# Introducción La **congelación** es el proceso en el que el agua presente en un sistema pasa de estado líquido a sólido (hielo) mediante la formación y crecimiento de cristales. En este material se describen las fases del proceso, los mecanismos de nucleación y crecimiento de cristales, la interpretación de las curvas térmicas durante la congelación, la influencia de la velocidad de enfriamiento y los efectos sobre estructura y microorganismos. Se incluyen ejemplos y aplicaciones prácticas relevantes para ciencias y tecnología de alimentos y procesos térmicos. ## Fases del proceso de congelación 1. Sub-enfriamiento 2. Nucleación 3. Crecimiento de los cristales formados > Definición: El sub-enfriamiento es el descenso de la temperatura de un líquido por debajo de su punto normal de congelación mientras permanece en estado líquido. ### 1) Sub-enfriamiento - El sistema se enfría por debajo de su punto de congelación sin que todavía exista hielo observable. - Es un estado termodinámicamente inestable que favorece la formación de pequeñas agrupaciones de moléculas (agregados) que actúan como interfase inicial para pasar a sólido. ¿Sabías que el sub-enfriamiento facilita la nucleación porque crea zonas donde la movilidad molecular y la energía favorecen la formación de agregados ordenados? ### 2) Nucleación - La nucleación es el inicio de la cristalización: aparecimiento de un agregado ordenado de moléculas que constituye un núcleo de cristalización. - Existe un **radio crítico**: si el agregado alcanza un tamaño mayor que este radio, se considera un núcleo activo y el crecimiento es espontáneo. > Definición: Un núcleo de cristalización es una pequeña partícula ordenada de moléculas cuyo tamaño supera el radio crítico y que actúa como semilla para el crecimiento del cristal. Tipos de nucleación: | Tipo | Origen | Morfología típica | Temperatura típica de nucleación | | --- | ---: | --- | --- | | Homogénea | Nucleación dentro del propio líquido puro | Cristales tridimensionales | alrededor de $-40^{\circ}\mathrm{C}$ | | Heterogénea | Agentes externos (paredes, partículas insolubles) | Cristales bidimensionales | aproximadamente $-6^{\circ}\mathrm{C}$ a $-4^{\circ}\mathrm{C}$ | Práctica: en laboratorio, añadir una micropartícula insoluble a una gota de agua subenfriada facilita la nucleación heterogénea a temperaturas mucho menos negativas que la nucleación homogénea. ### 3) Crecimiento de cristales - Tras formarse núcleos activos, las moléculas de agua se reorganizan rápidamente para incorporarse a las posiciones cristalinas. - El crecimiento ocurre si la tasa de incorporación de moléculas al frente de cristal es mayor que la tasa de desprendimiento. - La morfología y velocidad de crecimiento dependen de la rugosidad de la superficie del cristal: - Superficie rugosa: crecimiento continuo y relativamente rápido. - Superficie lisa: crecimiento por etapas con velocidad reducida. Fun fact: En condiciones de congelación rápida se forman numerosos cristales pequeños que causan menos daño a tejidos biológicos que los cristales grandes formados en congelación lenta. ## Curvas de congelación y registro de temperatura - Al medir la temperatura en el centro térmico de un alimento durante la congelación se obtiene una curva característica que depende de: - Geometría del producto - Velocidad de remoción de calor - Modo de transferencia de calor (convección, conducción) - Propiedades térmicas y composición (solutos) Etapas observables en una típica curva de congelación (punto A a F): 1. A-S: Enfriamiento por debajo del punto de congelación (sub-enfriamiento). 2. S-B: Repunte de temperatura hasta el punto de congelación cuando ocurre la nucleación. 3. B-C: Formación de hielo; la fracción de agua congelada aumenta y la concentración de solutos en el líquido no congelado se incrementa, reduciendo su punto de congelación. 4. C-D: Algunos solutos alcanzan sobresaturación y pueden cristalizar. 5. D-E: Cristalización continúa;