Modelado de la transferencia de calor y variación de índices de calidad en mermeladas durante el proceso de pasteurización

Abstract

Para asegurar la inocuidad microbiológica en la producción de alimentos envasados es necesario conocer la dinámica del calentamiento del punto más frío de éstos durante su tratamiento térmico. Si dicho tratamiento es excesivo, el alimento pierde valor nutritivo y puede adquirir características indeseables en su aroma, textura y color. En caso contrario, se pueden desarrollar microorganismos patógenos poniendo en riesgo la salud del consumidor. Para tal fin la simulación numérica resulta ser una valiosa herramienta, la cual permite determinar la distribución y evolución de las temperaturas en el producto, minimizando los procedimientos experimentales, reduciendo los costos y tiempos de desarrollo. El presente trabajo tiene por objetivos el desarrollo de un modelo de simulación que describa la transferencia de calor y la evaluación de las pérdidas de calidad durante los procesos de pasteurización y enfriamiento de mermeladas, a los fines de optimizar dicho proceso. Para esto se implementó un modelo de transferencia conductiva del calor, con temperatura externa variable, el cual fue resuelto por medio del método de elementos finitos. Para cuantificar las pérdidas en los atributos nutricionales y sensoriales, las temperaturas obtenidas por simulación fueron acopladas a un modelo cinético de variación de calidad obteniéndose así el valor de cocción volumétrico y superficial. Para validar dichos modelos de simulación se prepararon mermeladas de kiwi envasadas en frascos de diferentes volúmenes (660, 360 y 240 cm3) y se midieron las temperaturas mediante termocuplas tipo T en el centro térmico del producto durante el proceso de pasteurización y enfriamiento. A su vez las variaciones de índices calidad en el producto fueron estimadas por medio de los parámetros color y textura. Para la representación del color en el espacio tridimensional, se utilizó el sistema CIE, conformado por las coordenadas cromáticas L*, a* y b*, que fueron cuantificadas mediante la utilización de un colorímetro. Las mismas fueron empleadas para determinar el cambio total de color (ΔE). Por su parte la textura fue determinada mediante el parámetro firmeza obtenido experimentalmente por medio de un texturómetro. Finalmente, se diseñaron dos procesos térmicos equivalentes y se compararon las pérdidas de calidad simuladas, a los fines de optimizar el mismo. Las temperaturas obtenidas por simulación para el punto más frío fueron validadas exitosamente con los datos experimentales, encontrándose diferencias medias relativas inferiores al 6% en todos los casos. Tanto las variaciones encontradas para el color como para la textura se correspondieron con las determinadas para el valor de cocción, lo cual valida también la implementación de dicha cinética a los efectos de evaluar modificaciones en la calidad del producto. El empleo del modelo desarrollado permitió predecir la evolución de las temperaturas en alimentos sólidos envasados en recipientes de vidrio para diferentes procesos térmicos, y por consiguiente, el diseño y optimización de los mismos.