Investigación de operaciones básicas en alimentos - Dennis Jiménez

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OPERACIONES BÁSICAS DE PROCESAMIENTO DE ALIMENTOS (OPERACIONES UNITARIAS) DESTILACIÓN, EVAPORACIÓN Y SECADO
INTRODUCCIÓN 
La aplicación de operaciones secuenciales de procesamiento de alimentos en la industria a generado un gran numero de ventajas, algunas de las razones que implica el uso de operaciones unitarias en los alimentos son: mejorar la calidad de los productos, incrementar su vida útil, producir nuevos productos e inactivar organismos patógenos presentes en los alimentos (Tadini & Gut, 2022). Debido a que existe una amplia cantidad de procesos aplicables a los alimentos, abarcar el estudio de todas estas operaciones unitarias podría considerarse complicado, sin embargo, se los puede clasificar en grupos de operaciones básicas que incluyen la vaporización, secado y destilación (Bonilla et al., 2019).
Las tres operaciones básicas que se tratan en este trabajo constituyen unas de las más utilizadas en procesos de las industrias agroalimentarias como: industrias lácteas, cereales, frutas, verduras, aceites, licores, azúcares, entre otras (Tadini & Gut, 2022). El fundamento de estas operaciones unitarias se basa principalmente en la transferencia de calor, transferencia de masa, transporte de material o una combinación entre ellas (Bonilla et al., 2019). El resultado del proceso del alimento a través de las operaciones unitarias debe mantener la mejor calidad posible y debe ser apto para su consumo, es por esto que los cálculos y diseño de cada operación implicada deben ser bien elaborados (Tadini & Gut, 2022). El objetivo de este trabajo es describir las operaciones unitarias básicas empleadas en el proceso de alimentos.
 DESARROLLO
El agua en los alimentos tiene la capacidad de estimular el crecimiento microbiano que contribuye con el deterioro del alimento, es por esto que el secado ofrece ventajas para el proceso de los productos, sin embargo, se ha observado que esta operación puede deteriorar las características fisicoquímicas y organolépticas de los alimentos (Raponi et al., 2017). El secado se basa en una combinación simultanea que implica una transferencia de masa en forma de humedad desde el interior de un sólido a la superficie y transferencia de calor desde el entorno al solido húmedo, el objetivo de esta operación unitaria es neutralizar la actividad del agua en los alimentos para mejorar su conservación (Tadini & Gut, 2022)..
La selección de un método de secado adecuado es muy importante ya que de esto depende la calidad de los alimentos, existen varios métodos que pueden diferir en aspectos de energía, tiempo y rendimiento (Bonilla et al., 2019). Por ejemplo, algunos son: el secado solar que lleva mucho tiempo, secado en horno, aire caliente conectivo que es el método convencional, osmóticos que ayudan a ahorrar energía, liofilizadores que son de los mejores métodos para eliminar agua, infrarrojos y microondas que también ofrecen ventajas (Raponi et al., 2017). La temperatura es un factor determinante en esta operación unitaria por lo general el secado de alimentos se genera a 140 °F, si la temperatura supera este nivel en lugar de secarse el alimento se cocina (Ibarz & Augusto, 2016). 
Uno de los métodos ampliamente utilizados en las industrias alimenticias para el secado y otras operaciones unitarias es el procesamiento por energía de microondas en combinación con métodos térmicos, este método ayuda a reducir tiempos, consumo de energía, evita reducir el valor nutricional y cambios mínimos en los alimentos (Bonilla et al., 2019). La operación unitaria de secado ya desde hace mucho tiempo se ha convertido en una estrategia para facilitar almacenaje y transporte de alimentos, la aplicación de calor debe ser moderada ya que se evita elevadas temperaturas porque podría alterar el valor nutricional de los productos (Tadini & Gut, 2022).
Es importante destacar que debido a que se utiliza una gran cantidad de calor en los procesos de secado el consumo de energía es alto, es por esto que los procesos deben ser optimizados con cálculos precisos de la temperatura y se debe siempre instalar sistemas de recuperación de calor para reducir gastos de energía y tener una alta rentabilidad de la operación (Raponi et al., 2017). Uno de los procesos de secado de cuarta generación que está tomando mucha relevancia es la ventana refractaria o también conocido como hidrosecado conductivo que es un secador de cinta fundida basada en infrarrojos y la circulación del agua para que la temperatura se mantenga durante todo el proceso (Bonilla et al., 2019). 
La operación unitaria de evaporación establece una separación de componentes de una mezcla liquida a través de la transferencia de calor hasta el punto de ebullición de tal manera que se desarrolla un cambio de estado líquido a gaseoso (Tadini & Gut, 2022). El objetivo es obtener una disolución concentrada y un disolvente evaporado en donde ambos pueden ser aprovechados como producto (Bonilla et al., 2019). Durante la evaporación las sustancias que presentan las temperaturas de ebullición más altas se concentran en la parte liquida mientras que los compuestos con puntos de ebullición más bajos enriquecen la fase de vapor (Heller & Einfalt, 2022). 
Para los alimentos líquidos por lo general la evaporación es utilizada para eliminar la mayor parte de agua y de esta manera obtener un producto que se encuentra más concentrado, a la vez se puede utilizar el proceso de secado para procesar aún más el alimento (Ibarz & Augusto, 2016). La evaporación se diferencia del secado en que el resultado del proceso es un líquido y no un sólido, por lo tanto, son procesos diferentes que pueden complementarse para la obtención de productos con mayor concentración (Bonilla et al., 2019). 
El proceso de evaporación en la industria alimenticia utiliza equipos que por lo general en la mayoría de los casos se calientan con vapor de agua, estos equipos reciben el nombre de evaporadores y se puede considerar como intercambiadores de calor que ayudan a incrementar la parte solida de productos alimenticios facilitando el transporte (Tadini & Gut, 2022). Un equipo de evaporación principalmente se compone de dos cámaras que son donde ocurre la evaporación y una condensación, existen diferentes equipos que se utilizan para este proceso algunos son: evaporadores de circulación natural, evaporadores abiertos, con calandria exterior, de tubos cortos horizontales y verticales, de tubos largos y placa (Ibarz & Augusto, 2016).
Uno de los equipos mas utilizados en la industria alimenticia son los evaporadores de múltiple efecto que constan de varios cuerpos en donde el primero proporciona calor operando a una temperatura de ebullición y una determinada presión (Bonilla et al., 2019). Este tipo de equipo permite tener en cuenta los puntos de ebullición, reducir las concentraciones de agua, mejorar el ahorro de recursos y reducir tiempos, entre los usos de los evaporadores de múltiple efecto se encuentran: para la concentración de bebidas alcohólicas, jugo natural de naranja, panelas, piloncillo, guarapo deshidratado, retención de nutrientes en guayaba, mieles, pasta de tomate, entre otras (Bonilla et al., 2019).
La destilación es otra de las operaciones unitarias descritas en este trabajo, esta técnica tiene como objetivo separar una mezcla de líquidos miscibles a través de la transferencia de calor y masa (Heller & Einfalt, 2022). La destilación es un proceso que mezcla la evaporación y la condensación para la separación de la sustancia en base a la diferencia de volatilidad de los compuestos presentes (Tadini & Gut, 2022). A nivel de alimentos se la utiliza principalmente en la industria del alcohol, la extracción de aceites esenciales, grasas y el desarrollo de nuevos sabores (Heller & Einfalt, 2022). 
Para el diseño de los procesos de destilación es necesario la obtención de datos de equilibrio liquido-vapor, en donde las mezclas que se consideran ideales responden a la Ley Raoult que establece que los compuestos objetivos de la destilación se van a vaporizar según su presión parcialcorrespondiente (Bonilla et al., 2019). Los parámetros cruciales que definen las tasas de transparencia de calor y masa durante el destilado son la energía térmica y la tasa de reflujo interno (Heller & Einfalt, 2022).
Existen múltiples tipos de destilación que dependen en gran medida de la cantidad de componentes a separar y el grado de pureza a obtener, un ejemplo es la destilación fraccionada para separar múltiples componentes a través del control de las tasas de evaporación (Ibarz & Augusto, 2016). Otros métodos comúnmente utilizados son la destilación por arrastre de vapor, destilación simple, destilación azeotrópica y extractiva; la destilación al vacío por lo general se utiliza para obtener productos con un mayor grado de pureza lo que es algo muy importante en los alimentos (Heller & Einfalt, 2022). La destilación por vapor se utiliza generalmente para obtener fragancias y aceites esenciales; si se requieren mayores purezas se suele realizar destilaciones sucesivas (Tadini & Gut, 2022).
En los procesos de obtención de bebidas como el aguardiente se utiliza por lo general la destilación por lotes, esta se compone de un condensador parcial interno que se puede operar lo que permite un control del reflujo interno, además se puede recolectar el condensado por orificios de tal manera que genera una separación más eficiente de componentes (Heller & Einfalt, 2022). Varias de las bebidas alcohólicas se caracterizan por la presencia de compuestos volátiles que otorgan aromas únicos que son productos de la destilación ya que se generan compuestos volátiles en el producto y se asocia con su calidad (Ibarz & Augusto, 2016). 
CONCLUSIÓN
Se logró describir los tres procesos de operaciones básicos expuestos para este trabajo, se evidenció el fundamento y los tipos de equipo adecuados que son utilizados para la producción de diferentes alimentos. En general los procesos diseñados en la industria alimentaria se componen de varias operaciones unitarias; la destilación, la evaporación y el secado son un grupo de estas operaciones que pueden complementarse para generar una mejor calidad de un producto alimenticio que sea apto para el consumo humano. Se observó que la selección de un tipo de operación unitaria adecuada es muy importante y depende del tiempo del proceso, el gasto de energía, la cantidad y calidad del producto resultante.
REFERENCIAS
Bonilla, S. M., Acosta, J. I., Miño, G. E., Noguera, A. J., & Moreno, M. A. (2019). Operaciones Unitarias: Enfocadas a los evaporadores en la elaboración de productos de consumo humano. Ciencia Digital, 3(2), 548–560. https://doi.org/10.33262/cienciadigital.v3i2.451
Heller, D., & Einfalt, D. (2022). Reproducibility of Fruit Spirit Distillation Processes. Beverages, 8(2). https://doi.org/10.3390/beverages8020020
Ibarz, A., & Augusto, P. (2016). Principles of unit operations in food processing. Wiley Online Library, 68–83. https://doi.org/10.1002/9781118823071.ch3
Raponi, F., Moscetti, R., Monarca, D., Colantoni, A., & Massantini, R. (2017). Monitoring and optimization of the process of drying fruits and vegetables using computer vision: A review. Sustainability (Switzerland), 9(11). https://doi.org/10.3390/su9112009
Tadini, C. C., & Gut, J. A. W. (2022). The Importance of Heating Unit Operations in the Food Industry to Obtain Safe and High-Quality Products. Frontiers in Nutrition, 9, 853638. https://doi.org/10.3389/fnut.2022.853638