PNCTA entrega premio a innovador concentrador de alimentos líquidos

La concentración es una práctica común que tiene la finalidad de aumentar la vida de anaquel y funcionalidad de los alimentos líquidos, así como disminuir los costos de empaque, transporte y almacenamiento.

Los métodos más comunes para concentrar alimentos son la evaporación, filtración por membranas y la crioconcentración.

Con la evaporación se han alcanzado concentraciones del orden de los 80 ºBrix pero con severos daños térmicos en los alimentos (Jiao et al., 2004; Matta et al., 2004); mientras que en los dos últimos, por problemas de transferencia de masa, están limitados a proporcionar productos con niveles de concentración por debajo de los 60 ºBrix (Jariel et al., 1996; Cassano et al., 2003; Matta et al., 2004). Los grados Brix expresan de forma aproximada la cantidad de sólidos solubles presentes en el alimento.

 

Concentrador de alimentos líquidos de operación isotérmica

 

Esta investigación resultó ganadora en la Categoría Estudiantil del PNCTA 2008 al proponer el diseño y construcción de un concentrador de alimentos líquidos de operación isotérmica y a temperaturas debajo del punto de ebullición, un equipo que incluye una cámara de acondicionamiento de aire y una cámara de concentración que mantiene la temperatura del alimento durante el proceso.

Su investigación demostró que mediante esta combinación es posible controlar la temperatura y predecir la concentración final del producto. Es una opción para el procesamiento de una amplia gama de alimentos, pues no implica tratamientos severos ni daños sensoriales o nutricionales del producto, la única condición es que puedan ser asperjados.

 

¿En qué consiste?

 

El proyecto propone un equipo que combina la ventaja del tratamiento a temperaturas por debajo del punto de ebullición normal del agua (100 ºC @ 1 atm) con un procesamiento continuo en régimen permanente y que evita el daño a las propiedades organolépticas del producto concentrado.

Para el proyecto se diseñó y  construyó una columna de humidificación que permite el control de las variables del proceso, y una cámara de concentración donde se lleva a cabo la remoción del agua.

El acoplamiento de estas dos cámaras produjo un equipo capaz de controlar la temperatura de bulbo seco y bulbo húmedo del aire, y por consiguiente, predecir la concentración final del producto.

Mediante simulación por computadora con el software COMSOL Multiphysics 3.3, se determinó la altura mínima necesaria de la cámara de humidificación para lograr una saturación del aire a 100 % de humedad y el ascenso de burbujas de entre 1mm y 7 mm de diámetro para estudiar la transferencia de momento, masa y energía.

Al analizar el comportamiento de las tres transferencias durante el fenómeno de humidificación se encontró que el tiempo de saturación para la burbuja de mayor tamaño fue de 0.332s. Este valor se usó para determinar la altura mínima necesaria de la columna de humidificación, la cual debe contener una altura de al menos 11.6 cm para garantizar una completa saturación del aire.

Se utilizaron también las ecuaciones propuestas por Masters (1991) para el diseño de secadores por aspersión como la base del diseño para la cámara de concentración. De acuerdo a las características del proceso las dimensiones resultantes fueron de 17.8 cm de diámetro y 56.3 cm de altura.

Para la validación del funcionamiento del equipo se realizaron pruebas de concentración con jugo de tuna a diferentes niveles de temperatura de bulbo seco (25 a 50 °C) y diferentes temperaturas de bulbo húmedo (20 a 30 °C), lo que permitió fabricar jugos de tuna con concentraciones que van desde los 16  hasta los 80 °Brix.

 

Beneficios

 

Los resultados fueron examinados con un análisis de varianza (ANOVA) a un nivel de confianza de 99 % (p<0.01) y se encontró que la temperatura de bulbo seco y la de bulbo húmedo tuvieron un efecto significativo sobre la concentración final del producto.

Normalmente, un proceso de eliminación de humedad con aire caliente tiene la limitante de que al utilizar aire atmosférico, su producto resulta con una concentración que es función de las condiciones ambientales, o bien, debe utilizarse altas temperaturas para evitar este efecto.

La innovación principal del equipo propuesto es su capacidad de controlar las condiciones del aire secante, permitiendo generar productos a la concentración deseada del usuario.

Este control permite utilizar temperaturas de proceso inferiores a las necesarias para dañar térmicamente el producto (inferiores a 50 ºC a las condiciones probadas), sin necesidad de utilizar vacío. Además, a estas condiciones de temperatura es posible alcanzar altas concentraciones de sólidos (80 ºBrix).

La operación de un equipo como tal, sin necesidad de utilizar altas temperaturas o vacío supone un ahorro de energía en comparación con otros métodos de concentración.

 

Alternativa en la concentración de alimentos

 

El concentrador construido representa una alternativa en la concentración de alimentos y su aplicación está centrada en procesar alimentos líquidos como jugos de frutas, leche, café, extractos de plantas, y otros productos alimenticios, así como aquellos productos de la industria química que requieran del proceso de concentración con la única condición de que se encuentren en estado líquido y que sean atomizables.

El PNCTA se ha consolidado como el máximo galardón dentro del ámbito alimentario mexicano y desde su creación siempre ha buscado mantenerse vigente, por lo que este año lanza la convocatoria de una nueva categoría  “Profesional en Ciencia y Tecnología de Bebidas”, con lo que demuestra su constante evolución y compromiso con la investigación científica.

Para mayor información sobre el premio y la convocatoria 2009, visita la página de Internet www.pnctacoca-cola.com.mx

 

Por Carlos Avilés Avilés, y sus asesores de proyecto, los Doctores en Ciencias Miguel Ángel Ruiz Cabrera y Mario Moscosa Santillán