La temperatura de transición vítrea en el secado por atomización: efecto de la composición del producto Vellido Pérez, José Antonio Guadix Escobar, Emilia María Espejo Carpio, Francisco Javier Gutiérrez Rodríguez, José Manuel López López, Héctor Universidad de Granada. Departamento de Ingeniería Química Temperatura de transición vítrea Secado por atomización Punto de pegado Glass transition Spray-drying Sticking point Un alimento nunca se considera aislado pues siempre hay algo que lo rodea, como el aire o un líquido de cobertura. La relación alimento-entorno es lo que hace precisamente que consideremos a un alimento como un sistema mismo que no permanece fijo sino que va cambiando con el tiempo, pues el alimento evoluciona con el ambiente que tiene alrededor. Como el componente mayoritario de los alimentos es el agua, habrá una transferencia de este compuesto del alimento al entorno o viceversa, pudiendo afectar a la seguridad del mismo, la estabilidad, la calidad y las propiedades físicas. El agua de los alimentos es la principal responsable de la mayoría de las reacciones que ocurren durante el almacenamiento de los mismos (reacciones químicas y bioquímicas, oxidación de lípidos, degradación enzimática, reacción de Maillard, proliferación microbiana,…) y que deteriora tanto sus propiedades organolépticas como su valor nutritivo y, en definitiva, la calidad del producto. Por ello, desde la antigüedad se ha utilizado la deshidratación como método para eliminar este agua y, de esta forma, poder aumentar el periodo de conservación de los alimentos. Durante las últimas décadas, el proceso de Secado por Atomización o Spray Drying ha sido objeto de intensas investigaciones, que han dado como resultado modernos equipos que cumplen con los requerimientos de producir un polvo con las características deseadas por los consumidores, echo que ha convertido a esta técnica en uno de los métodos más utilizados industrialmente para la deshidratación de los alimentos. Durante el secado por atomización, la disolución o suspensión a secar se pulveriza (atomiza) en pequeñas gotas en el seno de una masa de aire caliente. El contacto gota-aire produce la vaporización del agua y los sólidos se obtienen en forma de partículas secas (polvo). Se trata de una operación bastante compleja y, además, debe tenerse en cuenta que no todos los productos se secan con la misma facilidad. Algunos tienden a formar aglomerados y/o adherirse sobre la superficie de los equipos de forma indeseada, lo cual es función de lo que se conoce como comportamiento pegajoso que presentan los productos amorfos. Este comportamiento pegajoso de los productos amorfos que comentábamos anteriormente puede relacionarse directamente con una propiedad física del mismo denominada temperatura de transición vítrea, Tg. La transición vítrea de los alimentos es el fenómeno observado cuando un sólido en estado vítreo, altamente viscoso, es calentado hasta que se comporta como un líquido subenfriado o sobresaturado (gomoso), cuya viscosidad disminuirá drásticamente a medida que se incrementa la temperatura, en el caso de alimentos de bajo peso molecular. La temperatura a la que se produce este cambio de estado vítreo-gomoso se le denomina temperatura de transición vítrea, Tg. Cuanto menor sea la Tg de un producto, menor será su comportamiento pegajoso. Según la información publicada en la bibliografía científica, la composición de un producto influye de manera muy importante en la temperatura de transición vítrea o en el comportamiento pegajoso del mismo. De forma general, aquellos productos que posean una mayor cantidad de carbohidratos (fundamentalmente azúcares simples como los monosacáridos y los disacáridos) y de grasas (especialmente si se encuentran en forma libre), suelen presentar menores valores de Tg, mientras que los productos que contienen una mayor cantidad de proteínas poseen valores de Tg más elevados. Aunque, sin lugar a dudas, el factor que presenta una mayor influencia sobre el valor de la Tg es la humedad, de tal forma que cuanto mayor sea el contenido de ésta que posee el producto, menor será el valor de la Tg del mismo. La contribución de cada componente al comportamiento pegajoso de la mezcla está relacionada con su higroscopicidad, su termoplasticidad y con la reducción de la viscosidad del concentrado a secar. La determinación de la temperatura de transición vítrea, Tg, de un determinado producto puede realizarse bien de forma experimental o bien de forma teórica. La determinación de forma experimental puede llevarse a cabo mediante diferentes técnicas: la dilatometría, el análisis térmico mecanodinámico (DMTA), el análisis mecanotérmico (TMA), el análisis térmico diferencial (DTA), la calorimetría de barrido diferencial (DSC), el análisis por espectroscopía dieléctrica (DEA) y el análisis mecanodinámico (DMA), entre otras. Todas ellas utilizan como principio de la medida el cambio en una propiedad específica que ocurre durante la transición, ya sea un cambio en el volumen, en la entalpía, en la capacidad calorífica o en las propiedades mecánicas y dieléctricas. Para la predicción o la estimación de forma teórica de la temperatura de transición vítrea de una mezcla también existen distintas relaciones empíricas. De todas ellas, quizás las dos más conocidas y utilizadas sean la ecuación de Gordon y Taylor (1952) y la ecuación de Couchman y Karasz (1978). Ambas expresiones permiten el cálculo de la temperatura de transición vítrea de mezclas amorfas conocidas algunas propiedades de sus componentes puros. Continuamos nuestro trabajo analizando la importancia del comportamiento pegajoso y, por tanto, de la temperatura de transición vítrea, Tg, en la operación de secado y en la manipulación de algunos productos alimentarios secos, puesto que esta propiedad es la responsable de los problemas técnicos, económicos y de seguridad alimentaria que frecuentemente se presentan en este tipo de industria que utiliza el secado por atomización para deshidratar sus productos. Llegados a este punto y para intentar paliar, en la medida de lo posible, todos estos problemas, se plantearon algunas posibles soluciones o alternativas de operación útiles. La primera medida que se ofreció fue la de modificar la receta de las distintas fórmulas alimentarias añadiendo, por ejemplo, compuestos con un elevado valor de la Tg. La segunda alternativa que se propuso fue la de plantear algunas modificaciones en el diseño de la operación añadiendo equipos de post-secado como un lecho fluidizado vibrante de flujo puntual (“Plug-Flow”) o un lecho fluido estático de retromezclado (“Back-Mix”) que permitan trabajar a temperaturas y humedades de partícula menores, sin poner en compromiso la humedad mínima a la que legalmente se debe de llegar o el propio rendimiento del proceso. En tercer y último lugar, se planteó la estrategia de optimizar mediante la recirculación de los finos a la torre el proceso de aglomeración de las partículas, indispensable para obtener un producto con unas características adecuadas pero crítico por los problemas que puede causar si se produce de forma descontrolada. Finalmente, mediante un tratamiento estadístico, se propuso un modelo empírico que nos permitía estimar o predecir el valor de la temperatura de transición vítrea de un determinado producto antes de su propia fabricación, a partir de los datos de su composición y de su humedad media de salida. Conociendo previamente esta temperatura, se pueden fijar las condiciones de operación adecuadas de tal forma que se eviten o minimicen esos problemas de pegado de los que ya se ha hablado y que tantas pérdidas y quebraderos de cabeza origina a la industria alimentaria. 2023-01-09T08:21:37Z 2023-01-09T08:21:37Z 2015 2015-09 info:eu-repo/semantics/masterThesis Vellido Pérez, José Antonio. La temperatura de transición vítrea en el secado por atomización: efecto de la composición del producto. Granada: Universidad de Granada, 2015. https://hdl.handle.net/10481/78753 10.30827/Digibug.78753 spa http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ info:eu-repo/semantics/openAccess Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 Internacional Universidad de Granada