Desarrollo de un modelo termodinámico del proceso de liofilización de pechuga de pollo mediante termografía infrarroja

Abstract

[ES] La carne de pollo se ha convertido en uno de los tipos de carne más vendidos debido al bajo precio y un elevado valor nutricional. La aplicación de la técnica de liofilización a un producto cárnico permite conservarlo a temperatura ambiente sin peligro microbiológico, facilitar su transporte y almacenamiento, con la menor pérdida nutricional y organoléptica posible. Esta técnica de deshidratación consiste en sublimar el agua del producto previamente congelado mediante una bajada de presión. Este trabajo pretende modelizar mediante la aplicación de termodinámica irreversible y termografía infrarroja el proceso de liofilización. Para llevar a cabo este trabajo se liofilizaron cilindros de pollo y durante la operación se tomaron medidas de temperatura mediante la cámara de infrarrojos Optris PI 160 y sondas térmicas tipo K, conectadas al equipo de adquisición de datos Agilent 34972. A la muestra fresca y liofilizada se le determinó la masa, el volumen, la humedad y la aw, y la congelada y liofilizada la densidad. Los resultados han permitido obtener un modelo termodinámico que acopla el avance del frente de sublimación con los flujos de calor, las expansiones mecánicas y los fenómenos de desorción. Obteniéndose un coeficiente fenomenológico que describe los distintos mecanismos involucrados en el proceso. Al mismo tiempo, las medidas de infrarrojo lejano permitieron correlacionar la emisividad del cuerpo con la evolución de los estados del agua, tanto de primer como de segundo orden. Concluyendo que la utilización de técnicas infrarrojas permite monitorizar los procesos de sublimación, determinando la evolución más adecuada del frente de sublimación. Además, el modelo termodinámico presentado permite la cuantificación de los fenómenos presentes en la sublimación y la predicción del proceso completo de deshidratación.

[EN] Chicken meat has become one of the most sold types of meat due to his low price and high nutritional value. The application of freeze-drying to meat products allows storage at room temperature without microbiological hazard, easy transport and storage with the minimal nutritional and organoleptic loss. This technique of dehydration consists in sublimating the water of the product, previously frozen, by a pressure drop. This work aims to model the process of lyophilization by the application of irreversible thermodynamics and infrared thermography. To perform this work, cylinders of chicken were lyophilised and during operation, temperature measurements were taken using the infrared camera Optris PI 160 and thermocouples K type, connected to the acquisition equipment Agilent data 34972. In fresh and lyophilized sample was determined mass, volume, moisture and aw, and density in frozen and lyophilized. The results have allowed to obtain a thermodynamic model that couples the advance of the sublimation front with the heat flows, the mechanical expansions and the desorption phenomena. Obtaining a phenomenological coefficient that describes the different mechanisms involved in the process. At the same time, the far infrared measurements allowed to correlate the emissivity of the sample with the evolution of the water states, first and second order. Concluding that the use of infrared techniques permit monitoring the processes of sublimation, determining the most appropriate evolution of the sublimation front. In addition, the presented thermodynamic model allows the quantification of the phenomena present in the sublimation and the prediction of the complete dehydration process.

[CA] La carn de pollastre s'ha convertit en un dels tipus de carn més venuts a causa del baix preu i un elevat valor nutricional. L'aplicació de la tècnica de liofilització a un producte càrnic permet conservar-ho a temperatura ambient sense perill microbiològic, facilitar el seu transport i emmagatzematge, amb la menor pèrdua nutricional i organolèptica possible. Aquesta tècnica de deshidratació consisteix en sublimar l'aigua del producte prèviament congelat mitjançant una baixada de pressió. Aquest treball pretén modelitzar mitjançant l'aplicació de termodinàmica irreversible i termografia infraroja el procés de liofilització. Per dur a terme aquest treball es liofilitzaren cilindres de pollastre i durant l'operació es van prendre mesures de temperatura mitjançant la càmera d'infrarojos Optris PI 160 i sondes tèrmiques tipus K, connectades a l'equip d'adquisició de dades Agilent 34972. A la mostra fresca i liofilitzada se li va determinar la massa, el volum, la humitat i la aw, i a la congelada i la densitat. Els resultats han permès obtenir un model termodinàmic que junta l'avanç del front de sublimació amb els fluxos de calor, les expansions mecàniques i els fenòmens de desorció. Obtenint-se un coeficient fenomenològic que descriu els diferents mecanismes involucrats en el procés. Alhora, les mesures d'infraroig llunyà van permetre correlacionar l'emissivitat del cos amb l'evolució dels estats de l'aigua. Concloent que la utilització de tècniques infraroges permet monitoritzar els processos de sublimació, determinant l'evolució més adequada del front de sublimació. A més, el model termodinàmic presentat permet la quantificació dels fenòmens presents en la sublimació i la predicció del procés complet de deshidratació.