APLICACIÓN DE MICROPERFORACIONES UTILIZANDO LASER-CO2 EN EL PROCESO DE LIOFILIZACIÓN DE ALIMENTOS: EFECTO EN EL TIEMPO DE SECADO PRIMARIO

ULLOA MIRANDA, JAIME SALVADOR (2018)

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Tesis Pregrado

El aumento en el interés por el consumo de alimentos beneficiosos para la salud, altos en fitoquímicos y fibra, tales como arándanos y frutillas, han acentuado las actividades de investigación y desarrollo de tecnologías que permitan aumentar su vida útil con un efecto mínimo en su calidad. Una opción reconocida para lograr dicho objetivo es la liofilización.El proceso central de la liofilización es la sublimación y posterior difusión del agua dentro del producto en un ambiente de vacío, sin embargo, aquella requiere un gran consumo de energía y tiempo, aumentando entre 4 y 8 veces el costo de proceso respecto de tecnologías tradicionales. Esto, debido a la energía requerida para la difusión del vapor de agua desde el interior del producto a través de la capa seca hacia el exterior.La aplicación de micro-perforaciones en el producto mediante un láser-CO2, es una alternativa para facilitar la difusión. Es a partir de ello que se propone como objetivo la utilización de micro perforaciones para reducir el tiempo del secado primario durante la liofilización.Este proceso es descrito matemáticamente utilizando una combinación de modelos de difusión y liofilización, que incorpora y estima el efecto de las microperforaciones en el tiempo requerido para el secado primario.Los experimentos se realizan utilizando un alimento modelo a base de almidón, en forma de discos de 1 cm de alto y 2,5cm de diámetro. Estos se liofilizaron con y sin sus lados sellados con silicona, y con y sin microperforaciones de 200 µm de diámetro. El tiempo de liofilización experimental se extrae utilizando los datos de temperatura de las muestras, usando un ajuste de curva sigmoidea para aproximar el momento en que la energía del proceso pasa de un calor latente a un calor sensible.Las perforaciones redujeron el tiempo de secado primario en 26% con lados sellados con silicona, y 18% con lados abiertos. Para un flujo unidimensional, esto implica una disminución del 25% de la energía requerida en la liofilización (sin considerar el ajuste fino del secado secundario) y hasta un 35% de aumento en la producción, siendo solamente un gasto 1,75J por poro realizado, cuando un proceso real opera en el rango de 72MJ de energía por kilogramo de agua retirado. El modelo calibrado a los resultados con lados sellados y sin perforaciones, tiene un error de -0,77% para perforaciones con lados sellados, -3,8% para lados abierto sin perforaciones (ambos dentro del intervalo de confianza) y -12,8% para lados abiertos y perforados. El modelo postula una disminución del tiempo de liofilización proporcional al diámetro de perforaciones y a la cantidad de estas, sin embargo, requiere más experimentos para validarlo a distintas condiciones.