7. Calentamiento Ohmico

CALENTAMIENTO OHMICO

Nuevas Tecnologías I Programa de Ingeniería Agroindustrial

HISTORIA El concepto de calentamiento óhmico de los alimentos no es Nuevo. Siglo XIX: utilizaban corriente eléctrica para calentar materiales que pudieran fluir. Siglo XX: se consiguió la pasteurización “eléctrica” de la leche.

HISTORIA Seis estados en los Estados pasteurizadores comerciales eléctricos

Unidos

tenían

❖Diseño de Mc connel y Olsson: se cocieron salchichas

de Frankfurt. ❖Schade

método de escaldado para prevenir la decoloración enzimática de papas.

HISTORIA NOTA: En las dos ultimas décadas han llegado a estar disponibles materiales nuevos y mejorados y diseños para el calentamiento óhmico. El concejo de electricidad de gran Bretaña patento un calentador óhmico de flujo continuo y autorizó la tecnología APV Baker.

DEFINICION El calentamiento óhmico se produce cuando una corriente eléctrica alterna (CA) pasas a través de un cuerpo, tal como un sistema alimentario, provocando la elevación de la temperatura en su interior como resultado de la resistencia que ofrece al paso de la corriente eléctrica.

DEFINICION El calentamiento ocurre por una transformación interna de energía (de eléctrica a térmica) dentro del material.

Por lo tanto, el calentamiento óhmico puede ser visto como una tecnología de generación de energía térmica interna, y no solamente como una transferencia de energía térmica, lo que significa que no depende de la transferencia de calor a través de interfaces sólidas o líquidas. El calentamiento óhmico se puede utilizar para generar calor dentro del producto, siempre y cuando el producto contenga agua y electrolitos suficientes para permitir el paso de la corriente eléctrica.

PRINCIPIO DEL CALENTAMIENTO ÓHMICO El efecto Joule: Cuando en un conductor circula corriente eléctrica, parte de la energía cinética de los electrones se transforma en calor debido a los choques que sufren los electrones de los átomos del material conductor por el que circulan, ocasionando una elevación de la temperatura.

EFECTIVIDAD ✓ El efecto del calentamiento depende tanto de factores

propios del sistema como del alimento. ✓ La densidad, calor especifico, el tamaño y la forma de los

alimentos son factores clave en la efectividad del calentamiento óhmico. ✓ La

velocidad

de

calentamiento

es

directamente

proporcional a la intensidad del campo eléctrico y a la conductividad eléctrica del alimento.

PARÁMETROS A CONTROLAR Dependen de factores propios del sistema como del alimento Los parámetros que influyen son: ➢

Conductividad eléctrica: aumenta con el incremento de la temperatura, haciendo mas eficiente el calentamiento.

En mezclas de solidos y líquidos: Si la conductividad de la partícula es mas alta que la del liquido, entonces el calentamiento será mas rápido.

La conductividad eléctrica esta afectada por la composición del alimento:

✓ El contenido de azúcar en las soluciones liquidas

disminuye la conductividad eléctrica. ✓ La acidez de los jugos mejora la conductividad eléctrica. ✓ El contenido de grasa disminuye la conductividad eléctrica, provocando un calentamiento no homogéneo y mas lento.

➢ Temperatura: esta en relación directa con la conductividad eléctrica. ➢Tiempo de calentamiento: depende del gradiente de voltaje utilizado, cuando este aumenta la generación de calor por unidad de tiempo aumenta y por lo tanto el tiempo disminuye. ➢ Tipo de electrodos y reacciones electroquímicas: contaminación de los alimentos con iones metálicos migrados de electrodos. Se debe elegir adecuadamente el material del electrodo, usar materiales menos corrosivos (oro o titanio platinado).

➢ Propiedades del alimento: la composición, contenido de solidos totales, la acidez y la viscosidad de alimentos líquidos, pueden afectar la velocidad del calentamiento óhmico. ➢Densidad y calor específico: una alta densidad y un alto calor específico producen un calentamiento lento. ➢ Voltaje

MECANISMO DE INACTIVACIÓN MICROBIANA Los principales mecanismos de inactivación microbiana en el calentamiento óhmico son de naturaleza térmica.

El calentamiento óhmico también puede generar daño celular leve debido a la presencia de los campos magnéticos de bajas frecuencias (50-60 Hz), lo cual ocasiona que en la pared celular se puedan formar poros (electroporación), esto permeabiliza la membrana celular ocasionando la inactivación microbiana.

EFECTO EN LOS CONSTITUYENTES ✓ Aunque el calentamiento óhmico es una tecnología muy

prometedora, por el momento poco se conoce sobre el

efecto de este tipo de calentamiento en los constituyentes de los alimentos.

✓ En el caso de los enzimas, la inactivación se produce por

efecto térmico.

VENTAJAS ❖ Distribución uniforme del calor

❖La calidad organoléptica es superior a la de los

alimentos tratados por otras técnicas de calentamiento ❖Buena conservación de la textura del producto

❖El calentamiento óhmico es rápido y tiene alta

capacidad de penetración. ❖Alta eficiencia energética, el 90% de la energía

eléctrica se convierte en calor.

VENTAJAS ❖ Utilizable en alimentos particulados y se puede

conseguir una T, más alta en las partículas en

suspensión que en el líquido, que es imposible en el calentamiento convencional.

❖Control fácil del proceso, con puesta en marcha y

parada instantánea. ❖Un sistema inocuo para el medio ambiente.

VENTAJAS ❖ Este tratamiento evita sobrecalentamientos, lo que permite un

menor deterioro en los constituyentes y menor formación de depósitos. ❖ Reducción del ensuciamiento de la superficie de transmisión

de calor y quemado del producto alimentario. ❖ Almacenamiento y distribución a T ambiente cuando se

combina con un sistema de envasado aséptico. ❖ Puede aplicarse a un amplio rango de alimentos.

DESVENTAJAS Las desventajas del calentamiento óhmico esta asociada con su especial mecanismo de calentamiento eléctrico.

Ej: La velocidad de generación de calor se puede ver afectada por la heterogeneidad eléctrica de la partícula, por la

canalización del calor, lo cual contribuye a que no exista uniformidad en la T, que puede ser difícil de registrar y

controlar.

DESVENTAJAS ❖ Es una técnica muy dependiente de la conductividad, la

cual es variable entre los alimentos y con la temperatura,

lo cual aumenta la posibilidad de que el tratamiento no sea homogéneo. ❖Es una tecnología cuyos costos iniciales pueden ser muy

elevados.

APLICACIONES A diferencia de los microondas no existen equipos en el ámbito doméstico, pero sí a escala de plantas piloto e industrial. Los países

pioneros en el desarrollo de plantas para calentamiento óhmico son: Japón, Italia, Grecia, Gran Bretaña, EEUU y México.

Entre las distintas plantas que aplican este tratamiento, están las que han sido desarrolladas para la esterilización en flujo continuo de frutas, zumos de frutas, sopas, salsas y huevo líquido ( sin problemas

de coagulación).

APLICACIONES El calentamiento óhmico incluye: ❖ Escaldado ❖Pasterización ❖Esterilización ❖Descongelación ❖Evaporación ❖Deshidratación ❖Fermentación y extracción, entre otras.

➢Esterilización: intensidad de corriente eléctrica alto. ➢ Extracción y secado: intensidades de corriente eléctrica bajas (100 v/cm)

➢ Escaldado: 40 v/cm ➢ Pasteurización: en zumos de naranja

Con (104-105 v/cm) y 50-60 Hz de frecuencia se puede producir inactivación microbiana.

APLICACIONES Otra aplicación del calentamiento óhmico es el tratamiento del zumo de naranja en su envasado directo desde el exprimido al

envase final. Con tiempos de exposición a la alta temperatura de solo unos segundos, se mantienen todas las cualidades organolépticas del producto, sin alteraciones de color, sabor y

contenidos de vitaminas y aromas del zumo de naranja sin pasteurizar.

APLICACIÓN EN LOS ALIMENTOS  Se procesa carnes, pastas, vegetales, frutas, esto en un

medio o liquido de cobertura, este no debe ser tan viscoso.

 Una de las aplicaciones más prometedoras en la

industria de alimentos es para el procesamiento aséptico de líquidos que contengan partículas y fluidos de alta viscosidad.

APLICACIONES La electroporación es el mecanismo más probable para los efectos de transferencia de masa mejoradas durante el

calentamiento

óhmico;

lo

cual

amplia

las

aplicaciones potenciales del calentamiento óhmico, en los procesos de evaporación, deshidratación, fermentación y la extracción.

 Deshidratación

 Fermentación  Extracción

APLICACIONES Esta es una tecnología con un gran número de aplicaciones futuras, que incluyen los procesos y aplicaciones actuales

del calentamiento convencional con la ventaja de ser de baja energía, lo que permite calentar los productos de forma una forma más eficiente.

EQUIPOS COMERCIALES Pasteurizadores por calentamiento Óhmico Se utilizan para productos con grandes trozos, como frutos enteros de fresa o melocotón, o tomates. En este tipo de sistemas el calor es generado en el interior de un tubo de

material aislante, haciendo pasar una corriente eléctrica de alta frecuencia a través del producto, alcanzándose la temperatura de pasteurización por igual

dentro y fuera de la fruta, inmersa en un líquido de gobierno.

PASTEURIZADORES PARA LÍQUIDOS, CREMAS Y SALSAS

EQUIPO Calentador óhmico de flujo continuo  El alimento ingresa a través de

una tolva de alimentación a la bomba de alimentación.  El producto fluye a través de una serie de electrodos situados en la columna óhmica.  El producto tratado entra a los tubos enfriadores.  Finalmente entra a los tanques de almacenamiento para son envasado.

La mayor parte de configuraciones de sistema de calentamiento óhmico consisten en tres partes : ➢ Calentador óhmico ➢ Suministro de energía ➢ Panel de control.

➢

Una variante es la combinación de cocina vertical, un tanque de mezcla y una bomba de pistón para la alimentación de producto

➢ Es de corta duración Para alimentos que tiene partículas de hasta 25 mm se calienta a T° de esterilización

140 °C x menos de 90 seg y un enfriado a T° ambiente por 15 min.

➢ El calentamiento es uniforme

➢ El calentamiento se da en toda la sección del alimento

Los modelos comerciales varían desde la escala piloto (10 kw) que procesa 100 kg/h, hasta máquinas de 300 kw para procesar 3ton/h.

Calentador óhmico de flujo discontinuo

Celda cilíndrica con cierre de teflón, en los que se coloca los electrodos.

Cocida con vapor

Colocación de la carne dentro de la celda cilíndrica de calentamiento óhmico Cocida óhmica

• Calentamiento óhmico de patatas, zanahorias, y carne de vaca: • Trozos en cubos de 2.5 cm2 • Medio portador: almidón (50g/kg) y NaCl (1g/kg) • Electrodo: acero inoxidable de 30 mm de diámetro • Frecuencia: 50 Hz • Voltaje: 140 V

• Calentamiento óhmico de geles de suero: • 1.5% de NaCl (para ajustar la conductividad eléctrica) • Electrodo: acero inoxidable de 35 mm • Frecuencia: 50 Hz • Voltaje: 143 V

DIFERENCIAS ENTRE CALENTAMIENTO POR MICROONDAS Y OHMICO ✓ El calentamiento en el microondas es mucho más efectivo que el ohmico si el producto contiene agua, tiene menos grasas y azucares y sin agua congelada.

✓ Las microondas no son absorbidas por plásticos, vidrios ni cerámica, por lo que estos recipientes no son afectados. ✓ El calentamiento óhmico tiene mayor capacidad de penetración Este evita sobrecalentamiento lo cual permite un menor deterioro en sus constituyentes. ✓ En el calentamiento óhmico la elevación de la temperatura es en el interior del alimento, pero no en el exterior, reduciendo el riesgo de sufrir quemaduras.

GRACIAS …..