Characterization of electromagnetic freezing in food matrixes and model food
- Autores: Antonio Carlos Rodríguez Plaza
- Directores de la Tesis: José Antonio Cobos Marquez (dir. tes.), Pedro Dimas Sanz Martínez (codir. tes.)
- Lectura: En la Universidad Politécnica de Madrid ( España ) en 2017
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Wenceslao Canet Parreño (presid.), Pedro Alou Cervera (secret.), Pablo Zumel Vaquero (voc.), Ramón Risco Delgado (voc.), Alain Le Bail (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Ingeniería Eléctrica y Electrónica por la Universidad de Oviedo y la Universidad Politécnica de Madrid
- Materias:
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- Resumen
Los desafíos La congelación consiste básicamente en reducir la temperatura de los alimentos por debajo del punto de congelación del agua de tal manera que el agua congelable cambie de estado, evitando así el crecimiento de microorganismos y ralentizando las reacciones químicas y enzimáticas que causan el deterioro de los alimentos. Los métodos tradicionales se basan en aumentar la tasa de retirada de calor. Recientemente se han propuesto nuevos métodos que intentan controlar la nucleación, siendo uno de los más relevantes la congelación con campo magnético (CM). Se basa en la aplicación de un CM junto con la refrigeración. Según algunos autores, esos campos aumentarían el grado de subenfriamiento. Se sabe que cuanto mayor sea el grado de subenfriamiento, más pequeños y mejor distribuidos serán los cristales de hielo. Si se demostrase el supuesto efecto del CM, ello implicaría un gran avance en la tecnología de congelación.
Estado de la técnica El congelador comercial con CM más conocido aplica CMs estáticos y oscilantes durante la congelación. Además, se han publicado varias patentes que presentan métodos y equipos de congelación con CM, así como trabajos que aplican prototipos de laboratorio o congeladores con CM comerciales a diferentes materiales congelables, a saber, agua, sustancias modelo de alimento y a alimentos dentro del campo de Tecnología de Alimentos; y a células, tejidos, órganos y organismos.
Objetivos Los objetivos de esta tesis son: • Estudiar el desarrollo del proceso de congelación electromagnética en sustancias modelo que permitan respaldar las hipótesis en las que se basan las mejoras previstas.
• Estudiar el efecto de la congelación electromagnética en la calidad de diferentes alimentos.
• Obtener prototipos generadores de campos electromagnéticos adecuados para congelación electromagnética y otras aplicaciones.
Nuestro enfoque Además de usar congeladores con CM de laboratorio y comerciales, se construyeron dos nuevos prototipos de laboratorio. El más importante fue un inversor electrónico para trabajar a varias frecuencias desde 1 Hz hasta 50 kHz. Este inversor suministra la corriente sinusoidal requerida a dos solenoides diferentes (uno adecuado para bajas y otro para altas frecuencias) también producidos, en donde se ubican las muestras durante la congelación. Se persiguió la obtención de una corriente suficientemente sinusoidal para discriminar el efecto que las diferentes frecuencias podrían tener sobre la congelación con CM. Por lo tanto, se dedicó un interés especial a minimizar los armónicos de las corrientes de salida.
Se han desarrollado modelos de métodos de elementos finitos para obtener una visión precisa de la distribución 3D del gradiente de la intensidad y líneas de CM dentro de los dispositivos.
Se ha evaluado la influencia de la congelación asistida por CM llevada a cabo en congeladores comerciales sobre la calidad de cerdo y palitos de cangrejo. Análogamente, en los prototipos de laboratorio, se han llevado a cabo estudios exhaustivos sobre el efecto de los CMs en la congelación de agua pura, disoluciones acuosas, dispersiones de nanopartículas magnéticas, enzimas y músculo de pescado que albergando parásitos vivos.
Resultados Al contrario de lo que se ha informado en algunos artículos, pocos efectos relevantes de la congelación con CM se pueden apoyar en los resultados experimentales desarrollados. Así, ninguno de los parámetros extraídos de las curvas de congelación del modelo de alimento; propiedades que afectan la velocidad de transmisión de calor como la conductividad térmica del hielo; ni variables de calidad como la capacidad de retención de agua, las pérdidas por goteo y el color de los alimentos mostraron diferencias en la mayoría de los casos cuando se compararon la congelación con CM y la convencional. Sin embargo, se ha observado un incremento en la tasa de preenfriamiento de la dispersión de nanopartículas cuando se emplea un CM oscilante.
Contribuciones originales Se ha demostrado que una gama de intensidades y frecuencias de CM no tiene un efecto positivo en la congelación de alimentos y modelos de alimentos. Un hallazgo interesante de este trabajo es la mejora de la velocidad de enfriamiento de las dispersiones de nanopartículas magnéticas. Este hecho podría ser utilizado para usos médicos. Se han diseñado y construido varios prototipos para la aplicación de CMs estáticos y sinusoidales a frecuencias particulares, y se han llevado a cabo modelos de todos los dispositivos de congelación con CMs utilizados.
