Conferencia invitada : Modelado matemático y simulación numérica de problemas de transferencia de energía en procesamiento de alimentos

ZARITZKY NOEMI.

Medellin

Jornada; Jornadas Sostenibilidad Ambiental, Tratamiento de Efluentes y Valorización de Residuos; 2014

CYTED Red Riartas y Universidad de Antioquia

En esta disertación se describe  un proceso integral para la obtención de productos congelados a base de carne cocida de especies marinas de cangrejos patagónicos: Ovalipes trimaculatus y Danielethus patagonicus. y el modelado matematico de las mismas. Una de las características a tener en cuenta es que el tejido muscular de los cangrejos se presenta adherido al exoesqueleto por lo que es imprescindible un tratamiento térmico preliminar para poder desprenderlo. En tal sentido se optimizó la primera etapa de tratamiento térmico de estos crustáceos, determinando la mejor relación tiempo/temperatura, sobre la base de la desnaturalización de las proteínas miofibrilares y la simulación numérica del proceso de penetración térmica. Se determinó la composición química del sistema a los efectos de establecer sus  propiedades termofísicas. Se realizó asimismo la caracterización histológica del músculo. El cuerpo y las pinzas fueron tratados térmicamente simulando condiciones industriales de calentamiento en agua a diferentes temperaturas. Se registraron en cada caso las correspondientes curvas tiempo-temperatura en la zona de mayor espesor de tejido. La simulación computacional de la transferencia térmica tridimensional se realizó resolviendo en estado no estacionario la ecuación diferencial a derivadas parciales de conducción de calor con condiciones de contorno convectivas  considerando en todos los casos (pinzas y cuerpo) la presencia de una capa calcárea externa al músculo; se utilizó para ello el método de elementos finitos con el programa Comsol Multiphysics.  Paralelamente, empleando Calorimetría Diferencial de Barrido DSC (TA Instruments, DSC Q100) se determinó la cinética de desnaturalización de proteínas sobre muestras pequeñas sin gradientes de temperatura, tratadas térmicamente en agua a 60, 70, 80, 90 y 100ºC. Acoplando la cinética de desnaturalización proteica, las energías de activación y las curvas de penetración térmica se pudo correlacionar  el grado de desnaturalización alcanzado por las proteínas miofibrilares en el proceso de calentamiento, con las condiciones que permitieron separar el músculo del exoesqueleto.El producto a base de pulpa de cangrejo cocido suele comercializarse en bolsas flexibles selladas al vacío. Dado que la extracción de la carne durante su procesamiento se realiza en forma manual (picking), el músculo es susceptible a contaminación microbiana. Por lo tanto se optimizó el proceso de pasteurización de la carne envasada en pouches flexibles considerando la inactivación de microorganismos patógenos Sthaphylococcus aureus y Listeria monocytogenes para lograr la inocuidad del producto. Se realizó la simulación numérica del proceso de pasteurización de la pulpa de cangrejo envasada al vacío y se validó experimentalmente el modelo de transferencia térmica.  Se testearon  distintas combinaciones de temperatura y tiempo de pasteurización (60ºC, 72ºC y 82ºC). Para cada patógeno se midió la cinética de letalidad microbiana y se determinó el tiempo de reducción decimal (valor D) y el valor Z (ºC) en carnes de cangrejo inoculadas con los microorganismos patógenos ensayados. Acoplando la cinética de inactivación térmica del microorganismo más resistente con el modelo matemático de transferencia de energía y fijando un criterio de reducción de 5 ciclos logarítmicos se determinaron las condiciones operativas de  la pasteurización del producto.  Dado que el producto se comercializa en forma congelada se midieron y modelaron matemáticamente las curvas de congelación en sistemas de geometría irregular y propiedades termofísicas dependientes de la temperatura utilizando elementos finitos. Las mediciones de temperaturas se llevaron a cabo en un túnel industrial de congelación. Se analizó el efecto de la velocidad de congelación en el tamaño y localización de los cristales de hielo formados en el tejido, utilizando técnicas histológicas y observación microscópica. Se evaluó además la calidad del producto durante el almacenamiento congelado analizando  sus parámetros de calidad, químicos, físicos y organolépticos.