Desarrollo de un modelo de simulación del proceso continuo de pasteurización de leche por microondas

MERCATANTE MARIA DEL MILAGRO; ARBALLO RAMIRO; LESPINARD ALEJANDRO

Villa María

Jornada; II Jornada Nacional de Agroalimentos y Sustentabilidad; 2021

Universidad Nacional de Villa María

La pasteurización por calor es un proceso térmico que permite extender lavida útil y asegurar la inocuidadmicrobiológica de productos alimenticios. Sin embargo,esteproceso presenta ciertas limitaciones debido a que, durante el mismo, se producela destrucción parcial de determinados atributos sensoriales y componentesnutricionales. Estas pérdidas, que impactan en la calidad final del producto, seintensifican en aquellos procesos donde el calentamiento no es uniforme y el productoestá expuesto a altas temperaturas, como sucede en los procesos convencionales depasteurización continua de la leche donde habitualmente se utilizan intercambiadoresde calor.En este sentido, la pasteurización por microondas es un proceso decalentamiento más rápido, que extiende la vida útil de los alimentos al mismo tiempoque minimiza el daño en atributos de calidad en comparación con las tecnologíastradicionales. Para diseñar el proceso de pasteurización por microondas se requiereun método que permita conocer la distribución del campo electromagnético dentro delmicroondas y la distribución y evolución de la temperatura del alimento, razón por lacual existe un creciente interés en utilizar modelos de simulación. El objetivo delpresente trabajo consistió en desarrollar un modelo matemático completo que permitapredecir la distribución del campo electromagnético en la cavidad del horno, latransferencia de calor y la fluidodinámica, como así también los cambios de calidadque se producen en la leche durante la pasteurización continua por microondas. Elsistema a modelar consistió de un pasteurizador continuo compuesto por unmicroondas (ATMA MC930XE), que contiene en su interior un serpentín helicoidal devidrio (borosilicato 3.3), de 9 mm de diámetro interno y 2,77 m de longitud. Para laconstrucción del modelo se emplearon propiedades termofísicas de la leche medidasexperimentalmente y estimadas usandocorrelaciones a partir de su análisiscomposicional.El modelo multifísico constituido por ecuaciones diferenciales parcialesaltamente acopladas fue resuelto por el método numérico de elementos finitosutilizando el software COMSOL Multiphisics (versión 5.3). Adicionalmente, fueronacopladas a las temperaturas predichas por el modelo multifísico, cinéticas dedesnaturalización de proteínas, degradación de ácido L-ascórbico (vitamina C) y color(índice de pardeamiento). Como resultado, se obtuvo la distribución del campoelectromagnético dentro de la cavidad del horno de microondas y dentro de la muestralíquida, 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 paradiferentes temperaturas de ingreso de la leche (entre 6,5 y 33,5 °C) y velocidad deflujo (610 y 1068cm3/min), necesarias para alcanzar una temperatura de salida de 72°C.Asimismo, se evaluaron las retenciones de los componentes de calidad para lasdiferentes condiciones de procesamiento, obteniéndose retenciones mayores a 95% y97%, para proteínas y vitamina C, respectivamente. Por su parte, el color fue elatributo de calidad menos afectado por el calentamiento, con retenciones mayores a99%. De los resultados obtenidos se puede concluir que el modelo matemáticocompleto será de gran utilidad para evaluar, diseñar y optimizar el proceso continuo depasteurización de leche por microondas.