Simulación del proceso de pasteurización de leche por microondas y por inmersión

Abstract

La pasteurización por calor es uno de los procesos más utilizados para extender el período de aptitud de alimentos y hacerlos más seguros para el consumo humano. Sin embargo durante la aplicación del mismo se producen, inevitablemente, en el alimento pérdidas de componentes nutricionales y organolépticos. En este sentido el proceso de pasteurización por microondas surge como una alternativa tecnológica que provoca, en estos atributos, un daño menor en comparación con los tratamientos térmicos tradicionales. Por otra parte, para estimar los tiempos de proceso y evaluar las pérdidas de calidad es necesario conocer la evolución y distribución de la temperatura en el alimento. Sin embargo en el caso de alimentos fluidos, como la leche, la obtención de esta información en forma experimental resulta dificultosa, ya que el empleo de sensores de temperatura puede modificar los patrones de flujo y distribución de temperaturas. Por otro lado se ha observado que cambios en la orientación del envase resultan en modificaciones de dichos patrones y por consiguiente en los tiempos de proceso y pérdidas de calidad. En base a lo anterior se propone como objetivo el desarrollo de un modelo de simulación que permita predecir los perfiles de temperatura y velocidad, y a partir de ellos las pérdidas de componentes de calidad durante la pasteurización por inmersión (PI) y la pasteurización por microondas (PM) de leche envasada en botella de vidrio con el fin de realizar un análisis comparativo entre ambos procesos y diferentes orientaciones del envase. Para ello se desarrolló un modelo completo que describe tanto la distribución del campo electromagnético (horno de microondas y alimento), como la convección natural y transferencia de calor (alimento) a través de las ecuaciones de Maxwell, continuidad, conservación de cantidad de movimiento y energía, las cuales fueron resueltas numéricamente por el Método de Elementos Finitos (MEF) para un dominio tridimensional mediante el software COMSOLTM Multiphysics en su versión 5.0. Finalmente 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. De esta manera la resolución numérica del modelo y la aplicación de la simulación computacional permitió realizar un análisis comparativo entre los procesos de PI y de PM, y entre las diferentes orientaciones en cuanto a la distribución del campo electromagnético, localización de la zona de calentamiento lento (ZCL), los tiempos de procesos y la calidad del producto.