Modelado matemático y simulación numérica de procesos en tecnología de alimentos

S.M. GOÑI; V. O. SALVADORI

Buenos Aires

Congreso; XIII Congreso Argentino de Ciencia y Tecnología de Alimentos, CYTAL; 2011

AATA

La cocción de alimentos en hornos convectivos es un proceso ampliamente difundido, no sólo a nivel hogareño, sino también a nivel industrial (empresas de catering, procesamiento de comidas listas para servir, etc.). El proceso de cocción por convección natural o forzada de aire puede ser descrito como un proceso de cocción en seco, determinada por la baja humedad en el ambiente del horno y por las altas temperaturas de operación, donde el aire caliente del horno transfiere energía al producto, y al mismo tiempo el producto transfiere agua al aire. Una variedad de fenómenos adicionales se producen durante el proceso de cocción: formación de una costra superficial deshidratada, desarrollo de color y aroma, cambios de textura, que son los responsables de las propiedades características de los productos finales. Este trabajo se enfocó al estudio de la cocción de cortes cárneos crudos sin elaboración previa, en particular se trabajó con muestras de músculo semitendinoso bovino de 0,5 a 1,1 kg. Dado que no se contaba con modelos matemáticos que consideren todos los aspectos de transferencia de energía y materia que se manifiestan durante la cocción, consideramos oportuno este estudio. El objetivo general fue el desarrollo de un modelo fenomenológico completo de la transferencia simultánea de materia y energía en procesos de cocción de alimentos cárneos, que permitiera la predicción tanto de los tiempos de cocción como de la pérdida de peso que se produce durante el proceso. Los resultados experimentales confirman que la pérdida de peso se produce por dos mecanismos bien diferenciados: evaporación superficial, que origina una corteza superficial deshidratada, y drenado, asociado a la capacidad de retención de agua del producto que llega a más del 50% de la pérdida de peso total. El modelo matemático desarrollado considera transferencia de energía por conducción y tiene en cuenta la pérdida de peso por evaporación superficial y por drenado. Estas últimas se modelaron en función de la demanda de agua. Fue implementado y resuelto mediante el método de elementos finitos, empleando el software COMSOL. Los modelos geométricos para realizar la simulación se obtuvieron mediante técnicas de visión computacional. El modelo de cocción desarrollado predijo con un error menor a 4% tanto los perfiles de temperatura experimentales en diferentes posiciones de las muestras como los tiempos de cocción. En cuanto a la predicción de la pérdida total de peso, los errores entre resultados experimentales y simulados, fueron menores al 8%, equivalentes a un error menor al 3% en el peso final de las muestras. Paralelamente, experimentalmente se estudió la variación de color, dureza y reducción de área durante la cocción por inmersión de muestras de tamaño reducido. Los resultados obtenidos se traducen en ecuaciones cinéticas de cambio de los distintos índices de calidad que pueden ser acopladas a modelos de cocción con el objetivo final de optimizar el proceso desde el punto de vista de la calidad del producto.