DESARROLLO DE UN MODELO DE SIMULACIÓN DEL PROCESO CONTINUO DE PASTEURIZACIÓN DE LECHE POR MICROONDAS

MERCATANTE, MARÍA DEL MILAGRO; ARBALLO, JAVIER RAMIRO; LESPINARD, ALEJANDRO R.

Villa María

Jornada; Jornada Nacional de Agroalimentos y Sustentabilidad; 2021

Universidad Nacional de Villa María

La pasteurización por calor es un proceso térmico que permite extender la vida útil y asegurar la inocuidad microbiológica de productos alimenticios. Sin embargo, este proceso presenta ciertas limitaciones debido a que, durante el mismo, se produce la destrucción parcial de determinados atributos sensoriales y componentes nutricionales. Estas pérdidas, que impactan en la calidad final del producto, se intensifican en aquellos procesos donde el calentamiento no es uniforme y el producto está expuesto a altas temperaturas, como sucede en los procesos convencionales de pasteurización continua de la leche donde habitualmente se utilizan intercambiadores de calor. En este sentido, la pasteurización por microondas es un proceso de calentamiento más rápido, que extiende la vida útil de los alimentos al mismo tiempo que minimiza el daño en atributos de calidad en comparación con las tecnologías tradicionales. Para diseñar el proceso de pasteurización por microondas se requiere un método que permita conocer la distribución del campo electromagnético dentro del microondas y la distribución y evolución de la temperatura del alimento, razón por la cual existe un creciente interés en utilizar modelos de simulación. El objetivo del presente trabajo consistió en desarrollar un modelo matemático completo de simulación que permita predecir la distribución del campo electromagnético en la cavidad del horno, la transferencia de calor y la fluidodinámica, como así también los cambios de calidad que se producen en la leche durante la pasteurización continua por microondas. El sistema a modelar consistió de un pasteurizador continuo compuesto por un microondas (ATMA MC930XE), que contiene en su interior un serpentín helicoidal de vidrio (borosilicato 3.3) de 9 mm de diámetro interno y 2.77 m de longitud. Para la construcción del modelo se emplearon propiedades termofísicas de la leche medidas experimentalmente y estimadas usando correlaciones a partir de su análisis composicional. El modelo multifísico constituido por ecuaciones diferenciales parciales altamente acopladas fue resuelto por el método numérico de los elementos finitos utilizando el software COMSOL Multiphysics (versión 5.3). Adicionalmente, fueron acopladas a las temperaturas predichas por el modelo multifísico, cinéticas de desnaturalización de proteínas, degradación de ácido L-ascórbico (vitamina C) y color (índice de pardeamiento). Como resultado, se obtuvo la distribución del campo electromagnético dentro de la cavidad del horno de microondas y dentro la muestra líquida, observándose que el mismo es no uniforme, con zonas de alta y baja energía. Además, se obtuvieron los perfiles de temperatura que se desarrollan en la leche para diferentes temperaturas de ingreso de la leche (entre 6,5 y 33,5 °C) y velocidad de flujo (610 y 1068 cm3/min), necesarias para alcanzar una temperatura de salida de 72 °C. Asimismo, se evaluaron las retenciones de los componentes de calidad para las diferentes condiciones de procesamiento, obteniéndose retenciones mayores a 95% y 97%, para proteínas y vitamina C, respectivamente. Por su parte, el color fue el atributo de calidad menos afectado por el calentamiento, con retenciones mayores a 99%. De los resultados obtenidos se puede concluir que el modelo matemático completo desarrollado será de gran utilidad para evaluar, diseñar y optimizar el proceso continuo de pasteurización de leche por microondas.