EL SECADO POR VENTANA REFRACTRANTE

INTRODUCCIÓN

        El secado de la ventana refractante, es un método más reciente para secar productos sensibles al calor, como purés de frutas y verduras, rebanadas, jugos en polvo, hojuelas o láminas. La retención de color, sabor, aroma, vitaminas y antioxidantes se puede mejorar en este proceso de secado y la calidad del producto generalmente puede ser comparable o, en algunos casos, mejor que la que se puede lograr en la liofilización.

        La técnica también se utiliza para secar productos farmacéuticos, nutracéuticos, cosméticos y pigmentos. Los estudios de la literatura sobre el secado RWTM se han centrado en las características de calidad, como los carotenoides en las zanahorias y el ácido ascórbico y el color de las fresas (Abonyi et al., 1999); color, actividad antioxidante de espárragos (Nindo et al., 2003b) y aloe (Nindo et al., 2006); sabor, color, carotenoides, capsaicinoides del pimentón (Topuz et al., 2009 y 2011); sabores encapsulados de aceite de naranja (Cadwallader et al., 2010); compuesto antioxidante de tomates (Abul Fadl & Ghanem, 2011) y papas de colores (Nayak et al., 2011); compuestos bioactivos de papas (Kaspar et al., 2012) y reducción microbiana de calabazas (Nindo et al., 2003a). 

        Los aspectos físicos estudiados de esta tecnología de secado incluyen la eficiencia energética (Abonyi et al., 1999; Nindo et al., 2003a, 2004; Nindo et al., 2006; Abul Fadl y Ghanem, 2011), propiedades de absorción de humedad como la tasa de rehidratación de jugo de tomate seco (Abul Fadl & Ghanem, 2011) y jugo de mango (Capariño et al., 2012), actividad de agua de aloe (Nindo et al., 2006); difusividad efectiva y encogimiento de rodajas de mango (Ochoa et al., 2012); isotermas del jugo de açai (Pavan et al., 2012), y análisis de la microestructura del tomate (Capariño et al., 2012). El secado de la ventana refractante se ha estudiado principalmente para compararlo con otros procesos de secado en términos de diversos atributos de calidad, como nutrición, sabor, color, aroma y compuestos antioxidantes. No se dispone de estudios centrados en el análisis de ingeniería de este proceso de secado, que es el objetivo general de este estudio. Discusiones más detalladas de esto siguen en la siguiente sección.

Comprensión cualitativa actual del secado de ventana refractante

        Aquí presentamos la mejor comprensión cualitativa del secado RWTM disponible en la actualidad. El secado RWTM fue patentado por Magoon (1986) y desarrollado por MCD Technologies, Inc., Tacoma, Washington, EE. UU. Como se muestra en la Figura 1, el calor se transfiere del agua caliente a una cinta transportadora de plástico con la que el agua está en contacto. El material a secar se esparce finamente sobre la cinta transportadora de plástico y así se mueve continuamente con la cinta a la velocidad deseada (Capariño et al., 2012).

        La comprensión cualitativa actual es la siguiente: cuando no hay producto, el desajuste del índice de refracción entre el agua y el aire es tan alto que la energía radiativa que incide en la interfaz plástico-agua se refleja principalmente y muy poca se transmite o se pierde en el aire. Cuando el producto que se va a secar, generalmente un puré que contiene una cantidad significativa (~90 %) de agua, se coloca sobre el plástico, el desajuste del índice de refracción entre el agua y el alimento en el sistema agua-plástico-alimento se reduce considerablemente. Los índices de refracción se vuelven más cercanos, reduciendo la reflexión en esta interfaz y aumentando la transmisión de la energía radiativa hacia el alimento. El material plástico se considera un buen transmisor de radiación térmica (se considera casi transparente a la radiación térmica en las longitudes de onda relevantes).         La “ventana” refractiva se refiere a este permiso de radiación térmica para pasar a través del material plástico cuando un material húmedo está en contacto con él, es decir, como si el material plástico no estuviera presente, lo que corresponde a que la ventana está abierta. Esta “ventana” refractiva mencionada no permanece abierta durante todo el proceso de secado. A medida que el material húmedo se seca, su índice de refracción aumenta creando un desajuste y, posteriormente, la mayor parte de la radiación térmica se refleja en el agua que deja de secarse. Mylar® (Dupont Teijin Films) es un tereftalato de polietileno (PET) y es el material plástico que normalmente se usa para el secado RWTM. La cantidad de energía conducida y radiada varía según el tipo y grosor de la hoja de plástico que se utilice. Asimismo, la absorbancia del puré depende de su espesor y contenido de humedad (Ratti y Mujumdar, 1995).

Dificultades con la comprensión cualitativa actual del secado RWTM y falta de modelos cuantitativos

        La comprensión cualitativa del proceso de secado es bastante vaga. Por ejemplo, aquí se consideraron utilizados todos los modos de conducción (a través de la lámina de plástico hacia el alimento), convección (entre el agua y el plástico, y entre el alimento y el aire) y radiación (a través del material transportador hacia el alimento) (Nindo et al., 2006; Nindo y Tang, 2007), pero las contribuciones de cada modo o su importancia relativa no se midieron experimentalmente ni se analizaron teóricamente. Se ha afirmado que el uso de un plástico delgado que es transparente a la radiación infrarroja relevante permite una transferencia eficiente de la radiación al producto en comparación con un plástico grueso, pero no existe información sobre el grosor apropiado. Se ha pensado que la transferencia de calor por radiación disminuye, haciendo que la transferencia de calor por conducción domine a medida que el producto se seca, esta velocidad reducida de calentamiento protege al producto del sobrecalentamiento y la degradación resultante del color y el sabor (Bolland, 2000; Vega-Mercado et al., 2001). Pero, de nuevo, no se dispone de mediciones o análisis detallados.

Falta de modelos cuantitativos

        No se dispone de una comprensión cuantitativa de la contribución de los modos individuales de energía o de los detalles del transporte de humedad del proceso de secado. Solo se ha informado el historial de temperatura y humedad medido experimentalmente de muestras delgadas y se ha comparado con otras técnicas de secado (Abonyi et al. 1999, 2001; Nindo et al., 2003a, 2007). No se han informado contribuciones relativas de diferentes modos de calentamiento para confirmar que la radiación también es un modo dominante para la transferencia de calor al producto que se seca. La eficiencia térmica del secado RWTM se ha llevado a cabo teniendo en cuenta los diferentes modos de transferencia de calor y comparándolos con otras técnicas de secado (Nindo et al., 2003a). En este estudio, los autores mencionan que la transferencia de calor radiante del agua caliente circulante y la transferencia de calor por conducción de la película plástica son factores críticos responsables del secado rápido de las muestras. El único análisis matemático del secado RWTM que está disponible es un modelo basado en análisis dimensional que relaciona el coeficiente de secado y la relación de humedad en función del tiempo, para secar jugos de fresa (Ghanem, 2010). En este trabajo, se consideraron los tres modos de transferencia de calor durante el secado del jugo de fresa en una placa de vidrio calentada con agua caliente desde abajo. Nuevamente, como antes, no se mencionan las contribuciones relativas de los diferentes modos de calentamiento y no se confirma que la transferencia de calor por radiación contribuya significativamente al secado rápido de las muestras.

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