1 Deshidratación La mayoría de los alimentos contienen una cantidad de humedad suficiente para permitir la actividad de sus propias enzimas y la de los microorganismos, de forma que para conservarlos por desecación es necesario que su humedad sea eliminada. La humedad de los alimentos se puede eliminar mediante varios procedimientos, que van desde la deshidratación mediante la acción de los rayos solares hasta los procedimientos artificiales que se emplean en la actualidad.

2 El secado es uno de los métodos más antiguos, utilizados por el hombre para la conservación de alimentos. En el siglo XVIII comienza el secado acelerado por el humo de combustión del carbón pero este sistema implica una alteración del sabor. En el siglo XIX las ciencias intervienen en la deshidratación, pero es en el siglo XX cuando las técnicas industriales aportan el extraordinario resurgimiento del sistema de conservación que todavía continua dando lugar al nacimiento de productos nuevos.

3 Deshidratación Mayor conservación Menor peso (5 a 15 veces menos) Afecta profundamente las características de los alimentos. El valor nutritivo de la mayoría de los productos no se afecta notoriamente pero la mayor parte de ellos, una vez rehidratados, no presentan las características del producto fresco, ni en sabor ni en textura. Alimentos que no presentan una estructura definida Se pueden consumir reconstituidos y en ellos se busca que el producto rehidratado sea similar al original La reconstitución de un alimento que antes del secado tiene una estructura definida es mucho más difícil, por lo que normalmente, las deshidrataciones conducen a la obtención de un nuevo producto.

4 La eliminación de agua presenta dos problemas importantes: Riesgo de alteración de la calidad nutricional y sobre todo organoléptica pérdidas de aromas más volátiles que el agua  Riesgo de alteración de la calidad nutricional y sobre todo organoléptica pérdidas de aromas más volátiles que el agua  Consumo notable de energía Proceso básico de secado El agua se elimina de los alimentos por medio de su difusión, en fase líquida y/o vapor, a través de su estructura interior. Al movimiento del agua líquida le seguirá su evaporación en algún punto del alimento, para lo cual es necesario calor, por lo tanto el proceso supone realmente un transporte simultáneo de materia y calor. La transmisión de calor tiene lugar en el interior del alimento y está relacionada con el gradiente de T entre su superficie y la superficie del agua en el interior del alimento.

5 Durante el secado se producen 4 procesos de transporte Conducción, convección, radiación Conducción en régimen no estacionario Difusión o capilaridad Transferencia de vapor desde la interfase sólido – gas hacia el seno del gas Los sistemas más usuales de secado emplean la convección como mecanismo de transferencia de calor y aire como vehículo de esta energía, por lo tanto la transferencia de calor dependerá, en este caso, de la T del aire, de su humedad, de su caudal, de la superficie expuesta del alimento y de la presión

6 Períodos de secado periodo de velocidad constantehumedad crítica, depende del tamaño de partícula y del aire de secado. Seguidamente la desecación comienza y, si el agua migra a la superficie del alimento a la misma velocidad que se produce la evaporación aquella permanece húmeda. Este periodo (zona BC) que se denomina periodo de velocidad constante se mantiene hasta que se alcanza la humedad crítica, depende del tamaño de partícula y del aire de secado. El flujo de agua líquida arrastra solutos a la superficie, “case hardening”, afectando la eliminación de agua en los períodos posteriores. En el proceso de secado transcurre un periodo inicial de estabilización al final del cual la superficie del alimento alcanza la temperatura del bulbo húmedo (zona AB)

7 Cuando la superficie externa del producto deja de estar saturada, comienzan uno o varios períodos de velocidad de secado decreciente y la T aumenta desde la de b.h. hasta la del fluido calefactor. Período de velocidad decreciente: el frente de secado se desplaza al interior del producto. La reducción de la superficie efectiva de transferencia es la causa de la disminución de la velocidad de secado. La transferencia de masa es el factor limitante, los solutos obstruyen los poros. En el segundo período de velocidad decreciente sólo existe agua ligada que se evapora muy lentamente. Esta fase termina cuando se alcanza la humedad de equilibrio.

8 AB etapa inicial BC velocidad constante CD y DE velocidad decreciente Los períodos de velocidad decreciente se aprecian claramente si se representa la velocidad de secado (dW/dt) Velocidad de secado Wc A BC D E Humedad

9 Cálculo del tiempo de secado Para conocer el tiempo para lograr una determinada reducción en la W de un producto debe predecirse la velocidad de secado. Durante el período de velocidad de secado constante esta controlada por la evaporación del agua en la superficie del sólido. La evaporación va a continuar mientras la migración de agua alcance la superficie. N C = flujo de agua m = masa total de producto a secar A = área de transferencia W = humedad en base seca Integrando W 2 = W crítico

10 Período de velocidad decreciente Hay que resolver esta integral gráficamente o numéricamente W1W1 W2W2 1/N F W área

11 Balance de materia y energía aire G, H 2, T G2 T S2, w 2 H 1, T G1 m t, T S1, w 1 Donde : G = kg de aire seco T= T de bulbo seco (G = aire, S = sólido) W = humedad absoluta del aire h = entalpía (m = sólido; G = aire) w = masa de agua/ masa de producto m t = masa de producto Balance de agua: Balance de energía: q = pérdidas energéticas en el secador

12 Cálculo de entalpías Aire húmedo: Sólido húmedo: h G = entalpía del aire húmedo T G = temperatura de bulbo seco (°C) T 0 = temperatura de referencia: 0°C Entalpía del aire seco

13 Sistemas de deshidratación Secado al sol Secado al sol Con aire caliente. Con aire caliente. Por contacto con una superficie caliente. Por contacto con una superficie caliente. Por aplicación de energía de una fuente radiante, de microondas. Por aplicación de energía de una fuente radiante, de microondas. Liofilización. Liofilización. Secado al sol  Se elimina la humedad mediante la exposición a los rayos solares sin necesidad de aplicar calor artificial ni de controlar variaciones de temperatura, de la humedad relativa o del aire.  Los alimentos a secar se extienden sobre bandejas y durante la deshidratación se les puede dar vuelta.

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15 Secadero solar de túnel

16 Secadero solar asistido

17 a) Escaldado: 95ºC, pocos minutos b) Sulfitado: metasulfito de Na o K, 5-10 min c) Tratamiento con ácidos orgánicos: ácido cítrico, ácido ascórbico d) Uso de bicarbonato de sodio: estabiliza la clorofila, pH 9 e)Agrietado: NaOH a 85ºC, lavado con agua y neutralizado f) Salado: sal común, disminuye la aw g)Almibarado: sacarosa, disminuye la aw Tratamientos previos al secado solar

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20 Secadoon aire caliente Secado con aire caliente Consisten en dirigir sobre el alimento a secar una corriente de aire caliente y de humedad controlada. La eficiencia en el procesamiento garantiza un costo competitivo. Muchos de los productos tienen más de un año de vida de anaquel. Secaderos de bandejas o de armario Cámara metálica rectangular con bastidores móviles donde se colocan bandejas poco profundas que contienen los alimentos a secar. 0.1-10 m seg -1 Son muy usados a pequeña escala. No secan el producto en forma uniforme girar bandejas. 0.1-10 kg h -1 m -2

21 Secaderos de túnel  Circulación en cocorriente o en paralelo producto más húmedo se expone al aire más caliente, cerca de la salida el producto con baja humedad está expuesto al aire más frío. mayor eficiencia pero menor calidad.  Circulación en contracorriente el producto menos húmedo se encuentra expuesto al aire más caliente y el gradiente de T disminuye hacia la entrada del producto al túnel mayor eficiencia pero menor calidad. Simples y versátiles Se adaptan a elevadas capacidades de producción.

22 Secaderos de cinta transportadora Secaderos continuos con circulación del aire a través del material, que se traslada sobre un transportador de cinta perforada malla metálica o lámina de acero perforada. Normalmente el equipo está constituido por secciones en las que la corriente de aire de secado cambia de sentido. Tiempos largos 2 o 3 cintas superpuestas para reducir tamaño Poco versátiles, es decir, no son adecuados para procesos en los que se deba cambiar frecuentemente la materia prima y por tanto las condiciones de secado

23 Secaderos de lecho fluidizado Las partículas de alimento se mantienen en suspensión mediante el aire caliente utilizado para su secado. El propio movimiento de las partículas fluidizadas provoca que todas ellas se sequen en igual medida. Las velocidades de aire que se requieren varían con el producto y más específicamente con el tamaño de partícula y densidad. Los alimentos que pueden secarse por medio de lecho fluidizado deben tener las siguientes características: Tamaño medio de partícula entre 10  m y 20 mm. Tamaño medio de partícula entre 10  m y 20 mm. Distribución de tamaños uniformes Distribución de tamaños uniformes Forma regular Forma regular

24 Lecho fluidizado vibratorio La amplia distribución de tamaño de las partículas de algunos productos hace muy difícil la elección de la velocidad del aire en lechos fluidizados estacionarios. Es posible secar productos con estas propiedades utilizando un lecho fluidizado vibratorio, que normalmente es un lecho rectangular que vibra con una frecuencia de 5 – 25 Hz con amplitud media de pocos mm. La cantidad de aire para fluidización y secado se puede elegir en un amplio rango, sin afectar al transporte ni al tiempo de residencia del producto, que se controla por ajuste de la amplitud y dirección de la vibración.

25 Secaderos por atomización Es el más importante para secar productos líquidos La mayor parte del secado tiene lugar durante el período de velocidad constante y la etapa limitante es la transferencia de materia en la superficie de las gotas. Una vez alcanzada la Wc, la estructura de la partícula es la causante de la disminución de la velocidad de secado, siendo el parámetro limitante la difusión de la humedad en el interior de la partícula seca. Las partes esenciales de un equipo de secado por atomización son:  Sistema calefactor del aire  Sistema de atomización del producto líquido  Cámara de secado  Sistema de separación de polvo  Sistema de impulsión del aire

26 Sistemas de calefacción de aire Combustión directa Combustión directa de un gas en el seno de la corriente de aire, máximo rendimiento pero problemas con contaminación Intercambiadores de calor Intercambiadores de calor con vapor de agua a presión. Resistencias eléctricas Resistencias eléctricas, sistema que se reserva para su uso en instalaciones de pequeña capacidad o piloto. Sistemas de dispersión Sistemas de dispersión transforman el líquido en finas gotitas con una distribución de tamaños bien definida. Rodetes centrífugos Rodetes centrífugos disco parcialmente cerrado que gira alrededor de su eje de simetría. Acción de fuerza centrífuga. Toberas a presión Toberas a presión impulsión del líquido a presiones de 10 a 60 bar a través de boquillas. Toberas de doble fluido Toberas de doble fluido emplean la energía de un fluido auxiliar (aire comprimido) para dispersar el líquido a secar.

27 Son radiales, los conductos presentan curvatura para eliminar burbujas de aire. Permiten dispersar líquidos viscosos y heterogéneos. No tienen problemas de obstrucciones. Usan un fluido auxiliar para dispersar el líquido a secar. Puede ser aire comprimido, N 2 o vapor de agua. Por el tubo interior circula el producto, por el concéntrico el fluido auxiliar que desgarra la corriente principal en finísimas partículas. Rodete centrífugo Tobera de doble fluido

28 Cámara de secado Mezcla del aire caliente con las gotas finamente dispersas del producto a secar. Las cámaras de secado se clasifican según las direcciones de los flujos de aire y producto  Horizontal paralelo  Vertical paralelo descendente de flujo lineal de aire  Vertical paralelo descendente de flujo helicoidal de aire  Vertical paralelo ascendente  Vertical en contracorriente

29 Sistema de separación de polvo En los sistemas modernos se produce una separación parcial en la cámara de secado, las partículas de gran tamaño sedimentan en el fondo. ciclón y saco El aire que sale contiene entre 5 y 50% del polvo producido (finos). La separación de los finos se realiza con separadores de dos tipos: ciclón y saco. Separador centrífugo. El polvo arrastrado por el aire es lanzado contra las paredes, donde debido al rozamiento pierde su energía cinética y cae al fondo del mismo. Los separadores tipo saco son filtros que retienen el polvo. Se requieren varios filtros en serie o en paralelo.

30 Esquema de una instalación completa de secado por atomización A: entrada de aire ambiente, que se calienta en el generador (1). B: entrada del producto a atomizar C: salida de aire utilizado D: salida del producto seco (2) cámara de secado (3) depósito de producto (4) bomba de dosificación (5) turbina de aspersión (6) ciclones separadores (7) ventilador

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38 Reconstitución de los productos atomizados Las propiedades instantáneas de los productos atomizados incluyen la capacidad del polvo a disolverse en agua. Cada partícula debe ser humedecida, sumergida y disuelta en el líquido. Transformación de partículas simples en aglomerados porosos hacen más fácil su rehidratación. La estructura porosa permite una entrada rápida del agua seguida de un hundimiento y la dispersión y disolución de los sólidos. El proceso de aglomeración cambia las características físicas de tal forma que la humidificación, hundimiento y dispersión aumentan a un punto donde la reconstitución ocurre rápidamente. Los polvos aglomerados son producidos al llevar el producto frío que sale de un atomizador a un lecho fluidizado donde se termina el secado.

39 Secaderos por contacto con una superficie caliente. La transmisión de calor hasta el producto húmedo tiene lugar por conducción a través de una pared, generalmente metálica. Secaderos de rodillos El producto se seca sobre la superficie de un rodillo giratorio calentado interiormente alimento líquido o semilíquido El cilindro se calienta interiormente por vapor de agua a presión o con agua caliente

40 Rodillos dobles y rodillos gemelos Los rodillos dobles utilizan como alimentación la tolva formada en la parte superior. Los gemelos giran en sentido opuesto y se alimentan mediante cubetas con el líquido a tratar.

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42 Refractómetro: ºBrick: contenido de azúcares o sólidos totales

43 El secado por atomización de los jugos de frutas: operación de proceso que transforma los jugos en un producto en polvo. Facilita el transporte al reducir el peso, y también preserva el producto de la degradación bacteriana. Los jugos presentan elevado contenido de azúcares como glucosa y fructosa y ácidos orgánicos como acido cítrico, málico y tartárico.

44 Estos compuestos tienen Tg bajas y problemas de pegajosidad (stickiness) y de elevada higroscopicidad con los productos obtenidos. Stickiness: los fenómenos de cohesión partícula-partícula y de adhesión partícula- pared que presentan los polvos obtenidos, que dificulta su presentación en estado polvo. Al quedar en la pared del compartimiento de secado como un jarabe da lugar a bajas producciones del producto y a problemas operacionales.

45 La mayor causa de la pegajosidad en polvos amorfos de jugos es la acción plastificante del agua en la superficie, que da lugar a la adhesión y cohesión. La evaporación rápida en el secado por atomización produce partículas en estado amorfo que presentan una temperatura de transición vítrea (T g ) baja. La transición ocurre a lo largo de un rango de temperaturas entre la temperatura de transición vítrea inicial (Tg onset ) y la final (Tg endset ). Este intervalo varía entre 10 y 30 o C. Imaginemos un material pseudo- líquido (pegajoso) que se está moviendo hacia el estado pseudo-sólido vítreo (no pegajoso).

46 Temperatura en la superficie de una gota atomizada (Td ) es mayor que la Tg, esta gota presenta una fuerza cohesiva baja (fluidez alta) comparada con la fuerza adhesiva en la interfase gota-equipo. Cuando la temperatura está cercana a la Tg final la fuerza cohesiva del material aumenta. Cuando la temperatura del material cae por debajo de la temperatura vítrea inicial se completa la transición y se obtiene un material vítreo. La transición vítrea ocurre en un rango de temperatura, es necesaria una escala de tiempo para completar el proceso. Un valor de 10ºC de compensación de temperatura permite un tiempo suficiente para conseguir un estado seguro de no adhesión.

47 Solución al problema es la utilización de productos ayudantes de secado. Productos encapsuladores que mezclados con la muestra liquida evitan la pegajosidad y aglomeración del producto obtenido. Los encapsulantes comunes utilizados en la industria incluyen los carbohidratos, las gomas y los esteres de celulosa. Los ayudantes de secado más ampliamente utilizados para obtener polvos de jugo de fruta son productos de almidón parcialmente hidrolizados. Estos polímeros de la D-glucosa tienen un sabor neutro, color blanco, carecen de olor, son fácilmente digeridos y son bien tolerados

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49 Efecto de la deshidratación en los alimentos Textura Parámetro de calidad que más se modifica con la desecación. pérdidas de textura En alimentos escaldados las pérdidas de textura están provocadas por la gelatinización del almidón, la cristalización de la celulosa y por tensiones internas provocadas por variaciones localizadas en el contenido en agua durante la deshidratación. Estas tensiones dan lugar a roturas y compresiones que provocan distorsiones permanentes en las células, relativamente rígidas, confiriendo al alimento un aspecto arrugado. En la rehidratación estos alimentos absorben agua más lentamente y no llegan a adquirir de nuevo la textura firme característica de la materia prima original. Si es carne lo que se deshidrata, el tratamiento le producirá agregación y desnaturalización de las proteínas, que pierden su capacidad de retención de agua, lo que provoca un endurecimiento del tejido muscular.

50  textura  La variación en la textura depende también de las condiciones del secadero, por ejemplo, si se usan velocidades de deshidratación rápidas y temperaturas elevadas los cambios serán más pronunciados que con flujos y temperaturas más bajos.   A medida que el agua va eliminándose, los solutos se desplazan hacia la superficie del alimento. Si las temperaturas son elevadas la evaporación del agua hace que la concentración de solutos en la superficie aumente lo que conduce a la formación de una capa superficial dura e impenetrable. Este fenómeno reduce la velocidad de deshidratación dando lugar a un alimento seco en su superficie pero húmedo en su interior.

51 Aromas Su mayor o menor pérdida dependerá de la temperatura, de la presión de vapor de las sustancias volátiles y su solubilidad en el vapor de agua. Por ello, alimentos especiales por sus características aromáticas (hierbas y especias) se deshidratan a temperaturas bajas. Color La deshidratación afecta también al color por los cambios químicos que se producen en las clorofilas, carotenoides y antocianinas. Por lo general cuanto más largo es el proceso de deshidratación y más elevada la temperatura, mayores son las pérdidas en estos pigmentos. La oxidación y la actividad enzimática residual favorecen el desarrollo del pardeamiento durante su almacenamiento escaldado como tratamiento previo a la desecación o tratando la fruta con ácido ascórbico u otros compuestos.

52 Valor nutritivo Las pérdidas que se producen durante la preparación previa de frutas y verduras son generalmente mayores que las que ocasiona el propio proceso de deshidratación. A medida que el proceso de deshidratación avanza algunas vitaminas (riboflavina) precipitan pérdidas pequeñas. Otras, (ácido ascórbico) se mantienen disueltas hasta que el contenido en agua es muy bajo y reaccionan con los solutos a mayor velocidad a medida que el proceso progresa. La vitamina C es también sensible al calor y la oxidación. Otras vitaminas liposolubles son más estables (a la oxidación y al calor) por lo que sus pérdidas rara vez son superiores al 5 – 10%. Los nutrientes liposolubles se encuentran, en su mayor parte, en la materia seca del alimento, por lo que durante la deshidratación no experimentan concentración alguna. La deshidratación no cambia sustancialmente el valor biológico y la digestibilidad de las proteínas de la mayor parte de los alimentos.

53 Durante la deshidratación Durante la deshidratación Las esporas de las bacterias y las de los mohos, algunos micrococos son especialmente resistentes al almacenamiento bajo condiciones de sequedad. Si el tratamiento de deshidratación y las condiciones de almacenamiento son adecuadas, en el alimento deshidratado no habrá multiplicación microbiana. Durante el envasado y durante cualquier otra manipulación del alimento una vez deshidratado, puede existir cierta posibilidad de que se contamine.

54 Liofilización Liofilización reducir las pérdidas de los compuestos responsables del sabor y el aroma mejores características texturales La Liofilización es un proceso de deshidratación mediante sublimación de hielo de un material congelado, que se ha aplicado a alimentos con el fin de reducir las pérdidas de los compuestos responsables del sabor y el aroma, los cuales se afectan en gran medida durante los procesos convencionales de secado, así como para obtener productos con mejores características texturales. En este proceso el agua del producto pasa directamente del estado sólido al estado vapor. A diferencia del secado tradicional, el calentamiento aplicado al material es muy suave, con lo que los cambios inducidos en las propiedades físicas también son menores.

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56 Fundamentos de la liofilización una cámara estanca y un sistema de vacío fuente de calor. La sublimación sólo puede tener lugar a menor temperatura y presión que la del punto triple ( 0.01°C y 610 Pa). Debido a ello se necesita siempre una cámara estanca y un sistema de vacío. Como la sublimación es un proceso fuertemente endotérmico (del orden de 2840 kJ/kg de hielo sublimado), es imprescindible una fuente de calor. condensador equipo de refrigeración. Además, a las muy bajas presiones aplicadas en liofilización, el vapor de agua sublimado ocupa enormes volúmenes. Por ejemplo: a –25°C, este es de 2000 m 3 /kg. Como las bombas de vacío no pueden absorber tales volúmenes de gases, el vapor de agua se elimina condensándolo sobre un condensador (superficie fría), lo que involucra el uso de un equipo de refrigeración.

57 Los alimentos son disoluciones de sólidos en líquidos, el punto triple se desplaza hacia menores temperaturas En el secado evaporativo el líquido A se calienta hasta el equilibrio con su presión de vapor en B, donde se suministra el calor de vaporización. En la liofilización A pasa a sólido a P cte (D), se reduce la presión a T cte hasta E y con el suministro de calor de sublimación se obtiene vapor.

58 Ciclo de liofilización La liofilización se desarrolla siguiendo una serie de etapas. Es importante la selección y preparación del alimento antes de su secado por congelación, sólo pueden utilizarse materias primas de calidad. También es importante el almacenamiento del producto liofilizado, antes de su rehidratación y uso.

59 Rehidratabilidad de alimentos desecados Papa en cubos Papa en rebanadas Papa rallada

60 Acondicionamiento de la materia prima preconcentración. crioconcentración Como es una operación muy costosa y los tiempos de proceso son muy largos es importante reducir al máximo el período de secado. Por ello, en los casos en que es posible (productos líquidos o semisólidos), generalmente se realiza una preconcentración. Por ejemplo, un jugo de frutas, un concentrado de proteínas o un extracto de café pueden someterse a una crioconcentración previa. El proceso a utilizar debe ser suave para no alterar las características del material las que se intentan preservar con la liofilización. reducción de tamaño En el caso de algunos sólidos, puedo realizar una reducción de tamaño (cortado, raspado, triturado), para facilitar las etapas posteriores de deshidratación por menor tamaño y mayor superficie específica.

61 La congelación del material Cada producto debe congelarse de una manera tal que garantice que sufrirá pocas alteraciones en el proceso posterior de sublimación. La congelación se puede realizar en el interior de la cámara de liofilización o en el exterior. Los alimentos de pequeño tamaño se congelan más rápidamente y producen cristales pequeños que hacen poco daño a la estructura y son más fáciles de sublimar. En estos casos se recomienda una congelación rápida. En los alimentos líquidos se intenta que la congelación sea lenta, muchas veces se realiza en el mismo equipo. Se procura que se forme una red cristalina que de lugar a canales por los que el vapor de agua pueda escapar durante el procesamiento posterior.

62 Sublimación (desecación primaria) Después de la formación de los cristales, se produce una sublimación del hielo formado, controlando el nivel de vacío en el liofilizador y con un cuidadoso aporte de calor. Normalmente se requieren presiones de alrededor de 130 – 260 Pa para la liofilización de los alimentos. La sublimación es un cambio de estado endotérmico, es necesario aportar calor latente de sublimación, por lo tanto en la cámara de secado deberá montarse una fuente de calor. Es un proceso de transferencia de calor y de masa. La velocidad de deshidratación depende principalmente de la resistencia que el alimento ofrece a la transferencia de calor y en menor grado de la transferencia del vapor desde el frente de sublimación.

63 Cuando se comienza el calentamiento empieza a formarse un frente de sublimación o interfase entre la capa seca y la capa congelada, el cual avanza progresivamente. La transferencia de masa ocurre por la migración de vapores a través de la capa seca de la muestra bajo la acción de la diferencia de presión entre la presión de vapor de agua en la interfase del hielo y la presión de vapor de agua en la cámara de secado. Esquema de la estructura del alimento parcialmente deshidratado

64 Se lleva a cabo la mayor parte de remoción de agua (entre 75 y 90%), lo que lleva al producto a una humedad del orden del 15%. El tiempo típico de la desecación primaria para un espesor de 10 mm de un material simple es de alrededor de 6 hs, con una estructura favorable de los cristales de hielo y unas condiciones óptimas de T y presión en la cámara de secado. La variación aproximada del tiempo de secado con el espesor es: K = constante A medida que se completa la desecación primaria, se necesita menos energía para la sublimación y la T del material va aproximándose a la de la fuente de calor.

65 Desorción (Sublimación secundaria) Cuando el agua que estaba en forma de hielo se ha eliminado por sublimación, aún queda el agua ligada que hay que eliminar. Para ello se realiza una evaporación bajo vacío, manteniendo la misma presión, o menor, y elevando la T hasta 20 - 60 ºC según la naturaleza del alimento. Se puede llegar hasta productos de una humedad del 2%. Temperatura de colapso El producto se hace suficientemente fluido y se “colapsa”. Las bolsas donde se han sublimado los cristales de hielo desaparecen porque el alimento fluye hacia esas regiones. Temperatura de colapso El producto se hace suficientemente fluido y se “colapsa”. Las bolsas donde se han sublimado los cristales de hielo desaparecen porque el alimento fluye hacia esas regiones. Densidad alta y se reduce la capacidad de rehidratación Alimento T colapso ( ºC ) Frutillas-33 a -41 Manzana-41 a -42 Pescado-6 a -12 Carne vacuna -12

66 Almacenamiento Los productos liofilizados y adecuadamente empacados, pueden ser guardados por largos periodos de tiempo (mayores a 12 meses). Muchos materiales liofilizados son higroscópicos por lo que deben envasarse en condiciones de mínima humedad y además pueden ser sensibles a la oxidación. Se deben envasar manteniendo el vacío o romperlo en atmósfera de nitrógeno o de anhídrido carbónico. Los envases deben ser impermeables al vapor de agua y al oxígeno y deben proteger al producto frente a daños mecánicos Rehidratación Los productos liofilizados pueden ser reconstituidos a su forma y estructura original por la adición de líquidos. La rehidratación es muy rápida gracias a la estructura porosa.

67 Rehidratabilidad de alimentos desecados  Humectabilidad: Capacidad de las partículas de polvo para adsorber agua sobre su superficie.  Sumergibilidad: Capacidad de las partículas para hundirse rápidamente en el agua. Depende del tamaño y la densidad de las partículas.  Dispersabilidad: Facilidad con la que el polvo se puede distribuir en forma de partículas individuales en el agua.  Solubilidad: Velocidad y grado con que los componentes de las partículas de polvo se disuelven en el agua. Depende de la composición química y de su estado físico.

68 Aspectos tecnológicos del proceso En los sistemas de liofilización el material congelado es colocado en bandejas. Se da lugar al inicio de vacío en una cámara hermética comenzando así la sublimación del hielo y el flujo de vapor pasa a través de la cámara al condensador. El calor es suministrado a través de platos o placas calefactoras, por conducción o radiación Existen tres variables importantes para diseño en el proceso de liofilización: El nivel de vacío en el interior El nivel de vacío en el interior El flujo de energía aplicado al producto El flujo de energía aplicado al producto La temperatura del condensador La temperatura del condensador

69 Nivel de vacío: Nivel de vacío: Para sublimar el agua es necesario realizar el proceso a unas condiciones de presión y temperatura por debajo del punto triple del agua. Para extraer el agua del sistema, se suministra el calor latente de sublimación del hielo creando un gradiente de presión de vapor de agua bajo cuyo impulso se extrae el agua del sistema. Liofilización en vacío Liofilización en vacío: el agua se extrae bajo el impulso de un gradiente de presión total. Cuanto más baja es la T del entorno mayor deberá ser el vacío para producir la sublimación.

70 Flujo de energía aplicado al producto Flujo de energía aplicado al producto: El calor puede transmitirse al frente de sublimación por tres mecanismos diferentes según el modelo del equipo utilizado:  Transferencia de calor a través de la capa de alimento congelado  Transferencia de calor a través de la capa de alimento congelado la velocidad de transferencia depende del grosor y de la conductividad térmica de la capa de hielo. Al progresar la deshidratación disminuye el espesor de la capa de hielo y aumenta la velocidad de la transferencia calórica y con ella la de sublimación. La T de la superficie se debe controlar para evitar la descongelación.

71  Transferencia calórica a través de la capa de alimento liofilizado:  Transferencia calórica a través de la capa de alimento liofilizado: La velocidad de transferencia calórica al frente de sublimación depende del grosor y del área expuesta del alimento, de la conductividad térmica de la capa liofilizada y de la diferencia entre las temperaturas de la superficie del alimento y la del frente de sublimación (esta última se mantiene constante si es constante la presión en el liofilizador). Debido a que la conductividad térmica de la capa deshidratada es muy baja y que a medida que avanza la deshidratación su espesor aumenta, existe una disminución de la velocidad de sublimación a medida que avanza el proceso. La velocidad se puede aumentar con una disminución previa del tamaño del material (no siempre posible) o con un aumento del salto térmico (limitado por la temperatura más alta permitida en la superficie del alimento, generalmente del orden de 40 a 60°C).

72  Calentamiento por microondas:  Calentamiento por microondas: Es un sistema totalmente distinto en que el calor se genera dentro del alimento, fundamentalmente en la zona no deshidratada. La velocidad de transferencia calórica no depende de la conductividad térmica de las distintas fases ni de su espesor. Como desventaja, es bastante difícil de controlar. (a)Transferencia de calor a través de la capa congelada; (b) Idem desde las superficies radiantes a través de la capa seca; (c) Calor generado por microondas Línea continua: agua Línea cortada: Temperatura.

73 Temperatura del condensador: Temperatura del condensador: Al producirse el vapor en el frente de sublimación, éste debe ser forzado a atravesar la capa deshidratada, para acelerar el proceso. Para ello debe existir un importante gradiente de presión entre la superficie de sublimación y el interior de la cámara del liofilizador, el que se regula por la temperatura del condensador y por la presión del entorno. Ambas deben de ser lo más bajas posible, compatibles con los costos del equipo y de operación. Normalmente, esos valores límites están en el orden de 13 Pa y –35°C.

74 Instalaciones El carácter cíclico de la liofilización, en distintas fases, favorece principalmente el uso de equipos discontinuos. No obstante, también existen algunos ejemplos de equipamiento continuo para grandes volúmenes de producción (cafés o jugos). Todos los liofilizadores tienen una serie de elementos comunes:  Cámara a vacío, en el interior de la cual se dispone el producto sobre una serie de bandejas paralelas y horizontales,  Fuente/s de calor,  Bomba/s de vacío,  Condensador

75 Cámara a vacío Cámara a vacío Puede ser rectangular o cilíndrica. Las rectangulares permiten ocupar mejor el volumen, pero las cilíndricas resisten mejor las diferencias de presión. Fuente de calor Fuente de calor El calor puede ser suministrado por distintos mecanismos. En algunos casos se utiliza una placa con circulación interna de fluido. En otros se trabaja con placas de resistencias eléctricas, las que pueden estar incorporadas a las bandejas. También se puede trabajar con calentamiento por infrarrojo o por microondas. Ello permite calentar ambas caras de la capa de producto de forma bastante uniforme. Es especialmente adecuado para el trabajo en continuo. En los equipos discontinuos la temperatura se mantiene inicialmente entre 100 y 120°C, reduciéndose a medida que avanza el proceso (en total de unas 6 a 8 hs), de forma que la superficie del material no exceda de un valor prefijado, generalmente inferior a 60°C.

76 En los equipos continuos, las bandejas circulan, colocadas en carritos que corren sobre guías fijadas al piso, entre placas calefaccionadas unidas a la estructura fija del equipo, pasando por distintas zonas de calentamiento de la cámara a vacío. Las temperaturas de calentamiento y el tiempo de permanencia en cada zona se programan previamente para cada alimento y quedan grabados en la memoria de la computadora que controla el funcionamiento del liofilizador. Esquema de un liofilizador continuo

77 Bomba/s de vacío Bomba/s de vacío El vacío se comienza con una primera bomba de caudal elevado pero con la que no se alcanza el vacío de trabajo. A continuación se completa con una segunda bomba, de caudal limitado, pero que posibilita alcanzar presiones muy reducidas. El tiempo total para hacer el vacío está generalmente en el rango de 10 a 15 minutos. Condensador Condensador Existen liofilizadores con condensador interno y modelos con condensador externo. En el primer caso éste se halla en el interior de la cámara de vacío. El condensador externo se halla en un recinto separado de la cámara de secado, comunicado con esta por una válvula- compuerta. Esta disposición facilita el mantenimiento y las reparaciones. Permite alternar entre dos condensadores: mientras que uno está en operación, el otro puede estar en des-escarche o mantenimiento. Esto es importante en los equipos continuos.

78 Ventajas y Desventajas de la Liofilización La liofilización presenta una serie de ventajas: T de trabajo muy baja T de trabajo muy baja productos termilábiles no se alteran No hay agua libre No hay agua libre no hay peligro de hidrólisis ni de crecimiento de microorganismos Al evaporarse el hielo, quedan poros que permiten una rehidratación rápida Al evaporarse el hielo, quedan poros que permiten una rehidratación rápida Largos tiempos de conservación Largos tiempos de conservación La retención de aromas es muy alta La retención de aromas es muy alta Son productos de peso ligero que no necesitan cadenas de refrigeración para su distribución Son productos de peso ligero que no necesitan cadenas de refrigeración para su distribución

79 También presenta algunos inconvenientes: Gran inversión en equipamiento Gran inversión en equipamiento (alrededor de tres veces el de los otros métodos) Altos costos de energía Altos costos de energía (tres veces el de los otros métodos) Proceso lento y largo Proceso lento y largo (entre 4 y 10 hs) Posibles daños a productos debido a efectos mecánicos Posibles daños a productos debido a efectos mecánicos

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84 Otros métodos de deshidratación Deshidratación Osmótica Deshidratación Osmótica La Deshidratación Osmótica consiste en sumergir los alimentos en soluciones hipertónicas (azúcar, sal, sorbitol o glicerol) con el objetivo de producir dos efectos principales: flujo de agua desde el producto hacia la solución hipertónica y flujo de solutos hacia el interior del alimento. Se han identificado dos etapas en el proceso:  Deshidratación  Deshidratación la pérdida de agua es mayor que la ganancia de sólidos  Impregnación  Impregnación se obtiene una ganancia de sólidos mayor a la pérdida de agua. En esta segunda etapa, la masa total del sólido aumenta con el tiempo.

85  formulación de productos  Dado el fenómeno de inclusión de solutos, la Deshidratación Osmótica se presenta como un método alternativo de formulación de productos.  mejorar sus propiedades nutricionales, sensoriales y funcionales  Además permite modificar la composición del producto y, como consecuencia, mejorar sus propiedades nutricionales, sensoriales y funcionales.  aumentar la estabilidad  Otra aplicación consiste en aumentar la estabilidad durante el almacenamiento. Deshidratación Osmótica bajas temperaturas La Deshidratación Osmótica ha cobrado gran interés debido a las bajas temperaturas de operación usadas (20-50°C), lo cual evita el daño de productos termolábiles, además de reducir los costos de energía para el proceso.

86 Soluciones Osmóticas Elección según Características sensoriales Peso molecular Costo NombreUsosVentajas Cloruro de sodio Carnes y verduras Alta capacidad de depresión de a w SacarosaFrutasReduce pardeamiento y aumenta retención de volátiles LactosaFrutasSustitución parcial de sacarosa GlicerolFrutas y verduras Mejora la textura CombinaciónFrutas, verduras, carnes Combinan la alta capacidad de depresión de a w de las sales con la alta capacidad de eliminación de agua del azúcar