Secado Por Congelación en La Industria Del Café

 

3/11/2019

Secado por congelación en la industria del café: nuevos alimentos

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Lioliz Li olizac ación ión en en la industria industria del café ca fé La liolización es un proceso utilizado en el procesamiento procesamien to de alimentos para eliminar el agua de los alimentos, con el objetivo de aumentar su vida útil. El proceso pro ceso consta consta de varios pasos: en la primera temperatura tem peratura del del producto se baja, generalmente a aproximadamente aproximadame nte -40 ° C, lo que provoca la congelación del agua libre. Más tarde, la presión en el equipo disminuye y se produce la sublimación del agua congelada (secado primario). Finalmente, el agua ligada se elimina del producto, generalmente generalmente aumentando la temperatura temperatur a del producto y disminuyendo aún más la presión en el equipo, alcanzando así el valor objetivo de humedad residual (secado secundario).

https://www.newfoodmagazine.com/article/16968/freeze-drying-in-the-coffee-industry/

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× funcionamiento muy bajas y las Al procesar alimentos, las temperaturas de condiciones de secado suave de un proceso de liolización evitan el deterioro del aroma y el color, así como la degradación de nutrientes, lo que hace que este proceso sea particularmente adecuado para obtener productos de alta calidad. La liolización es una etapa clave en la producción de café instantáneo. Los granos de café primero se tuestan y se muelen, luego se disuelven en agua caliente. Mediante este proceso, se extraen el sabor, el aroma y el color del café del café molido, y se obtiene un licor altamente concentrado (generalmente (generalment e la solución de café es aproximadamente 15-30% de café en masa al nal de este proceso de extracción). Después de la ltración, el extracto de café se seca para obtener el café sólido soluble. El licor se congela a aproximadamente -40 ° C para formar una capa delgada que luego se rompe en pedazos pequeños. Estos gránulos se cargan luego en el liolizador: se utilizan plantas discontinuas y continuas para liolizar el producto congelado. Se utiliza un proceso por lotes para bajas capacidades (generalmente (generalmente de 50 a 7,000 kg de polvo por día), mientras que un proceso continuo se utiliza para grandes capacidades (generalmente de 7,000 a 25,000 kg de polvo por día).

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Una planta de lotes consiste en un gabinete con una puerta para cargar /  descargar productos. En el gabinete hay varios estantes: el líquido caliente circula a través del sistema de tal manera que el calor requerido para la sublimación de hielo se transere correctamente al producto. El producto congelado puede cargarse directamente en los estantes, o puede colocarse en un vagón que cuelga de carros y colocarse en el gabinete de tal manera que las bandejas del producto se coloquen entre los estantes de calefacción: en este caso, el producto se calienta solo por radiación de los estantes. En el caso de un liolizador continuo, el gabinete es una cámara cilíndrica larga: las bandejas que contienen el producto ingresan a través de un sistema de esclusa de aire que evita romper el vacío, y se mueven a lo largo del gabinete. También en este caso, el calor se transere al producto utilizando estantes de calefacción. El producto se puede cargar directamente en estos estantes, o se puede colocar entre los estantes de calefacción como en plantas de lotes. Tanto las plantas discontinuas como las continuas comprenden una bomba de vacío, un condensador para el vapor de agua y una unidad de deshielo para derretir el hielo acumulado en el condensador (manteniendo así una alta eciencia de condensación). https://www.newfoodmagazine.com/article/16968/freeze-drying-in-the-coffee-industry/

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× Diseño y optimización de procesos. Con el objetivo de retener todas las características deseadas (por ejemplo, color, apariencia, forma, textura textura y sabor) en el producto nal, el proceso de liolización debe diseñarse adecuadamente, adecuadamente, es decir, las condiciones de funcionamiento (la presión en la cámara de secado y la temperatura del uido de calentamiento) deben seleccionars seleccionarse e correctamente. En general, el objetivo es mantener la temperatura del producto por debajo de un valor límite que es una característica del producto que se procesa. Al hacerlo, también es posible obtener una supercie especíca alta en el producto nal, lo que permite una rehidratación rápida y fácil. Otra preocupación relevante es la duración del proceso y el requerimiento de energía relacionado, que es mayor con respecto al de otros procesos de secado: se requieren aproximadamente aproximadamente 2.5kWh para 1

eliminar 1 kg de agua en un proceso de liolización al vacío,  . Por lo general, se lleva a cabo una extensa investigación experimental, basada en un enfoque de prueba y error, para identicar las condiciones operativas 'óptimas' que permiten obtener un producto con las características deseadas. Teniendo en cuenta la Guía para la Industria PAT emitida por la Administración Administr ación de Drogas y Alimentos de los EE. UU. En 2004, se debe utilizar un enfoque diferente para diseñar el proceso: la calidad del producto debe integrarse en el proceso, o debe ser por diseño y ya no se debe probar al nal del proceso en el producto nal. En este marco, el uso de modelos matemáticos parece ser particularmente prometedor: de hecho, un modelo matemático permite simular in silico la evolución del proceso para los valores seleccionados de las condiciones de operación, determinando así la duración del secado y la temperatura del producto sin llevar a cabo una ' ciclo real En cualquier caso, se requieren pocos experimentos para obtener los valores de los parámetros del modelo, pero la duración de la etapa de desarrollo del ciclo se reduce signicativamente signicativa mente y, al nal de la investigación, se obtiene una comprensión profunda de los efectos de las condiciones de operación en la dinámica del producto . Los resultados se expresan mediante un diagrama donde los valores de las condiciones de operación que permiten obtener un producto con las características deseadas, es decir, el espacio de diseño, se ponen en 2

evidencia  . Cuando se utiliza este enfoque, la selección de un modelo 'adecuado' del proceso es (evidentemente) de suma importancia. La selección del modelo está inuenciada por el conocimiento existente sobre el sistema, por los datos disponibles y por el objetivo del estudio. Además, se debe tener en cuenta la

Figura 1

contribución del modelo para garantizar la calidad del producto. La Guía aprobada por ICH para la implementación ICH Q8 / Q9 / Q10 emitida en 2011 distingue entre modelos de bajo, medio y alto impacto. Los modelos de bajo impacto generalmente se usan para https://www.newfoodmagazine.com/article/16968/freeze-drying-in-the-coffee-industry/

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× apoyar el desarrollo de productos y / o procesos, mientras que los modelos de

impacto medio se usan para asegurar la calidad del producto (pero no son los únicos indicadores de la calidad del producto). La predicción de modelos de alto impacto es un indicador signicativo de la calidad del producto. Obviamente, la precisión del modelo tiene que aumentar, Centrándose en un modelo simple utilizado para el diseño del proceso, el ujo de calor desde el estante de calentamiento hasta el producto puede 3 4

describirse mediante la siguiente ecuación  ,  :

Donde Kv es un coeciente de transferencia de calor que explica los diversos mecanismos de transferencia de calor al producto, TB es la temperatura del producto en el fondo del contenedor utilizado y Tshelf es la temperatura del estante de calentamiento (ver Figura 1). El ujo de vapor de agua desde la interfaz de sublimación hasta la cámara se puede describir mediante la siguiente ecuación:

Donde Rp es la resistencia del producto seco al ujo de vapor, y pw, i y pw, c son, respectivamente, respectivamente, la presión parcial del vapor de agua en la interfaz de sublimación y en la cámara de secado (ver Figura 1). Varias técnicas están 5

disponibles para estimar Kv, y fueron revisadas por Pisano et al.  . Con respecto a Rp, la técnica más común utilizada para estimar este parámetro es 6

la prueba de aumento de presión (ver, entre otros, Fissore et al. (2011)  , para más detalles). Una vez que se conocen los parámetros del modelo, la dinámica del proceso se puede describir mediante el modelo unidimensional simplicado de Velardi y 4

Barresi : está compuesto por el balance de energía para el producto congelado y el balance de masa para la capa seca. La Figura 2 muestra un ejemplo de los resultados que se

Figura 2

pueden obtener al simular la liolizació liolización n de un extracto de café (25% en peso de café) procesado en una bandeja, con un espesor de producto congelado de 12 mm (Tshelf = -5 ° C, Pchamber = 5Pa). El gráco A muestra los valores de temperatura del producto medidos por termopares (símbolos) insertados en el producto congelado (que se muestra en la imagen del sistema) y los valores calculados utilizando el modelo (línea). El gráco B muestra los valores de espesor de capa congelada

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estimados usando la prueba de aumento×de presión (símbolos) y los

Por Davide Fissore

calculados usando el modelo (línea). 23 de abril de 2015

En ambos casos, se obtiene una muy buena concordancia entre las  1 comentario

mediciones experimentales experimentales y la simulación de procesos, lo que evidencia la idoneidad del modelo matemático para describir la evolución del producto para las condiciones operativas seleccionadas. seleccionadas. Se muestra una validación

COMPARTE

adicional de la duración del secado en el Gráco C, donde la relación entre las

 

mediciones de presión proporcionadas por la capacitancia (626A Baratron, MKS Instruments, Instruments, Andover, MA, EE. UU.) Y la conductividad térmica (Pirani PSG-101-S,, Incon, Bad Ragaz, Suiza) se muestran los indicadores. Esta PSG-101-S

󰁡

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1 

proporción permanece casi constante durante la etapa de secado primario y 7

luego disminuye cuando se completa la sublimación de hielo  . Se obtiene un buen acuerdo cuando esta ocurrencia se compara con la conclusión de la sublimación del hielo según lo predicho por el modelo matemático (Gráco B). Una vez que el modelo ha sido validado,

PROBLEMA

Número 2 2015

TEMAS RELACIONADOS

puede usarse para investigar el efecto

Refrigeracion y

de las condiciones de funcionamiento

congelacion

(temperatura de la plataforma de calentamiento y presión de la cámara)

SECTORES INDUSTRIALES

en la temperatura del producto y en el

RELACIONADOS

ujo de sublimación. La Figura 3

Bebidas

muestra un ejemplo de los resultados que se pueden obtener de esta manera: se muestran las líneas de iso-ujo, señalando que, en este caso, se

gura 3

obtienen valores más altos de ujo de sublimación trabajando a valores altos de temperatura de almacenamiento y valores bajos de presión de la cámara La línea discontinua evidencia el espacio de diseño del proceso, con el objetivo de preservar la calidad del producto (es decir, mantener la temperatura del producto por debajo del valor límite seleccionado, -25 ° C en este caso, correspondiente a la temperatura de transición vítrea del producto seco). Para cada valor seleccionado de presión de la cámara, es necesario mantener la temperatura del estante de calentamiento por debajo del valor límite identicado por la línea discontinua en la gura. Esta investig investigación ación puede mejorarse considerando la eciencia de 8

utilización de la energía, como lo propuso recientemente Fissore Fissore et al. utilizando la producción de café instantáneo como caso de estudio.

Referencias 1. Claussen, IC, Ustad, TS, Strømmen, I, Walde, PM (2007). Liolización atmosférica: una revisión. Tecnología de secado 25: 957-967. 2. Giordano, A, Barresi, AA, AA, Fissore, Fissore, D (2011). Sobre Sobre el uso uso de modelos matemáticos para construir el espacio de diseño para la fase de secado primario de un proceso de liolización farmacéutica. farmacéutica. Journal of Pharmaceutical Sciences, 100: 311-324. 3. Pikal, MJ (1985). Uso de de datos de laboratorio laboratorio en el diseño del del proceso de liolización: coecientes de transferencia de calor y masa y la

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simulación por computadora de la × liolización. Journal of Parenter Parenteral al Science and Technology, 39: 115-139. 4. Velardi, SA, Barresi, AA (2008). Desarrollo de modelos simplicados para el proceso de liolizació liolización n e investigaci investigación ón de las condiciones óptimas de funcionamiento. Investigación y diseño de ingeniería química, 87: 9-22. 5. Pisano, R, Fissore, D, Barresi, AA (2011). Transferencia Transferencia de calor en aparatos de liolización. En: dos Santos Bernardes, MA (Ed). Desarrollos en Transferencia de Calor. Rijeka, InTech. 6. Fissore, D, Pisano, R, Barresi, AA (2011). Sobre los métodos basados en la Prueba de aumento de presión para monitorear un proceso de liolización. Tecnología de secado, 29: 73-90. 7. Patel, SM, Doen, T, T, Pikal, MJ (2010). Determinac Determinación ión del punto nal del secado primario en el control del proceso de liolización. AAPS Pharmaceutical Science Technology, 11: 73-84. 8. Fissore, D, Pisano, R, Barresi AA (2014). Aplicación de Quality-byDesign a un proceso de liolización de café. Journal of Food Engineering, 123: 179-187.

Sobre el Autor Davide Fissore es profesor asociado en el Politecnico di Torino (Italia). Su actividad de investigación se centra en el modelado y la optimización de procesos, y en el diseño y validación de herramientas basadas en modelos para el monitoreo y control de procesos. Uno de los temas de esta investigación es la liolización de productos farmacéuticos y alimenticios. En particular, ha propuesto varios dispositivos para monitorear y optimizar en línea (usando un sistema de control) o fuera de línea (usando el espacio de diseño del producto) el proceso de liolización para un producto dado. Proyectos de investigación recientes han abordado el uso de solventes no acuosos para la liolización farmacéutica y la liolización de suspensiones que contienen nanopartículas.

Más popular... Las 10 principales tendencias en alimentos y bebidas para 2020, según THP Cepa de Listeria descubierta que puede presentar una nueva amenaza para la seguridad alimentaria Dieta rica en bra y yogur asociada con un menor riesgo de cáncer de pulmón Los cientícos hornean pan sin gluten utilizando la tecnología de calentamiento Ohmic Reducción de incidentes de alergenos alimentarios con tecnología

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Por Rachael Harper (New Food Magazine)

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Una respuesta a "liolización en la industria del café" Newton Firey 20 enero 2019 a las 7:24 am

The article describes in very good detail the process of freeze-dr ying. When describing this process as applied to coffee it is described in simple terms well and clear. This is a minor error in the choice of words in the following statements of the description: “Freeze-drying is a key stage in instant coffee production. Coffee beans are rst roasted and ground, then dissolved into hot water. By this process coffee avour, aroma and colour are extracted from the coffee grounds, and a highly concentrated liquor is obtained (generally the coffee solution is about 15–30% coffee by mass at the end of this extraction process).” process).” Firstly, not all instant coffee is produced using the freeze-drying. Simple instant coffee powder is produced using a spraying of the liquid into a high heat to achieve the drying quickly resulting in a ne dr y powder. Some manufacturers add an additional process to combine the powder into larger pieces called agglomerated.. As described freeze-drying achieves the desired improvements. The process done with the coffee as: “Coffee beans are rst roasted and agglomerated ground, then dissolved into hot water”, has a mistake at the end. Ground coffee is not dissolved into hot water, since it will not dissolve. Rather coffee is brewed or percolated in hot water to extract from the coffee beans the avour, colour, aroma and other constituents like caffeine, anti-oxidants, etc., all which extract into the hot water during this process. Thank You for making this correction. Reply

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