Abre la puerta del congelador y ahí, camino en la parte de atrás, puede ser una caja vieja de helado con picos de hielo. O una lasaña congelada olvidada cubierta de cristales helados. O secar las superficies de la carne si no están bien cubiertas.

La gente a veces llama a este fenómeno "quemaduras por congelación, "y sucede cuando pequeños cristales de hielo en la superficie del alimento se evaporan directamente en vapor sin pasar primero por la fase líquida del agua, un proceso científicamente denominado sublimación. Esta pérdida de humedad puede dejar las capas superficiales del alimento secas y descoloradas.

Como científico de alimentos, Llamo a la formación inicial de hielo en la superficie "recristalización del hielo" y estudio formas de frenarla.

La recristalización del hielo daña y destruye las células orgánicas, las unidades vivas más pequeñas que se encuentran en los animales y las plantas. Es tan problemático cuando se almacenan cultivos alimentarios recolectados o materiales de investigación biomédica, como cultivos celulares, como cuando se almacenan pizzas o guisantes congelados. y puede generar mucho desperdicio.

Existen sustancias artificiales que previenen este tipo de daño por hielo, pero pocos de ellos son seguros para comer. Así que junto con otros científicos del Laboratorio Nacional de la Universidad de Tennessee y Oak Ridge, Trabajaré durante los próximos tres años por debajo de $ 550, 000 de la National Science Foundation para identificar opciones seguras "de base biológica":materiales que ya se encuentran en la naturaleza, incluidas las sustancias derivadas del proceso natural de digestión humana cuando se consumen alimentos.

¿Cómo ocurre la recristalización del hielo?

La industria alimentaria utiliza la "congelación rápida" para evitar la formación de grandes cristales de hielo en los alimentos congelados. Este proceso implica exponer los alimentos muy rápidamente a una temperatura baja y una alta velocidad de movimiento del aire. lo que hace que la comida se congele en una masa de numerosos cristales pequeños. Los cristales pequeños son mucho menos dañinos para la materia congelada que los grandes.

El problema comienza después de que estos alimentos se trasladan a congeladores normales para su almacenamiento, incluyendo congeladores domésticos. La función de descongelación automática en tales unidades implica encender y apagar el compresor varias veces al día, bajar y subir la temperatura para evitar la acumulación de hielo. Esta fluctuación derrite parcialmente el hielo en la comida y luego lo vuelve a congelar, un proceso que puede crear cristales de hielo más grandes y más dañinos.

Estos cambios pueden hacer que la comida sea, en el mejor de los casos, desagradable, ¿quién no ha soportado comer verduras quemadas en el congelador o una bebida aguada? fresa descongelada? - y en el peor de los casos inutilizable.

Según un estudio reciente del investigador del sistema alimentario del College of William &Mary, Zach Conrad, gasto total en alimentos en los Estados Unidos por persona por día, entre 2001 y 2016, era $ 13.27, y $ 3.62 por valor de ese gasto, o 27%, fue comida desperdiciada.

Conrad descubrió que solo el 1,4% de ese desperdicio involucraba alimentos congelados, que asciende a unos 5 centavos por persona por día, o $ 18.25 al año. Pero esos cinco centavos suman más de $ 5,89 mil millones en alimentos congelados desperdiciados cada año.

Entonces, a medida que el mercado de alimentos congelados continúa creciendo, la importancia de minimizar o prevenir el daño por hielo se vuelve obvia.

Prevenir el crecimiento de hielo con sustancias artificiales.

Los productos químicos sintéticos que evitan la recristalización del hielo tienden a ser tóxicos para los organismos vivos, por lo que su utilidad para proteger los alimentos es muy limitada. A través de su largo y riguroso proceso de revisión, la Administración de Drogas y Alimentos de EE. UU. ha aprobado un polímero artificial llamado alcohol polivinílico, o PVA, tan seguro para su uso en materiales de envasado de alimentos, pero no como aditivo alimentario.

El PVA se utiliza industrialmente para prevenir la recristalización del hielo en sustancias como el cemento y el hormigón. así como al congelar células humanas, tejidos y órganos para preservarlos para trasplantes y usos biotecnológicos.

También hay compuestos "semisintéticos", así etiquetados porque se fabrican mediante la alteración de materiales naturales, que son prometedores para frenar el daño del hielo. Incluyen sustancias llamadas glicopolímeros y polianfolitos, que se ha informado que inhiben la recristalización del hielo, preservar las células y aumentar la viabilidad celular. Muchos de estos compuestos se encuentran en las primeras etapas de investigación y desarrollo, y aún no se utiliza comercialmente. Su seguridad para su uso en alimentos aún no se ha demostrado ni aprobado.

Una alternativa más segura:soluciones de base biológica

Investigo alternativas a los materiales sintéticos y semisintéticos que son de base biológica, es decir, basado en sustancias que ya se encuentran en humanos, animales y plantas, ya través de procesos biológicos naturales. Creo que estas soluciones de base biológica son opciones especialmente prometedoras porque no implican manipulación antinatural.

Por ejemplo, para la industria de procesamiento de huevos, Descubrí cómo usar péptidos naturales derivados de los huevos (cadenas cortas de aminoácidos que también se encuentran en nuestras entrañas) para prevenir el daño causado por la congelación en las yemas de huevo. en lugar de agregar sal o azúcar a la yema antes de congelarla.

Bajo nuestra subvención de la National Science Foundation, Mi equipo está investigando sustancias que imitan las funciones de las proteínas anticongelantes que se encuentran en los peces de agua fría o en las plantas tolerantes al frío. que inhiben la recristalización del hielo y previenen el crecimiento de hielo en sus tejidos internos.

Un desafío es que estas moléculas de proteína anticongelante están presentes en concentraciones muy bajas en la naturaleza. Esto los hace muy costosos de extraer de los organismos y producirlos a escala industrial.

Estamos realizando investigaciones sobre péptidos derivados de proteínas alimentarias comunes y únicas, como la soja, lácteos, pez, carne e insectos. Gracias a la investigación de Srinivasan Damodaran de la Universidad de Wisconsin, ya sabemos que los pequeños péptidos de la gelatina de pescado y las proteínas de colágeno de ganado son eficaces para prevenir la recristalización del hielo en el helado. Este poder de los péptidos varía mucho según la proteína de origen, sin embargo, por lo que estamos investigando las razones de estas diferencias.

A medida que aprendamos más sobre estos péptidos y cómo producirlos a escala comercial, Creo que pueden resultar útiles en varios sectores, de mejorar la calidad de los alimentos congelados, aumentar la resistencia de los cultivos agrícolas a las temperaturas bajo cero, para preservar mejor las células y los tejidos, e incluso en usos como descongelación de carreteras y aviones.

Este artículo se ha vuelto a publicar de The Conversation con una licencia de Creative Commons. Lea el artículo original.