El vacío mantiene los alimentos frescos y fríos del campo a la mesa

El vacío mantiene los alimentos frescos y fríos del campo a la mesa.

Mantener la comida fresca durante su viaje a su plato no es fácil. El reloj comienza a correr tan pronto como se arranca una lechuga del campo o se saca un panecillo del horno, y sin alguna intervención para ralentizar o detener ese reloj, muchos productos alimenticios se volverán desagradables o inseguros para comer en unos días. Para los consumidores que viven junto a una granja o una panadería, eso puede ser aceptable, pero para aquellos de nosotros que vivimos a decenas o incluso cientos de kilómetros de donde se cultivan o procesan nuestros alimentos, simplemente no es práctico.

En la lucha por evitar el desperdicio y mantener frescos los productos alimenticios, el enfriamiento es un arma importante. Reducir la temperatura de los alimentos aumenta su vida útil, mantiene la frescura y ralentiza el crecimiento de bacterias que de otro modo podrían estropearlos. Por esta razón, los alimentos a menudo se enfrían lo más rápido posible después de que se producen o cosechan, y toda una industria ha crecido en torno a satisfacer esta necesidad.

Los métodos de enfriamiento tradicionales utilizan aire o agua para eliminar el calor de los alimentos mediante una combinación de conducción y convección. Estos métodos han existido durante décadas, pero tienen varios inconvenientes. Puede llevar horas enfriar un palet de verduras mediante circulación de aire forzado o chorros de agua. Durante ese tiempo, las bacterias continúan multiplicándose y el líquido refrigerante (aire o agua) puede contaminarse con microorganismos dañinos a menos que se tomen precauciones estrictas. El enfriamiento convencional también produce una distribución desigual de la temperatura, y los productos alimenticios en los bordes de los contenedores se enfrían más rápidamente que los del centro. Y, por supuesto, el proceso consume mucha energía.

Una alternativa es enfriar los alimentos colocándolos en una cámara de vacío. El enfriamiento al vacío se basa en el principio de evaporación: a medida que el agua se evapora del producto, se elimina la energía y la temperatura desciende. El proceso de evaporación comienza tan pronto como la presión desciende lo suficiente para que el agua hierva, y la temperatura final deseada se puede establecer controlando la presión en la cámara de vacío.

En comparación con el enfriamiento convencional, el enfriamiento por vacío es rápido. Con el equipo adecuado, una paleta de verduras que tardaría varias horas en enfriarse mediante la circulación de aire forzado se puede enfriar en unos pocos minutos. El enfriamiento por vacío también es eficiente y requiere una cuarta parte de la energía del enfriamiento por aire forzado. Otra ventaja es que debido a que la evaporación tiene lugar en todas las superficies al mismo tiempo, la distribución espacial del enfriamiento es homogénea (especialmente para productos con una alta relación superficie-volumen). Esto le da a los alimentos enfriados al vacío una vida útil significativamente más larga. Un beneficio final del enfriamiento por vacío es la seguridad. Debido a que el flujo de aire es completamente en una dirección, de adentro hacia afuera, no hay oportunidad de que se introduzca aire potencialmente contaminado y circule alrededor de los alimentos. La velocidad del enfriamiento al vacío también mejora la seguridad, ya que la rápida reducción de la temperatura brinda a las bacterias menos posibilidades de multiplicarse.

No todos los alimentos son aptos para el enfriamiento al vacío. Debido a que el proceso se basa en la evaporación, el producto debe contener suficiente agua para que el enfriamiento sea efectivo. Además, las verduras de hoja como la lechuga, que tienen una gran superficie, se pueden enfriar de manera más eficiente que las sólidas como los tomates. Pero ninguno de estos requisitos es tan restrictivo como cabría esperar. Muchos alimentos que se sienten relativamente secos en la boca, como el pan, contienen, no obstante, suficiente agua para enfriarlos al vacío. Y debido a que el enfriamiento al vacío generalmente solo elimina un pequeño porcentaje del contenido de agua del producto, la pérdida de masa es menor que la que obtendría con el enfriamiento por aire forzado, lo que minimiza la pérdida de ingresos en los alimentos vendidos por peso.

El desafío de la ensalada

Para los expertos en vacío, la tarea de diseñar un sistema que satisfaga las necesidades de un cliente en la industria alimentaria (a diferencia de, digamos, la investigación científica) plantea algunos desafíos interesantes. Pero los principios básicos son los mismos. En particular, el cálculo de cuán grande debe ser el sistema de enfriamiento por vacío se basa en la ley de conservación de la energía: la cantidad de calor liberado al enfriar los alimentos debe ser igual a la cantidad de calor absorbida al evaporar el agua, Qliberado=Qtomado.

El lado izquierdo de esta ecuación se calcula multiplicando la masa de la comida por su calor específico y el cambio de temperatura antes y después de enfriar, Qliberado = Malimento   cpΔTPor ejemplo, si quisiéramos enfriar 1000 kg de ensalada - un material con un calor específico de 3,9 kJ / (kg K), ligeramente menor que el del agua - de 25°C a 5°C, necesitaríamos disipar 78.000 kJ de calor. Entonces, ¿cuánta agua necesitaríamos para evaporar? Bueno, Qtomado = Malimento × Δhvap, donde Δhvap, el calor de evaporación del agua, es 2466 kJ / kg a 15°C, por lo que la respuesta es 31,6 kg, un pequeño porcentaje de la masa inicial de la ensalada.

La siguiente pregunta se refiere al flujo que necesita manejar el sistema de vacío. Si queremos que el tiempo total de enfriamiento para la ensalada sea de 30 minutos, dejando 5 minutos para bombear entre ciclos de enfriamiento, entonces necesitamos un sistema que pueda bombear mvapor =  76 kg de vapor por hora. Para traducir eso en un flujo volumétrico efectivo veff, usamos la ecuación veff = mvapor ×Vm/M×Teff/TN×  PN/Peff, donde Vm es el volumen molar de agua (22.4 N m³ / kmol); M es su masa molar (18 kg / kmol); TeffPeff son la temperatura y la presión efectivas; y T N  = 273 K y P N =  1013 mbar son la temperatura y la presión normales. A TN=  25°C (298 K), la presión de vapor del agua es 31,7 mbar, por lo que nuestro sistema de vacío necesitaría inicialmente bombear 3299 m3/hr. A la temperatura final de 5°C, la presión de vapor del agua cae a 8,72 mbar, lo que significa que el sistema necesitaría bombear 11.188 m3/hr.

En teoría, una bomba de vacío debería poder eliminar estos flujos. En la práctica, sin embargo, necesitaría un sistema muy grande (y costoso) para hacerlo. La opción más económica es a menudo utilizar un condensador para atrapar el flujo de vapor y convertirlo en líquido, lo que reduce drásticamente el flujo de gas a la bomba de vacío. Como regla general, necesita aproximadamente un metro cuadrado de superficie de condensación por cada 10 kg / h de flujo de vapor, por lo que para enfriar nuestros 1000 kg de ensalada necesitaríamos un condensador de aproximadamente 8–10 m2.

Las consideraciones restantes son, en primer lugar, que el sistema de vacío debe poder evacuar la cámara desde la presión atmosférica hasta la presión final en el tiempo deseado (25 minutos en el ejemplo de ensalada). Esto puede determinarse mediante un cálculo simple de la velocidad de bombeo, s =V/t ln (p0/p1 ), donde V es el volumen de la cámara, y p0 y p1 son las presiones inicial y deseada. En segundo lugar, el sistema de vacío debe poder manejar el flujo de gas que queda después del condensador. Suponiendo una fuga típica en la cámara de vacío, alrededor de 5 kg de aire por hora para una cámara de 10 m3 con sellos estándar, calculamos el flujo generado por el vapor no condensado y las fugas que quedan detrás del condensador para las temperaturas inicial y final. . El mayor de los dos cálculos anteriores determinará el tamaño del sistema de vacío. En el ejemplo de la ensalada, los resultados fueron 570 m3/hr para la velocidad de bombeo y 1500 m3/hr para el flujo debido a fugas y vapor no condensado, mucho menos de lo que se hubiera requerido sin un condensador.

Trabajo de campo

Los sistemas de enfriamiento al vacío para verduras de hoja, ensaladas y flores tienen un diseño similar. Se instalan en un tráiler ubicado al lado del campo donde se cosecha la ensalada, o se integran en las instalaciones donde se limpian y empacan las ensaladas antes de ser enviadas. Las cámaras estacionarias más grandes se pueden cargar con hasta 20 palets simultáneamente y son capaces de procesar más de 300 toneladas de verduras por día.

El enfriamiento al vacío es un método de enfriamiento rápido y energéticamente eficiente con una amplia gama de aplicaciones en el procesamiento de alimentos y otras aplicaciones industriales.

Antes de cargarse en la cámara de vacío, las verduras como la lechuga a menudo se rocían con agua para compensar la pérdida de peso debido a la evaporación. Tan pronto como se cierra la puerta, el sistema de vacío comienza a bombear y la presión cae de 1000 mbar a 15–20 mbar en 5 minutos. A esa presión, y a una temperatura de alrededor de 20°C, el agua comienza a evaporarse y comienza el proceso de enfriamiento. Después de 15 a 20 minutos, la presión cae aún más, a 5-6 mbar, y el producto alcanza una temperatura de aproximadamente 2°C. Durante el proceso, un condensador que contiene una mezcla de glicol y agua a una temperatura de –6 a –10°C atrapa la mayor parte del vapor de agua y protege las bombas. Luego, los sistemas de bombeo y enfriamiento se detienen y la cámara se ventila de nuevo a la presión atmosférica en unos pocos minutos. Posteriormente, las ensaladas se almacenan en una cámara fría donde se pueden conservar durante 2 a 3 semanas sin que se estropeen.

Siempre que el condensador esté haciendo bien su trabajo, las exigencias que este ciclo impone a las bombas de vacío son sencillas, porque la temperatura de inicio es bastante baja (las verduras recién cosechadas rara vez están a más de 30°C) y la cantidad de agua que se debe consumir. evaporado es limitado. Sin embargo, la presencia de partículas de suciedad o partes pequeñas de la planta puede ser un desafío, y existen algunas desventajas en el diseño de sistemas rentables y de bajo mantenimiento adecuados. Por ejemplo, las bombas de paletas rotativas selladas con aceite son confiables y rentables, con buena compatibilidad con el vapor de agua y un diseño compacto, completamente refrigerado por aire que las hace fáciles de usar en sistemas móviles. Sin embargo, necesitan filtros de entrada para protegerlos contra partículas, y su mantenimiento requiere un cambio regular de aceite, filtros de aceite y vaho de escape.

Tornillo de vacío bombas tienen una mayor tolerancia para las partículas, y su pequeño tamaño , bajo ruido nivel y baja energía consumo hacen ellos idealmente adecuados para industriales de procesamiento de alimentos instalaciones . En la otra mano , la mayoría de las versiones requieren agua o aire de refrigeración , y su UP- frontal costo es más alto que un rotativo de paletas de la bomba . Ambos tipos de bomba pueden ser utilizados en combinación con un raíces de vacío de la bomba , que aumenta el bombeo de velocidad de la sistema a presiones por debajo de 50 mbar.

Más allá de las verduras

El éxito del enfriamiento al vacío para mantener frescas las verduras significa que ahora se están aplicando técnicas similares a otros productos alimenticios. El pan y la repostería son un ejemplo. En esta aplicación, la temperatura de inicio es mucho más alta, hasta 90°C cuando los panecillos se descargan del horno, y la cantidad de agua presente en el ciclo es, por lo tanto, dramáticamente mayor que la de las verduras. Las bombas de paletas rotativas no tienen una tolerancia al vapor de agua lo suficientemente alta para hacer el trabajo, por lo que las bombas de tornillo son una mejor solución. Pueden tragar grandes cantidades de agua sin romperse y también son muy tolerantes a las partículas pequeñas (harina, semillas de amapola o sésamo, etc.). Además de ahorrar energía y enfriar el pan más rápidamente, el enfriamiento al vacío también brinda ventajas para los consumidores: el pan enfriado al vacío tiene una corteza crujiente y una miga esponjosa, lo que proporciona más placer al comer.

También estamos comenzando a ver algunas aplicaciones no alimentarias del enfriamiento al vacío. Por ejemplo, el césped de la cancha de los estadios de fútbol profesional de primera categoría no crece realmente allí. En cambio, se produce en granjas especiales, se cosecha en rollos y se transporta al estadio a tiempo para los juegos. Gracias a la refrigeración por vacío, estos rollos de hierba sobreviven fácilmente al proceso de transporte y se mantienen hasta el siguiente riego. Los requisitos de enfriamiento de pasto son similares a los de enfriamiento de vegetales, excepto que la cantidad de agua que se debe extraer para alcanzar la temperatura deseada es significativamente mayor, debido a la masa del producto (incluyendo tierra y barro). Por tanto, es un trabajo más exigente para la bomba de vacío. La combinación de bombas de paletas rotativas y sopladores de raíces todavía funciona bien, pero las bombas requieren más mantenimiento del que es común para enfriar vegetales.

En resumen, el enfriamiento al vacío es un método de enfriamiento rápido y energéticamente eficiente con una amplia gama de aplicaciones en el procesamiento de alimentos (y, cada vez más, fuera de él). Mejora la seguridad alimentaria y extiende la vida útil de los productos alimenticios. Los desafíos que plantea a los sistemas de vacío son nuevos y dependen en gran medida del producto que se enfría: mientras que las bombas de paletas rotativas selladas con aceite han demostrado ser efectivas para enfriar vegetales, otras aplicaciones requieren un pensamiento innovador. La tecnología de bombeo en seco está creando oportunidades para procesos nuevos y más sofisticados, incluido el enfriamiento de arroz de sushi o alimentos preparados para catering.

Fuente: Physics World

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