Secado y Deshidratación de Alimentos: Conceptos Clave y Optimización de Procesos

Principios Fundamentales del Secado de Alimentos

Factores que Influyen en la Velocidad de Secado

• Circulación del Alimento y Riesgo de Alteración:
  • En la circulación del alimento en co-corriente con la corriente de aire, el producto se expone inicialmente a las condiciones más severas (aire más caliente y seco), lo que puede aumentar el riesgo de alteración de sus propiedades organolépticas y/o nutritivas.
  • En la circulación en contracorriente, el aire más caliente y seco entra en contacto con el producto ya parcialmente seco, lo que es energéticamente más eficiente. Sin embargo, el producto final entra en contacto con el aire más caliente, lo que puede prolongar la exposición a temperaturas elevadas al final del proceso y también afectar la calidad, aunque el riesgo de alteración inicial es menor que en co-corriente.
• Velocidad del Aire Caliente: Con independencia de otras variables del proceso, la velocidad con la que se seca un material generalmente aumenta al incrementar la velocidad del aire caliente en contacto con él, debido a una mejora en la transferencia de masa y calor.

Periodos de la Curva de Secado

• Periodo de Velocidad de Secado Constante (PVSC): En esta fase, la velocidad con la que un sólido pierde humedad está controlada principalmente por la velocidad de evaporación del agua en la superficie del material, que depende de las condiciones externas (temperatura, humedad y velocidad del aire), y no por la difusión interna del agua.
• Periodo de Velocidad de Secado Decreciente (PVSD): En sólidos cristalinos o granulares (materiales en los que predomina el agua en forma libre o poco ligada), el periodo de velocidad de secado decreciente ocupa la mayor parte de la curva de secado. Durante esta etapa, la velocidad de secado está limitada por la difusión interna del agua hacia la superficie.

Deshidratación Osmótica

Concepto y Mecanismos de la Deshidratación Osmótica

La deshidratación osmótica consiste en eliminar parte del agua contenida en un tejido vegetal o animal por contacto directo con una solución hipertónica (concentrada).

Los flujos de agua y solutos asociados al proceso de deshidratación osmótica se deben principalmente al gradiente de concentración de estos compuestos existentes entre el alimento y la solución osmótica. Aunque el gradiente de concentración es el motor principal, otros factores como la presión hidrostática y la temperatura también influyen.

Extracción Sólido-Líquido en Procesos Alimentarios

Pretratamientos en la Extracción Sólido-Líquido

Antes de llevar a cabo una operación de extracción sólido-líquido en una corriente de refinado, conviene aplicar ciertos pretratamientos para optimizar el proceso. Algunos de ellos son:

• Deshidratación: Reduce el contenido de agua, concentrando los solutos y facilitando su extracción.
• Desnaturalización: Puede alterar la estructura de las proteínas u otros componentes, haciendo los solutos más accesibles.
• Estructuración en Láminas o Partículas Pequeñas: Aumenta la superficie de contacto entre el sólido y el disolvente, mejorando la eficiencia de la extracción.

Conceptos Clave en Extracción

• Equilibrio: Se alcanza cuando todo el soluto ha pasado a la disolución, o cuando la disolución que está en contacto con el sólido se ha saturado con el soluto.
• Etapa Ideal de Equilibrio: Es una etapa de contacto en la que la disolución que se obtiene tiene la misma composición que la disolución retenida por el sólido, asumiendo una transferencia de masa perfecta.
• Rendimiento: Se define como la cantidad de soluto que se extrae en un proceso en relación con la cantidad total de soluto existente en el refinado inicial.

Optimización de la Temperatura en el Secado

Selección de la Temperatura de Secado

Generalmente, se busca utilizar la temperatura más alta posible para acelerar el proceso de secado. Sin embargo, existen importantes limitaciones a considerar:

1. Calidad del Producto: Productos termolábiles (sensibles al calor) pueden sufrir degradación de sus propiedades organolépticas, nutritivas o funcionales a altas temperaturas.
2. Características del Proceso: En algunos casos, es necesario alargar el proceso para que tengan lugar otros fenómenos acoplados, como en la maduración de productos curados (quesos, carnes), donde la temperatura y el tiempo son cruciales para el desarrollo de sabor y textura.
3. Cinéticas de los Mecanismos: Temperaturas excesivamente altas pueden provocar el "encostramiento" (formación de una capa seca y dura en la superficie), lo que dificulta la difusión interna del agua y ralentiza el secado global.

Etapas Clave de la Operación de Secado

Descripción de las Etapas Típicas del Secado

1. Periodo de Inducción: Fase inicial donde el producto se adapta a las condiciones de secado. Puede implicar un calentamiento inicial del material.
2. Periodo de Velocidad de Secado Constante:
   • La velocidad de secado (v_secado) es proporcional a la velocidad de evaporación de agua (v_evaporación) y al flujo de calor del gas al sólido (Q_gas-sólido).
   • Humedad Crítica: Es el contenido de humedad del sólido en el punto donde la velocidad de secado deja de ser constante y comienza a disminuir, marcando el inicio del periodo decreciente.
3. Periodo de Velocidad de Secado Decreciente:
   • La velocidad de secado (v_secado) está controlada principalmente por la velocidad de difusión del agua (v_difusión) desde el interior del sólido hacia la superficie.

Consideraciones en Puntos Específicos del Proceso (Puntos 0, 1 y 2)

Al analizar el proceso de secado, es crucial considerar las condiciones en diferentes puntos:

• Punto 0: El alimento se encuentra en condiciones ambientales iniciales (Temperatura, Humedad Relativa, Humedad Absoluta).
• Punto 1: Si el proceso es adiabático, la humedad absoluta del aire se mantendrá constante, aunque su temperatura y humedad relativa cambien. Es importante determinar si el proceso es adiabático o no para un correcto balance de energía y masa.
• Punto 2: (Implícitamente, el final del proceso o un punto intermedio, que requiere un análisis similar de Temperatura, Humedad Relativa, Humedad Absoluta, y condiciones adiabáticas/no adiabáticas).