Simulación numérica del tratamiento térmico y congelación en vegetales ? optimización del proceso

M.V. SANTOS, A. CALIFANO, N. ZARITZKY

Buenos Aires

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

Asociación Argentina de Tecnólogos Alimentarios

Los vegetales son una fuente esencial de nutrientes necesarios en la ingesta diaria. Por esta razón la demanda continua de estos productos durante todo el año genera su comercialización en forma congelada. Los alimentos congelados son un sector muy importante del mercado creciendo a un ritmo del 10% en Latinoamérica. Los repollitos de Bruselas (Brassica oleracea) son vegetales crucíferos que contienen muchas propiedades nutricionales como antioxidantes (carotenoides, flavonoides, acido fólico, vitamina C, tocoferoles y tocotrienoles). Industrialmente es necesario conocer tiempos de proceso en todas sus etapas, ya sea en el caso de estos vegetales, los tiempos de escaldado/cocción y congelación. La geometría del alimento es un aspecto importante cuando se encara la simulación numérica de estos procesos donde existe transferencia de energía y la simplificación considerando geometrías regulares puede llevar a resultados erróneos. El método de los elementos finitos (MEF) es un método numérico especialmente útil para resolver problemas de transferencia de calor en geometrías irregulares, ya que permite que los elementos de interpolación se ajusten a contornos curvilíneos complejos. Sin embargo los problemas de cambio de fase con MEF generalmente resultan no convergentes requiriendo una reformulación del problema matemático utilizando como variable la entalpía en lugar de la temperatura.Los objetivos del presente trabajo son: a) desarrollar un programa propio utilizando el MEF para simular la transferencia de calor durante el escaldado/cocción y congelación de repollitos de Bruselas considerando la geometría real del alimento, b) acoplar la cinética de inactivación enzimática en el programa general, con el objeto de optimizar el proceso, c) validar los modelos numéricos con resultados experimentales para las distintas etapas del proceso.Muestras de estos vegetales fueron sometidas a procesos de calentamiento en agua. Luego se estabilizaron en una solución agua-hielo para posteriormente ser introducidos en un túnel de congelación. Las historias térmicas dentro del producto y en el fluido externo durante las distintas etapas fueron obtenidas mediante termocuplas tipo T conectadas a un equipo de adquisición de datos. El vegetal fue considerado como un sólido de revolución cuyo contorno irregular se obtuvo a través de imágenes digitales. Estas imágenes fueron luego importadas al mallador para la discretización de los objetos en elementos triangulares. El calor específico del alimento se obtuvo utilizando Calorimetría Diferencial de Barrido. Se desarrolló un programa en elementos finitos utilizando el lenguaje Matlab. El problema matemático original en Temperatura fue reformulado utilizando un cambio de variable en Entalpía-y empleando la función de Kirchhoff (integral de la conductividad térmica). El programa permite el acoplamiento de subrutinas específicas como la cinética de inactivación de enzimas y los cambios de calidad. Las predicciones numéricas concordaron satisfactoriamente con los resultados experimentales para los procesos térmicos a los cuales fueron sometidos los vegetales. El modelo validado se utilizó para optimizar los pre-tratamientos (escaldado/ cocción) y la congelación de productos vegetales con minimos tiempos de ejecución computacional.