Refrigeración Sectores de la industria

Bioimpedancia eléctrica aplicada a la congelación de carne de cerdo

Por su naturaleza activa y fácil alteración de sus propiedades, los alimentos perecederos están a expensas de algún método de conservación. Uno de los más aceptados es el proceso de congelación, por mantener prácticamente las características originales de la carne y conferirle una larga vida de anaquel con un mínimo de procesamiento.

Por su naturaleza activa y fácil alteración de sus propiedades, los alimentos perecederos están a expensas de algún método de conservación. Uno de los más aceptados es el proceso de congelación, por mantener prácticamente las características originales de la carne y conferirle una larga vida de anaquel con un mínimo de procesamiento.

Ing. Juana Gutiérrez.

La constitución de la carne y el proceso de congelación han sido evaluados desde diferentes puntos de vista (físico, biológico, bioquímico, enzimático, estructural, textural, sensorial, termodinámico, energético, tecnológico, de composición química y nutrimental); sin embargo, hay pocos análisis con el enfoque de las variables del proceso sobre la calidad global de la carne, especificando las condiciones de congelación. Por ello, son escasas las recomendaciones respecto de productos cárnicos, aunque la congelación a -18 °C puede destacarse. La regulación oficial mexicana no especifica parámetros de control y condiciones de congelamiento de productos cárnicos determinados en función de atributos que permitan un mejor control de calidad general de la carne desde su congelación.

Se ha demostrado que, debido al proceso de congelación, descongelación y a las condiciones de almacenamiento, se pierde la integridad de la célula en el tejido muscular. Esto permite que varias sustancias se mezclen entre sí y degraden los nutrientes que se eliminan en los jugos exudados cuando la carne se descongela para su uso, pues no se tiene un control específico de las variables y condiciones del proceso.

Evaluar el efecto del método de congelación y las condiciones de almacenamiento tras un periodo de dos meses en cortes de carne de cerdo Longissimusdorsi sobre la integridad celular, mediante una técnica novedosa en alimentos, que permite valorar rápido el daño estructural en la carne debido al método o condición de almacenamiento u otras alteraciones que repercuten directamente sobre las propiedades sensoriales y de control de calidad de la carne, puede resultar efectivo para saber cuál es el mejor método de conservación.

Diseño experimental
Se trabajó con lomo de carne de cerdo (Longissimusdorsi), adquirido en el rastro TIF (Tipo Inspección Federal), con las siguientes características: un mismo proveedor, carne fresca (aproximadamente 48 horas de la matanza), asumiendo que todos los procesos del rigor mortis hayan terminado, raza Duroc-Jersey, macho capado de seis meses de edad y un peso promedio de 100 kg. Se cortó la carne en porciones de 8 x 6 x 2 centímetros, con un peso aproximado de 112.18 g ± 1.47 g para mantener constante la forma geométrica y la superficie de contacto.

 
Figura 1. Análisis de biompedancia eléctrica del lomo de cerdo fresco y congelado

Para evaluar la calidad de la carne de cerdo, se determinaron algunas propiedades físicas, nutrimentales y de composición química, de acuerdo con las metodologías oficiales para carne, antes y después de congelar, por dos diferentes métodos: congelación en cámara por compresión mecánica de vapor hasta alcanzar -20 °C y congelación con nitrógeno líquido en contacto indirecto hasta llegar a -40 °C en el producto. También se analizaron los efectos al conservarse por dos meses con una temperatura del medio de -20 ± 5 °C. En la figura 1, se presenta la metodología con la cual se evaluaron los procesos.

Para conocer las condiciones en las cuales se llevaba a cabo la congelación, fue necesario realizar la calificación de la cámara de congelación en cuanto a velocidad de aire, temperatura y humedad relativa, dividiendo la cámara en zonas y efectuando mediciones de la velocidad de aire (se utilizó un anemómetro Extech Instruments) y la temperatura (con termopares tipo T); para la humedad relativa se utilizó un higrómetro (Extech Instruments).

Históricamente, la congelación permite mantener prácticamente cualquier producto por mayor tiempo sin alterar sus propiedades al detener reacciones microbiológicas, enzimáticas; disminuir la carga microbiana y parasitaria. Al evaluar los diversos métodos de congelación, se ha encontrado que la congelación rápida, a diferencia de la lenta, conserva mejor calidad inicial en la carne. También, se ha evaluado el daño estructural para el producto al conservarse a una temperatura mayor que la del proceso de congelación.

Por medio de un análisis de varianza (ANOVA, por sus siglas en inglés), se examinaron los resultados para que de forma global se compararan las diferencias entre los métodos de congelación y la carne fresca, además de una prueba de Tukey con un intervalo de confianza de p< 0.05 para determinar si había diferencia estadística entre los grupos.

También se utilizó la prueba de Dunnet, un intervalo de confianza de p<0.05 para conocer si había diferencia estadística, considerando a la carne fresca como control. Finalmente, se evaluó si había contraste entre la condición de almacenamiento después de congelar la carne con ambos métodos usando una prueba t de Student, con un intervalo de confianza de p<0.05 (se usó el software estadístico SPSS, versión 17).

Carne de cerdo
La carne es el tejido muscular esquelético de los animales, después del sacrificio y de una serie de reacciones y cambios bioquímicos que suceden por un periodo conocido como rigor mortis y maduración de carne. También se ha definido como carne a los tejidos muscular, conjuntivo y elástico; grasa, vasos sanguíneos y linfáticos; nervios, entre otros que constituyen las masas musculares que cubren el esqueleto del animal.

Mataix, 2003

Moreiras   et al, 2006

CESNID, 2008

Energía (kcal)

111

104

152

Agua

75

77.4

66

Proteínas (g)

20

20

18

Lípidos (g)

3.4

2.65

8.9

Colesterol (mg)

58

65

Na (mg)

70

70

63

K (mg)

300

300

212

Ca (mg)

9.4

9.4

9

Mg (mg)

16

16

20

P (mg)

170

170

151

Fe (mg)

1.8

1.8

0.9

Zn (mg)

1.6

1.6

2.4

Cu (mg)

0.02

Cl (µg)

52

Se (µg)

14

32.4

I (µg)

2.6

2.6

Vit E (mg)

0.01

0.1

B1 (mg)

0.79

0.76

B2 (mg)

0.2

0.22

B3 (mg)

4.1

4

B6 (mg)

0.39

0.4

Ac. Fólico (µg)

3.2

3

B12 (µg)

2.1

0.6

Tabla 1. Composición teórica del lomo de cerdo fresco

Las cualidades de la carne de cerdo fresca o procesada, como la concentración de nutrimentos, el color, la textura, el sabor, entre otras, dependerán de varios factores intrínsecos, así como extrínsecos (especie animal, raza, edad, sexo, tipo de corte, función muscular, variaciones entre el mismo músculo, alimentación, método de matanza, tipo de corte, tiempo de exposición a la luz, método de conservación, transformación y envasado, entre otros más).

Existen criterios para definir la calidad de la carne de cerdo, desde el punto de vista tecnológico, por sus cualidades funcionales para transformarla; químico, respecto de la composición, y fisicoquímico, respecto de valores de pH. Entre los más importantes, se hallan los de carácter físico, como el color y la textura, así como los de carácter nutrimental, ya que la carne de cerdo fresca en su composición presenta un elevado contenido de agua y aporte proteico, además de vitaminas del complejo B y algunos minerales, según varios autores españoles (resultados reportados por 100g de lomo fresco en la tabla 1); sin mencionar raza, género, edad, entre otras características que influyen en los resultados.

Proceso de congelación
Para conocer el efecto de las condiciones de congelación y almacenamiento, es necesario ubicar las características de los recintos o espacios. Con respecto a la cámara de congelación por compresión mecánica de vapor refrigerante, se evaluó el perfil de velocidad de aire dentro de la cámara en 15 cuadrantes con 3 mediciones en cada punto, utilizando un anemómetro. Se obtuvo en la zona asignada para la congelación un promedio de velocidad de aire de 1.7 ± 0.07 m/s; asimismo, se determinó, con un higrómetro, entre 40 y 80% de humedad relativa, debido a la apertura y cierre de puertas de la cámara de forma intermitente.

Se evaluó el proceso de congelación con nitrógeno líquido para hacerlo más rápido y no tardar mucho en la congelación, además de que la ultracongelación es uno de los métodos considerados como estándar de oro para congelar.

El proceso de descongelación se realizó a temperatura controlada sin refrigeración o calentamiento; básicamente, consistió en un dispositivo que permitió tener el sistema aislado y cerrado para evitar el efecto del medioambiente sobre la descongelación de la carne.

Durante este proceso de descongelación, se obtiene la mayor cantidad de daños en el producto, aunada a las consecuencias producidas por la falta de continuidad en la cadena de frío o en el mal desarrollo del proceso de congelación; inclusive, a la calidad inicial del producto, factores que repercuten de forma directa sobre las características finales y calidad de la carne. Ésta es uno de los criterios más importantes que debe tomar en cuenta el técnico frigorista o ingeniero de diseño. En función de ello, las prácticas de diseño de cámaras, blastfreezers, cartonfreezers, entre otros, han permitido mejorar la eficiencia del proceso de congelación y la calidad del producto.

Existen diferentes criterios para definir la calidad de la carne. La bioimpedancia eléctrica es una alternativa novedosa, rápida y económica para evaluar el daño en el tejido y la composición del mismo, ya que otras técnicas de análisis son mucho más lentas y costosas, lo que provoca pérdida de practicidad en el terreno industrial.

Bioimpedancia eléctrica
El método se basa en la aplicación de una corriente eléctrica alterna con intensidad de 60Hz, 120V. Esta corriente produce una tensión eléctrica, que es tanto mayor como menor sea la impedancia eléctrica (Z) del material. La impedancia (Z) representa la oposición que muestran los materiales biológicos al paso de una corriente eléctrica alterna. Ésta se puede descomponer en dos miembros medibles: resistencia (R), determinada por el paso de la corriente a través de las soluciones electrolíticas intra y extracelulares, y reactancia (Xc), determinada por las propiedades dieléctricas de los tejidos, o bien, por la acumulación temporal de cargas sobre las membranas celulares o sobre otras interfaces sumergidas en la solución de electrolitos, estructuras que se comportan como condensadores al paso de la corriente.

La reactancia está relacionada con las propiedades de capacitancia de la membrana celular; pueden ocurrir variaciones dependiendo de su integridad, función y composición. El componente reactivo es producido por las propiedades capacitivas de las células que cambian el voltaje y la corriente fuera de fase.

En términos eléctricos, este fenómeno se define por el ángulo de fase (PA), donde PA = arcotangente (Xc/R), que expresa, tanto los cambios en la cantidad, como la calidad de la masa de tejidos blandos; es decir, la permeabilidad de la membrana celular y la hidratación de los tejidos blandos. El ángulo de fase es dependiente de:

  • El comportamiento capacitivo de los tejidos (reactancia) asociados con la celularidad, tamaño celular e integridad de la membrana celular
  • Su comportamiento de resistencia pura (resistencia), principalmente dependiente de la hidratación del tejido

Si bien su significado biológico y los efectos patógenos no se entienden completamente, PA se ha interpretado como un indicador de la integridad de la membrana y la distribución del agua entre los espacios intra y extracelulares; puede oscilar entre 2 y 12 grados:

  • PA bajo es un indicador de la ruptura de la membrana celular y la incapacidad de las células para almacenar energía
  • PA elevado indica que las membranas de las células están intactas y la masa celular corporal (BCM, por sus siglas en inglés) es alta

Esta técnica se basa en el principio de que los tejidos biológicos se comportan como conductores, en mayor o menor medida, de la corriente eléctrica o como dieléctricos (aislantes), dependiendo de su composición.

Aplicación de la bioimpedancia eléctrica en el lomo de cerdo congelado
Mediante un equipo de bioimpedancia eléctrica (BIA 101A RJL Systems Prizum), se determinó reactancia, resistencia, impedancia y ángulo de fase. El pH con un potenciómetro (HI 99163 Hannainstruments). Se midió el potencial de hidrógeno calibrando el equipo con buffers de 4.00 y 7.00.

La pérdida de peso y estructura está ligada directamente a fenómenos de transferencia de masa que se propician por transferencia de calor. La pérdida de la integridad celular fomenta la migración de solutos, como sales y minerales. Para este estudio, se evaluó el daño estructural mediante el análisis de bioimpedancia eléctrica en la carne fresca y después de descongelar; tras la congelación por los dos métodos y el almacenamiento, como se muestra en la figura 2.

La técnica de bioimpedancia eléctrica permite evaluar indirectamente el daño estructural causado por el análisis del paso de la corriente eléctrica y la resistencia que ejerce la membrana de la célula; es decir, la respuesta conductiva a la corriente eléctrica de alta frecuencia, bajo voltaje e intensidad aplicada. Es utilizada para medir la composición corporal de individuos de forma indirecta, asumiendo que el cuerpo humano tiene una forma de cilindro, el tejido se comporta como un conductor y su respuesta al paso de la corriente por la composición de electrólitos. La técnica también ha tenido éxito para evaluar a personas que se encuentran incapacitadas para llevar a cabo estudios de composición corporal con otro tipo de técnicas.

La figura 1 muestra que se tiene una mayor resistencia eléctrica al paso de la corriente cuando la carne es congelada en cámara. Se esperaría que la carne fresca fuera la que presentara mayor resistencia eléctrica, pues las células aún se encuentran más íntegras; sin embargo, es evidente que la resistencia que presenta la carne fresca es la misma que tiene la carne congelada con nitrógeno, la cual es significativamente diferente a la de la carne congelada con cámara. Los resultados de cada prueba son estadísticamente confiables, pues hay desviaciones muy bajas, aunque se esperaba que la fresca tuviera la mayor resistencia. Probablemente, jueguen un papel importante los solutos que se liberan tras la congelación y descongelación, y es por ello que se tiene una mayor resistencia al paso de la corriente, lo que nos indicaría menor daño celular.

El ángulo de fase, generalmente, se expresa como una medida del daño celular y ha tenido una gran utilidad para personas con patologías asociadas con daño en tejidos. En la figura 1, el ángulo de fase tiene valores pequeños, pues se tienen reactancias muy bajas, mostrando diferencia en todos los casos; es decir, que respecto de la carne fresca hay un cambio debido al tratamiento. En general, todos los casos tienen un ángulo de fase bajo, lo que indicaría que hay un daño estructural evidente. De acuerdo con estos resultados, se tendría un menor daño en la carne congelada con nitrógeno.

Aplicación de la bioimpedancia eléctrica en el lomo de cerdo congelado y almacenado
En lo que se refiere a la carne congelada con cámara y nitrógeno, y almacenada, se tiene diferencia estadística en la resistencia y el ángulo de fase en la congelada con nitrógeno. Probablemente, se debe a los procesos de recristalización que forman otro tipo de cristales de hielo más grandes que generan daño en la membrana celular, provocando un menor ángulo de fase, lo que significa un mayor daño estructural (ver figura 2).

Resulta interesante percatarse de que se tiene un menor ángulo de fase negativo cuando se tiene carne congelada con cámara y se almacena en las mismas condiciones, que si se congela con nitrógeno y después se almacena en condiciones de temperatura mayores con humedad relativa y velocidad de aire bajas.

La resistencia eléctrica guarda una relación inversa con el contenido de agua y electrolitos en el tejido; es decir, entre mayor sea el valor de resistencia, menor es el contenido de agua y electrólitos en el lomo de cerdo. El lomo de cerdo congelado con nitrógeno y almacenado en las condiciones de una cámara a temperatura más alta y sin envase, y la deshidratación consecuente también se evidencia en esta técnica.

Se ha demostrado, en otros estudios, que durante el almacenamiento de la carne el hielo situado en la parte externa del producto se sublima, produciendo una deshidratación superficial. La pérdida de agua se ve favorecida por la ventilación, la incidencia del aire o la recirculación de éste sobre el producto, la cual es proporcional al periodo de almacenamiento y a la superficie expuesta. Dicha pérdida es mucho menor a bajas temperaturas porque la presión parcial del vapor de agua en la superficie del producto aumenta exponencialmente con la temperatura. Si aun así existe deshidratación superficial de la carne, se generarán pérdidas económicas por la disminución de peso en el producto y el detrimento en la calidad de la carne, lo que puede terminar en la no aceptabilidad del producto por parte del consumidor final. Se recomienda utilizar envase o película para evitar la deshidratación superficial del producto y prevenir el detrimento de la calidad, en general; específicamente, en color, peso y textura superficial.

La carne fresca tiene propiedades visuales diferentes a las de la carne congelada por los métodos descritos, así como después de descongelarse. Con este estudio se permite establecer parámetros objetivos para definir qué tan admisible ha sido el procesamiento térmico y su efecto en la calidad de la carne que finalmente repercute en la aceptación del producto.

Cabe mencionar que entre mayor sea la velocidad de congelación, la apariencia del producto será mucho mejor en cualquiera de los parámetros que se evaluaron en el estudio, excepto en el análisis de daño estructural para carne almacenada; sin embargo, la descongelación puede jugar el rol más importante en los resultados.

Éstos muestran diferencias en la calidad de la carne entre un método de congelación y otro. Por tanto, se recomienda que se lleve a cabo la congelación con la mayor velocidad, tomando en cuenta la relación costo-beneficio; pues, aunque un determinado sistema pueda dar un mejor diferencial de temperatura y mayor velocidad de aire, se debe cuantificar el aspecto energético desde el punto de vista del gasto de los motores. Aunado a ello, no se recomienda congelar la carne a una muy baja temperatura si después será almacenada a una temperatura más alta, pues daña mucho más el tejido estructuralmente.

El método de descongelación no fue el más apropiado para evaluar con precisión el efecto del método de congelación, pues tuvo mucha influencia en las características finales de la carne. Los resultados sugieren que a veces no importa qué tan bien se lleve a cabo la congelación; si no se cuidan las condiciones de descongelación, se obtendrán productos con características similares a los congelados lentamente, pese a que se haya hecho el proceso con rapidez, lo que repercutirá en las características finales del producto y en la aceptación del usuario final. Las condiciones de almacenamiento, empaque y descongelación afectan más la calidad final del producto, que el proceso mismo de congelación; de ahí que se deba cuidar la conservación de la cadena de frío.

La técnica de bioimpedancia eléctrica es un método sencillo, rápido y práctico para evaluar la calidad de la carne y, prácticamente, de cualquier producto, sometido a cualquier tratamiento; sin embargo, es necesario llevar a cabo más estudios relacionados con la validación de esta técnica en otro tipo de tratamientos, alimentos (tipo de tejidos) y condiciones para generar suficiente evidencia de los cambios. Con éste, se demuestra hasta ahora que sí genera una respuesta.

Hay pocos estudios que hablan sobre la variación multifrecuencia para evaluar su efecto en la calidad estructural de los tejidos y relacionarlos con la integridad celular. Existen algunos respecto de la evolución de las propiedades dieléctricas de otros alimentos en función del tiempo y la maduración o reacciones bioquímicas, pero es necesario evaluar esta técnica mucho más a fondo.
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