Modelado matemático del proceso de deshidratación en capa fina de bagazo cervecero: estimación de coeficientes de difusividad efectivos e isotermas de sorción de agua

Abstract

El subproducto más abundante de la industria cervecera es el bagazo de cerveza (BSG por sus siglas en inglés “Brewers’ spent grain”) representando el 85% del total de los residuos generados. En 2020 se produjeron 36.4 millones de toneladas de BSG en el mundo, y por cada litro de cerveza se generan aprox. 211g de BSG. Este material es principalmente rico en fibra (la cual constituye aproximadamente la mitad de la composición de BSG, proveniente de la hemicelulosa y celulosa), proteína, lignina y bioactivos. El contenido de humedad y presencia de azúcares fermentables en el bagazo cervecero húmedo (70-85% b.h.) son factores importantes que generan una rápida descomposición debido a la proliferación de microorganismos. Es por ello que para lograr la estabilidad del producto es necesario estudiar el proceso de secado en capa fina de BSG, lo cual aportaría información importante a la industria cervecera o pymes alimenticias que estén interesadas en utilizar harina de BSG como ingrediente innovador y funcional. Conocer las cinéticas de secado a distintas temperaturas, determinar los coeficientes de difusividad de vapor de agua y energía de activación del proceso, junto con las isotermas de sorción de agua resulta importante como aporte al conocimiento en el área de ingeniería de alimentos para su futura implementación en la industria. Asimismo, en bibliografía científica existe limitada información acerca del proceso de secado de BSG por encima de 70°C. Los objetivos del presente trabajo son: i) realizar experimentos de laboratorio para determinar las cinéticas de secado de BSG en capa fina a cuatro temperaturas (rango = 75 - 120°C); ii) modelar matemáticamente el proceso de secado descrito mediante la ley de Fick obteniendo la solución analítica para placa plana, determinar el % de contracción del BSG en función del tiempo durante el secado, obtener los coeficientes de difusión efectiva del agua (Deff) a cada temperatura y energía de activación del proceso; iii) modelar el proceso aplicando diferentes modelos semi-teóricos para capa fina, determinando mediante parámetros estadísticos el modelo que mejor ajusta con los datos experimentales ; iv) determinar las isotermas de sorción del BSG a tres temperaturas y modelar las curvas.