Evaluación de las propiedades de los alimentos
Propiedades térmicas
Ing. Gonzalez Maricil
ÍNDICE
Calor específico
Conductividad Térmica
Difusividad térmica de sólidos y líquidos
CONDUCTIVIDAD TÉRMICA
*Propiedad física de los materiales que mide la capacidad de conducción de calor*Capacidad de una sustancia de transferir el movimiento cinético de sus moléculas a sus propias moléculas adyacentes o a otras substancias con las que está en contacto
EN ALIMENTOS :
- FRACCIONES DE VACÍO
- TAMAÑO, FORMA Y ARREGLO DE LOS ESPACIOS VACÍOS
- FLUIDO PRESENTE EN LOS POROS
- HOMOGENEIDAD
- HUMEDAD
- COMPOSICIÓN
CONDUCTIVIDAD EN FUNCIÓN DE LA HUMEDAD
- Conductividad térmica en alimentos con altos contenidos de humedad
CONDUCTIVIDAD EN ALIMENTOS CONGELADOS
ALIMENTOS CONGELADOS
Sobre su punto de congelación, la conductividad termal de alimentos aumenta levemente con el aumento de temperatura.
EN LIQUIDOS Y GASES
Los espacios intermoleculares son muy grandes y el movimiento de las moléculas son más al azar, por lo tanto el transporte de energía es menor.
VEAMOS ALGUNAS ECUACIÓNES QUE REFLEJA ESTA VARIABLE
K water = 0.57109 + 1.7625*10-3 T - 6.7036 * 10-6 T2
KCa = 0.20141 + 1.3874*10-3 T – 4.3312 * 10-6 T2
K protein = 0. 17881 + 1.1958*10-3 T – 2.7178 * 10-6 T2
Donde k esta expresada en w/mºC, temperatura en ºC (T), y varia entre 0 y 90ºC
CHOIS Y OKOS (1986)
Kf =Σ Ki Xi
C Rahman (1995) , K del aire con Humedad
Alimento compuesto
Determinar la conductividad térmica de un pescado congelado de 76% de humedad , 6,5% de grasa a -10ºC cuando su agua no congelada es el 18% (considerarla todo como líquida)
+info
Alimento compuesto
LA CONDUCTIVIDAD TÉRMICA VARÍA EN EL PROCESADO DEBIDO A LA VARIACIÓN DE SU COMPOSICIÓN
EJEMPLOS DE OTRAS TABLAS
MODELOS PARA MEDIR LA CONDUCTIVIDAD
MODELOS PARA MEDIR LA CONDUCTIVIDAD
Modelo Kopelman
describe la conductividad térmica de un material compuesto
como una combinación de fases continuas y discontinuas.
MODELOS PARA MEDIR LA CONDUCTIVIDAD
Método de Krischer: propuso un modelo generalizado
mediante la combinación de los modelos en paralelo y en serie utilizando un factor de distribución de fase. El factor de distribución,
fk, es un factor de ponderación entre estos casos extremo
depende del contenido de humedad, porosidad y temperatura de los alimentos
Hay que tener presente, que los alimentos contienen agua y sólidos. Por lo tanto, las relaciones deben incorporar las conductividades térmicas del agua y sólidos
Una ecuación que tiene un campo de aplicación más amplia que Maxwell
Suponiendo que el material tiene poro pequeño de tal forma que sea mínima la convección natural dentro del poro ( modelo Maxwell - Eucken16]
HABLEMOS DE MÉTODOS...
- MÉTODOS EN ESTADO NO ESTACIONARIO
- MÉTODOS EN ESTADO ESTACIONARIO
MÉTODOS EN ESTADO ESTACIONARIO
- Flujo de calor longitudinal
- Flujo de calor radial
- Método de calor de vaporización
- Método calorímetro diferencial de barrido DSC
MÉTODOS EN ESTADO ESTACIONARIO
- Flujo de calor longitudinal
- Es adecuado para la determinación de la conductividad térmica de homogéneos secos
- Preciso para la medición. de los materiales, que son malos conductores de calor.
- En este método, la fuente de calor (T1), la muestra y el disipador de calor (T2) se ponen en contacto y con una protección térmica calentada eléctricamente (Mohsenin, 1980).
MÉTODOS EN ESTADO ESTACIONARIO
- Método comparativo de cilindros concéntricos utiliza un calentador central seguido de un muestra cilíndrica y un estándar cilíndrico.
- Suponiendo flujo de calor radial;
- Método del cilindro concéntrico. Este método es preferible para muestras líquidas. El calentador generalmente se encuentra en el cilindro exterior. Un líquido refrigerante fluye a través del cilindro interior.
MÉTODOS EN ESTADO ESTACIONARIO
- Método de calor de vaporización
- La muestra de prueba se encuentra entre dos placas, una de las cuales está en contacto con un líquido A en su punto de ebullición y la otra está en contacto con líquido B (Mohsenin, 1980).
- El calor transferido a través de la muestra vaporiza parte del líquido.B, que tiene un punto de ebullición más bajo
MÉTODOS EN ESTADO ESTACIONARIO
- Método calorímetro diferencial de barrido DSC
- La muestra de sección transversal uniforme ,se coloca en la bandeja de muestras, al otro extremo del cual está en contacto con un disipador de calor a temperatura constante.
- El flujo (Q) entre los dos estados se registra en el termograma. Entonces, la conductividad térmica de la muestra se puede calcular utilizando la ecuación de conducción de calor de Fourier.
MÉTODOS EN NO ESTADO ESTACIONARIO
- Método de la sonda de conductividad térmica
- Método de Fitch Modificado
- Método de flujo de calor puntual
- Método comparativo
MÉTODOS EN NO ESTADO ESTACIONARIO
- Método de la sonda de conductividad térmica
- El más popular para determinar la conductividad térmica de los alimentos porque es simple y rápido.
- Requiere tamaños de muestra relativamente pequeños
- Se aplica una fuente de calor constante a un sólido infinito a lo largo de una línea con infinitesimal diámetro, como un alambre fino resistente. El cable eléctrico debe tener una resistencia baja para que la caída de voltaje a través de él es insignificante en comparación con la caída de voltaje a través del calentador.
MÉTODOS EN NO ESTADO ESTACIONARIO
- Método de la sonda de conductividad térmica
MÉTODOS EN NO ESTADO ESTACIONARIO
- Método de Fitch modificado
- Consiste de una fuente de calor o un disipador en forma de recipiente lleno de líquido a temperatura constante y un disipador o una fuente en forma de un tapón de cobre aislado en todos los lados excepto en una cara a través de la cual el calor se produce la transferencia.
- La muestra se intercala entre el recipiente y la cara abierta del tapón. Luego, la temperatura del tapón varía con el tiempo dependiendo del caudal de calor a través de la muestra.
MÉTODOS EN NO ESTADO ESTACIONARIO
MÉTODOS EN ESTADO ESTACIONARIO
- Bennett, Chace y Cubbedge (1962) sugirieron una versión modificada de la versión comercial aparato Fitch para medir la conductividad térmica de materiales blandos como frutas y verduras. En la modificación, se proporcionó un mecanismo de tornillo para controlar la presión sobre la muestra.
- Zuritz y col. (1989) modificó el aparato de Fitch para hacer el dispositivo adecuado para medir térmicas conductividad de pequeñas partículas de alimentos que se pueden formar en losas.
- Mohsenin (1980) sugirió que cada aparato de Fitch debería calibrarse con equipo estándar como un medidor de flujo de calor.
MÉTODOS EN NO ESTADO ESTACIONARIO
- Método de flujo de calor puntual
- Este método implica una fuente de calor puntual, que se calienta durante un período de tiempo seguido del control de su temperatura a medida que el calor se disipa a través de la muestra.
- El dispositivo típico utilizado para este propósito es un termistor que sirve como elemento calefactor y como ensor de temperatura
MÉTODOS EN NO ESTADO ESTACIONARIO
- Implica el enfriamiento de dos esferas una al lado de la otra en un baño de agua / hielo bien agitado.
- La conductividad de la muestra se calcula a partir de los datos de tiempo-temperatura de las esferas de enfriamiento.
- La temperatura central de una esfera que se enfría con convección en condiciones dadas por los números de Fourier y Biot, respectivamente, y T0 = temperatura inicial (◦C), T∞ = temperatura del fluido a granel (◦C)
Calor específico (cp)
*Propiedad física de los materiales que indica la cantidad de calor que debe suministrarse a una unidad de masa, para elevar su temperatura en una unidad. Cantidad de energía que gana o pierde un sistema por unidad de masa, para que se produzca en él un cambio de temperatura-, sin provocar un cambio de estado.
Capacidad calorífica
El calor específico en productos alimenticios depende de:
- Composición
- Humedad
- Temperatura
- Presión
Veamos algunas ecuaciones
Siebel (1892) propuso una ecuación para soluciones vegetales y jugos de frutas
Fracción de masa de humedad de la muestra
Para alimentos por debajo de su punto de congelación o bajo cero, el cp del hielo es cerca de la mitad que el agua de líquida
Tendrán valores bajos de cp
OTRAS CONSIDERACIONES
HELDMAN (1975) propone una ecuación para estimar el cp de sustancias alimenticias usando la fracción de masa de los constituyentes
CHOI Y OKOS(1986) Sugiere una ecuación para productos que contengan n componentes
CHOI Y OKOS(1986)
-40ºC A 0ºC
0ºC A 150ºC
0ºC A 150ºC
Riegel(1922)
El cp del aire húmedo puede ser expresado como una función de la humedad relativa
Cp airehúmedo= Cp aire seco ( 1 +0.837*RH)
Considera que el exceso de calor específico Cex es debido a la interacción de los componentes de la fase
METODOS PARA MEDIR EL CALOR ESPECÍFICO
- Calorímetro diferencial de barrido
Técnica termoanalítica que analiza el cambio de la capacidad calórica de un material con la temperatura.
- CONTROL DE PROCESOS
- CALIDAD
- LABORATORIOS DE INVESTIGACIÓN Y DESARROLLO
METODOS PARA MEDIR EL CALOR ESPECÍFICO
- Calorímetro diferencial de barrido
- Agua , azúcares, lípidos
- Almidón
- Proteínas
TERMOGRAMA
Rango de aplicaciones
Identificación y caracterización de materiales
- Cambio de masa
- Temperaturas de descomposición
- Estabilidad térmica
- Análisis composicional
- Comportamiento oxidativo
APLICACIONES
Propiedades termofísicas
Análisis avanzado de Materiales
- Cinética de descomposición
- Pérdida de masa de tasa controlada
TEMPERATURAS DE GELATINIZACIÓN
Gelatinización de almidonesde mandioca con distintos tratamientos
TRANSICIONES DE FASE
LA TEMPERATURA DE TRANSICIÓN VITREA (TG) ES UNA CARACTERISTICA PROPIA QUE OCURRE EN LOS SÓLIDOS AMORFOS, LOS ENLACES PASAN DE UN ESTADO SÓLIDO A FLEXIBLE.
- SIN CALOR LATENTE
- CAMBIOS EN CP
- Transición 2ºfase: discontinuidad abrupta en cualquiera de las propiedades térmicas o físicas del sistema de interés
Si la TG está por encima de la temperatura ambiente, el alimento presentaría características de "vidrio" o sea estaria duro o quebradizo y crocante. Si la TG está por debajo de la temperatura ambiente, el alimento estaría deformable(blando)
¿Qué ocurre con los azúcares?
- Reducción de la movilidad
- Disiminución de las reacciones químicas
- Producto bioquimcamente estable
¿Y en los productos congelados?
DIFUSIVIDAD TÉRMICA
Determinación de velocidades de transferencia de calor para alimentos sólidos
Cp
Numerador: expresión relacionada con la capacidad del material para transmitir calor. Denominador: capacidad de acumular calor.
El valor puede ser calculado conociendo los valores de conductividad termica, calor específico y densidad del alimento.
Existen ecuaciones donde se puede predecir a través de su contenido de agua.
MÉTODOS ..
INDIRECTOS
DIRECTOS
MÉTODO DE DICKERSON
Cilindro de aluminio de diametro conocido
Dos termocuplas ubicadas en el centro del material y otra en la superficie
Baño de agua con agitación
La muestra adquiere la forma de un cilindro infinito, el calor se propaga de forma radial por conducción en estado no estacionario
Ecuación diferencial
Ecuación integrada
- Los alimentos que tienen alta difusividad indica que son más aptos para transmitir energía que para almacenarlos.
- Esta propiedad es importante cuando existe transferencia de calor en estado NO ESTACIONARIO
Evaluación de las propiedades de los alimentos
Propiedades dieléctricas
ÍNDICE
Efecto del contenido de humedad
Efecto de la temperatura
Efecto de la composición
Métodos
Bibliografía
Calentamiento electromágnetico de alimentos
Pre-cocción
Esterelización
Precalentamiento
Pasteurización
Horneado
Secado
Datos a obtener: perfiles de temperatura, desarrollo equipos,desarrollo de alimentos que pueden ser tratados en microondas
MICROONDAS
cubren un espectro de frecuencias que van desde 300 MHz a 30 GHz. Las microondas, como las ondas de luz, son reflejadas por objetos metálicos, absorbidas por materiales dieléctricos o transmitidos desde el vidrio
+info
El gigahercio (GHz) es un múltiplo de la unidad de medida de frecuencia hercio (Hz) y equivale a 10^9(1.000.000.000) Hz. gigahertz * 1000 = megahertz
La absorción de energía de microondas en los alimentos implica principalmente dos mecanismos:
INTERACCIÓN IÓNICA
INTERACCIÓN IÓNICA
El campo electromágnetico acelera a los iones en direcciones contrarias. Al chocar con otras partículas adyacentes da lugar al movimiento acelerado, por consecuencia aumenta la temperatura
ROTACIÓN DIPOLAR
Al aplicar el campo eléctrico el átomo se distorsina, los e- se concentran del lado del núcleo cerca del extremo positivo del campo
ROTACIÓN
DIPOLOS
Cargas separadas físicamente
Moléculas polares
Moléculas con cargas separadas
Moléculas No polares
Moléculas con un centro de simetria
Las moléculas con cargas tan separadas son conocidas como moléculas polares. Las moléculas que tienen un centro de simetría, como el metano (CH4), son apolares y presentan un momento dipolar cero.
El agua en los alimentos
campo electromagnético
Lorem ipsum dolor sit amet
Las propiedades dieléctricas se pueden clasificar en dos:
CONSTANTE DIELÉCTRICA
La tasa de generación de calor por unidad de volumen (Q) en un lugar dentro de los alimentos durante el microondas se puede caracterizar
FACTOR DE PÉRDIDA DIELÉCTRICA
- f : frecuencia
- ε0 : es la constante dieléctrica del espacio libre (8.854 × 10−12 F / m)
- ε ":factor de pérdida dieléctrica
- E es el campo eléctrico
Profundidad de penetración de potencia:
Profundidad a la que la potencia disminuye a de su valor inicial. Nos permite saber que distancia penetrarán las microondas en el material
36,8%
λ0 es la longitud de onda del microondas en el espacio libre ε ":factor de pérdida dieléctrica
La pérdida de potencia de la señal se produce porque a medida que el campo se va propagando por el material, la fricción producida por las cargas internas que se desplazan al ser polarizadas hace que la energía se vaya convirtiendo en CALOR
La constante dieléctrica y el factor de pérdida de varios materiales alimenticios
La constante dieléctrica y el factor de pérdida de varios materiales alimenticios
La contante dieléctrica del aceite de cocción es baja por su naturaleza no polar
Las propiedades dieléctricas de frutas y hortaliza, carne son altas dado que tienen gran contenido de agua, tendrán rotación bipolar.
Se observa el factor de pérdida más alto en el caso de alimentos que contienen sal como el jamón.
Las propiedades dieléctricas de los alimentos dependen de:-contenido de humedad -la temperatura -propiedades de composición de alimentos. -función de la frecuencia del horno.
Efectos del contenido de humedad en las propiedades dieléctricas
El agua líquida es muy polar y puede absorber fácilmente la energía de microondas según el mecanismo de Rotación dipolar. Los modelos de Debye predicen la constante dieléctrica y el factor de pérdida de agua libre;
5%
Agua ligada
εs es la constante dieléctrica estática,
- ε0 es la constante dieléctrica óptica,
- λ es la longitud de onda del agua
- λs es la longitud de onda crítica del disolvente polar
95%
Agua libre
Cuanto más fuerte sean las fuerzas de unión entre los componentes del alimento menor es el valor de la constante dieléctrica y el factor de pérdida ya que el agua libre en el sistema disminuye. Ajustar el contenido de humedad es el factor clave en la formulación de alimentos aptos para microondas.
Variación del factor de pérdida dieléctrica con el contenido de humedad
Efectos de la temperatura sobre las propiedades dieléctricas
Agua ligada y agua libre
El contenido de humedad libre y unida y la conductividad iónica afectan la tasa de cambio de la constante dieléctrica y factor de pérdida con temperatura.La tasa de variación de las propiedades dieléctricas
depende de la relación entre el contenido de humedad ligada y libre.
Agua ligada
Agua libre
Alimentos congelados
DURANTE descongelación
DESPÚES de la descongelación
Excepción alimentos salados
La variación del factor de pérdida dieléctrica de una solución salina o un material salado con respecto a la temperatura es diferente porque el factor de pérdida de una solución salina se compone de pérdida dipolar y pérdida iónica.
Efectos de la composición de los alimentos sobre las propiedades dieléctricas
Soluciones con sal
La adición de sal al caviar de esturión disminuyó la constante dieléctrica pero aumentó factor de pérdida. La disminución de la constante dieléctrica con la adición de sal se debe a la unión del agua., además aumenta el factor de pérdida ya que se agregan más partículas cargadas al sistema y la migración de carga está incrementado.
La solución iónica está representada por la adición de dos componentes, el componente de pérdida dipolar y el iónico. El componente de pérdida de dipolo disminuye pero el componente de pérdida iónica
Aumenta al aumentar la temperatura. . Se demostró que para concentraciones de sal inferiores al 1,0%, el factor de pérdida disminuyó con la temperatura
Soluciones con HC
Para soluciones con carbohidratos, el efecto del agua libre sobre las propiedades dieléctricas se vuelve significativo ya que los carbohidratos mismos tienen pequeñas actividades dieléctricas a frecuencias de microondas.
ESTADO SÓLIDO
Almidón
Depende de:
EN SUSPENSIÓN
- El aumento en la concentración de almidón disminuye tanto la constante dieléctrica como el factor de pérdida, ya que las moléculas de almidón se unen al agua y reducen la cantidad de agua libre en el sistema.
- Los almidones de trigo, arroz y maíz tuvieron un factor de pérdida significativamente mayor que la tapioca, la cera, y almidones de amilomaizar ( propiedades de retención de humedad de estos almidones.)
- Se encontró que para densidades aparentes bajas los factores de pérdidas son bajos
- Se ven influenciados por la T, NaCl, propiedades tèrmicas.
Soluciones con HC
Los azúcares modifican el comportamiento dieléctrico del agua. Las interacciones hidroxilo-agua se estabilizan agua líquida por enlaces de hidrógeno y afectan las propiedades dieléctricas de las soluciones de azúcar.
Azúcar
- Dependen de la Tº y la concentración de azúcar.
- Constante dieléctrica disminuye con el aumento de la Tº
- Los grupos hidroxilo de la glucosa son más accesible para los enlaces de hidrógeno en comparación con los almidones.
Gomas
- A medida que aumenta la carga, la cantidad de humedad unida a los grupos cargados aumenta, lo que reduce la constante dieléctrica y factor de pérdida
- En ausencia de agua, el efecto de carga desaparece
Soluciones con PROTEÍNAS
Aminoácidos y polipéptidos libres
contribuyen al aumento del factor de pérdida dieléctrica. Los aminoácidos presentan un grupo -COOH y un Grupo -NH2
Contribuyen al aumento del factor dieléctrico dado que los momentos dipolares de las proteínas son una función de sus aminoácidos y el pH del medio
Soluciones con PROTEÍNAS
Las propiedades dieléctricas de las proteínas cambian durante la desnaturalización.
- DISTRIBUCIÓN DE CARGA SE INCREMENTA:. resultará en un gran momento dipolar y polarización, lo que afectará al dieléctrico. propiedades.
- EL AGUA: la humedad está unida por la molécula de proteína o se libera al sistema. durante la desnaturalización que muestra una disminución o aumento de las propiedades dieléctricas, respectivamente.
Soluciones con Lípidos
Dado que los lípidos son hidrófobos a excepción de los grupos carboxilo ionizables de ácidos grasos, no interactúan mucho con microondas . Por tanto, las propiedades dieléctricas de grasas y aceites son muy bajos
Soluciones con Lípidos
Dado que los lípidos son hidrófobos a excepción de los grupos carboxilo ionizables de ácidos grasos, no interactúan mucho con microondas . Por tanto, las propiedades dieléctricas de grasas y aceites son muy bajos
Medición de propiedades dieléctricas
La medición dieléctrica de una muestra es simple 1. Se genera una señal de microondas a la frecuencia de interés. 2. La señal se dirige a través de la muestra. 3. Se miden los cambios en la señal causados por la muestra. 4. A partir de estos cambios se determinan la constante dieléctrica y el factor de pérdida.
Métodos
- Método de línea de transmisión
- Método de sonda coaxial
- Método de transmisión al vacío.
- Método de cavidades resonantes
Líneas de transmisión
- Se usa el material como parte de una línea de transmisión, y se estudia el comportamiento de los campos que se propagan por dicha línea
- Generalmente tres tipos de línea de transmisión son usados: Guías rectangulares, líneas coaxiales como se ven en la Fig
Desventajas:Se requiere una estimación inicial o conocimiento previo de las propiedades dieléctricas de las muestras a medir
Sonda coaxial
- Las propiedades dieléctricas del material se obtienen situando la sonda en contacto directo con la cara plana de un sólido o sumergiéndola en un líquido o semisólido
- Parte de la señal que se propaga va siendo absorbida por el material.
- Un sistema de sonda coaxial típico está formado por un analizador de redes, una sonda coaxial y un ordenador externo que cuenta con los programas necesarios
Ventajas: el amplio margen de frecuencias a las que se puede trabajar (de 1 a 20 GHz), el rango de permisividades y pérdidas que se pueden caracterizar, y no se necesita prácticamente ninguna preparación de la muestra.
Cavidades resonantes
- Esta técnica se basa en la utilización de resonadores de microondas total o parcialmente rellenos con el material cuya permisividad compleja se desea medir
- Hay muchas estructuras posibles que actúan como resonadores (láminas, cilindros, cubos, esferas, etc.).
- Cuando la muestra del material se introduce en el interior de la cavidad se produce una variación de la frecuencia de resonancia, así como también del factor de calidad
Desventajas:Suministra datos solo para una frecuencia y requiere que las muestras tengan una forma específica-Aunque las medidas obtenidas por este método suelen proporcionar valores precisos están limitadas por el tamaño y permitividad de las muestras
Técnica de espacio libre
- Las técnicas de espacio libre utilizan antenas para enfocar la energía de microondas hacia una plancha del material sin que se necesite ningún accesorio. Se puede utilizar tanto en reflexión como en transmisión
- Apropiadas para muestras grandes, planas y delgadas que no pueden ser fácilmente situadas o que deben ser probadas a condiciones de alta temperaturas.
BIBLIOGRAFÍA
- Propiedades físicas de los alimentos. Servil Sahin. Servet Sumnu Gülüm
- PROCESAMIENTO DE ALIMENTOS - Carlos Eduardo Orregoalzate
¡GRACIAS!
Propiedades térmicas y dieléctricas
Maricil Gonzalez
Created on September 5, 2020
Clase: Evaluación de las propiedades de los alimentos.
Start designing with a free template
Discover more than 1500 professional designs like these:
View
Animated Chalkboard Presentation
View
Genial Storytale Presentation
View
Blackboard Presentation
View
Psychedelic Presentation
View
Chalkboard Presentation
View
Witchcraft Presentation
View
Sketchbook Presentation
Explore all templates
Transcript
Evaluación de las propiedades de los alimentos
Propiedades térmicas
Ing. Gonzalez Maricil
ÍNDICE
Calor específico
Conductividad Térmica
Difusividad térmica de sólidos y líquidos
CONDUCTIVIDAD TÉRMICA
*Propiedad física de los materiales que mide la capacidad de conducción de calor*Capacidad de una sustancia de transferir el movimiento cinético de sus moléculas a sus propias moléculas adyacentes o a otras substancias con las que está en contacto
EN ALIMENTOS :
CONDUCTIVIDAD EN FUNCIÓN DE LA HUMEDAD
CONDUCTIVIDAD EN ALIMENTOS CONGELADOS
ALIMENTOS CONGELADOS
Sobre su punto de congelación, la conductividad termal de alimentos aumenta levemente con el aumento de temperatura.
EN LIQUIDOS Y GASES
Los espacios intermoleculares son muy grandes y el movimiento de las moléculas son más al azar, por lo tanto el transporte de energía es menor.
VEAMOS ALGUNAS ECUACIÓNES QUE REFLEJA ESTA VARIABLE
K water = 0.57109 + 1.7625*10-3 T - 6.7036 * 10-6 T2 KCa = 0.20141 + 1.3874*10-3 T – 4.3312 * 10-6 T2 K protein = 0. 17881 + 1.1958*10-3 T – 2.7178 * 10-6 T2 Donde k esta expresada en w/mºC, temperatura en ºC (T), y varia entre 0 y 90ºC
CHOIS Y OKOS (1986)
Kf =Σ Ki Xi
C Rahman (1995) , K del aire con Humedad
Alimento compuesto
Determinar la conductividad térmica de un pescado congelado de 76% de humedad , 6,5% de grasa a -10ºC cuando su agua no congelada es el 18% (considerarla todo como líquida)
+info
Alimento compuesto
LA CONDUCTIVIDAD TÉRMICA VARÍA EN EL PROCESADO DEBIDO A LA VARIACIÓN DE SU COMPOSICIÓN
EJEMPLOS DE OTRAS TABLAS
MODELOS PARA MEDIR LA CONDUCTIVIDAD
MODELOS PARA MEDIR LA CONDUCTIVIDAD
Modelo Kopelman describe la conductividad térmica de un material compuesto como una combinación de fases continuas y discontinuas.
MODELOS PARA MEDIR LA CONDUCTIVIDAD
Método de Krischer: propuso un modelo generalizado mediante la combinación de los modelos en paralelo y en serie utilizando un factor de distribución de fase. El factor de distribución, fk, es un factor de ponderación entre estos casos extremo
depende del contenido de humedad, porosidad y temperatura de los alimentos
Hay que tener presente, que los alimentos contienen agua y sólidos. Por lo tanto, las relaciones deben incorporar las conductividades térmicas del agua y sólidos
Una ecuación que tiene un campo de aplicación más amplia que Maxwell
Suponiendo que el material tiene poro pequeño de tal forma que sea mínima la convección natural dentro del poro ( modelo Maxwell - Eucken16]
HABLEMOS DE MÉTODOS...
MÉTODOS EN ESTADO ESTACIONARIO
MÉTODOS EN ESTADO ESTACIONARIO
MÉTODOS EN ESTADO ESTACIONARIO
MÉTODOS EN ESTADO ESTACIONARIO
MÉTODOS EN ESTADO ESTACIONARIO
MÉTODOS EN NO ESTADO ESTACIONARIO
MÉTODOS EN NO ESTADO ESTACIONARIO
MÉTODOS EN NO ESTADO ESTACIONARIO
MÉTODOS EN NO ESTADO ESTACIONARIO
MÉTODOS EN NO ESTADO ESTACIONARIO
MÉTODOS EN ESTADO ESTACIONARIO
MÉTODOS EN NO ESTADO ESTACIONARIO
MÉTODOS EN NO ESTADO ESTACIONARIO
Calor específico (cp)
*Propiedad física de los materiales que indica la cantidad de calor que debe suministrarse a una unidad de masa, para elevar su temperatura en una unidad. Cantidad de energía que gana o pierde un sistema por unidad de masa, para que se produzca en él un cambio de temperatura-, sin provocar un cambio de estado.
Capacidad calorífica
El calor específico en productos alimenticios depende de:
Veamos algunas ecuaciones
Siebel (1892) propuso una ecuación para soluciones vegetales y jugos de frutas
Fracción de masa de humedad de la muestra
Para alimentos por debajo de su punto de congelación o bajo cero, el cp del hielo es cerca de la mitad que el agua de líquida
Tendrán valores bajos de cp
OTRAS CONSIDERACIONES
HELDMAN (1975) propone una ecuación para estimar el cp de sustancias alimenticias usando la fracción de masa de los constituyentes
CHOI Y OKOS(1986) Sugiere una ecuación para productos que contengan n componentes
CHOI Y OKOS(1986)
-40ºC A 0ºC
0ºC A 150ºC
0ºC A 150ºC
Riegel(1922)
El cp del aire húmedo puede ser expresado como una función de la humedad relativa
Cp airehúmedo= Cp aire seco ( 1 +0.837*RH)
Considera que el exceso de calor específico Cex es debido a la interacción de los componentes de la fase
METODOS PARA MEDIR EL CALOR ESPECÍFICO
Técnica termoanalítica que analiza el cambio de la capacidad calórica de un material con la temperatura.
METODOS PARA MEDIR EL CALOR ESPECÍFICO
TERMOGRAMA
Rango de aplicaciones
Identificación y caracterización de materiales
APLICACIONES
Propiedades termofísicas
Análisis avanzado de Materiales
TEMPERATURAS DE GELATINIZACIÓN
Gelatinización de almidonesde mandioca con distintos tratamientos
TRANSICIONES DE FASE
LA TEMPERATURA DE TRANSICIÓN VITREA (TG) ES UNA CARACTERISTICA PROPIA QUE OCURRE EN LOS SÓLIDOS AMORFOS, LOS ENLACES PASAN DE UN ESTADO SÓLIDO A FLEXIBLE.
Si la TG está por encima de la temperatura ambiente, el alimento presentaría características de "vidrio" o sea estaria duro o quebradizo y crocante. Si la TG está por debajo de la temperatura ambiente, el alimento estaría deformable(blando)
¿Qué ocurre con los azúcares?
¿Y en los productos congelados?
DIFUSIVIDAD TÉRMICA
Determinación de velocidades de transferencia de calor para alimentos sólidos
Cp
Numerador: expresión relacionada con la capacidad del material para transmitir calor. Denominador: capacidad de acumular calor.
El valor puede ser calculado conociendo los valores de conductividad termica, calor específico y densidad del alimento.
Existen ecuaciones donde se puede predecir a través de su contenido de agua.
MÉTODOS ..
INDIRECTOS
DIRECTOS
MÉTODO DE DICKERSON
Cilindro de aluminio de diametro conocido
Dos termocuplas ubicadas en el centro del material y otra en la superficie
Baño de agua con agitación
La muestra adquiere la forma de un cilindro infinito, el calor se propaga de forma radial por conducción en estado no estacionario
Ecuación diferencial
Ecuación integrada
Evaluación de las propiedades de los alimentos
Propiedades dieléctricas
ÍNDICE
Efecto del contenido de humedad
Efecto de la temperatura
Efecto de la composición
Métodos
Bibliografía
Calentamiento electromágnetico de alimentos
Pre-cocción
Esterelización
Precalentamiento
Pasteurización
Horneado
Secado
Datos a obtener: perfiles de temperatura, desarrollo equipos,desarrollo de alimentos que pueden ser tratados en microondas
MICROONDAS
cubren un espectro de frecuencias que van desde 300 MHz a 30 GHz. Las microondas, como las ondas de luz, son reflejadas por objetos metálicos, absorbidas por materiales dieléctricos o transmitidos desde el vidrio
+info
El gigahercio (GHz) es un múltiplo de la unidad de medida de frecuencia hercio (Hz) y equivale a 10^9(1.000.000.000) Hz. gigahertz * 1000 = megahertz
La absorción de energía de microondas en los alimentos implica principalmente dos mecanismos:
INTERACCIÓN IÓNICA
INTERACCIÓN IÓNICA
El campo electromágnetico acelera a los iones en direcciones contrarias. Al chocar con otras partículas adyacentes da lugar al movimiento acelerado, por consecuencia aumenta la temperatura
ROTACIÓN DIPOLAR
Al aplicar el campo eléctrico el átomo se distorsina, los e- se concentran del lado del núcleo cerca del extremo positivo del campo
ROTACIÓN
DIPOLOS
Cargas separadas físicamente
Moléculas polares
Moléculas con cargas separadas
Moléculas No polares
Moléculas con un centro de simetria
Las moléculas con cargas tan separadas son conocidas como moléculas polares. Las moléculas que tienen un centro de simetría, como el metano (CH4), son apolares y presentan un momento dipolar cero.
El agua en los alimentos
campo electromagnético
Lorem ipsum dolor sit amet
Las propiedades dieléctricas se pueden clasificar en dos:
CONSTANTE DIELÉCTRICA
La tasa de generación de calor por unidad de volumen (Q) en un lugar dentro de los alimentos durante el microondas se puede caracterizar
FACTOR DE PÉRDIDA DIELÉCTRICA
Profundidad de penetración de potencia:
Profundidad a la que la potencia disminuye a de su valor inicial. Nos permite saber que distancia penetrarán las microondas en el material
36,8%
λ0 es la longitud de onda del microondas en el espacio libre ε ":factor de pérdida dieléctrica
La pérdida de potencia de la señal se produce porque a medida que el campo se va propagando por el material, la fricción producida por las cargas internas que se desplazan al ser polarizadas hace que la energía se vaya convirtiendo en CALOR
La constante dieléctrica y el factor de pérdida de varios materiales alimenticios
La constante dieléctrica y el factor de pérdida de varios materiales alimenticios
La contante dieléctrica del aceite de cocción es baja por su naturaleza no polar
Las propiedades dieléctricas de frutas y hortaliza, carne son altas dado que tienen gran contenido de agua, tendrán rotación bipolar.
Se observa el factor de pérdida más alto en el caso de alimentos que contienen sal como el jamón.
Las propiedades dieléctricas de los alimentos dependen de:-contenido de humedad -la temperatura -propiedades de composición de alimentos. -función de la frecuencia del horno.
Efectos del contenido de humedad en las propiedades dieléctricas
El agua líquida es muy polar y puede absorber fácilmente la energía de microondas según el mecanismo de Rotación dipolar. Los modelos de Debye predicen la constante dieléctrica y el factor de pérdida de agua libre;
5%
Agua ligada
εs es la constante dieléctrica estática,
95%
Agua libre
Cuanto más fuerte sean las fuerzas de unión entre los componentes del alimento menor es el valor de la constante dieléctrica y el factor de pérdida ya que el agua libre en el sistema disminuye. Ajustar el contenido de humedad es el factor clave en la formulación de alimentos aptos para microondas.
Variación del factor de pérdida dieléctrica con el contenido de humedad
Efectos de la temperatura sobre las propiedades dieléctricas
Agua ligada y agua libre
El contenido de humedad libre y unida y la conductividad iónica afectan la tasa de cambio de la constante dieléctrica y factor de pérdida con temperatura.La tasa de variación de las propiedades dieléctricas depende de la relación entre el contenido de humedad ligada y libre.
Agua ligada
Agua libre
Alimentos congelados
DURANTE descongelación
DESPÚES de la descongelación
Excepción alimentos salados
La variación del factor de pérdida dieléctrica de una solución salina o un material salado con respecto a la temperatura es diferente porque el factor de pérdida de una solución salina se compone de pérdida dipolar y pérdida iónica.
Efectos de la composición de los alimentos sobre las propiedades dieléctricas
Soluciones con sal
La adición de sal al caviar de esturión disminuyó la constante dieléctrica pero aumentó factor de pérdida. La disminución de la constante dieléctrica con la adición de sal se debe a la unión del agua., además aumenta el factor de pérdida ya que se agregan más partículas cargadas al sistema y la migración de carga está incrementado.
La solución iónica está representada por la adición de dos componentes, el componente de pérdida dipolar y el iónico. El componente de pérdida de dipolo disminuye pero el componente de pérdida iónica Aumenta al aumentar la temperatura. . Se demostró que para concentraciones de sal inferiores al 1,0%, el factor de pérdida disminuyó con la temperatura
Soluciones con HC
Para soluciones con carbohidratos, el efecto del agua libre sobre las propiedades dieléctricas se vuelve significativo ya que los carbohidratos mismos tienen pequeñas actividades dieléctricas a frecuencias de microondas.
ESTADO SÓLIDO
Almidón
Depende de:
EN SUSPENSIÓN
Soluciones con HC
Los azúcares modifican el comportamiento dieléctrico del agua. Las interacciones hidroxilo-agua se estabilizan agua líquida por enlaces de hidrógeno y afectan las propiedades dieléctricas de las soluciones de azúcar.
Azúcar
Gomas
Soluciones con PROTEÍNAS
Aminoácidos y polipéptidos libres contribuyen al aumento del factor de pérdida dieléctrica. Los aminoácidos presentan un grupo -COOH y un Grupo -NH2
Contribuyen al aumento del factor dieléctrico dado que los momentos dipolares de las proteínas son una función de sus aminoácidos y el pH del medio
Soluciones con PROTEÍNAS
Las propiedades dieléctricas de las proteínas cambian durante la desnaturalización.
Soluciones con Lípidos
Dado que los lípidos son hidrófobos a excepción de los grupos carboxilo ionizables de ácidos grasos, no interactúan mucho con microondas . Por tanto, las propiedades dieléctricas de grasas y aceites son muy bajos
Soluciones con Lípidos
Dado que los lípidos son hidrófobos a excepción de los grupos carboxilo ionizables de ácidos grasos, no interactúan mucho con microondas . Por tanto, las propiedades dieléctricas de grasas y aceites son muy bajos
Medición de propiedades dieléctricas
La medición dieléctrica de una muestra es simple 1. Se genera una señal de microondas a la frecuencia de interés. 2. La señal se dirige a través de la muestra. 3. Se miden los cambios en la señal causados por la muestra. 4. A partir de estos cambios se determinan la constante dieléctrica y el factor de pérdida.
Métodos
Líneas de transmisión
Desventajas:Se requiere una estimación inicial o conocimiento previo de las propiedades dieléctricas de las muestras a medir
Sonda coaxial
Ventajas: el amplio margen de frecuencias a las que se puede trabajar (de 1 a 20 GHz), el rango de permisividades y pérdidas que se pueden caracterizar, y no se necesita prácticamente ninguna preparación de la muestra.
Cavidades resonantes
Desventajas:Suministra datos solo para una frecuencia y requiere que las muestras tengan una forma específica-Aunque las medidas obtenidas por este método suelen proporcionar valores precisos están limitadas por el tamaño y permitividad de las muestras
Técnica de espacio libre
BIBLIOGRAFÍA
¡GRACIAS!