Thesis:

Estudio de la aplicación de Pulsos Eléctricos para acelerar el Proceso de Deshidratación mediante la técnica de Ventana Reactiva

La deshidratación de alimentos mediante aire caliente, congelación a baja presión, o la inmersión en soluciones hipertónicas, es un proceso donde los productos pierden humedad. La deshidratación reduce la actividad de agua de los alimentos, minimizando el potencial crecimiento de microorganismos y extendiendo la vida útil del producto. Las principales desventajas de los procesos de deshidratación, son que la calidad nutricional es disminuida, debido a la degradación de compuestos sensibles a la temperatura, y que se requieren altos tiempos de tratamiento. La ventana refractiva (RW) es una nueva técnica de secado, que necesita un menor tiempo de tratamiento y mantiene la calidad inicial del producto. El objetivo de la presente investigación es evaluar el uso de pretratamientos (pulsos eléctricos (PEF) y congelación-descongelación (C-D)) acoplados a un proceso de deshidratación en RW, para disminuir los tiempos de tratamiento y mantener la calidad del producto inicial; y a un proceso de deshidratación por aire caliente (EC), para evaluar la calidad final entre métodos de secado. Además, modelos fenomenológicos son utilizados para determinar los mecanismos de difusión, en tres tipos de tejidos: salmón (salmón atlántico), vacuno (posta rosada) y manzana (Granny Smith). Láminas de 50x35x5 mm de salmón, vacuno y manzana fueron deshidratadas usando RW y EC, a 55 y 95 °C. Se utilizó como pretratamiento PEF (10 kVcm-1, 40 Hz, 990 pulsos) y C-D (congelación: -5 °C, descongelación: 5 °C por 24 h), para acelerar el proceso de transferencia de masa; donde se evaluó la pérdida de humedad (MR), la actividad de agua (Aw); el cambio de color (∆E) y textura del producto final. Para evaluar los mecanismos de difusión, dos modelos fueron usados: 2° ley de Fick y modelo de difusión anómala. El uso de PEF y C-D no mejoró la transferencia de masa, en tejido de salmón y vacuno, ya que los coeficientes de difusión (Deff) no presentaron diferencia significativa (p>0.05), tanto en RW y EC a 55 y 95 °C. Sin embargo, láminas de manzana deshidratadas en RW a 95 °C sí se ven afectadas por C-D, ya que Deff fue desde 12.77 a 17.04 (10-10) m2s-1 (p<0.05); por tanto, el uso de C-D no es efectivo en tejidos que se afectan por la temperatura como el salmón y el vacuno, a diferencia de la manzana que presenta una estructura rígida. Para láminas de salmón y vacuno, se observa que presentan un mecanismo sub-difusivo, mientras que láminas de manzana presentan un mecanismo súper-difusivo, siendo el modelo de difusión anómala el que presenta mejor ajuste experimental. En láminas de manzana, el ∆E no presentó diferencia significativa (p>0.05) entre muestras frescas y C-D, por tanto RW es una técnica que permite deshidratar matrices vegetales en forma rápida a 95 °C, obteniendo igual degradación del color que a 55 °C.

Food dehydration with hot air, low pressure freezing or immersion in an aqueous hypertonic solutions are processes wherein products loss moisture. Dehydration reduces food’s water activity, minimizing the potential growth of microorganisms and extending the shelf life of food products. The major disadvantages of the dehydration processes are that the final nutritional quality is reduced, due to degradation of thermal sensible compounds, and the long periods of time required in the processes. Refractive window (RW) is a new drying technique, that requires a smaller time of treatment, and the quality of the product is maintained. The aim of the present investigation is to study the effect of Pulsed Electric Fields (PEF) and freezing-thawing (C-D) as pre-treatments for RW dehydration, to decrease the treatment time and maintain the quality of the products. This will be compared with the traditional dehydration process convective drying (EC) with the same pre-treatments. Phenomenological models are used to determine the diffusion mechanisms in three types of tissue: salmon (Atlantic salmon), beef (lean meat) and apple (granny smith). 50x35x5 mm slices of salmon, beef and apple where dehydrated using RW and EC at 55 and 95 °C. A PEF of (10 kVcm-1, 40 Hz, 990 pulses) were applied as pre-treatment and freezing at -5 °C and thawing at 5 °C for 24 h, to enhance the mass transfer process, measuring the moisture loss (MR), water activity (Aw), color change (∆E) and the texture of the dried samples. To evaluate de diffusion mechanism, two models were used: 2° Fick’s law and anomalous diffusion model. The use of PEF and C-D as pre-treatment did not improve the mass transfer in salmon and beef, because the diffusion coefficient (Deff) does not present significant differences (p>0.05), for RW and EC at 55 and 95 °C. However, for apple slices dehydrated in RW at 95 °C, the mass transfer is affected by C-D (Deff between 12.77-17.04 (10-10) m2s-1 (p<0.05); it can be concluded that the C-D pre-treatment is not effective in tissues that are affected by temperature, like salmon and beef, and not like apple that has a rigid structure. For salmon and beef slices, a sub-diffusive mechanism is observed, as for apple slices a hyper-diffusive mechanism, being the anomalous diffusion model the one that has the better experimental adjustment. In apple slices the ∆E did not present significate differences between fresh samples and C-D, from which is concluded that RW is a drying technique that allows to dehydrate vegetables in a faster way at 95 °C, and obtaining the same color change that at 55 °C.