y mejor calidad de los alimentos. Sin embargo, esta técnica de congelación tiene un rango de aplicación limitado ya que aún no está completamente desarrollada, en particular debido al problema de la penetración incontrolada de solutos en el material alimenticio. Los avances recientes en el proceso de ICF implican una comprensión detallada de la transferencia de masa multicomponente durante los procesos de remojo y las propiedades de la solución a bajas temperaturas. Estos avances deben ser de beneficio

práctico, abriendo el camino para nuevas aplicaciones en el sector de alimentos refrigerados y congelados. El presente artículo revisa exhaustivamente el estado actual de la técnica y analiza nuevas perspectivas para el proceso de la ICF. 1998 Elsevier Science Ltd y IIR. Todos los derechos reservados. (Palabras clave: inmersión; enfriado; refrigeración; productos alimenticios) Introduction Immersion chilling and freezing involve direct contact of the food product with a low freezing point liquid medium maintained at a low temperature. For the purposes of this paper, the immersion chilling and freezing (or ICF) process does not include freezing by immersion in boiling cryogenics, e.g. liquid nitrogen and carbon dioxide, refrigerants, etc. Aqueous solutions are used as the refrigerating medium, as such liquids remain Introducción Enfriamiento por inmersión y congelación involucra contacto directo del producto alimenticio con un medio líquido de bajo punto de congelación. Mantenido a baja temperatura. A los efectos de este papel, la inmersión de refrigeración y congelación (o ICF) proceso no incluye la congelación por inmersión en criogenia en ebullición, por ej. Nitrógeno líquido y carbono dióxido de carbono, refrigerantes, etc. Se utilizan soluciones acuosas como el medio de refrigeración, como tales líquidos permanecen Table 1 Immersion chilling and freezing in binary aqueous solutions (water + 1 solute): materials and operating conditions found in the literature Solute(s)

Concentration

Temperature (°C)

Processed foodstuffs

NaCl

— — — — [0; 3%m.] 23.1%m. 1.8%m. [15; 23%m.] — [10; 15%?]

packed pork

seawater~3.5%m. 23%? 26%m. — [5; 23%m.] [19.9; 22.9%m.] — 23%m. — 22%m. [5.5; 10.5%m.] [5; 23%m.] 29% m. 29.8%m.

0 23 [ ¹ 24; ¹ 15] ¹ 17 [ ¹ 2; 0] [ ¹ 17; ¹ 15] ¹ 0.5 [ ¹ 21; ¹ 9.5] [ ¹ 20; ¹ 19] [ ¹ 9; ¹ 7] [ ¹ 17; ¹ 15] ¹ 1 0 ¹ 20 [ ¹ 18; ¹ 15] [ ¹ 21; ¹ 2.9] [ ¹ 19; ¹ 16] [ ¹ 16; ¹ 14] ¹ 18 ¹ 20 ¹ 20.5 [ ¹ 10; ¹ 2] [ ¹ 18; þ 2] [ ¹ 40; ¹ 18] [ ¹ 40; ¹ 15]

26%? —

¹ 20 ¹ 32

CaCl 2

Ref. 81 82

fish

76 29 35

brook trout, scad, sprats

42 42

haddock sardines tuna

21 13 4 23

fish, shrimps blue crab meat crab legs whole crabs gel (gelatin) gel (agarose, carrageenan) peppers, green beans, tomatoes carrots, beans, snow peas peppers, tomatoes, squash peas apple cylinders

4, 17 83 36 4 45, 84 44 74 12 73 15 30

27 packed gel (gelatin) packed orange juice, hacked spinach,14, 41 carrot, mashed potatoes, egg 85 packed eggs 6 packed poultry

[ ¹ 20; ¹ 40 [ ¹ 40; [ ¹ 10; [ ¹ 17; ¹ 13.9 [ ¹ 78; ¹ 40 [ ¹ 40; [ ¹ 40;

26%m. — 27%? 10.8%m. [5; 20%?] — [5; 20%?] —

MgSO4 sucrose ethanol ( þ dry ice) methanol ethylene glycol propylene glycol glycerol sorbitol, corn syrup, PVP, DMSO

50% vol. — 52% vol. [5; 20%?] 56% vol. 33%? 66% vol. [5; 20%?] [5; 20%?]

¹ 16] ¹ 20] ¹ 2] ¹ 2] ¹ 5] ¹ 12.2] ¹ 12.2]

¹ 29 ¹ 17 ¹ 29 ¹ 20 [ ¹ 29; ¹ 18] [ ¹ 78; ¹ 5] ¹ 17

87 77

fish (tuna)

86 30

apple cylinders apple cylinders fruit, vegetables, meat apple cylinders packed sugar beet samples fish other than flatfish packed poultry packed gel (gelatin) packed gel (gelatin) apple cylinders packed gel (gelatin)

30 2 30 28 88 27 89 27 30 27 24 27

packed gel (gelatin) apple cylinders apple cylinders

30 30

—: Data not provided; empty cell: as for the cell above in the same column; %?: proportion type not known, probably corresponds to a mass or volumetric concentration where a solid or liquid, respectively, is dissolved in water; [a; b]: between a and b; DMSO: dimethyl sulphoxide; PVP: polyvinyl pyrollidone

Tabla 1 Inmersión en soluciones acuosas (agua sol 1 soluto): materiales y condiciones de funcionamiento que se encuentran en la literatura. Soluto (s)

Concentración

Temperatura (° C)

NaCl

-

0

-

23

-

[-24; -15]

-

-17

29

[0; 3 % m.]

[-2;0]

35

23.1 %m.

[-17; -15]

1.8%m.

-0.5

Alimentos procesados Cerdo empacado

Ref. 81 82

Pescado

Trucha De Arroyo, Piscis, Espadines

76

42 42

[15;23%m.]

[-21;-9.5]

eglefino

21

-

[-20; -19]

sardinas

13

[10;15%?]

[-9; -7]

atún

4

[-17;-15]

23

Agua de mar ~3.5%m.

-1

pescado, camarones

4, 17

23% ?

0

carne de cangrejo azul

83

26%m.

-20

patas de cangrejo

36

-

[-18; -15]

cangrejos enteros

4

[5; 23%m.]

[-21; -2.9]

gel (gelatina)

45, 84

[19.9; 22.9%m.]

[-19; -16]

gel (agarosa, carragenina)

44

-

[-16; -14]

74

23%m.

-18

pimientos, judias verdes, tomates Zanahorias, Frijoles, Guisantes De Nieve

-

-20

pimientos, tomates, calabaza

73

22%m.

-20.5

chícharos

15

[5.5; 10.5%m.]

[-10; -2]

cilindros de manzana

30

12

[5;23%m.]

[-18; +2]

29%m.

[-40; -18]

29.8%m.

[-40; -15]

26%?

-20

huevos empacados

85

-

-32

aves de corral empacadas

6

26%m.

[-20; -16]

-

-40

27% ?

[-40; -20]

MgSO4

10.8%m.

[-10; -2]

cilindros de manzana

30

Sacarosa

[5; 20%?]

[-17; -2]

cilindros de manzana

30

-

-13.9

frutas, verduras, carne

2

[5; 20%?]

[-78; -5]

30

-

-40

cilindros de manzana muestras de remolacha azucarera envasadas

[-40; -12.2]

peces distintos de los peces planos

88

[-40; -12.2]

aves de corral empacadas

27

gel envasado (gelatina)

89

CaCl2

gel envasado (gelatina) Zumo de naranja envasado, espinacas picadas.

27 14, 41

zanahoria, puré de papas, huevo

Etanol

(+ hielo seco)

87 pescado (atún)

77 86

28

metanol

50% vol.

-

-

etilenglicol

52% vol.

-29

gel envasado (gelatina)

27

[5; 20%?]

-17

cilindros de manzana

30

56% vol

-29

gel envasado (gelatina)

27

33% vol.

-20

66% vol.

[-29; -18]

gel envasado (gelatina)

27

[5; 20%?]

[-78; -5]

cilindros de manzana

30

[5; 20%?]

-17

cilindros de manzana

30

propilenglicol

glicerol sorbitol, jarabe de maíz, PVP, DMSO

24

-: Datos no proporcionados; celda vacía: como para la celda anterior en la misma columna; %?: el tipo de proporción no conocida, probablemente corresponde a una masa o concentración volumétrica donde un sólido o líquido, respectivamente, se disuelve en agua; [a;b ]: entre ayb; DMSO: dimetilsulfóxido; PVP: polivinil pirolidona

unfrozen at 08C and below. The extent to which the freezing point is depressed is determined by the characteristics of the dissolved solutes (number, concentration, molecular mass, etc.). descongelado a 0°C y por debajo. La medida en que el punto de congelación está deprimido está determinado por las características de los solutos disueltos (número, concentración, masa molecular, etc.). The ICF process is highly versatile. It can be used alone or as a pre-treatment for partial chilling and freezing prior to air-blast freezing. It can also be used with a broad range of solid, whole and pieced food products or packed liquid foods and beverages. Table 1 and Table 2 list various materials and processing conditions encountered in the literature for binary and ternary aqueous solutions, respectively. Binary aqueous solutions (water + one solute), e.g. sodium or calcium chloride brine and alcohol/water mixture, are commonly used. Ternary solutions, e.g. water þ NaCl þ ethanol and mixtures of sugars and/or salts also have many advantages, and these are discussed later in this paper. Cipolletti et al. 1 have proposed the following criteria for classification of the various immersion solutions: cost, flavour compatibility, safety (corrosion, etc.), ability to reduce the solution freezing point and

viscosity. Sodium chloride solution and ethylic alcohol present many advantages and can be used as primary solutes. Sodium chloride is convenient for all types of fishery and meat. El proceso ICF es altamente versátil. Puede ser usado solo o como tratamiento previo para el enfriamiento parcial y congelación previa a la congelación por aire. También se puede utilizar. Con una amplia gama de alimentos sólidos, integrales y piezas. Productos o bebidas y alimentos líquidos envasados. Tabla 1 y la Tabla 2 enumera varios materiales y procesamiento a condiciones encontradas en la literatura para binarios y Soluciones acuosas ternarias, respectivamente. Soluciones acuoso binario (agua + un soluto), p. ej. Sodio o calcio mezcla de cloruro de salmuera y alcohol / agua, son comúnmente usado. Soluciones ternarias, por ej. Agua + NaCl + etanol y las mezclas de azúcares y / o sales también tienen muchos ventajas, y estas se discuten más adelante en este documento. Cipolletti et al. A propuesto los siguientes criterios para Clasificación de las diferentes soluciones de inmersión: coste, compatibilidad con sabor, seguridad (corrosión, etc.), capacidad de reducir el punto de congelación y la viscosidad de la solución. Sodio, la solución de cloruro y el alcohol etílico presentan muchas ventajas y pueden ser utilizados como solutos primarios. Sodio, el cloruro es conveniente para todos los tipos de pesca y carne.

Table 2 Immersion chilling and freezing in ternary solutions (water þ 2 solutes): materials and operating conditions found in the literature Solutes

Concentration

Temperature °C

Processed foodstuffs

Ref.

ethanol/NaCl

15/15%? — — — — — — 57%m. 23/1/0.6%m. [15; 25%m.]

¹ 21.5 ¹ 18 — — [ ¹ 10; ¹ 2] [ ¹ 17; ¹ 4] — ¹ 15 ¹ 15 [ ¹ 27; ¹ 18]

diced carrots, sweet corn, cut snap beans, peas as above, plus french fries shrimps chicken, pork, fruit, vegetables apple cylinders berries, corn, apple, lima beans chicken, pork, fruit, vegetables strawberries fish (haddock, salmon, tuna) fish (weakfish, flounder, whiting)

1, 59

glucose/NaCl sucrose/NaCl sucrose/levulose sucrose/invert sugar invert sugars NaCl/CaCl 2/KCl ground alum salta a

43 4 2 30 16 2 15 21 20

8.8% NaCl, 0.9% CaS04, 0.6% CaCl 2, 0.003% MgCl 2.

—: Data not provided; %?: proportion type (by mass or volume) not known; [a; b]: between a and b; a/b/c: a% of solute A, b% of solute B and c% of solute C (when only one figure is given, it represents the proportion of the mix consisting of ‘dry’ solutes)

Tabla 2 Refrigeración por inmersión y congelación en soluciones ternarias (agua +2 solutos): materiales y condiciones de funcionamiento que se encuentran en la literatura. Solutos

Concentración

Temperatura °C

etanol / NaCl

15/15% ?

-21.5

-

glucosa / NaCl

Alimentos procesados

Ref 1, 59

-18

zanahorias cortadas en cubitos, maíz dulce, frijoles picados cortados, guisantes como el anterior, más papas fritas

-

Camarones

4

-

Pollo, cerdo, fruta, verduras.

2

43

sacarosa / NaCl

-

[ -10; -2]

cilindros de manzana

30

sacarosa / levulosa

-

[ -17; -4]

Bayas, maíz, manzana, habas.

16

sacarosa / azúcar invertido

-

--

Pollo, cerdo, fruta, verduras.

2

azúcares invertidos

57%m.

-15

Fresas

15

23/1/0.6%m.

-15

Pescado (eglefino, salmón, atún)

21

[ 15; 25 %m.]

[-27; -18 ]

Pescado (pez débil, platija, merlán)

20

NaCl / CaCl2 / KCl Sal de alumbre molida

a

a

8,8% de NaCl, 0,9% de CaSO4, 0,6% de CaCl2, 0,003% de MgCl2. -: Datos no proporcionados; %?: tipo de proporción (por masa o volumen) no conocida; [a; b]: entre ayb; a / b / c: a% de soluto A, b% de soluto B y c% de soluto C (cuando solo se da una cifra, representa la proporción de la mezcla que consiste en solutos "secos")

Figure 1 Simultaneous heat and mass transfer between food and solution during the ICF process

Figura 1 Transferencia simultánea de calor y masa entre los alimentos y el proceso ICF. products, while residual alcohols, which may evaporate during storage or cooking in boiling water, can be used whatever the food material . Other solutes should be used in smaller quantities (secondary solutes) if one of the above criteria turns out to be unsuitable. Sugar is compatible with all types of foods, even meat, but some sugar solutes develop high viscosity at low temperatures (e.g. ,600 mPa.s for a 60% sucrose solution at -10°C) which results in management complications. However, specific equipment has been developed for this purpose. The use of calcium chloride solution gives a bitter offtaste to ICF products1 . Industrially, the ICF process has been used extensively from the start of the century for chilling or freezing fish in brine (sodium chloride or even calcium chloride in Japan) at sea aboard fishing boats. It is still used today for chilling and/or freezing shrimp, crab and specific fish species (sardines, tuna, etc.). Its industrial application for other products remains limited mainly to fruit and vegetable prerefrigeration in water (hydrocooling), and to canned products or packaged goods, e.g. frozen or chilled poultry, or chilled pork. Productos, mientras que los alcoholes residuales, que pueden evaporarse durante el almacenamiento o cocción en agua hirviendo, se puede utilizar cualquiera que sea el material alimenticio. Otros solutos deben ser utilizados en cantidades más pequeñas (solutos secundarios) si uno de los criterios anteriores resultan ser inadecuados. El azúcar es compatible con todo tipo de alimentos, incluso carne, pero algunos de los solutos de azúcar desarrollan una alta viscosidad a bajas temperaturas (por ejemplo, 600 mPa.s para una solución de sacarosa al 60% a -10°C) lo que resulta en complicaciones de manejo. Sin embargo, Se han desarrollado equipos específicos para este fin. El uso de una solución de cloruro de calcio da un sabor amargo a los productos ICF. Industrialmente, el proceso de ICF ha utilizado extensamente desde principios de siglo para enfriar o congelar pescado en salmuera (cloruro de sodio o incluso cloruro de calcio en Japón) en el mar a bordo de barcos de pesca. Todavía se usa hoy para enfriar y / o congelar camarones, cangrejo y especies

específicas de peces (sardinas, atún, etc.). Sus La aplicación industrial para otros productos sigue siendo limitada. Prerrefrigeración de frutas y verduras principalmente en agua (refrigeración por agua), y a productos enlatados o productos envasados, por ejemplo, congelados o refrigerados, aves de corral, o cerdo refrigerados. A diagram of the simultaneous heat and mass transfer which occur at the solid/liquid interface during immersion is shown in Figure 1. Cross-water and solute transfer is a feature specific to the ICF process, and does not occur in other chilling and freezing processes. Un diagrama de la transferencia simultánea de calor y masa que aparecen en la interfaz sólido / líquido durante la inmersión se muestra en la Figura 1. Aguas cruzadas y soluto de la transferencia es una característica específica del proceso de ICF, y no se producen en otros procesos de enfriamiento y congelación. Heat and mass transfer during the ICF process have not been adequately studied, the possibilities of process control are deficient and consequently the actual ICF procedures remain relatively empirical. The combined effect of two different factors is likely to boost food industry applications for the ICF process. Recent scientific advances in multicomponent mass transfer and aqueous solutions should give a more detailed understanding of the ICF process and enable it to be considerably improved. At the same time, recent trends in the food industry have triggered renewed interest in formulated foods and combinations of nonconventional processes. This paper presents the current state of the art and examines new prospects for the ICF process with respect to both these aspects. El calor y la transferencia de masa durante el proceso de ICF no han sido adecuadamente estudiados, las posibilidades de proceso control son deficientes y en consecuencia el ICF real de los procedimientos siguen siendo relativamente empíricos. El combinado es probable que el efecto de dos factores diferentes estimule los alimentos. Aplicaciones industriales para el proceso ICF reciente avances científicos en la transferencia de masa multicomponente y las soluciones acuosas deben dar un detalle más detallado de comprensión del proceso de la ICF y permitir que sea mejorado considerablemente al mismo tiempo, las tendencias recientes en la industria alimentaria han provocado un renovado interés en Alimentos formulados y combinaciones de productos no convencionales. Este artículo presenta el estado actual de la técnica y examina las nuevas perspectivas para el proceso de ICF con respecto a estos dos aspectos.

Advantages and drawbacks of the ICF process The ICF process has four main advantages. Firstly, immersion chilling and freezing is one of the fastest chilling and freezing techniques, as the heat transfer coefficient, h, is up to 20 times higher in liquid media than in air (see Table 3), depending on the agitation mode and the thermophysical properties of the refrigerating solution. Peas took 15–20 min to freeze in an air blast tunnel10 with an air temperature of 1 30/ 1 408C,

Ventajas e inconvenientes del proceso ICF. El proceso ICF tiene cuatro ventajas principales. En primer lugar, La refrigeración por inmersión y congelación es una de las más rápidas técnicas de enfriamiento y congelación, como la transferencia de calor el coeficiente h es hasta 20 veces mayor en medios líquidos que en el aire (ver tabla 3), dependiendo del modo de agitación y las propiedades termofísicas de la solución refrigerante. Los guisantes tardaron entre 15 y 20 minutos en congelarse en un túnel de chorro de aire 10 con una temperatura del aire de -30 / -40°C. Table 3 Ranges of the heat transfer coefficient obtained using various phase contacting devices under various operating conditions. Phase contacting

h (W.m-2.K¹1)

Ref

Immersion

● free convection

[210; 290]

9

● forced convection

[680; 2600]

8

[40; 530]

27

[110; 140]

86

[200; 400]

42

[220; 460]

91

[680; 690]

90

●with bubbling through

[260, 470]

42

Spray

[330, 430]

42

Fluidization

[300, 900]

42

Rotating drum

[550, 900]

74

[280, 850]

12

[680, 740]

1

Tabla 3 Rangos de coeficiente de transferencia de calor obtenidos con varias fases de contacto en diversas condiciones de operación. Fase de contacto

h (W.m-2.K¹1)

Ref

Inmersión ●convección libre

[210; 290]

9

● convección forzada

[680; 2600]

8

[40; 530]

27

[110; 140]

86

[200; 400]

42

[220; 460]

91

[680; 690]

90

●X con burbujas a través de

[260, 470]

42

Rociar

[330, 430]

42

Fluidización

[300, 900]

42

Tambor giratorio

[550, 900]

74

[280, 850]

12

[680, 740]

1

air velocity of 5 m.s-1 and a mean h value of 25–30 Wm-2 K-1, and under 2 min by immersion1 in a water–NaCl–ethanol solution at 1 21.58C, with a mean h value of 700 Wm-2 K-1. Yamada11 reported even greater differences in freezing time for 10 kg of meat (15 cm thick): from initial room temperature, it took 24 h for air-blast freezing (at -30/ -40°C), 7–8 h with nitrogen vapour (at -100°C) and 1.5–2 h for ICF using ethyl alcohol at -30 to -50°C. The high heat transfer rate gave a shorter processing time and increased yield. una velocidad del aire de 5 ms-1 y un valor h promedio de 25 a 30 Wm-2K-1, y menos de 2 minutos por inmersión1 en una Solución de agua-NaCl-etanol a -21.5°C, con un valor h promedio de 700 Wm-2K-1. Yamada11 informó diferencias aún mayores en el tiempo de congelación para 10 kg de carne (15 cm de grosor): desde la temperatura inicial de la habitación, se necesitaron 24 h para la congelación con chorro de aire (a -30 / -40°C), 7–8 h con vapor de nitrógeno ( a -100°C) y 1,5–2 h para ICF usando alcohol etílico a -30 a -50C. La alta tasa de transferencia de calor dio un tiempo de procesamiento más corto y un mayor rendimiento. The second advantage over other chilling and freezing processes is in energy savings. Robertson et al. reported that overall energy consumption with small pieces of vegetables was 25% lower with ICF (2 min freezing time at a solution temperature of -18°C and a solution velocity of 0.07 ms-1) than with air-blast freezing (7 min freezing time at an air temperature of -35°C and an air velocity of 3.81 ms-1). The use of ICF instead of air-blast freezing reduced the overall cost of freezing fish (sardines) by half, for the same freezing time. A more detailed economic analysis has been conducted by Cornier, who compared different freezing processes (air-blast freezing, cryogenic freezing with liquid nitrogen and carbon dioxide, and ICF using calcium chloride solution) and different throughputs, for minced beef and hacked spinach. The lowest costs were obtained with the ICF process, with fixed costs 30% lower than for air-blast freezing, a 0% mass loss for ICF- packed products and no additional packaging cost. The main reasons for such savings are: (1) lower power costs: it is not necessary to maintain a high fluid flow velocity with quick chilling and freezing, in contrast to air-blast systems (where the power consumed by fans is high), and similar processing times can be obtained at higher refrigerating temperatures than with airblast systems; (2) lower fixed costs because of the small size of equipment, which is the direct result of faster heat transfer in liquids, and the smaller number of mechanical devices needed as the immersion solution can carry food products through the ICF process. On an industrial scale, lower fixed, operating and labour costs have been reported for ICF equipment aboard fishing vessels and for the poultry freezing industry. The cost of solution recycling (a key factor in further evaluations) has not been taken into account in these estimates, and the cost of total solution replacement has been included instead. Frequent replacement of the immersion solution may jeopardize the economic advantage of ICF processing for chilling purposes.

La segunda ventaja sobre otros procesos de enfriamiento y congelación es el ahorro de energía. Robertson et al.12 informaron que el consumo total de energía con pequeños trozos de vegetales fue 25% más bajo con ICF (tiempo de congelación de 2 min a una temperatura de la solución de -18°C y una velocidad de la solución de 0.07 ms-1) que con la congelación con aire comprimido (7 min tiempo de congelación a una temperatura del aire de -35°C y una velocidad del aire de 3.81 ms-1). El uso de ICF en lugar de la congelación con aire comprimido redujo el costo total de congelación de pescado (sardinas) a la mitad, para el mismo tiempo de congelación13. Cornier14 realizó un análisis económico más detallado, que comparó diferentes procesos de congelación (congelación por chorro de aire, congelación criogénica con nitrógeno líquido y dióxido de carbono e ICF con solución de cloruro de calcio) y diferentes rendimientos, para carne picada y espinacas cortadas. Los costos más bajos se obtuvieron con el proceso de ICF, con costos fijos un 30% más bajos que para la congelación con chorro de aire, una pérdida de masa del 0% para los productos envasados de ICF y ningún costo de embalaje adicional. Las principales razones de tales ahorros son: (1) menores costos de energía: no es necesario mantener una alta velocidad de flujo de fluido con enfriamiento y congelación rápidos, en contraste con los sistemas de soplado de aire (donde la potencia consumida por los ventiladores es alta)12 y se pueden obtener tiempos de procesamiento similares a temperaturas de refrigeración más altas que con los sistemas de chorro de aire13; (2) costos fijos más bajos debido al pequeño tamaño del equipo, que es el resultado directo de una transferencia de calor más rápida en líquidos12,15, y el menor número de dispositivos mecánicos necesarios, ya que la solución de inmersión puede transportar productos alimenticios a través del proceso ICF13. A escala industrial, se han informado menores costos fijos, operativos y de mano de obra para los equipos de ICF a bordo de los barcos de pesca y para la industria de congelación de aves de corral6. El costo del reciclaje de la solución (un factor clave en evaluaciones adicionales) no se ha tenido en cuenta en estas estimaciones, y en su lugar se ha incluido el costo del reemplazo total de la solución. El reemplazo frecuente de la solución de inmersión puede poner en peligro la ventaja económica del procesamiento de ICF para propósitos de enfriamiento. The third advantage of the ICF process is related to the liquid nature of the freezing medium, which gives excellent separation of the individual pieces of food being frozen. Individual Quick Freezing (or IQF) is very simple with the ICF process (with minimum agitation), at no additional cost4,16,17. La tercera ventaja del proceso de ICF está relacionada con la naturaleza líquida del medio de congelación, que proporciona una excelente separación de las piezas individuales de alimentos que se congelan. La congelación rápida individual (o IQF) es muy simple con el proceso ICF (con agitación mínima), sin costo adicional4,16,17. The fourth advantage is a higher quality end product. Quality improvement is, firstly, the result of the rapid heat transfer rate associated with the ICF process (quality gain due to mass transfer is discussed below). The effect is most marked with extremely labile and perishable products, e.g. fishery products or meat products. Increasing the heat transfer rate and

speeding up chilling and/or freezing immediately after catching or slaughtering significantly delays biochemical processes, and slows or stops microbial growth. On-board ICF shipboard preservation has become increasingly popular for chilling of sardines18 and shrimps19, and for fast-freezing fish20–23; moreover, rapid immersion chilling reduces the quality losses related to pressing if ice flakes are used. Rapid chilling of meat by the ICF process reduces evaporative mass losses, and the development of pale, soft and exudative pork. However, shortening the processing time can also lead to detrimental modifications, e.g. toughening, so rapid chilling must be properly conducted. Specific recommendations for that purpose have been made by Brown et al.9. Rapid immersion freezing also causes less product dehydration than air blast freezings12,26. La cuarta ventaja es un producto final de mayor calidad. La mejora de la calidad es, en primer lugar, el resultado de la rápida tasa de transferencia de calor asociada con el proceso de ICF (la ganancia de calidad debida a la transferencia de masa se describe a continuación). El efecto es más marcado con productos extremadamente lábiles y perecederos, por ejemplo. Productos de la pesca o productos cárnicos. Aumentar la velocidad de transferencia de calor y acelerar la refrigeración y / o congelación inmediatamente después de la captura o el sacrificio retrasa significativamente los procesos bioquímicos y retarda o detiene el crecimiento microbiano. La conservación a bordo de ICF a bordo se ha vuelto cada vez más popular para el enfriamiento de las sardinas18 y los camarones19, y para la congelación rápida de los peces20–23; además, el enfriamiento rápido por inmersión reduce las pérdidas de calidad relacionadas con el prensado si se usan copos de hielo17. El rápido enfriamiento de la carne por el proceso de ICF reduce las pérdidas de masa por evaporación, y el desarrollo de carne de cerdo pálida, suave y exudativa 24. Sin embargo, acortar el tiempo de procesamiento también puede conducir a modificaciones perjudiciales, p. Ej. endurecimiento, por lo que el enfriamiento rápido debe llevarse a cabo correctamente. Brown et al.9 han formulado recomendaciones específicas para ese fin. 9,25 La congelación rápida por inmersión también causa menos deshidratación del producto que la congelación con aire comprimido 12,26. The colour of particular frozen products may be improved because of the high heat transfer rate, e.g. the light colour of ICF poultry and the absence of browning in sugar beet sample . .The improved texture of ICF products has mainly been assessed by histological studies. Immersion-frozen fish exhibited intracellular ice crystals, but only on food surface layers; in other cases, immersion-frozen fish and apples were found to suffer cell ruptures due to ice crystal growth inside the cell walls, and to some extent between the cells. Jull emphasized that the ICF process would produce higher quality results, especially with small pieces of food. It is well known that relationships between the histological structure of frozen tissue and organoleptic properties are not clear, and that further ice crystal growth during storage may impair the initial frozen state. Studies based on both physico-chemical and organoleptic parameters should therefore be more reliable for distinguishing quality differences. The quality gain achieved by ICF has not been assessed in this respect, nor has it been compared to other chilling and freezing processes either just after processing or after a period of storage. In particular, the influence of solute gain on the quality of the ICF product compared with a

conventional (non-impregnated) chilled or frozen food should also be considered (see below). El color de productos congelados particulares puede mejorarse debido a la alta tasa de transferencia de calor, p. Ej. el color claro de las aves de corral ICF27 y la ausencia de pardeamiento en las muestras de remolacha azucarera28. La mejora de la textura de los productos ICF se ha evaluado principalmente mediante estudios histológicos. El pescado congelado por inmersión exhibió cristales de hielo intracelulares, pero solo en las capas superficiales de los alimentos29; en otros casos, se encontró que los pescados y manzanas congelados por inmersión sufrían rupturas celulares debido al crecimiento de cristales de hielo dentro de las paredes celulares y, en cierta medida, entre las células29,30. Jull31 hizo hincapié en que el proceso de ICF produciría resultados de mayor calidad, especialmente con pequeños trozos de alimentos. Es bien sabido que las relaciones entre la estructura histológica del tejido congelado y las propiedades organolépticas no están claras, y que el crecimiento adicional de los cristales de hielo durante el almacenamiento puede perjudicar el estado inicial de congelación. Por lo tanto, los estudios basados en parámetros físico-químicos y organolépticos deberían ser más confiables para distinguir las diferencias de calidad. La ganancia de calidad lograda por ICF no se ha evaluado a este respecto, ni se ha comparado con otros procesos de enfriamiento y congelación, justo después del procesamiento o después de un período de almacenamiento. En particular, también se debe considerar la influencia de la ganancia de soluto en la calidad del producto ICF en comparación con un alimento refrigerado o congelado convencional (no impregnado) (ver más abajo). A coating of frozen immersion solution can give food a bright, pearly appearance32, or form a protective glaze which reduces dehydration and oxidation during cold storage, as reported for seafoods4 (provided specific solutions, e.g. salt–sugar mixtures are used) and for pieces of fruit pieces16,33 (coating of sugar-based solution). The remaining solution around the food product will solidify after dilution with water or seeding with solute crystals32.

Un recubrimiento de solución de inmersión congelada puede dar a los alimentos un aspecto brillante y nacarado32, o formar un esmalte protector que reduce la deshidratación y la oxidación durante el almacenamiento en frío, como se informó para los mariscos4 (siempre que se usen soluciones específicas, por ejemplo, mezclas de sal y azúcar) y para piezas de Piezas de fruta16,33 (recubrimiento de solución a base de azúcar). La solución restante alrededor del producto alimenticio se solidificará después de la dilución con agua o la siembra con cristales de soluto32. However, two major drawbacks have stalled the development of the ICF process. The first is related to degradation of the solution. With repeated processing, changes in solution physicochemical properties and safety occur, as the solution gets spoiled by solute release from foodstuffs and by contamination with food residues. There are two aspects to this phenomenon. The first is microbial contamination, which is worse for immersion chilling because this requires higher operating temperatures than freezing. Good initial food quality, continuous temperature control, circulation of the solution in the opposite direction to that of

the foods and multiple chilling stages can all be used to decrease solution contamination and replacement frequency34. Sin embargo, dos grandes inconvenientes han paralizado el desarrollo del proceso de ICF. El primero está relacionado con la degradación de la solución. Con el procesamiento repetido, se producen cambios en las propiedades fisicoquímicas y la seguridad de la solución, ya que la solución se echa a perder por la liberación de solutos de los alimentos y por la contaminación con residuos de alimentos. Hay dos aspectos de este fenómeno. El primero es la contaminación microbiana, que es peor para el enfriamiento por inmersión porque requiere temperaturas de funcionamiento más altas que la congelación. Se puede utilizar una buena calidad de comida inicial, control de temperatura continuo, circulación de la solución en la dirección opuesta a la de los alimentos y múltiples etapas de enfriamiento para disminuir la contaminación de la solución y la frecuencia de reemplazo34. Other authors1,16 have reported that high solution concentrations and/or low solution temperatures (under freezing conditions) hinder the microbial growth, but this has not yet been proved scientifically. The second aspect of solution degradation concerns the physicochemical changes occurring in the solution. Physicochemical breakdown may be caused by oxidation of fats and proteins present in the solution, which are catalysed by the metals of the solution container. No papers have yet been published on this effect. It has also been reported that when fishmeat35 or crabmeat36 is immersion-frozen under high agitation, protein released from the product causes foaming in the brine solution. A silicone antifoamer could be used to overcome this problem36.Management of aqueous refrigerating media involves both decontamination of the solution and readjustment of its physicochemical composition and properties once it has become degraded (as detailed above), and diluted as a result of water outflow from the material and solute impregnation by the material. Little research has yet been done into solution management, either for the ICF process or for other food processes involving the use of high concentration solutions37. Taylor38 underlined the inefficiency of filtration or centrifugation for eliminating food debris from aqueous freezants, and proposed slight cryoconcentration for solution purification, together with reconcentration of the solution. Lenhart and Cosens39 studied the effect of different treatments (acidic additives, UV treatment) on mould development in sugar-based aqueous freezants. Lossaco and Catton40 selected UV treatment as a means of decontamination and incorporated it in their equipment design. Decontamination of the solution by the addition of chemical substances (especially chlorine) has been widely studied for use with chilling. However, this aspect requires special research into the safe, harmless use of solutions, and possible technological and environmental problems related to high concentrations. Otros autores1,16 han informado que las altas concentraciones de solución y / o las bajas temperaturas de la solución (en condiciones de congelación) dificultan el crecimiento microbiano, pero esto aún no se ha demostrado científicamente. El segundo aspecto de la degradación de la solución se refiere a los cambios fisicoquímicos que se producen en la solución. La descomposición fisicoquímica puede ser causada por la oxidación de las grasas y proteínas presentes en la solución, que son catalizadas por los metales del contenedor de la solución. Aún no se han publicado artículos sobre este efecto. También se ha informado que

cuando la carne de pescado35 o la carne de cangrejo36 se congela por inmersión en agitación alta, la proteína liberada del producto provoca la formación de espuma en la solución de salmuera. Se podría usar un antiespumante de silicona para superar este problema36. El manejo de los medios de refrigeración acuosos implica tanto la descontaminación de la solución como el reajuste de su composición y propiedades fisicoquímicas una vez que se ha degradado (como se detalla anteriormente), y se diluye como resultado del flujo de agua del material y la impregnación de soluto por parte del material. Se ha realizado poca investigación en el manejo de soluciones, ya sea para el proceso de ICF o para otros procesos de alimentos que impliquen el uso de soluciones de alta concentración37. Taylor38 subrayó la ineficiencia de la filtración o la centrifugación para eliminar los restos de alimentos de los congeladores acuosos, y propuso una ligera crioconcentración para la purificación de la solución, junto con la reconcentración de la solución. Lenhart y Cosens39 estudiaron el efecto de diferentes tratamientos (aditivos ácidos, tratamiento UV) sobre el desarrollo de moho en congeladores acuosos a base de azúcar. Lossaco y Catton40 seleccionaron el tratamiento UV como medio de descontaminación y lo incorporaron en el diseño de sus equipos. La descontaminación de la solución mediante la adición de sustancias químicas (especialmente el cloro) se ha estudiado ampliamente para su uso en el enfriamiento. Sin embargo, este aspecto requiere una investigación especial sobre el uso seguro e inocuo de las soluciones y los posibles problemas tecnológicos y ambientales relacionados con las altas concentraciones. The second drawback of the ICF process is the uncontrolled uptake of solutes by the foodstuffs. Users of the ICF process have generally sought to avoid solute uptake since it may jeopardize the quality of the end product (excessive salt impregnation, e.g.). In industrial applications, solute uptake has been minimized by a combination of treatments before the ICF operation (packaging the product) or after it (trimming off solute impregnated areas of the product). Packaging is very effective as it prevents direct contact of foods with the solution and thus any kind of mass transfer41. Never theless, it is an additional operation on the production line with extra costs (which make sense if the end product needs to be packed, anyway). Heat transfer is also affected by thermal resistance due to the film27,41. In some cases, complete impermeability of the film to solutes cannot be guaranteed, and this may be detrimental when non-alimentary solutions are used41. On the other hand, trimming off solute-impregnated areas of the product, mainly used for immersion-frozen tuna, impairs product quality in commercial terms and makes the food only suitable for canning. El segundo inconveniente del proceso de ICF es la captación incontrolada de solutos por parte de los alimentos. Los usuarios del proceso de ICF generalmente han tratado de evitar la captación de solutos, ya que puede poner en peligro la calidad del producto final (impregnación excesiva de sal, por ejemplo). En aplicaciones industriales, la captación de soluto se ha minimizado mediante una combinación de tratamientos antes de la operación de ICF (envasado del producto) o después de esta (recorte de las áreas impregnadas de soluto del producto). El embalaje es muy efectivo, ya que evita el contacto directo de los alimentos con la solución y, por lo tanto, con cualquier tipo de transferencia de masa41. Sin embargo, es una operación adicional en la línea de producción con costos adicionales (lo que tiene

sentido si el producto final necesita ser embalado, de todos modos). La transferencia de calor también se ve afectada por la resistencia térmica debida a la película27,41. En algunos casos, la impermeabilidad total de la película a los solutos no se puede garantizar, y esto puede ser perjudicial cuando se utilizan soluciones no alimenticias41. Por otra parte, el recorte de las áreas impregnadas con soluto del producto, que se utiliza principalmente para la inmersión de atún congelado, deteriora la calidad del producto en términos comerciales y hace que el alimento sea solo apto para el enlatado. Thus, none of these corrective techniques is financially and technically satisfactory, and they have not been widely used in industrial applications. It is therefore of major importance to control solute uptake if foodstuffs are in direct contact with the solution. Robertson et al. 12 identified three main solute uptake mechanisms in this situation: (1) entrainment of the viscous solution on the porous food surface; (2) its absorption into partially dehydrated tissue; (3) solute diffusion inside the food material induced by the concentration driving force. Solution entrainment and absorption are largely responsible for solute gain42, but little research has been done on these two mechanisms considering the serious technological issues and costs they represent. Absorption can be easily avoided by moistening the product just before ICF processing12. The removal of solution excess after processing is not easy to solve technically, mainly because the product must not warm up during this operation. Bartlett2 proposed draining by gravity combined with a chilled air blast. Por lo tanto, ninguna de estas técnicas correctivas es financiera y técnicamente satisfactoria, y no se han utilizado ampliamente en aplicaciones industriales. Por lo tanto, es de gran importancia controlar la absorción de solutos si los alimentos están en contacto directo con la solución. Robertson et al.12 identificaron tres mecanismos principales de captación de soluto en esta situación: (1) arrastre de la solución viscosa en la superficie porosa de los alimentos; (2) su absorción en tejido parcialmente deshidratado; (3) difusión de solutos en el interior del material alimenticio inducida por la concentración que impulsa la fuerza. El arrastre y la absorción de la solución son en gran parte responsables de la ganancia de soluto42, pero se ha realizado poca investigación sobre estos dos mecanismos considerando los graves problemas tecnológicos y los costos que representan. La absorción se puede evitar fácilmente humedeciendo el producto justo antes del procesamiento ICF12. La eliminación del exceso de solución después del procesamiento no es fácil de resolver técnicamente, principalmente porque el producto no debe calentarse durante esta operación. Bartlett2 propuso el drenaje por gravedad combinado con una explosión de aire frío. Robertson et al.12 studied various methods to achieve the desired effect: rinsing and blotting, centrifugation, or soaking in one or more dilute solutions, but noticed that only centrifugation avoided an increase in product temperature. Elias43 recently suggested compressing products lightly between rollers, which seems appropriate for industrial purposes. Solute gain, as a result of diffusion inside the food material, can be reduced by controlling the various process parameters affecting heat and mass transfer inside the product (temperature, solution concentration, solution composition, phase contacting, etc.). There have been some preliminary studies in this area1,12,20,21,44–46, but results are incomplete, and show the need for a more detailed analysis of the effect of process parameters on heat and mass transfer.

Robertson et al.12 estudiaron varios métodos para lograr el efecto deseado: enjuagar y secar, centrifugar o remojar en una o más soluciones diluidas, pero notaron que solo la centrifugación evitaba un aumento en la temperatura del producto. Elias43 recientemente sugirió comprimir los productos ligeramente entre los rodillos, lo que parece apropiado para fines industriales. La ganancia de soluto, como resultado de la difusión dentro del material alimenticio, se puede reducir controlando los diversos parámetros del proceso que afectan la transferencia de calor y masa dentro del producto (temperatura, concentración de la solución, composición de la solución, contacto de fase, etc.). Se han realizado algunos estudios preliminares en esta área1,12,20,21,44–46, pero los resultados son incompletos y muestran la necesidad de un análisis más detallado del efecto de los parámetros del proceso en la transferencia de calor y masa. Development of unused ICF potentialities: dewatering and formulation effects To date, very little interest has been shown in exploiting the mass transfer (dehydration and solute impregnation) occurring throughout the ICF process. If this were done, dehydration, solute impregnation and chilling/freezing could be combined into a single unit operation, and interesting new food products created.

Desarrollo de potencialidades ICF no utilizadas: Efectos de deshidratación y formulación. Hasta la fecha, se ha demostrado muy poco interés en explotar la transferencia de masa (deshidratación e impregnación de solutos) que se produce a lo largo del proceso de ICF. Si se hiciera esto, la deshidratación, la impregnación de soluto y el enfriamiento/ congelamiento se podrían combinar en una sola unidad de operación, y se crearán nuevos e interesantes productos alimenticios. Products can be partially dehydrated (up to 50% mass reduction). Most studies have concentrated on fruits and vegetables, and only a few on fish47. Partial dehydration is usually achieved by convection drying48, but osmotic dehydration49 is another possibility. The advantages claimed for dehydrofreezing (DF) over conventional freezing include: (1) smaller loss of product quality, e.g. better flavour and texture, lower drip loss when thawing50–56, greater suitability of fish products47 for marinades; (2) energy savings, since the volume and mass of DF products are smaller than those of conventional frozen products, thus reducing transport, storage and wrapping costs49,53,54. Lower water content also reduces cold consumption and the heat load of the refrigeration system, which in turn at least partly compensates for the cost of drying51. Crivelli et al.56 estimated energy savings of 27% for the DF process as compared with conventional freezing. Los productos pueden estar parcialmente deshidratados (hasta un 50% de reducción de masa). La mayoría de los estudios se han concentrado en frutas y verduras, y solo unos pocos en pescado47. La deshidratación parcial se logra generalmente mediante secado por

convección48, pero la deshidratación osmótica49 es otra posibilidad. Las ventajas reivindicadas para la deshidratación congelada (DF) sobre la congelación convencional incluyen: (1) menor pérdida de la calidad del producto, por ej. mejor sabor y textura, menor pérdida por goteo al descongelar50-565, mayor idoneidad de los productos de pescado47 para los adobos; (2) ahorro de energía, ya que el volumen y la masa de los productos del DF son más pequeños que los de los productos congelados convencionales, lo que reduce los costos de transporte, almacenamiento y envoltura 49,53,54. Un menor contenido de agua también reduce el consumo de frío y la carga de calor del sistema de refrigeración, que a su vez compensa, al menos en parte, el costo del secado 51. Crivelli et al.56 estimaron ahorros de energía del 27% para el proceso DF en comparación con la congelación convencional. The advantage of osmotic dehydration, also called dewatering and impregnation soaking (DIS process)37, results from the possibility of formulating and dewatering the material prior to freezing47,49,56–61. The food surface layer is primarily concerned, but major deterioration processes also occur at the food surface. Solute impregnation (sugars, vitamins, etc.) can improve food flavour and its nutritional or colour qualities, and also reduce freezing and storage damages. Protective coating of the frozen product with the remaining ICF solution can also help in this respect62. The DIS and ICF processes are similar in that both involve direct contact between foodstuff pieces and highly concentrated solution. However, DIS processes have usually been carried out in the 30–80°C temperature range63–67. Mass transfer is much slower at lower temperatures, although it has recently been shown that similar underlying mechanisms can be observed in the 10–30°C range68–70. At the same time, Noyes16 reported that sugar impregnation can improve the flavour of unripe fruit (berries) soaked in refrigerated sugar solution, even with very low mass transfer during ICF, and give the frozen batches better homogeneity. Sterling30 showed the positive influence of solute impregnation on frozen apple firmness after thawing. The main mechanisms of quality preservation through impregnation are still hypothetical. It was once believed that dehydration and impregnation might change the glass transition temperature of foods, Tg´´ but recent work has shown that only OD fruits with sorbitol or maltose exhibit a higher Tg´ 71,72 . La ventaja de la deshidratación osmótica, también llamada remojo e impregnación por impregnación (proceso DIS)37, se debe a la posibilidad de formular y deshidratar el material antes de la congelación 47,49,56–61. La capa de la superficie del alimento está relacionada principalmente, pero también se producen procesos importantes de deterioro en la superficie del alimento. La impregnación de solutos (azúcares, vitaminas, etc.) puede mejorar el sabor de los alimentos y sus cualidades nutricionales o de color, y también reducir los daños por congelación y almacenamiento. El revestimiento protector del producto congelado con la solución restante de ICF también puede ayudar a este respecto 62. Los procesos de DIS e ICF son similares, ya que ambos implican un contacto directo entre piezas de alimentos y una solución altamente concentrada. Sin embargo, los procesos DIS generalmente se han llevado a cabo en el rango de temperatura de 30–80°C 63–67. La transferencia de masa es mucho más

lenta a temperaturas más bajas, aunque recientemente se ha demostrado que se pueden observar mecanismos subyacentes similares en el rango de 10–30°C68–70. Al mismo tiempo, Noyes16 informó que la impregnación de azúcar puede mejorar el sabor de las frutas no maduras (bayas) empapadas en una solución de azúcar refrigerada, incluso con una transferencia de masa muy baja durante el ICF, y dar a los lotes congelados una mejor homogeneidad. Sterling30 mostró la influencia positiva de la impregnación de soluto en la firmeza de la manzana congelada después de la descongelación. Los principales mecanismos de preservación de la calidad a través de la impregnación son aún hipotéticos. Una vez se creyó que la deshidratación y la impregnación podrían cambiar la temperatura de transición vítrea de los alimentos, Tg´, pero un trabajo reciente ha demostrado que solo las frutas con DO sorbitol o maltosa presentan una Tg´ 71,72 más alta. ICF used alone or in conjunction with DIS should be regarded as a polyvalent process which makes simultaneous dewatering, formulation and chilling or freezing possible in a single unit operation (soaking at variable temperatures and concentrations). Provided that accurate control of simultaneous heat and mass transfer can be achieved, a wide range of new processes, e.g. dehydrocooling59, could be developed, and also new products, e.g. DF fruits for yoghurts (enabling control of yoghurt relative humidity and whey separation61 to be controlled) and DF fruit ingredients with a new texture (firm instead of hard in the frozen state) for ice cream62. El ICF utilizado solo o en combinación con DIS se debe considerar como un proceso polivalente que hace posible la deshidratación, la formulación y el enfriamiento o congelación simultáneos en una sola unidad (remojo a temperaturas y concentraciones variables). Siempre que se pueda lograr un control preciso de la transferencia simultánea de calor y masa, una amplia gama de nuevos procesos, por ejemplo. de hydrocooling59, podría desarrollarse, y también nuevos productos, p. ej. Frutas DF para yogures (que permiten controlar el control de la humedad relativa del yogur y la separación de suero61) e ingredientes de frutas DF con una textura nueva (firme en lugar de dura en estado congelado) para helados62.

Possibilities of parametric analysis and ICF process control Up to now, no models of coupled heat and mass transfer have been proposed for, or adapted to, the ICF process. However, certain general trends in ICF process control can be deduced from empirical data available in the literature. Posibilidades de análisis paramétrico y control de procesos ICF.

Hasta ahora, no se han propuesto ni adaptado para el proceso de ICF modelos de transferencia acoplada de calor y masa. Sin embargo, ciertas tendencias generales en el control de procesos ICF se puede deducir a partir de los datos empíricos disponibles en la literatura. Heat transfer equilibrium is reached well before mass transfer equilibrium45,46, whatever the operating conditions. Interactions between heat transfer (including phase change) and mass transfer occur during the ICF process, and this may modify the kinetics of solute gain during the ICF process. Control of all process parameters enhancing quick freezing and thus rapid formation of the ice barrier would limit solute gain12,20,21,45. The food surface remains available for mass diffusion throughout chilling (T.0°C). Figure 2 presents the effect of the refrigerating medium temperature on salt gain for apple cylinders (diameter 20 mm, height 30 mm) used as a model food and immersed in an agitated 21% sodium chloride solution for 1 h processing46. At 2°C, SG is El equilibrio de transferencia de calor se alcanza mucho antes del equilibrio de transferencia de masa45,46, independientemente de las condiciones de operación. Las interacciones entre la transferencia de calor (incluido el cambio de fase) y la transferencia de masa se producen durante el proceso de ICF, y esto puede modificar la cinética de la ganancia de soluto durante el proceso de ICF. El control de todos los parámetros del proceso mejorando la congelación rápida y, por lo tanto, la formación rápida de la barrera de hielo limitaría la ganancia de soluto12,20,21,45. La superficie del alimento permanece disponible para la difusión masiva durante el enfriamiento (T. 0°C). La Figura 2 presenta el efecto de la temperatura del medio refrigerante sobre la ganancia de sal para los cilindros de manzana (diámetro 20 mm, altura 30 mm) utilizados como modelo de alimento y sumergidos en una solución agitada de cloruro de sodio al 21% durante 1 h de procesamiento46. A 2 ° C, SG es

Figure 2 Immersion chilling and freezing of apple cylinders (diameter 20 mm, height 30 mm, initial temperature 58C) immersed in a 21% sodium chloride solution under moderate agitation (apple/solution ratio by volume = 1/160). Influence of processing temperature on salt gain (SG) obtained at t ¼ 1 h. Tm: initial melting temperature. From Ref. 46. Figura 2 Refrigeración por inmersión y congelación de cilindros de manzana (diámetro 20 mm, altura 30 mm, temperatura inicial 5°C) sumergidos en una solución de cloruro de sodio al 21% bajo agitación moderada (relación manzana/solución en volumen = 1/160). Influencia de la temperatura de procesamiento en la ganancia de sal (SG) obtenida a t = 1 h. Tm: temperatura inicial de fusión. Desde la ref. 46. Figure 2 Re´frige´ration et conge´lation par immersion de cylindres de pomme (diame`tre de 20 mm, hauteur de 30 mm et tempe´rature initiale de 5°C) immerge´s dans une solution de chlorure de sodium a` 21% avec agitation mode´re´e (ratio pomme/solution, en volume = 1/160). Influence de la tempe´rature employe´e sur l’assimilation de sel obtenue a` t = 1 heure. Tm: tempe´rature initiale 46. Figura 2 Conglomerado de refracción e inmersión de cilindros de manzana (diámetro 20 mm, altura 30 mm y temperatura inicial 5°C) sumergidos en una solución de cloruro de sodio a 21 ° C % con agitación moderada (relación manzana / solución, por volumen = 1/160). Influencia de la temperatura empleada en la asimilación de la sal obtenida a t = 1 hora. Tm: temperatura inicial 46.

2.85%i.m. (g per 100 g of initial material) after 60 min immersion (1.16%i.m. at 15 min), which is five times higher (1.5 times higher at 15 min) than the salt gain obtained with the same refrigerating medium at ¹17.8°C46. Persistent supercooling may occur with foodstuffs, e.g. fruit at refrigerating medium temperatures slightly below the food material’s initial freezing point. As long as solute gain persists, it follows a pattern very close to that observed under chilling conditions (see Figure 2, at -10°C), with a certain degree of heterogeneity within each batch46. 2.85% i.m. (g por 100 g de material inicial) después de 60 min de inmersión (1.16% i.m. a 15 min), que es cinco veces mayor (1.5 veces mayor a 15 min) que la ganancia de sal obtenida con el mismo medio de refrigeración a -17.8°C46. El subenfriamiento persistente puede ocurrir con productos alimenticios, por ej. Frutas a temperaturas del medio de refrigeración ligeramente por debajo del punto de congelación inicial del material alimenticio. Mientras la ganancia de soluto persista, sigue un patrón muy cercano al observado en condiciones de enfriamiento (ver Figura 2, en -10°C), con un cierto grado de heterogeneidad dentro de cada lote46. Quick freezing can be achieved by increasing the specific surface area of the pieces. Taylor15 proposed that at least one dimension of each piece should be under than 1 inch (2.54 cm). Another way is to lower the initial food temperature16,22,44. Pieces can even be prechilled to 0°C44, or to their cryoscopic temperature72. However, Lucas et al.46 showed with ICF-frozen

apple pieces (diameter 20 mm, height 30 mm), that the reduction in solute gain due to lower initial food temperature was relatively small. Se puede lograr una congelación rápida aumentando la superficie específica de las piezas. Taylor15 propuso que al menos una dimensión de cada pieza debe estar por debajo de 1 pulgada (2,54 cm). Otra forma es bajar la temperatura inicial de los alimentos16,22,44. Las piezas pueden incluso precalentarse a 0° C44, o a su temperatura crioscópica72. Sin embargo, Lucas et al.46 demostraron con trozos de manzana congelados con ICF (diámetro 20 mm, altura 30 mm), que la reducción en la ganancia de soluto debido a la menor temperatura inicial del alimento era relativamente pequeña. Quick freezing can also be achieved by decreasing the refrigerating medium temperature as much as possible. Usually binary eutectic solutions are used since they offer the lowest operating temperature (for the liquid phase state). Little thought has been given to the effect of solution concentration on mass transfer, but it seems in fact to be slight for the small range of concentrations studied20,21,44. Even lower freezing temperatures are possible with ternary or more complex solutions. Previous users of such solutions are reported in Tables 1 and 2. Reduction in freezing time is very small, however, below a threshold refrigerating medium temperature, as heat transfer is soon governed by the internal resistance of the foodstuff, and certain refrigerating media also develop high viscosities at low temperatures, thus reducing heat transfer. The threshold temperature was estimated at -27°C41 and – 25°C73, respectively, for specific experimental conditions. The use of a polyphase aqueous refrigerating medium, where the solvent (water) is present in both the liquid and solid phases, is also of considerable assistance in optimizing heat transfer. An ice–seawater mixture is often recommended for quick fish chilling on fishing vessels, giving a better quality product35. Ice for freezing purposes is produced by refrigerating the solution below its initial freezing point 42. Faster chilling and freezing is ensured because a lower operating temperature is required to obtain a given solution in the polyphase state instead of in the liquid state. There is also no marked increase in the solution temperature since thawing the solid particles (ice) absorbs the latent heat of the food product. Whole chickens, e.g. were chilled from 36°C to 4°C in an ice– water mixture within 25 min (consuming 0.5 kg of ice per bird). When counter-flow chilled water (at 3°C) was used, the water temperature had increased up to 20°C by the end of the processing line (15 m), and the birds were chilled from 36°C to 10°C in 30 min (1.4 l of water per bird)34. The seeding action of the ice present in the solution decreases supercooling phenomena in the foodstuffs to be frozen, and further accelerates the freezing process2,46. High viscosity solutions (containing sugars, e.g.) are likely to favour dispersion and separation of the solid phase (ice) into minute particles, and to retard their floating or agglomeration, especially around refrigerating surfaces2. La congelación rápida también se puede lograr disminuyendo la temperatura del medio de refrigeración tanto como sea posible. Normalmente se utilizan soluciones eutécticas binarias ya que ofrecen la temperatura de operación más baja (para el estado de fase líquida). Se ha prestado poca atención al efecto de la concentración de la solución en la transferencia de masa, pero de hecho parece ser leve para el pequeño rango de concentraciones

estudiadas20,21,44. Incluso son posibles temperaturas de congelación más bajas con soluciones ternarias o más complejas. Los usuarios anteriores de tales soluciones se reportan en las Tablas 1 y 2. La reducción en el tiempo de congelación es muy pequeña, sin embargo, por debajo de un umbral de temperatura del medio de refrigeración, ya que la transferencia de calor pronto se rige por la resistencia interna del producto alimenticio, y también se desarrollan ciertos medios de refrigeración. Altas viscosidades a bajas temperaturas, reduciendo así la transferencia de calor. El umbral de temperatura se estimó en -27°C41 y 25°C73, respectivamente, para condiciones experimentales específicas. El uso de un medio de refrigeración acuoso polifásico, donde el disolvente (agua) está presente tanto en la fase líquida como en la sólida, también es de gran ayuda para optimizar la transferencia de calor. Con frecuencia, se recomienda una mezcla de hielo y agua de mar para enfriar rápidamente los peces en los barcos de pesca, lo que proporciona un producto de mejor calidad35. El hielo para congelar se produce refrigerando la solución por debajo de su punto de congelación inicial42. Se asegura un enfriamiento y congelación más rápidos porque se requiere una temperatura de funcionamiento más baja para obtener una solución dada en el estado polifásico en lugar de en el estado líquido. Tampoco hay un aumento marcado en la temperatura de la solución ya que al descongelar las partículas sólidas (hielo) absorbe el calor latente del producto alimenticio. Pollos enteros, por ej. se enfriaron de 36°C a 4°C en una mezcla de hielo y agua en 25 minutos (consumiendo 0.5 kg de hielo por ave). Cuando se usó agua enfriada a contracorriente (a 3°C), la temperatura del agua aumentó hasta 20°C al final de la línea de procesamiento (15 m), y las aves se enfriaron de 36°C a 10°C en 30 minutos (1.4 litros de agua). por ave)34. La acción de siembra del hielo presente en la solución disminuye los fenómenos. Better phase contacting between the refrigerating medium and the food enhances both heat and mass transfer. Robertson et al.12 proposed an experimental determination of optimum operating conditions. As well as immersion devices using simple agitation, many phase contacting devices have been proposed for enhanced heat transfer: immersion devices with bubbling through35,42, spray systems6,16,42, a spray with accompanying vibration73, fluidized beds42,74, a spiral hydraulic spiral chute75, rotating perforated drums with immersion1,12 or aspersion40. The corresponding convective heat transfer coefficients are reported in Table 3. For example changing from an immersion system (NaCl solution circulating at 0.065 ms-1) to a spray system (3 ls-1m-2) reduced the freezing time for red peppers by a factor of 5, from 25 to 5 min73. Under conditions of forced convection with or without agitation, the reduction in freezing time is very small above a fluid flow velocity (and thus h coefficient) threshold value, since external convective heat transfer is no longer the determining factor. This has been clearly illustrated experimentally41,42,73, and is even more pronounced with large-sized foodstuffs27. If a polyphase refrigerating medium is used, a comparatively slow fluid flow velocity is sufficient to ensure quick freezing2. Un mejor contacto de fase entre el medio de refrigeración y el alimento mejora la transferencia de calor y masa. Robertson et al.12 propusieron una determinación experimental de condiciones óptimas de operación. Además de los dispositivos de inmersión que usan agitación simple, se han propuesto muchos dispositivos de contacto de fase para una mejor

transferencia de calor: dispositivos de inmersión con burbujeo a través de 35,42, sistemas de rociado 6,16,42, un rociador con la vibración que lo acompaña73, lechos fluidizados42,74, un espiral hidráulico Chute espiral 75, tambores perforados giratorios con inmersión1,12 o aspersion40. Los correspondientes coeficientes de transferencia de calor por convección se presentan en la Tabla 3. Por ejemplo, el cambio de un sistema de inmersión (solución de NaCl que circula a 0.065 ms-1) a un sistema de rociado (3 ls-1m-2) redujo el tiempo de congelación de los pimientos rojos en un factor de 5, de 25 a 5 min73. En condiciones de convección forzada con o sin agitación, la reducción del tiempo de congelación es muy pequeña por encima del valor umbral de la velocidad de flujo del fluido (y, por lo tanto, del coeficiente h), ya que la transferencia de calor por convección externa ya no es el factor determinante. Esto se ha ilustrado claramente experimentalmente41,42,73, y es aún más pronunciado con los alimentos de gran tamaño27. Si se usa un medio de refrigeración polifásico, una velocidad de flujo de fluido comparativamente lenta es suficiente para asegurar una congelación rápida2. In addition, the solution must be agitated sufficiently to separate the food items properly, and to ensure an adequate flow of the refrigerating medium around them to produce quick and even freezing. This is all the more important with large quantities of food. Without agitation, food pieces pack together and freezing is very slow, the mass of individual product items behaving like one large item76. In addition, Lucas and Raoult- Wack45 showed that without agitation, the ice barrier forms discontinuously in the early stages and is less effective in reducing solute gain. Además, la solución debe agitarse lo suficiente como para separar adecuadamente los alimentos y asegurar un flujo adecuado del medio de refrigeración a su alrededor para producir una congelación rápida y uniforme. Esto es tanto más importante con grandes cantidades de alimentos. Sin agitación, las piezas de alimentos se empaquetan y la congelación es muy lenta, la masa de los productos individuales se comporta como un artículo grande76. Además, Lucas y Raoult-Wack45 mostraron que sin agitación, la barrera de hielo se forma de manera discontinua en las primeras etapas y es menos eficaz para reducir la ganancia de soluto. The initial state of the food surface is also a determining factor in mass transfer. Food surface roughness, discontinuity and high wettability obviously increase solute uptake, due to the entrainment of the refrigerating medium12. Solute gain is prevented by low food surface porosity1, and by fatty fishmeat20,21. Cooked ICF beans (with smooth skins) did not taste salty on sensory evaluation, even when not rinsed after freezing, unlike ICF-diced carrot processed under the same conditions43. In addition, any cracking caused by high thermal stress during immersion (which occurs under some conditions) promotes deep solute penetration into the product. Ogawa77 advised using a processing stage of ‘thermal equalizing’ during low temperature immersion to reduce stress and product deformation.

El estado inicial de la superficie del alimento también es un factor determinante en la transferencia de masa. La rugosidad de la superficie de los alimentos, la discontinuidad y la alta humectabilidad obviamente aumentan la absorción de solutos, debido al arrastre del medio refrigerante12. La ganancia de solutos se evita por la baja porosidad de la superficie de los alimentos1 y por la carne de pescado grasosa20,21. Los frijoles ICF cocidos (con pieles suaves) no tenían un sabor salado en la evaluación sensorial, incluso cuando no se enjuagaban después de la congelación, a diferencia de la zanahoria cortada en cubitos ICF procesada en las mismas condiciones43. Además, cualquier agrietamiento causado por un alto estrés térmico durante la inmersión (que se produce en algunas condiciones) promueve la penetración profunda de los solutos en el producto. Ogawa77 aconsejó utilizar una etapa de procesamiento de "ecualización térmica" durante la inmersión a baja temperatura para reducir el estrés y la deformación del producto. Surface treatment for better control of mass transfer is possible either during or prior to the ICF process. Ottesen78 and recently Poulsen44 reported that an ice barrier (water þ various solutes) external to the foodstuff and close to the outside surface restricts solute uptake. This ice barrier may simply be formed by water migrating from the core to the outside of the product. Formation of such an external ice barrier appears, however, to be specific to the conditions used by the authors and was not observed under other conditions46. Poulsen44 suggested moistening foodstuffs with pure water prior to immersion to encourage formation of an external ice barrier. This surface pretreatment reduced salt gain on gels by 20%44 and also gave promising results with real foods46. Solute gain can be restricted by using ternary or more complex solutions instead of binary solutions. Their action seems similar to that of a surface treatment. The effect of ternary or more complex solutions has been reported in previous studies, particularly those on modified binary sodium chloride solutions1,21. Although the results were very encouraging in terms of limiting primary solute gain, their conclusions are unreliable, as not all process parameters were kept constant when solution compositions were changed. In addition, the penetration of the secondary solute(s) was inadequately investigated. Lucas et al.46 recently confirmed that salt gain was reduced by 40% after 1 h processing if 2 mol. of sucrose per kg of solvent was added to binary NaCl solution (4.55 molkg-1 of solvent at -17.8°C) with all other parameters remaining constant. The addition of high molecular mass solutes (especially sucrose) to sodium chloride solutions has been widely used to achieve the same effects with the DIS process at higher temperatures (>10°C), and has also been scientifically investigated. The effect of sucrose in reducing salt gain has mainly been associate with the formation of a concentrated sucrose layer on the food surface, resulting in a physical barrier to further salt impregnation65,69. Coating food with a sucrose solution before immersion can also reduce salt uptake: a 1 min soaking in a 5% sucrose solution with subsequent rinsing might be long enough to allow sucrose molecules to fill any voids and constitute a concentrated surface barrier to further mass transfer during freezing1. Holston and Pottinger21 observed a reduction in sodium chloride penetration when

other salts (1% CaCl2 and 0.6% KCl) were added to sodium chloride solution, but the phenomenon remains so far unexplained. The effect of food coating prior to immersion on the reduction in solute uptake has been studied in more detail in connection with the DIS process. Coating apple pieces with a gel film containing 1% chitosan and 1% acetic acid before immersion at 20°C in sucrose solution reduced solute gain by 90%79. Other gels formed with pectins, starches and other substances have also been proposed80. It should be noted that such gels remain permeable to water. The formation of a coating with gel properties during the ICF process was reported by Noyes16, who believed this was effective in reducing solute entry. The underlying mechanism is water migration from the core to the outside of the food material78, but this only applies to fruit and vegetables able to exude a pectin-containing aqueous solution16. The use of ternary solutions and food coating are both promising methods for controlling mass transfer during the ICF process, especially during chilling. Aqueous solutions with low solute concentrations or even pure water can be used for the chilling, thus reducing unwanted solute uptake. El tratamiento de la superficie para un mejor control de la transferencia de masa es posible durante o antes del proceso de ICF. Ottesen78 y recientemente Poulsen44 informaron que una barrera de hielo (agua þ varios solutos) externa al alimento y cerca de la superficie exterior restringe la captación de soluto. Esta barrera de hielo puede formarse simplemente por el agua que migra desde el núcleo hacia el exterior del producto. Sin embargo, la formación de dicha barrera de hielo externa parece ser específica de las condiciones utilizadas por los autores y no se observó en otras condiciones46. Poulsen44 sugirió humedecer los alimentos con agua pura antes de la inmersión para fomentar la formación de una barrera de hielo externa. Este pretratamiento de superficie redujo la ganancia de sal en geles en un 20% 44 y también dio resultados prometedores con alimentos reales46. La ganancia de soluto se puede restringir utilizando soluciones ternarias o más complejas en lugar de soluciones binarias. Su acción parece similar a la de un tratamiento de superficie. El efecto de las soluciones ternarias o más complejas se ha informado en estudios anteriores, particularmente en las soluciones de cloruro de sodio binarias modificadas1,21. Aunque los resultados fueron muy alentadores en cuanto a la limitación de la ganancia de soluto primario, sus conclusiones no son confiables, ya que no todos los parámetros del proceso se mantuvieron constantes cuando se cambiaron las composiciones de la solución. Además, la penetración del (los) soluto (s) secundario (s) se investigó de manera inadecuada. Lucas et al.46 confirmaron recientemente que la ganancia de sal se redujo en un 40% después de 1 h de procesamiento si 2 mol. de sacarosa por kg de disolvente se añadió a la solución binaria de NaCl (4,55 molkg-1 de disolvente a -17.8°C) con todos los demás parámetros constantes. La adición de solutos de alto peso molecular (especialmente sacarosa) a las soluciones de cloruro de sodio se ha utilizado ampliamente para lograr los mismos efectos con el proceso DIS a temperaturas más altas (>10°C), y también se ha investigado científicamente. El efecto de la sacarosa en la reducción de la ganancia de sal se ha asociado principalmente con la formación de una capa concentrada de sacarosa en la superficie del alimento, lo que resulta en una barrera física para

una mayor impregnación de sal65,69. Recubrir los alimentos con una solución de sacarosa antes de la inmersión también puede reducir la absorción de sal: un remojo de 1 min en una solución de sacarosa al 5% con un posterior enjuague puede ser lo suficientemente largo como para permitir que las moléculas de sacarosa llenen cualquier vacío y constituyan una barrera de superficie concentrada para una transferencia de masa adicional durante congelación1. Holston y Pottinger21 observaron una reducción en la penetración del cloruro de sodio cuando se agregaron otras sales (CaCl2 al 1% y KCl al 0.6%) a la solución de cloruro de sodio, pero el fenómeno sigue sin explicarse. El efecto del recubrimiento de alimentos antes de la inmersión en la reducción de la absorción de solutos se ha estudiado con más detalle en relación con el proceso DIS. El recubrimiento de trozos de manzana con una película de gel que contiene 1% de quitosán y 1% de ácido acético antes de la inmersión a 20°C en solución de sacarosa redujo la ganancia de soluto en un 90% 79. También se han propuesto otros geles formados con pectinas, almidones y otras sustancias 80. Cabe señalar que tales geles permanecen permeables al agua. Noyes16 informó sobre la formación de un recubrimiento con propiedades de gel durante el proceso de ICF, que creía que esto era efectivo para reducir la entrada de soluto. El mecanismo subyacente es la migración de agua desde el núcleo hacia el exterior del material alimenticio78, pero esto solo se aplica a las frutas y hortalizas capaces de exudar una solución acuosa16 que contiene pectina. El uso de soluciones ternarias y recubrimientos de alimentos son métodos prometedores para controlar la transferencia de masa durante el proceso de ICF, especialmente durante el enfriamiento. Se pueden usar soluciones acuosas con bajas concentraciones de soluto o incluso agua pura para el enfriamiento, lo que reduce la absorción de soluto no deseado. Research into long-term immersion freezing should improve our knowledge of solute penetration processes. ‘Long-term immersion freezing’ is defined as keeping food in a refrigerating medium after it is thoroughly frozen. At first it was frequently observed aboard fishing vessels—nowadays, on-board ICF is carried out at -16°C and followed by ‘dry’ storage at -30°C4. The rate of solute penetration tapers off during long-term ICF, but penetration nevertheless continues and high levels of solute contents can be obtained. Figure 3 shows changes over time in the salt gain of 36 mm diameter, 110-mmhigh gelatin gel cylinders immersed in a non-agitated 23% sodium chloride solution at -20°C. Salt gain reached 3.22%im after one day of immersion and 5.5%im after six days45. This has previously been defined as the ‘secondary’ penetration stage21. Deeper food layers were also assessed at the same time21. Solute concentration in the surface layers of the frozen product also increased progressively, and concomitant thawing of these areas was observed21,45 after 24–48 h of immersion, i.e. well before mass transfer equilibrium with the refrigerating medium in these areas was reached. For instance, the first 6 mm of fish flesh thawed after 10 days immersion in a 23% NaCl solution at -15°C, and contained 10.3% of salt21. Both solute penetration and water loss (food dehydration) were greater in the thawed parts21. The authors stated that fatty flesh would not exhibit thawing phenomena under longterm immersion21.

The concrete solute penetration processes in frozen products (and concomitant thawing) require further theoretical study. This should give a better understanding of the phenomena governing coupled heat and mass transfer during the entire ICF operation, and also furnish tools for controlling this process more effectively. La investigación sobre la congelación por inmersión a largo plazo debería mejorar nuestro conocimiento de los procesos de penetración de solutos. La "congelación por inmersión a largo plazo" se define como mantener los alimentos en un medio de refrigeración después de que se haya congelado completamente. Al principio, se observaba con frecuencia a bordo de embarcaciones pesqueras. En la actualidad, el ICF a bordo se realiza a -16°C y luego se realiza un almacenamiento "seco" a -30°C4. La tasa de penetración de soluto disminuye durante el ICF a largo plazo, pero la penetración continúa y se pueden obtener altos niveles de contenido de soluto. La Figura 3 muestra los cambios a lo largo del tiempo en los cilindros de gel de gelatina de 110 mm de diámetro y 110 mm de alto sumergidos en una solución de cloruro de sodio al 23% no agitada a -20°C. La ganancia de sal alcanzó el 3,22% im después de un día de inmersión y el 5,5% im después de seis días45. Esto se ha definido previamente como la etapa de penetración "secundaria" 21. Las capas más profundas de alimentos también se evaluaron al mismo tiempo21. La concentración de soluto en las capas superficiales del producto congelado también aumentó progresivamente, y se observó un descongelamiento concomitante de estas áreas21,45 después de 24–48 h de inmersión, es decir, mucho antes de que se alcanzara el equilibrio de transferencia de masa con el medio refrigerante en estas áreas. Por ejemplo, los primeros 6 mm de carne de pescado se descongelaron después de 10 días de inmersión en una solución de NaCl al 23% a -15°C, y contenían un 10,3% de sal21. Tanto la penetración de solutos como la pérdida de agua (deshidratación de alimentos) fueron mayores en las partes descongeladas21. Los autores afirmaron que la carne grasa no exhibiría fenómenos de deshielo en inmersión a largo plazo21. Los procesos de penetración del soluto del concreto en productos congelados (y descongelación concomitante) requieren un estudio teórico adicional. Esto debería dar una mejor comprensión de los fenómenos que gobiernan la transferencia acoplada de calor y masa durante toda la operación de ICF, y también proporcionar herramientas para controlar este proceso de manera más efectiva.

Conclusion (Conclusión) The present paper considers the various aspects of the ICF process in terms of recent scientific advances and trends innthe chilled and frozen food sector. The ICF technique is a well-known IQF process, based on innovative methods and food refrigeration systems with enhanced heat transfer. Moreover, the possibility of direct formulation of the food material makes the ICF operation an attractive option either as a complete freezing process or as ansupplementary process prior to freezing by conventional processes, e.g. air-blast freezing. ICF improves both the quality and storage stability of the preserved food.

El presente documento considera los diversos aspectos del proceso de ICF en términos de avances científicos recientes y tendencias en el sector de alimentos refrigerados y congelados. La técnica de ICF es un proceso IQF bien conocido, basado en métodos innovadores y sistemas de refrigeración de alimentos con transferencia de calor mejorada. Además, la posibilidad de formulación directa. El material alimenticio hace que la operación de ICF sea una opción atractiva, ya sea como un proceso completo de congelación o como un proceso complementario antes de la congelación mediante procesos convencionales, por ejemplo. Congelación por aire. ICF mejora tanto la calidad como la estabilidad de almacenamiento de los alimentos conservados. At all events, consistent research is required into this innovative technique, which should be recognized as a unit operation already widely used in food engineering. Fundamental studies should be carried out to improve our understanding of this promising technique, and to provide proper modelling and control. En todo caso, se requiere una investigación consistente en esta técnica innovadora, que debe ser reconocida como una unidad de operación ya ampliamente utilizada en la ingeniería de alimentos. Deben realizarse estudios fundamentales para mejorar nuestra comprensión de esta técnica prometedora y para proporcionar un modelado y control adecuados.

Figure 3 Immersion freezing and storage of 23% gelatin gel cylinders (diameter 36 mm, height 110 mm) in a non-agitated 23% sodium chloride solution at -20°C. (a) Cross-sectional comparison of the freezing and thawing fronts over time. (b) Salt gain (SG) over time. From Ref. 45. Figure 3 Conge´lation par immersion et entreposage de cylindres de gel de ge´latine (diame`tre de 36 mm et hauteur de 110 mm) dans une solution de chlorure de sodium a` 23% non agite´e et a` une tempe´rature de -20°C. (a) Coupe comparant les fronts de conge´lation et de de´conge´lation en fonction du temps. (b) Assimilation de sel en fonction du temps 45.

Figura 3 Congelación por inmersión y almacenamiento de 23% de cilindros de gel de gelatina (diámetro 36 mm, altura 110 mm) en una solución de cloruro de sodio al 23% sin agitar a -20°C. (a) Comparación transversal de los frentes de congelación y descongelación a lo largo del tiempo. (b) Ganancia de sal (SG) a lo largo del tiempo. Desde la ref. 45. Figura 3 Conglomerado de inmersión y almacenamiento de cilindros de gel de gelatina (diámetro 36 mm y altura 110 mm) en una solución de cloruro de sodio al 23% sin agitación ya una temperatura de -20°C. (a) Una sección que compara los frentes de congelación y descongestión en función del tiempo. (b) Asimilación de sal en función del tiempo 45.

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