Fundamentos y Aplicaciones de la Transferencia de Materia en la Ingeniería de Alimentos

Fundamentos de la Transferencia de Materia

La fuerza impulsora se debe a la movilidad molecular y la disminución de la energía libre de Gibbs (ΔG), hasta alcanzar el equilibrio. Se anula cuando el potencial químico es igual.

La transferencia de materia se basa en la variación de la energía libre (masa, presión y temperatura) en el potencial químico.

La Velocidad de Transferencia de Materia (VTM) se define como:

VTM = Fuerza Impulsora (FI) / Resistencia (Res)

Mecanismos de Transferencia de Materia

• Capilaridad: Flujo de líquido a través de un sistema debido a un gradiente de presión.
• Impregnación al Vacío: Flujo a través del espacio vacío de un alimento poroso debido a un gradiente de presión (sólido-líquido).
• Evaporación-Condensación: La temperatura (T) y la presión (P) en los poros del alimento provocan la vaporización del agua, que se transporta de la fase vapor hacia regiones del sistema donde P y T pueden producir condensación.
• Ósmosis: Flujo de solvente que pasa a través de una membrana semipermeable debido a una diferencia de concentración.
• Difusión: Ocurre debido al potencial químico de un componente en una fase o varias.
• Transporte Turbulento: Transferencia de grupos moleculares debido a grandes gradientes de potencial químico y la resistencia del medio.

Importancia de la Difusión en la Ingeniería de Alimentos

1. Estudio y Modelización de Procesos Alimentarios

• Agua (líquida o vapor) y aire en procesos de secado.
• Aromas durante procesos (secado) o almacenamiento.
• Procesos extractivos: café, té, azúcar, grasas, etc.
• Procesos de salado: quesos, carne, pescado.
• Permeación de gases y líquidos a través de envases o membranas.

2. Control de Procesos de Deterioro de los Alimentos

• Migración de agua en productos como pasteles rellenos de frutas o de crema, dulces con rellenos de alta actividad del agua, corteza y miga de pan, tostadas con queso, etc.
• Migración de aromas durante el almacenamiento.

Primera Ley de Fick para el Transporte de Materia por Difusión Molecular

Aplicación en Sistemas Alimentarios

• Estudio y modelización de procesos:
  • Transporte de agua en operaciones de deshidratación y rehidratación.
  • Operaciones de extracción sólido-líquido: azúcar, té, café, etc.
  • Operaciones de extracción líquido-líquido: extracción de aromas, cafeína, etc.
  • Transporte de solutos en operaciones de salado, confitado, etc.
• Control de procesos de deterioro:
  • Migración de agua en productos como pan, pasteles rellenos.
  • Migración de aromas durante el procesado y el almacenamiento.

Transporte de Materia en Régimen Transitorio (Tema 2.2)

Segunda Ley de Fick

Relaciona la concentración y el tiempo de un punto a otro.

Aplicaciones del Régimen Transitorio

• Puesta en marcha y detención de sistemas que operan en régimen estacionario.
• Cálculo del tiempo que tarda un sistema en alcanzar el régimen estacionario.
• Estudio de procesos discontinuos, en los que no se alcanza el régimen estacionario.
• Estudio del comportamiento de un sistema que opera en régimen estacionario frente a una perturbación externa que lo separa del mismo.

Universitat Politècnica de València - Curso 2015-16