Modelo computacional para la liofilización de alimentos de geometría finita

• Main Authors: Héctor E. Gómez H., F. Javier Parra R., Juan M. de Santos A., Frédéric René
• Format: Article
• Language: Spanish
• Published: Universidad de Guadalajara 2003-01-01
• Series: Revista Electrónica y Tecnológica e-Gnosis
• Online Access: http://www.redalyc.org/articulo.oa?id=73000111

La liofilización es una técnica de conservación por deshidratación aplicada a productos químicos, farmacéuticos, médicos, biológicos y alimenticios. El proceso es también llamado criodesecación porque consiste primero en congelar un producto húmedo y luego en vaporizar directamente el hielo a baja presión. Este fenómeno es conocido como sublimación y era ya practicado por los incas del Perú, desde el siglo XIII, para conservar papas. Los productos liofilizados, a diferencia de los deshidratados por otras técnicas de secado, conservan prácticamente en 100% su forma y propiedades naturales, tienen mayor vida de anaquel y son fácilmente rehidratables. En el presente trabajo la liofilización es estudiada experimentalmente y caracterizada por medio de un modelo matemático y computacional. Para ello fue utilizada una hortaliza: la papa Solanum tuberosum, variedad blanca, como material para el modelado de la liofilización por contacto. Se prepararon muestras individuales en forma de placas y cilindros finitos a tres espesores diferentes. Se operó a dos presiones de vacío y tres temperaturas de calentamiento. Se obtuvieron así 36 cinéticas de deshidratación y de temperatura del producto en monocapa, con 8 repeticiones cada una. Se propone un modelo de liofilización que considera tres frentes de sublimación que se retiran uniformemente pero a velocidades interdependientes. Para el estudio se recurrió a las leyes de Fick y de Fourier en estado cuasi-estacionario, considerando despreciable el colapso en el producto. Las temperaturas de cada frente de sublimación se consideran variables. El modelo dinámico resultante es un sistema de tres ecuaciones algebraicas no lineales y tres ecuaciones diferenciales ordinarias. Para la solución del sistema de ecuaciones diferenciales-algebraicas se recurrió a los algoritmos acoplados de Runge-Kutta y Newton-Raphson. Para la estimación de los parámetros de transporte o coeficientes efectivos de transferencia de masa y calor del sistema, se recurrió al algoritmo de ajuste de curvas o de regresión no lineal de Levenberg-Marquardt, con excelentes resultados