Conceptos Básicos de Secado VR

 

Conceptos básicos de secado: El secado signific significa a la extracción del agua presente en un material y se realiza normalmente para incrementar la vida útil y disminuir los costos de empaque y transporte del mismo. En el caso de los alimentos, el Departamento de Agricultura de los Estados Unidos clasifica como alimentos deshidratados aquellos con humedad menor al 2.5% b.s. y como alimentos secos aquellos con más de 2.5% de humedad bs (Vega-mercado, 2001).  A pesar de ser una operación antigua, el proceso de secado continúa investigándose debido a consideraciones económicas, consideraciones ambientales y aspectos de calidad. Las consideraciones económicas involucran la necesidad de operaciones continuas, reducción de mano de obra y reducción de la cantidad de producto fuera de especificación; las consideraciones ambientales tienden a minimizar el consumo energético de la operación y las corrientes de residuo, y, los aspectos de calidad del producto buscan el desarrollo de procesos flexibles que permitan obtener productos con diferentes estructuras físicas, minimizando las reacciones de degradación química y nutricional (Chou & Chua, 2001). El secado ha evolucionado desde el simple uso de energía solar hasta tecnologías que incluyen entre otras, secado en hornos y bandejas, secado por atomización, secado en rodillos, secado por congelación, deshidratación osmótica, extrusión, fluidización, microondas, radiofrecuencia, ventana de refractanciaTM y tecnologías de barrera. En general, El desarrollo de la tecnología de deshidratación puede clasificarse en cuatro generaciones (Vega-mercado, 2001): - 

Primera generación: comprende las operaciones de secado que involucran flujo de aire caliente sobre un área extensa de producto para remover el agua de la superficie. Se usa principalmente para granos, rebanadas de frutas y vegetales o alimentos fragmentados. Esta generación incluye los secadores tipo lecho (por ejemplo, secado en hornos, bandeja o túnel por convección).

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Segunda generación: involucra las operaciones de secados más dedicadas a la deshidratación de materiales en forma de lodos y lechadas. Esta generación incluye los secadores por aspersión y los tambores de secado, los cuales permiten obtener polvos deshidratados y hojuelas.

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Tercera generación: abarca operaciones como liofilizac liofilización ión y deshidratación osmótica, las cuales fueron desarrolladas para minimizar daños estructurales y pérdidas de componentes sensibles como aromas y sabores.

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Cuarta generación: representa los más recientes avances en el área de secado de alimentos. Comprende tecnologías como deshidratación al vacío, fluidización, uso de microondas, ventana de refractanciaTM y barreras; cada una de estas tecnologías tiene una aplicación específica con base en los atributos de calidad que se desean en el producto y en las características fisicoquímicas de las materias primas que serán procesadas.

 

Definición y Principio de Ventana de refractancia TM: Entre las tecnologías de cuarta generación, la Ventana de refractancia TM, desarrollada por MCD Technologies Incorporated, (Tacoma, Washington, USA), es de interés creciente entre los investigadores del sector de alimentos debido a la reducción de las perdidas organolépticas, tiempos cortos de operación y por consiguiente ahorro de energía que puede representar. TM

La tecnología de Ventana de de refractancia como medio de calentamiento la cual es reflectiva y capaz atrapar los utiliza rayos infrarrojos dentro del cuerpo deagua aguacaliente, (MCD, 2010). Cuando una membrana plástica se coloca sobre la superficie del agua caliente, la membrana actúa como un espejo que refleja la energía infrarroja de nuevo hacia el agua, pero cuando un material húmedo se coloca sobre la superficie de la membrana, la energía infrarroja se comporta como si no hubiera una membrana presente, permitiendo el paso de radiación hacia el material y ocasionando una pérdida de agua en el mismo (Clark, 2004); al extraer la cantidad de agua agua del material hasta peso constante, la energía infrarr infrarroja oja vuelve a quedar atrapada en el cuerpo de agua y la ventana “se cierra”, disminuyendo la radiación de calor hacia el material, por lo tanto el sistema se autorregula minimizando la degradación térmica del producto. Para aumentar la transferencia de calor en el secado por este p proceso roceso se recomienda utilizar agua a una temperatura lo más cercana posible a la temperatura de ebullición pero sin dejar que esta ocurra; también es necesario mantener constante la temperatura del agua y propiciar un contacto directo entre el agua y la membrana que sostiene el alimento a deshidratar. La película o membrana (poliéster) además de permitir el paso de radiación infrarroja, debe ser impermeable y capaz de soportar temperaturas en el rango de ebullición del agua sin encogerse ni deteriorarse. Esta película puede estar fija o móvil dependiendo del tipo de producto que se desee obtener. En la operación del equipo de ventana se puede controlar la velocidad de la banda o membrana sobre la superficie del agua conduciendo el alimento a una velocidad tal que el material es alimentado en forma de suspensión en un extremo y removido en forma seca en el otro (Magoon, 1986). Por otro lado, cuando se requiere la obtención de líquidos concentrados, la banda o película transparente se fija a la estructura metálica del reservorio de agua y el equipo se trabaja en plano inclinado con respecto al piso para que el flujo de líquido sobre la banda ocurra por gravedad (Bolland, 2000; Nindo & Tang, 2007). Un esquema general del equipo de Ventana de refractanciaTM se presenta en las Figuras 1 y 2.

 

  Figura 1. Montaje para obtención productos secos por ventana de refractancia TM. (Adaptado de  Abonyi et al , 1999)

Figura 2. Montaje para obtención de líquidos concentrados por ventana de refractanciaTM. (Adaptado de Nindo et al, 2007) Como se observa en la Figura 1, puede añadirse al equipo una sección de agua fría al final de la banda para reducir la temperatura del polvo, limitar la degradación térmica y facilitar la remoción del material de la banda. En este proceso de Ventana de refractancia TM confluyen simultáneamente los tres mecanismos de transferencia de calor dado que ocurre flujo de calor por convección entre el aire circundante y el material a secar, flujo de calor por radiación desde del cuerpo de agua hacia el material a secar y también hay una mínima transferencia del calor por conducción entre el poliéster (poco conductor) y el alimento.  Aplicaciones  Aplicacion es de Ven Ventana tana de refractanciaTM 

 

La tecnología de ventana de refractanciaTM ha sido utilizada en la industria de alimentos (frutas, vegetales, carnes, lácteos) en forma de puré, en la industria farmacéutica (vitaminas, antibióticos), en la industria nutracéutica (antioxidantes y extractos), en la industria química (pigmentos, cosmética) y para aprovechamiento de subproductos y residuos (MCD, 2010; Clark, 2004). Es un método particularmente eficiente para procesamiento de frutas y vegetales en puré cuando el énfasis es la retención de componentes nutricionales y aspectos de calidad. En este caso, el contenido de   -caroteno y ácido ascórbico junto con la actividad total de antioxidante se utilizan a menudo como marcadores para evaluar la calidad de retención y el efecto del calentamiento calentamient o del proceso. El ácido ascórbico es más sensible al calor, oxígeno y luz que muchos otros componentes presentes en los alimentos, por esta razón es evaluado comúnmente (Clark, 2004). Los principales parámetros de calidad evaluados en frutas y vegetales deshidratados son color, sabor, carga microbiana, retención de nutrientes, densidad, textura, propiedades de rehidratación, actividad de agua, presencia de contaminantes, perdida de aromas y temperatura de transición vítrea (Sagar & Suresh, 2010). Investigaciones Relacionadas con Aplicación de Ventana de refractancia TM  en la Industria de  Alimentos: Los principales estudios de aplicación de la tecnología de Ventana de refractancia TM  han sido realizados por investigadores la Universidad del Estado de Washingtong y la Universidad de Illinois en Estados Unidos, utilizando equipos e instalaciones de la compañía MCD tecnologies Inc, propietaria de la patente.  Abonyi et al , 1999, estudiaron la eficiencia energética, la cinética de secado y la retención de color, carotenos y -carotenos durante secado de puré de fresa y puré de manzana, con y sin maltodextrina como aditivo, por ventana de refractanciaTM a escala piloto. Los resultados fueron comparados con los encontrados al realizar secado por tambor, secado por atomización y secado por congelación. El análisis de los experimentos indicó que el secado por tambor o rodillos el que más degradó agentes de menor eficiencia energética, mientrasfueque la tecnología de los ventana denutricionales refractanciayTMel   fue comparable al secado por congelación en cuanto a conservación de agentes nutricionales y conservación del color. Esta investigación también reporta cambios de color entre el producto preparado con maltodextrina y sin maltodextrina siendo más oscuras las muestras de puré de fresa sin maltodextrina, sin embargo, los autores no concluyen acerca del efecto de la presencia de aditivo sobre la eficiencia energética del proceso.  Abonyi et al , 2002, analizaron los cambios nutricionales durante secado de puré de fresa y zanahoria por ventana de refractanciaTM y lo compararon con secado por congelación, secado con tambor y secado por atomización. Los resultados indicaron que las pérdidas de Vitamina C y -caroteno (Provitamina A) fueron comparables entre ventana de refractancia TM y secado por congelación aunque significativamente diferentes a las del puré fresco en el caso de vitamina C.

 

 Algunas muestras fueron preparada preparadass con adición de 70% de maltodextrina como aditivo pero no se concluyó al respecto, sólo se analizó el efecto sobre el color del producto. Nindo et al , 2002, realizaron secado de puré de calabaza a temperaturas de 55, 75 y 95ºC por tecnología de ventana de refractancia TM, con el fin de evaluar la eficiencia energética y el efecto del tratamiento en la reducción de la carga microbiana. Al final del estudio se encontró que ventana de refractanciaTM  es un método significativamente más eficiente comparado con otros equipos de secado existentes en el mercado tales como secadores de rodillo y tambor. Respecto a la carga microbiana, se encontró que el secado por ventana de refractanciaTM  a 95ºC produjo una reducción de coliformes, E. Coli y L innocua hasta niveles indetectables. Nindo et al , 2003, evaluaron diferentes métodos de secado para dar valor agregado al esparrago verde, especialmente, para uso como ingrediente en alimentos instantáneos y productos nutracéuticos. Los métodos evaluados fueron secado en bandejas, lecho fluidizado, ventana de refractanciaTM, secado por congelación y un método híbrido (microondas y lecho fluidizado combinados). Los autores encontraron la más alta retención de ácido ascórbico en los espárragos obtenidos por tratamiento con ventana de refractanciaTM  con valores significativamente más altos que los obtenidos con los métodos de secado que utilizan aire caliente. La menor retención de ácido ascórbico se obtuvo en secado por bandejas. Nindo et al , 2004, investigaron las características de transferencia de calor en un evaporador de ventana de refractanciaTM, determinando el consumo energético y la capacidad de evaporación a diferentes ángulos de inclinación y velocidades de flujo de producto. Adicionalmente, los autores compararon los resultados obtenidos con los reportados para sistemas evaporadores de simple y múltiple efecto operados a vacío. La materia prima utilizada fue jugo de frambuesa. Los investigadores encontraron que un evaporador de ventana de refractanciaTM  es mucho menos costoso y opera a condiciones atmosféricas normales permitiendo obtener coeficientes netos de transferencia de calor muy buenos en comparación con los sistemas de evaporación convencionales (Nindo et al, 2004). Nindo & Tang, 2007, evaluaron el efecto de la temperatura del agua y la concentración de sólidos sobre la vitamina C durante un proceso de concentración de Jugos de a arándano rándano y arándano agrio comparando ventana de refractanciaTM  y evaporadores de múltiple efecto. Se encontró que la pérdida de vitamina C por ventana de refractancia TM  fue significativamente menor comparada con la pérdida usando evaporador de múltiple efecto. Topuz et al, 2009, estudiaron los cambios en calidad del color del puré de paprika deshidratado por ventana de refractanciaTM  en comparación con secado por congelación, secado con aire caliente y métodos de secado por convección natural, observando que las muestras deshidratadas por ventana de refractanciaTM  y secado por congelación fueron las que mejor reflejaron las características de color de la paprika. En un estudio similar (Topuz et al, 2011) se evaluaron los cambios en el contenido de carotenoides encontrando que los métodos de secado por convección natural, deshidratando rodajas de paprika, son los que retienen las más altas concentraciones en la mayoría de los carotenoides.

 

Fito & Toldra, 2010, Reportan un estudio en el cual se analizaron los cambios nutricionales en secado de mora, mango, guayaba y piña por ventana de refractancia TM. En dicho estudio se encontró que los cambios en color no fueron significativos y que las pérdidas en contenido de vitamina C y carotenos son moderadas. I.

REFERENCIAS

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