Modelización de las cinéticas de difusión de nitrato de sodio y nitrito de sodio durante el curado de carne

Abstract

RESUMEN

El sector cárnico es uno de los cinco primeros sectores industriales de España. Dentro del sector cárnico la industria productora de jamones y paletas curados y cocidos y fiambres cocidos, representa la línea de consumo más importante. En la elaboración de los mismos se busca obtener un producto con un alto valor añadido, que sea apreciado por sus características sensoriales típicas. Tradicionalmente los nitritos y nitratos se añaden a estos productos básicamente con el fin de, por una parte, estabilizarlo para que pueda conservarse a temperatura ambiente sin peligro para la salud ni riesgo de alteración y, por otra parte, facilitar el desarrollo de las características sensoriales deseadas. Por ello, el estudio de la velocidad de penetración de estas sales en la carne es muy importante a la hora de determinar el tiempo necesario para obtener unas características óptimas, tanto de calidad como sanitarias, en el producto terminado. Una buena distribución de las sales nitrificantes en los productos cárnicos y una estimación adecuada del tiempo de salado de la carne tiene una influencia importante sobre la calidad del producto final. Así, un buen control del proceso de salado es esencial para cumplir con los estándares de calidad. Para ello es necesario su análisis en profundidad mediante modelización. El objetivo del presente trabajo fue estudiar las cinéticas de la difusión de los nitritos y nitratos en el salado del músculo Semimebranosus del jamón y la determinación de la influencia en dicha difusión de la dirección de las fibras del músculo, la temperatura y el pH. En primer lugar, se realizó un experimento con el fin de estudiar la difusión de las sales nitrificantes y del agua en dirección paralela a las fibras de la carne. En éste se realizó un grupo de cinéticas de salado en muestras cárnicas con un pH de 5,9 ± 0,1 con salmuera saturada con nitrito de sodio (NaNO2) y otro grupo con nitrato de sodio (NaNO3). Se utilizaron muestras de geometría cilíndrica extraídas del músculo Semimembranosus de la pierna de cerdo. Éstas se cortaron manteniendo la orientación de las fibras de la carne paralelas al eje del cilindro y sus dimensiones fueron 8.4 cm de longitud y 2.4 cm de diámetro. La cara lateral de las muestras se cubrió con film plástico de PVC para evitar pérdidas de humedad a través de las mismas. Cada cilindro se colgó de una de sus bases, de manera que la otra estuviera en contacto con la salmuera saturada con nitrito o nitrato de sodio, según el experimento a realizar. El salado de las muestras se realizó en cámaras a 2, 7 y 12ºC y una humedad relativa del 95%. En segundo lugar se determinó otro grupo de cinéticas de salado con el fin de estudiar la difusión de las sales nitrificantes y del agua en dirección perpendicular a las fibras de la carne. Para este experimento se utilizaron muestras cilíndricas extraídas del músculo Semimembranosus de las mismas dimensiones. Los cilindros se pesaron y después se sumergieron en bandejas que contenían una salmuera saturada de nitrito o nitrato de sodio. La salmuera saturada con los cilindros se colocaron en cámaras a 0, 4, 8 y 12ºC con una humedad relativa del 95%. De igual forma, con el objetivo de estudiar el efecto del pH del músculo en la difusión del nitrito de sodio, se realizaron también experiencias de salado en muestras cilíndricas de carne con pH de 5,5 ± 0,1; 5,9 ± 0,1 y 6,2 ± 0,1, a 4ºC y humedad relativa del 95%. La modelización de las cinéticas experimentales se realizó mediante tres modelos difusivos basados en la segunda ley de Fick. El primer modelo se utilizó para modelizar las cinéticas de difusión de ambas sales en dirección paralela a las fibras de la carne. En este caso, se asumió una geometría de lámina semi-infinita, resistencia externa al transporte de materia despreciable, coeficiente de difusividad efectiva constante, comportamiento isotrópico de la carne y dimensiones de las muestras constantes a lo largo del tratamiento de salado. El segundo modelo se utilizó para modelizar las cinéticas de difusión en dirección perpendicular a las fibras de la carne, tanto para evaluar la influencia de la temperatura, como del pH. Para la obtención y resolución del modelo se consideró transporte de materia en una sola dirección para una geometría de cilindro infinito. Las demás consideraciones fueron similares a las descritas para el primer modelo. En el tercer modelo utilizado se consideró que la difusividad de la sal dependía linealmente de la concentración puntual de la sal. Este modelo se utilizó con el fin de explicar la dependencia de la difusividad con la interacción entre el contenido de nitrito y de agua en la matriz cárnica durante las cinéticas de difusión en dirección perpendicular a las fibras de la carne. En el modelo se introdujeron relaciones entre la masa de sal y la masa de agua, además de la ecuación que predice la difusividad del nitrito en función del contenido de sal en la muestra de carne. Para el primer y segundo modelo difusivo los valores de la difusividad efectiva de las sales nitrificantes y del agua se calcularon mediante la minimización de la suma de las diferencias al cuadrado entre las concentraciones medidas en el experimento y las calculadas por el modelo. Para todos los casos, los modelos de difusión utilizados mostraron un buen ajuste entre los valores experimentales y calculados, con valores del porcentaje de varianza explicada superiores al 95%. Para la estimación de la difusividad efectiva en el tercer modelo, se consideró un problema de optimización que se resolvió mediante la herramienta Matlab¿ R2011a. Este modelo también correlacionó satisfactoriamente los valores estimados y los datos experimentales tanto para la concentración de nitrito como de agua, con un porcentaje de varianza explicada superior a 95%. Los valores de la difusividad efectiva del nitrito y del nitrato cuando el transporte de materia tuvo lugar en la dirección paralela a las fibras de la carne se encuentran entre 0.007¿10-10 y 0.10¿10-10 m2/s, mientras que para el agua los valores son de un orden mayor, desde 5.9¿10-9 y 12.23¿10-9 m2/s. En cuanto al coeficiente de difusión obtenido para estas mismas sales durante el transporte en dirección perpendicular a las fibras de la carne, los valores varían entre 0.95¿10-10 y 1.51¿10-10 m2/s, mientras que para el agua entre 1.65¿10-10 y 9.29¿10-10 m2/s. Estos valores de la difusividad efectiva están dentro del rango de valores obtenidos por otros autores en la modelización de cinéticas de salado de carne. El efecto de la temperatura en el valor de difusividad efectiva se describió mediante la ecuación de Arrhenius, obteniéndose energías de activación para la dispersión de las sales nitrificantes en un rango entre 20.63 y 96.44 kJ/mol, y para el agua entre 15.06 y 57.69 kJ/mol. Estos valores también concuerdan con la bibliografía. A partir los resultados obtenidos se determinó una influencia de los factores estudiados sobre el coeficiente de difusión. Los valores de los coeficientes de difusión aumentaron con la temperatura. Además, estos valores también mostraron relación con la dirección de las fibras del músculo, ya que estos coeficientes fueron mayores para el agua cuando la difusión tuvo lugar en la dirección paralela a las fibras que en la perpendicular. Para el coeficiente de difusión del nitrito y del nitrato se observó lo contrario. De igual forma, la velocidad de difusión de nitrito en la carne es afectada por el pH. Este parámetro tuvo una mayor influencia a valores bajos. Los valores del coeficiente de difusión del agua y de los parámetros cinéticos para el transporte de nitrito indican que el proceso de difusión en el salado no debe ser considerado independiente de la concentración de solutos y de la disolución de éstos en la fase acuosa de la carne.