Deshidratación de Alimentos

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Tema 11: Fundamentos sobre la depresión de la actividad de agua

Tema 12: Deshidratación de alimentos

Tema 13: Equipos e instalaciones de deshidratación

Tema 14: Conservación por concentración

Bloque III 3: Conservación por depresión de aw

Fundamentos y objetivos de la deshidratación

Nociones de psicrometría

Proceso de secado

TEMA 12: Deshidratación de alimentos

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Secado al sol

Inspirado en los procesos naturales (granos, semillas, especias, frutos (hasta 14%de humedad)

Deshidratación de pescado y carneen finas lonchas (deterioro)Empíricamente se añadió el ahumado

y conservantesProceso lento, depende de

condiciones ambientalesContenido en humedad >15%Requiere mucho espacioRiesgo de polvo, insectos, roedores…

Desecación artificial (siglo XVIII)

Eliminación casi completa del agua bajo condiciones controladasCausan cambios en propiedadesdel alimentoHumedad final: 1-5%, estables unaño o más Reconstitución con característicassimilares al alimento originalFritura, tostado, asado, eliminanagua pero también provocan más cambios



OBJETIVOS1. Conservación por depresión de aw2. Disminución de masa y volumen (almacenamiento, transporte)3. Facilitar el empleo y diversificar la oferta de productos


Deshidratación: Operación unitaria mediante la cual se elimina la mayor parte de agua de los alimentos, por evaporación, aplicando calor (por sublimación en la liofilización).

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APLICACIONES

HORTALIZAS: ajos, cebollas, patatas, zanahoriasFRUTAS ENTERAS: uvas, ciruelas, higos, dátiles FRUTAS TROCEADAS: albaricoques, melocotones, manzanasZUMOSAZÚCARPURES: patata, batata, tomate, manzanaEXTRACTOS: café, té, poleoESPECIAS: pimienta, orégano, tomilloCEREALES: harinas de arroz, maíz, cebada, trigo, cereales para desayunoPASTAS: espaguetis, fideos, macarronesLECHE: entera, desnatadaHUEVO: enteros, claras y yemasGALLETAS: (secado-horneado) FRUTOS SECOS (secado-tostado): almendras, avellanas, pistachosPLATOS PRECOCINADOS


FACTORES A CONTROLAR

ALIMENTO DESHIDRATADO

TemperaturaA ΔTª, vel. de transferenciaA Tª, retención de humedad

sin saturararse

Humedad relativaAire seco, más eficazSe llega al equilibrio

con una atmósfera dada

Área expuestaSubdivisión en láminas finas Mayor contacto con el calor y

mayor evaporación Menor conducción

Velocidad del aireEliminar más rápido la

humedad superficial (no se satura)



Objetivo: conseguir la máxima velocidad de desecación

Aire 40%, 100ºC, patata 4%Aire 15%, 100ºC, patata 2%

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Proceso de secado



CONTENIDO EN HUMEDAD

El aire húmedo contiene vapor de agua, para poder definir el estado deuna masa de aire es preciso indicar la cantidad de agua que contiene

El aire seco está compuesto mayoritariamente por:

79% de nitrógeno21% de oxígeno

PMaire = 0,79 x 28 + 0,21 x 32 = 29


Psicrometría: Estudia las propiedades termodinámicas de mezclas de gas con vapor, las principales aplicaciones hacen referencia a la mezcla entre aire seco y vapor de agua (almacenamiento y procesado de alimentos, secado de alimentos, diseño de equipos de refrigeración, aire acondicionado y climatización…)

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HUMEDAD ABSOLUTA, X

Es el contenido en humedad de un volumen de aire expresadoen Kg de agua/ Kg de aire seco. La humedad absoluta estarárelacionada con la presión de vapor de agua en el aire

X = (pv/P-pv) (18/29) = 0,622 (pv/P-pv)


O expresada como fracción molar enmoles de agua/ moles de aire seco:

X’ = (nv/nt-nv) = (pv/P-pv)

Dado que P = pv + pa


AIRE SATURADO

Es aquél cuyo contenido en humedad es máximo a una presióntotal y temperatura determinadas

En condiciones de saturación:

la presión parcial del vapor de agua en el airees igual a la presión de vapor de agua pura en equilibrio a una Tª dada


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HUMEDAD RELATIVA, ϕ (saturación relativa)

Es la magnitud que indica el grado de saturación de un aire húmedo. Se define como la

relación entre la cantidad de vapor de agua que acompaña a una determinada masa de aire y la que esta misma masa contendría si estuviesesaturada a la misma temperatura

ϕ en % y representa una medida de la capacidad del aire paratomar vapor de agua en la deshidratación

ϕ = 100·pv/ps



DENSIDAD DEL AIRE

Es la relación entre la masa de una determinada cantidad de aire y el volumen que la misma ocupa en condiciones especificadas

Consecuentemente

al aumentar la humedad de un aire desciende la densidadde la mezcla aire seco + vapor de agua respecto a la del aire seco

ρ = (mv + ma)/ V


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CALOR ESPECÍFICO HÚMEDO, s

Es la capacidad calorífica del aire, o

calor necesario para necesario para elevar en 1ºC la Tª de 1 Kg de aire seco y la de los x Kg de vapor de agua que loacompañan

cp (aire seco) = 0,24 Kcal/Kg ºC (1,00 KJ/Kg ºC)cp (vapor de agua) = 0,46 Kcal/Kg ºC (1,93 KJ/Kg ºC)

s = cp(aire)+ cp(agua) · x; s = 0,24 + 0,46 x



ENTALPÍA DEL AIRE HÚMEDO, i=s(T-To) + λοx

Sistema inicial

Sistema final

+

+

Aire1Kg a TºC

Aire1Kg a ToºC

Aguax Kg a ToºC

Vapor aguax Kg a ToºC

1. Q. SENSIBLE1 x 0,24 x (T–To)

2. Q. LATENTE597*x

3. Q. SENSIBLEx * 0,46 x (T–To)

Vapor aguax Kg a TºC

i = 1*0,24*(T-To) + 547 x + 0,46*x*(T-To) = (0,24 + 0,46 x)*T + 597 x


λo = calor latente de vaporización a To (Referencia: aire y vapor saturado a 0ºC)

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ENTALPÍA DEL AIRE HÚMEDO, i

Sistema inicial

Sistema final


i = 1*0,24*(T-To) + 547 x + 0,46*x*(T-To) = (0,24 + 0,46 x)*T + 597 x

2. Q. LATENTE595*x

Para elevar la Tª del aire seco

Para evaporar los x kg de agua que tiene el aire

Para elevar la Tª de los x kg de agua en forma de vapor

1. Q. SENSIBLE1 x 0,24 x (T–To)

3. Q. SENSIBLEx * 0,46 x (T–To)


TEMPERATURA SECA

Es la medida directa de la temperatura de una mezcla de aire yvapor de agua


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TEMPERATURA DE ROCÍO, tr

Es aquella Tª a la que una mezcla de aire seco y vapor de aguaalcanza la saturación cuando se enfría a humedad absoluta cte

La Tª a la que debe enfriarse una mezcla de aire y vapor de H2O para que ésta pase a estar saturado

Es la temperatura a la que:

el agua pura posee una presión de saturacióniguala la presión parcial del vapor de agua en el aire

P = pa + pw

Presión de agua pura



TEMPERATURA HÚMEDA


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PSICRÓMETRO



Proceso de secado


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PROCESO BÁSICO DE SECADO

Proceso de secado

Transferencia de calor al producto para suministrar al agua el calor de vaporización

Por aire caliente (convección) (2 etapas)Por radiación (2 etapas)Por microondas (calor generado in situ)

Dos etapas:

Transmisión de calor hasta la superficie del productoTransmisión de calor desde la superficie al interior


FENÓMENOS QUE INTERVIENEN EN EL SECADO

Proceso de secado

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Del núcleo a la superficieDe la superficie al medio exterior

Fuerza impulsora: gradiente de presiones de vapor

El secado de alimentos es aproximadamente adiabático: La variación de entalpía específica durante el proceso será muy pequeña.


TRANSFERENCIA DE AGUA DEL ALIMENTO AL EXTERIOR

Proceso de secado


CURVAS DE DESHIDRATACIÓN O SECADO

Proceso de secado

A-B: periodo de estabilización (hasta tbh)B-C: periodo de velocidad constanteC-D: periodo de velocidad decrecienteWc = humedad crítica

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Primera fase de secado (velocidad constante): La presencia de agua libre en la superficie está asegurada por la llegada de agua líquida del interior. La temperatura del producto es la del termómetro húmedo del aire (temperatura de bulbo húmedo). aw = 1 en la superficie.

Segunda etapa de secado (velocidad decreciente): La velocidad depende del flujo interno de agua y vapor. Se agota el suministro de agua libre del interior al exterior. Sube la temperatura del producto, el agua del núcleo se evapora y se desplaza del centro a la superficie en forma de vapor. Si el secado progresa indefinidamente, al final la temperatura del producto es la temperatura seca del aire (temperatura de bulbo seco).Dos etapas: superficie húmeda y superficie seca. aw < 1 en la superficie.


Proceso de secado

TEMA 12: Deshidratación de alimentosTRAYECTORIA DEL VAPOR DE AGUA DURANTE LA DESHIDRATACIÓN

Proceso de secado

CapilaridadDifusión por gradientes de concentraciónDifusión superficialDifusión de vapor de agua en los porosFlujos por gradientes de presiónFlujo debido a la vaporización-condensación

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Un elevado contenido inicial de agua en el alimento prolonga laduración de la primera fase del secado

Una elevada concentración de polímeros (almidones, proteínas) aumenta la proporción de agua ligada y la duración de la segunda fase del secado

Si el secado inicial es muy rápido se produce una capa plástica superficial que posteriormente se contrae e impide la posterior salida de agua

Si el secado es muy lento el producto sufre una intensa contracción de volumen, que reduce el tamaño de poros

Con actividades del agua de 0.6 se alcanza la máxima velocidad de pardeamiento no enzimático (posible problema con la Tª)


CONSIDERACIONES SOBRE EL PROCESO DE SECADO

Proceso de secado


CARACTERÍSTICAS DE LOS ALIMENTOS DESHIDRATADOS

a) Velocidad de secado lenta b) Velocidad de secado rápida

Proceso de secado

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Temperatura seca

Hum

edad

abs

olut

a (K

g/K

g)

DIAGRAMA PSICROMÉTRICO

Proceso de secado

DIAGRAMA PSICROMÉTRICOTEMA 12: Deshidratación de alimentos

Proceso de secado

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DIAGRAMA PSICROMÉTRICO

Proceso de secado39 ºC 100 ºC

X0.02

Kg/Kg

25 ºC

Datos: Tbs = 100º CTbh = 39º C 156 KJ/Kg

1.09

m3/

Kg Xsat0. 46

Kg/Kg

3%

Vh = (2,83·10-3+4,56·10-3X)Tρ = M/Vh

X (humedad absoluta)

ϕ (humedad relativa)

i (entalpía)Tr (Tª de rocío)Vh (volumen húmedo)

Xsat (humedad saturación)

i=s(T-To) + λox

Deshidratación de Alimentos

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