Desarrollo de un proceso para la obtención de snacks saludables de frutas mediante liofilización

Abstract

La liofilización es un proceso que consiste en la eliminación del agua de un producto previamente congelado por sublimación del hielo en vapor en la etapa de secado primario, y luego por desorción del agua no congelada durante el secado secundario. Los productos liofilizados son generalmente de la más alta calidad entre los alimentos deshidratados, especialmente en cuanto a los atributos sensoriales y la retención de nutrientes. No se encogen considerablemente por lo que conservan su estructura. Sin embargo, el equipo es más caro y el proceso exige tiempos de secado más prolongados, lo que implica un mayor consumo de energía. Estas características han orientado el uso de liofilizadores a productos farmacéuticos de alto valor agregado y, recientemente, en alimentos como frutillas, manzana y banana. Uno de los desafíos más importantes es el modelado matemático de la liofilización de alimentos, con el objetivo de lograr una mejor comprensión de la forma en que las variables operativas afectan la calidad del producto, así como el tiempo de proceso y otros parámetros de diseño relacionados. Existen modelos relativamente simples para calcular el tiempo de sublimación y el contenido de agua en función del tiempo, en el caso en que el calor se transfiera por conducción desde la superficie inferior de las muestras, y la transferencia de masa se lleve a cabo desde la superficie superior hacia el condensador de vapor. Existe otra situación en la que la transferencia de calor es a través de las superficies inferior y superior, por lo que los modelos son diferentes. James y Datta desarrollaron y validaron un modelo matemático de la transferencia de calor y masa para la etapa de secado primario de rodajas de zanahoria, con transferencia de calor por conducción desde el fondo de la muestra y salida de vapor a través de la superficie superior. Ellos despreciaron el coeficiente de transferencia de masa entre la superficie del producto y el condensador y concluyeron que el proceso general está controlado por transferencia de masa. La literatura prestó menos atención a los modelos de secado primario de complejidad media que consideran la sublimación junto con el efecto del aumento del espesor de la capa seca, y a la etapa de secado secundario, que se realiza por desorción del agua no congelada y luego por difusión de vapor a través de capa "seca" (parcialmente deshidratada). Esta etapa implica una baja proporción del contenido original de agua, pero una parte relativamente grande del tiempo total de liofilización. Por este motivo, el objetivo de este trabajo fue modelar matemáticamente (1) la primera etapa de secado mediante un modelo que explique la sublimación mientras determina la permeabilidad de la capa seca creciente, y (2) la segunda etapa (de desorción), estableciendo un límite del contenido de humedad entre ambas etapas. En el segundo período, se determinarán los coeficientes de difusión efectivos correspondientes de las frutas y tiempos totales de proceso con el fin de proporcionar herramientas para la ciencia de diseño de equipos.