Dynamic modelling, analysis and control of dynamic behaviour of refrigeration systems to service vegetables frozen foods plants

[SPA] El uso del frío es imprescindible en muchos procesos de fabricación dentro de las distintas industrias agroalimentarias. El correcto diseño y funcionamiento del sistema frigorífico como sistema auxiliar de los sistemas de proceso es muy importante para garantizar el éxito del proceso de producción. Además, las instalaciones frigoríficas absorben una parte importante del consumo energético total de las industrias agroalimentarias, como es el caso de una fábrica de alimentos congelados. Los modelos desarrollados, e implementados en esta tesis en el lenguaje de programación C++, simulan el comportamiento dinámico de las instalaciones frigoríficas y de los equipos a los que dan servicio, congeladores y cámaras de conservación de congelados con un reducido número de ecuaciones y parámetros. Con ellos se simula dinámicamente, por una parte, el consumo eléctrico de las instalaciones frigoríficas y sus parámetros de funcionamiento más importantes, y, por otra, la temperatura del aire en el interior de los congeladores y las cámaras de conservación de congelados, como parámetro más importante de funcionamiento de estos equipos.[ENG] The use of refrigeration is essential in most of food industry. The correct design and good operating of refrigeration systems is very important for success of production. Moreover, the refrigeration systems intake a great part of the total energy consumption in the food industry, like the frozen food plant. In addition, in the food process engineering, the advances in modelling and simulation techniques, permitting a better knowledge of process, make possible an increasing use of modelling applications at industry level. Moreover, the modelization and optimized control of refrigeration systems may have a great incidence in the reduction of energy and manufacturing costs, and on the frozen food quality. The models developed in this thesis simulate the dynamic behaviour of refrigeration systems and process equipments, such as freezing equipments and frozen stores, at its service. Besides, these models are built with a reduced number of equations and parameters. In this manner they are simulated dynamically, the energy consumption of refrigerated systems and their most important working parameters, and, on the other hand, the air temperature inside the freezing equipments and frozen stores. Once the models are determined, they have been linearized to obtain the transfer functions necessary to proceed to the development of control systems. As first step in the construction of the control systems had been proceeded to analyse by means of RGA technique, to obtain the best strategies of control. Two control techniques have been used. The control of compressor by fuzzy logic permits a “smooth” control action, and energy savings. Moreover, the QFT control technique allows the cold store temperature control at different working conditions, the inaccuracy and uncertainties of model, and, above all, the disturbances, in form of energy inputs, like those due to doorway open cycles. Finally a software has been built, named CIMFROZEN. This software performs the simulation of a complete frozen food plant, which makes it possible to analyse the optimum working conditions according to criteria of energy consumption and production scheduling. All these results has been able to validate the utility of modelization and control tools to obtain an energy save and the optimum working conditions inside minimum margins of temperature, of the refrigeration system and cold store for frozen foods.Universidad Politécnica de CartagenaPrograma de doctorado en Producción Vegetal e Ingeniería Agraria y Alimentari

Self cooling bag-in-box package and method of manufacturing the same

[SPA] Esta patente se refiere a un envase bag-in-box autoenfriante, compuesto por: (1) un envase flexible (bag), que contiene un alimento líquido o una bebida, u otro producto líquido; (2) una camisa de enfriamiento o evaporador, construida con una pared flexible y que rodea al envase anterior; (3) un adsorbedor contenido en una caja con paredes flexibles, separada e independiente de la anterior; y (4) un envase rígido (box), que contiene el conjunto anterior, formado por la bolsa con el producto líquido, la camisa de refrigeración, y el adsorbedor. Este envase rígido o box podrá tener una forma cilíndrica, de barril, o de caja en forma de paralelepípedo, o cualquier otra forma. La citada camisa de refrigeración y el adsorbedor está separada por medio de una válvula o una película unida o termosellada a la boca del evaporador, de modo que cuando se abre esta válvula o se rompe este sello comienza el proceso de enfriamiento del alimento líquido, ya que en la citada camisa tiene lugar la evaporación a vacío de un refrigerante, preferentemente agua, siendo adsorbidos los vapores de este refrigerante en el material adsorbente contenido en el adsorbedor, que se mantiene también a vacío. [ENG] This patent refers to a self-cooling bag in box package, that is made up of: (1) a flexible package (bag), that contains a liquid food or a drink, or another liquid product; (2) a cooling jacked or evaporator, constructed with a flexible wall and that surrounds to the cited flexible package; (3) an adsorber contained in a box with flexible walls, separated and independent of the previous one; and (4) a rigid package (box), that contains the previous set, formed by the bag with the liquid product, the coolant jacket, and the adsorber. This rigid package or box will be able to have a cylindrical shape, of barrel, or a shape of parallelogram, or any other shape. The mentioned coolant jacket and the adsorber are separated by means of a valve or a thermal sealed film to the mouth of the evaporator, so that when is opened this valve or breaks this seal begins the process of cooling of the liquid food, since within the mentioned jacked, the evaporation at vacuum takes place, of a coolant, like the water, being adsorbed the steam of this coolant in the contained adsorbent material in the adsorber, that also stays at vacuum.A la empresa Damm S.A. por su financiación y colaboración en la realización de estos trabajos

Effect of isothermal and non-isothermal treatments on the viability and stress response of foodborne pathogen and spoilage microorganisms

[SPA] Los tratamientos térmicos son el proceso de conservación más ampliamente utilizado en la industria alimentaria. Podría decirse que casi todos los alimentos reciben, al menos, un tratamiento térmico durante su manufacturación. Los objetivos de este trabajo fueron determinar el comportamiento de los microorganismos en condiciones isotérmicas y anisotérmicas(tanto en estático como en continuo), determinar el uso correcto de la combinación de calor y antimicrobianos naturales (tecnología de barreras) y encontrar los genes involucrados en la respuesta a los tratamientos térmicos. El uso de la tecnología de barreras se basa en aplicarlas de forma correcta. En este estudio se encontró que aplicar los compuestos antimicrobianos durante el tratamiento térmico no tenía efecto sobre la inactivación del microorganismo, mientras que su aplicación después del mismo, resultó en una reducción significativa del tiempo de tratamiento. El intercambiador de calor usado en esta investigación permite determinar el comportamiento de los microorganismos de forma más real. Los resultados obtenidos muestran que un ligero incremento en la velocidad de calentamiento resulta en una mayor inactivación. La síntesis de novo de proteínas y el uso de la cisteína para la estabilización de las proteínas celulares son mecanismos clave en la termorresistencia de C. sakazakii. [ENG] Thermal treatments are the most widely preservation technique used in the food industry. Almost, all food products are heated at least once. The objectives of this study were to determine the behavior of microorganisms under isothermal and non-isothermal heat treatments, to determine the microbial inactivation during a continuous heating process, to find the best balanced application of heat and natural antimicrobials (hurdles), and to determine the genes that could be involved in heat resistance. The basis of the hurdle technology is its correct use in the accurate way. Results show that the application of the natural antimicrobials in the heating medium do not have effect in the inactivation of the microorganism, while its application just before the thermal treatment results in greater inactivation, leading to a reduction of the treatment time. Results on the heat exchanger show that under non-isothermal treatments, a slight increase in the heating rate results in greater inactivation of microorganisms at the end of the process. The de novo protein synthesis and cysteine uptake for protein stabilization are key process in the heat resistance of C. sakazakii.The financial support of this research was provided by the Ministry of Science and Technology of the Spanish Government and European Regional Development Fund (ERDF) through Project AGL- 2010-19775. J.P Huertas is grateful to the Spanish Ministry of Science and Innovation for his fellowship (BES-2011-046580)

Modelización y optimización de sistemas de autoenfriamiento de envases alimentarios por adsorción a vacío

El objetivo general de este proyecto es desarrollar un sistema de autoenfriamiento de envases de alimentos líquidos optimizando la tecnología de enfriamiento por adsorción a vacío. Para ello se analizarán, seleccionarán y optimizarán las tecnologías existentes de autoenfriamiento de bebidas envasadas, desde el punto de vista técnico (facilidad de miniaturización y simplicidad, a la vez que efectividad) e higiénico, y de seguridad alimentaria. Se reproducirá el comportamiento termodinámico de cada una de las alternativas posibles, mediante prototipos, utilizando sistemas adecuados de medición, para poder desarrollar un modelo matemático del sistema que contemple por un lado el proceso exotérmico que tiene lugar en el adsorbedor, y por otro el proceso de evaporación. Se analizarán las ventajas e inconvenientes de cada una de las alternativas seleccionadas, para ser aplicadas en envases activos autoenfriantes en bebidas.Son muchas las personas a las que quiero agradecer que me hayan apoyado durante la realización de este trabajo: Antonio López Gómez y Arturo Esnoz Nicuesa, directores de este trabajo por el apoyo, el ánimo y los consejos brindados. A mis compañeros del Departamento de Ingeniería de los Alimentos y del Equipamiento Agrícola, Yulisa, Antonio, Mari Ángeles, Fayiny, y May. A la empresa Damm, S.A. por su financiación y colaboración en la realización de este trabajo

Termorresistómetro para la medida de la resistencia al calor de microorganismos en condiciones controladas de temperatura, capaz de simular condiciones de tratamiento isotérmico y no isotermo.

Número de publicación: 2 231 030 Número de solicitud: 200302529El nuevo Termorresistómetro incorpora un serpentín de refrigeración (6) y realiza el control de la temperatura con un PID a través de un autómata (11) programable y monitorización con un sistema Scada. Todo ello nos permite, además de realizar tratamientos térmicos a temperatura constante, simular rampas de calentamiento y de enfriamiento complejas y tratamientos térmicos completos, tanto discontinuos como continuos y registrar la evolución de la temperatura alcanzada.Universidad Politécnica de Cartagen

High heating rates affect greatly the inactivation rate of Escherichia coli

Heat resistance of microorganisms can be affected by different influencing factors. Although, the effect of heating rates has been scarcely explored by the scientific community, recent researches have unraveled its important effect on the thermal resistance of different species of vegetative bacteria. Typically heating rates described in the literature ranged from 1 to 20°C/min but the impact of much higher heating rates is unclear. The aim of this research was to explore the effect of different heating rates, such as those currently achieved in the heat exchangers used in the food industry, on the heat resistance of Escherichia coli. A pilot plant tubular heat exchanger and a thermoresistometer Mastia were used for this purpose. Results showed that fast heating rates had a deep impact on the thermal resistance of E. coli. Heating rates between 20 and 50°C/min were achieved in the heat exchanger, which were much slower than those around 20°C/s achieved in the thermoresistometer. In all cases, these high heating rates led to higher inactivation than expected: in the heat exchanger, for all the experiments performed, when the observed inactivation had reached about seven log cycles, the predictions estimated about 1 log cycle of inactivation; in the thermoresistometer these differences between observed and predicted values were even more than 10 times higher, from 4.07 log cycles observed to 0.34 predicted at a flow rate of 70 mL/min and a maximum heating rate of 14.7°C/s. A quantification of the impact of the heating rates on the level of inactivation achieved was established. These results point out the important effect that the heating rate has on the thermal resistance of E. coli, with high heating rates resulting in an additional sensitization to heat and therefore an effective food safety strategy in terms of food processing.This research was financially supported by the Ministry of Economy and Competitiveness of the Spanish Government and European Regional Development Fund (ERDF) through project AGL2013-48993-C2-1-

Impact of heating rates on alicyclobacillus acidoterrestris heat resistance under non-isothermal treatments and use of mathematical modelling to optimize orange juice processing

Alicyclobacillus acidoterrestris is a spoilage microorganism responsible for relevant product and economic losses in the beverage and juice industry. Spores of this microorganism can survive industrial heat treatments and cause spoilage during posterior storage. Therefore, an effective design of processing treatments requires an accurate understanding of the heat resistance of this microorganism. Considering that industrial treatments are dynamic; this understanding must include how the heat resistance of the microorganism is affected by the heating rate during the heating and cooling phases. The main objective of this study was to establish the effect of heating rates and complex thermal treatments on the inactivation kinetics of A. acidoterrestris. Isothermal experiments between 90 and 105 C were carried out in a Mastia thermoresistometer, as well as four different dynamic treatments. Although most of the inactivation takes place during the holding phase, our results indicate the relevance of the heating phase for the effectiveness of the treatment. The thermal resistance of A. acidoterrestris is affected by the heating rate during the heating phase. Specifically, higher heating rates resulted in an increased microbial inactivation with respect to the one predicted based on isothermal experiments. These results provide novel information regarding the heat response of this microorganism, which can be valuable for the design of effective heat treatments to improve product safety and stability. Moreover, it highlights the need to incorporate experimental data based on dynamic treatments in process design, as heating rates can have a very significant effect on the thermal resistance of microorganisms.This research was funded by Ministerio de Economía, Industria y Competitividad of the Spanish Government, grant number AGL2017-86840-C2-1-R. Alberto Garre acknowledges the support from a postdoctoral grant by the Fundación Séneca, Murcia Region (20900/PD/18) in WU

Avances en Ciencias y Técnicas del Frío - 11

Este año 2022 se han cumplido 20 años desde la fundación de la Sociedad Española de Ciencias y Técnicas del Frío (SECYTEF; http://secytef.upct.es/), que tuvo lugar precisamente en la Universidad Politécnica de Cartagena, durante la celebración en esta Universidad del primer congreso CYTEF en 2002. Fue el Primer Congreso Español de Ciencias y Técnicas del Frío de esta serie de congresos CYTEF. Posteriormente, los congresos CYTEF han tenido lugar cada 2 años, y de su organización se ha encargado especialmente la SECYTEF, ya que es su principal cometido Los trabajos de investigación presentados en los Congresos CYTEF han sido publicados en los libros de actas correspondientes que constituyen una serie denominada Avances en Ciencias y Técnicas del Frío. Contando con este libro de Actas del CYTEF 2022, ya son 11 números de esta serie de libros los publicados. Representan una valiosa fuente de información científico-técnica para los investigadores, técnicos y profesionales interesados en las Ciencias y Técnicas del Frío, tanto en lo que se refiere a tecnologías de producción de frío, como a las tecnologías de su aplicación en los distintos sectores

Termorresistómetro para la medida de la resistencia al calor de microorganismos en condiciones

Número de publicación: 2 231 030. Número de solicitud: 200302529Termorresistómetro para la medida de la resistencia al calor de microorganismos en condiciones controladas de temperatura, capaz de simular condiciones de tratamiento isotérmico y no isotermo. El nuevo Termorresistómetro incorpora un serpentín de refrigeración (6) y realiza el control de la temperatura con un PID a través de un autómata (11) programable y monitorización con un sistema Scada. Todo ello nos permite, además de realizar tratamientos térmicos a temperatura constante, simular rampas de calentamiento y de enfriamiento complejas y tratamientos térmicos completos, tanto discontinuos como continuos y registrar la evolución de la temperatura alcanzada.Universidad Politécnica de Cartagen