Desarrollo de un sistema de monitorización de liofilización de pollo mediante espectroscopía dieléctrica

Abstract

[ES] La congelación es un método de conservación muy extendido en la industria cárnica. Además, es una parte importante de otros procesos complejos como la liofilización, que consiste en una deshidratación para reducir la aw tras congelarse el producto a muy bajas temperaturas (-20/-40ºC). El objetivo de este estudio fue desarrollar un modelo termodinámico del proceso de liofilización de carne de pollo utilizando espectrofotometría en el rango de radiofrecuencia, infrarrojo y visible. Se realizó un proceso de congelación y posterior liofilización de dos cilindros de pollo. En uno de ellos se estudió la variación de masa y la variación de temperatura en su cara plana mediante una cámara termográfica. El otro se utilizó para monitorizar la temperatura en la superficie y el centro mediante termopares, y para medir las propiedades dieléctricas con un sensor introducido en el centro de la muestra y conectado al analizador de impedancias. Además, durante el proceso de liofilización se monitorizó la variación de volumen y de la humedad relativa del ambiente. Utilizando los datos obtenidos, se ha desarrollado un modelo termodinámico capaz de explicar las fases de deshidratación que sufre el producto. Es posible utilizar este modelo para optimizar el proceso de liofilización y describir los mecanismos de transporte de agua desde el interior de la muestra hacia el exterior, prediciendo fenómenos de sublimación y evaporación, mejorando así el proceso de liofilización en la industria alimentaria. Además, la espectroscopía dieléctrica es capaz de predecir tanto la formación de los núcleos de hielo durante la congelación, como la pérdida de agua durante los primeros minutos de la liofilización.

[EN] Freezing is a widely used preservation method in meat industry. In addition, it¿s an important part of other complex processes such as freeze-drying, which consists of a dehydration aimed to reduce the aw after freezing the product at very low temperatures (-20/-40ºC). The objective of this study was to develop a thermodynamic model of the freeze-drying process in poultry meat using spectrophotometry in the radiofrequency, infrared and visible range. A freezing and subsequent lyophilisation process was carried out on two chicken cylinders. In one of them, the mass variation and the temperature variation in its flat face were studied by means of a thermographic camera. The other one was used to monitor the temperature at the surface and in the center by means of thermocouples, and to measure the dielectric properties with a sensor introduced in the center of the sample and connected to the impedance analyzer. In addition, during the freeze-drying process, the variation in volume and relative humidity of the environment was monitored. Using the data obtained, a thermodynamic model has been developed capable of explaining the phases of dehydration that take place in the product. It is possible to use this model to optimize the freeze-drying process and describe the mechanisms of water transport from the inside of the sample to the outside, predicting phenomena of sublimation and evaporation, thus improving the freeze-drying process in food industry. Thus, dielectric spectroscopy is able to predict both ice cores formation during freezing and water loss during firsts minutes of freeze-drying.