Diseño de un proceso térmico de fluidización para la producción de soja crocante

La soja (Glycine max) es una leguminosa con 40% (p/p) de proteínas. Así, el objetivo de este trabajo es desarrollar un proceso de cocción, inactivación y secado-tostado para lograr un producto listo para consumir. Se caracterizó el grano entero de soja en estado crudo, remojado, cocido y secado-tostado en lecho fluidizado. Se observó que al grano experimentaba reducción de volumen y densidad a medida que se deshidrataba, originando productos porosos. Estos cambios estructurales afectaron el comportamiento fluidodinámico del lecho de partículas, requiriéndose la disminución de la velocidad de fluidización durante el proceso para limitar el consumo de energía. A efectos de interpretar la transferencia de materia y energía durante el secado-tostado se desarrolló un modelo cinético considerando la contracción volumétrica y un coeficiente de difusión variable. Las ecuación diferenciales se resolvieron numéricamente, encontrándose una buena calidad predictiva. Luego se extendió el modelo al lecho fluidizado, para predecir variaciones de humedad y temperatura en el lecho de partículas y en el aire de secado. Se encontró un alto potencial para la recuperación de energía .Mediante la evaluación de la calidad del producto, el tratamiento más conveniente fue el que constaba de las etapas de remojado y secado-tostado a 140ºC.Facultad de Ingenierí

Caracterización de la fluidización con aire caliente de soja precocida para el control del proceso de tostado

El presente trabajo, tuvo como objetivo investigar el efecto de las propiedades físicas del grano de soja en el proceso de deshidratación/tostado en lecho fluidizado, para determinar el entorno de condiciones más adecuado.Facultad de Ingenierí

Extraction kinetics of saponins from soaked quinoa seed (Chenopodium quinoa Willd)

La Quinoa (Chenopodium quinoa Willd) tiene un buen perfil de aminoácidos siendo un valioso recurso para una nutrición saludable. El objetivo de este trabajo fue estudiar la cinética de extracción de saponinas durante el lavado de quinoa remojada. Las curvas experimentales de contenido de saponinas en función del tiempo se determinaron a diferentes temperaturas de agua de lavado entre 20 y 70ºC durante 70 min de proceso. Un método espectrofotométrico fue propuesto para cuantificar el contenido total de saponinas. La solución analítica de la ecuación de difusión, considerando coeficiente de difusión (Deff) y volumen constante, presentó un buen ajuste a cada temperatura. Los valores del Deff (≈ 10-10 m2 /s) se correlacionaron con la temperatura mediante una ecuación tipo Arrhenius obteniendo un valor de Ea=16,9 kJ/mol. Posteriormente, se propuso un ajuste más robusto, utilizando todo el conjunto de datos experimentales a las diferentes temperaturas. La variación del coeficiente de difusión con la temperatura se consideró a través de la ecuación tipo Arrhenius incluida en el modelo difusivo. El valor obtenido fue de Ea=17,2 kJ/mol con un r 2 global de 0,985. El contenido de saponinas predicho mediante este procedimiento se ajustó satisfactoriamente a los datos experimentales.Quinoa (Chenopodium quinoa Willd) has a good amino acid profile representing a valuable resource for healthy nutrition. The aim of this work was to study the saponins extraction kinetics during washing of soaked quinoa. The experimental curves of saponins content as a function of time was measured at different water temperatures between 20 and 70ºC during 70 min of process. A spectrophotometric method was proposed to determine total saponins content. The complete analytical solution for constant diffusion coefficient using the initial radius provided an accurate prediction at each temperature. An activation energy value (Ea) of 16,9 kJ/mol was obtained. Secondly, a more robust fitting where realized using the whole dataset of saponins concentrations as a function of time for all temperatures. The Arrhenius equation was directly inserted into the diffusional solution. The parameter obtained was Ea= 17,2 kJ/mol with an overall r 2=0,985. Saponins content agreed well with experimental values.Centro de Investigación y Desarrollo en Criotecnología de Alimento

Validación de un modelo matemático del secado tostado de soja remojada en lecho fluidizado : Simulación de la recuperación de energía

En trabajos previos realizados en nuestro laboratorio se determinó y modeló la densidad y volumen de granos remojados y parcialmente secados-tostados en lecho fluidizado en función del contenido de humedad, hallándose que tanto el volumen de los granos como su densidad decrecen con el contenido de agua (Torrez Irigoyen y Giner, 2011a). Posteriormente, al estudiar el comportamiento fluidodinámico de un lecho de soja durante el tratamiento térmico se encontró que la velocidad superficial del aire necesaria para mantener una fluidización y un mezclado intenso se reducía conforme disminuía la humedad, es decir, conforme aumentaba el tiempo a lo largo del proceso, lo cual permite limitar el consumo energético (Torrez Irigoyen y Giner, 2011b). Previo al desarrollo de un modelo de lecho fluidizado se estudió cinética de secado en capa delgada. Con este fin, se desarrolló un modelo difusivo que consideró transferencia de materia local con contracción volumétrica y coeficiente de difusión variable (Deff), acoplado a la predicción de la curva de temperatura mediante un balance macroscópico de energía (Torrez Irigoyen y col., 2014). En este trabajo se plantea el estudio del secado de un lecho de granos de soja remojados a diferencia del caso de capa delgada, la humedad y temperatura del aire experimentarán cambios medibles durante el secado. Los balances correspondientes que los describen se incorporaron al modelo matemático para obtener un “modelo del lecho”. Markowski y col. (2010) destacaron que, para un estudio riguroso,el modelado en lecho fluidizado requiere en primer lugar del análisis y entendimiento de la distribución de humedad y temperatura en el grano.Publicado en Terceras Jornadas de Investigación, Transferencia y Extensión. La Plata : Universidad Nacional de La Plata, 2015.Facultad de Ingenierí

Vacuum drying of rosehip leathers: modelling of coupled moisture content and temperature curves as a function of time with simultaneous time-varying ascorbic acid retention

Vacuum drying kinetics, thermal histories and quality kinetics of two rosehip leather formulations were determined, at tray temperatures between 40 and 70ºC. Data was simultaneously modelled as an ordinary differential equations system encompassing a transient water balance, a transient energy balance, and a variable-order quality kinetics equation, coupled to heat and mass transfer. A set of parameters was fitted for each formulation and satisfactory representations of the experimental data were obtained. Differences in drying rate compensated for the effect of the tray temperature on quality loss, so vacuum drying at 70 ºC was recommended for rosehip leathers due to the shorter drying time required. In particular, the reaction order for ascorbic acid degradation was found to be dependent on the tray temperature.Centro de Investigación y Desarrollo en Criotecnología de Alimento

Fluidization parameters of raw, soaked and cooked soybeans

El objetivo de este trabajo fue determinar los parámetros de fluidización con aire de soja cruda, remojada y cocida a efectos de delimitar un entorno de condiciones para el desarrollo de un proceso de secado/tostado en lecho fluidizado. Tal proceso conduce a un producto de soja crocante, listo para consumir, que no ha sido investigado. Se trabajó con soja variedad 5.5i provista por la empresa Don Mario Semillas. Se caracterizaron los tres materiales determinando su densidad y volumen de partícula por picnometría. La humedad se determinó mediante un método de grano entero, resultando de 9,94% en soja cruda, 58,08% para soja remojada, y 59,90% en soja cocida (peso en peso). Los tres productos se fluidizaron a temperatura ambiente en un equipo construido para este propósito. La altura del lecho fijo (L0) fue de 0,10 m. Las densidades y porosidades de lecho fijo fueron: 744,66 kg/m3 y 0,385 para soja cruda; 655,89 kg/m3 y 0,399 soja remojada y 680,62 kg/m3 y 0,367 para soja cocida. La velocidad superficial del aire (V0) se midió con un anemómetro de hilo caliente y la diferencia de presión (Δp) del aire a través del lecho, con un micromanómetro digital. Se observó un comportamiento de fluidización de lechos de partículas grandes, con burbujas de gran tamaño y alto grado de mezclado. Graficando los valores de Δp/L0 vs V0, se observó, luego de la zona de lecho fijo, un comportamiento de transición entre éste y el de lecho fluidizado. Se ajustó una ecuación tipo Ergun a los datos de lecho fijo de cada producto para determinar los coeficientes laminar y turbulento, los que resultaron ser de 54,7 y 1,54 para soja seca, 64,31 y 0,85 en soja remojada, y 11,32 y 0,78 para soja cocida. A igual valor de V0, los valores de Δp fueron mayores en soja cruda que en soja remojada y cocida. Sin embargo, las menores densidades de partícula de estas últimas amortiguan en cierto modo la diferencia de velocidades de mínima fluidización (Vmf), que fueron calculadas por proyección de las respectivas ecuaciones tipo Ergun hasta el valor del peso del producto por unidad de sección transversal, resultando de 1,54 para soja cruda, 2,40 en soja remojada, y 2,31 m/s para soja cocida. Las velocidades de fluidización prácticas, determinadas en base a los gráficos de datos experimentales, fueron algo mayores, 1,6, 2,6 y 2,4 m/s, respectivamente. Conociendo la dependencia con la temperatura de la viscosidad y densidad del aire se estimó el efecto de la temperatura en la Vmf. Este resultó moderadamente importante: para un incremento de temperatura de 20 a 160 ºC, la Vmf aumentó un 20% en promedio para los tres productos de soja. Como conclusión, en este proceso, donde la soja cocida experimentará un cambio de tamaño y estructura hasta finalizar deshidratada y tostada, la velocidad de fluidización deberá reducirse gradualmente, de 2,7 a alrededor de 1,5 m/s, lo que requerirá control manual o automático, a efectos de ahorrar energía.The aim of this study was to determine the fluidization parameters of raw, soaked and cooked soybeans in order to find a range of operating conditions to develop a crispy, ready-to-eat, dehydrated soybean product which was not investigated yet. The cultivar used was 5.5i, provided by Don Mario Semillas company. The three materials were characterized by determining its particle size and density using a pycnometer. Moisture was determined using a whole grain method, resulting in 9.94% w / w for raw soybeans, 58.08 % for soaked soybeans and 59.90% in the cooked material. All three products were fluidized at room temperature in a purpose- built equipment. The height of the fixed bed (L0) was 0.10 m. Densities and porosities of the fixed bed were: 744.66 kg/m3 and 0.385 for raw soybeans; 655.89 kg/m3 and 0.399 for soaked soybeans and 680.62 kg/m3 and 0367 for cooked soybeans. Air velocity (V0) was measured with a hot wire anemometer, while the air pressure drop (Δp) through the bed, with a digital micromanometer. The observed fluidization behaviour corresponded to beds of large particles, with bubbles and high degree of mixing. By plotting of Δp/L0 vs V0 a transitional behavior was observed between the fixed and fluidized bed zones, which was more evident in soaked and cooked soybeans. An Ergun type equation was fitted to the fixed bed data of each product in order to determine the laminar and turbulent coefficients. These were 54.7 and 1.54, respectively, for dry soybeans, 64.31 and 0.85 in soaked soybeans and 11.32 and 0.78 for cooked soybeans. At equal V0, the values of Δp were higher in raw soybeans, than in soaked or cooked soybeans. However, the lower densities of the two last materials reduced the differences in minimum fluidization velocity (Vmf), calculated by extrapolating the predictions by the Ergun type equation up to the value of the product weight per unit cross section. These resulted of 1.54 m/s in raw soybeans, 2.40 m/s for soaked soybeans and 2.31 m/s in cooked soybeans. Practical fluidization velocities, determined on the basis of of experimental data, were somewhat higher, 1.6, 2.6 and 2.4 m/s, respectively. Knowing the temperature dependence of air viscosity and density of, the effect of temperature on the Vmf was estimated. This was moderately important in all three products: by increasing air temperature from 20 to 160ºC, the Vmf increased by an average of 20 % in the three soybean materials. In conclusion, for this fluidization process, where cooked soybeans will experience a structural change to finish dry and toasted, the fluidization velocity should have to be reduced gradually, from 2.7 to about 1.5 m/s, which will require manual or automatic control in order to save energy.Centro de Investigación y Desarrollo en Criotecnología de Alimento

Validación de un modelo matemático del secado tostado de soja remojada en lecho fluidizado : Simulación de la recuperación de energía

En trabajos previos realizados en nuestro laboratorio se determinó y modeló la densidad y volumen de granos remojados y parcialmente secados-tostados en lecho fluidizado en función del contenido de humedad, hallándose que tanto el volumen de los granos como su densidad decrecen con el contenido de agua (Torrez Irigoyen y Giner, 2011a). Posteriormente, al estudiar el comportamiento fluidodinámico de un lecho de soja durante el tratamiento térmico se encontró que la velocidad superficial del aire necesaria para mantener una fluidización y un mezclado intenso se reducía conforme disminuía la humedad, es decir, conforme aumentaba el tiempo a lo largo del proceso, lo cual permite limitar el consumo energético (Torrez Irigoyen y Giner, 2011b). Previo al desarrollo de un modelo de lecho fluidizado se estudió cinética de secado en capa delgada. Con este fin, se desarrolló un modelo difusivo que consideró transferencia de materia local con contracción volumétrica y coeficiente de difusión variable (Deff), acoplado a la predicción de la curva de temperatura mediante un balance macroscópico de energía (Torrez Irigoyen y col., 2014). En este trabajo se plantea el estudio del secado de un lecho de granos de soja remojados a diferencia del caso de capa delgada, la humedad y temperatura del aire experimentarán cambios medibles durante el secado. Los balances correspondientes que los describen se incorporaron al modelo matemático para obtener un “modelo del lecho”. Markowski y col. (2010) destacaron que, para un estudio riguroso,el modelado en lecho fluidizado requiere en primer lugar del análisis y entendimiento de la distribución de humedad y temperatura en el grano.Publicado en Terceras Jornadas de Investigación, Transferencia y Extensión. La Plata : Universidad Nacional de La Plata, 2015.Facultad de Ingenierí

Validación de un modelo matemático del secado tostado de soja remojada en lecho fluidizado : Simulación de la recuperación de energía

En trabajos previos realizados en nuestro laboratorio se determinó y modeló la densidad y volumen de granos remojados y parcialmente secados-tostados en lecho fluidizado en función del contenido de humedad, hallándose que tanto el volumen de los granos como su densidad decrecen con el contenido de agua (Torrez Irigoyen y Giner, 2011a). Posteriormente, al estudiar el comportamiento fluidodinámico de un lecho de soja durante el tratamiento térmico se encontró que la velocidad superficial del aire necesaria para mantener una fluidización y un mezclado intenso se reducía conforme disminuía la humedad, es decir, conforme aumentaba el tiempo a lo largo del proceso, lo cual permite limitar el consumo energético (Torrez Irigoyen y Giner, 2011b). Previo al desarrollo de un modelo de lecho fluidizado se estudió cinética de secado en capa delgada. Con este fin, se desarrolló un modelo difusivo que consideró transferencia de materia local con contracción volumétrica y coeficiente de difusión variable (Deff), acoplado a la predicción de la curva de temperatura mediante un balance macroscópico de energía (Torrez Irigoyen y col., 2014). En este trabajo se plantea el estudio del secado de un lecho de granos de soja remojados a diferencia del caso de capa delgada, la humedad y temperatura del aire experimentarán cambios medibles durante el secado. Los balances correspondientes que los describen se incorporaron al modelo matemático para obtener un “modelo del lecho”. Markowski y col. (2010) destacaron que, para un estudio riguroso,el modelado en lecho fluidizado requiere en primer lugar del análisis y entendimiento de la distribución de humedad y temperatura en el grano.Publicado en Terceras Jornadas de Investigación, Transferencia y Extensión. La Plata : Universidad Nacional de La Plata, 2015.Facultad de Ingenierí

Modeling thin layer drying-roasting kinetics of soaked quinoa : Coupled mass and energy transfer

Quinoa has higher protein content (11-16% m/m) and better amino acid profile than most cereals and represents a valuable resource for healthy nutrition. This work studied the kinetics of mass and energy transfer during fluidised thin layer drying-roasting of soaked and washed quinoa, a treatment suitable for preparing a ready-to-eat food. Curves describing moisture content and temperature behaviour with time were obtained for temperatures of 80, 100, 120, and 140 ºC and air velocity of 0.8 m s-1. A coupled mass and energy model was proposed to describe the curves mathematically. The model consisted of a pair of ordinary differential equations (ODEs): a transient macroscopic energy balance equation for heat transfer and either a short or a long dimensionless time mass transfer equation. The model was used to determine the effective diffusion coefficient proposed as an Arrhenius function of temperature by utilising the whole dataset. The heat transfer coefficient was estimated from a correlation reported earlier with values ranging from 164 to 179 W m-2 ºC-1. The activation energy and pre-exponential factor were fitted using a combined method involving a numerical integration of the ODE system followed by a parameter optimisation algorithm. Values obtained were Ea = 39.9 kJ mol-1 and, D0 = 2.872 x 10-4m2 s-1, respectively. Predicted moisture content and temperatures agreed well with experimental values. The present research could be extended to deep fluidised bed models to help optimise existing equipment or design new.Facultad de Ciencias ExactasCentro de Investigación y Desarrollo en Criotecnología de AlimentosFacultad de Ingenierí

Vacuum drying of rosehip leathers: modelling of coupled moisture content and temperature curves as a function of time with simultaneous time-varying ascorbic acid retention

Vacuum drying kinetics, thermal histories and quality kinetics of two rosehip leather formulations were determined, at tray temperatures between 40 and 70ºC. Data was simultaneously modelled as an ordinary differential equations system encompassing a transient water balance, a transient energy balance, and a variable-order quality kinetics equation, coupled to heat and mass transfer. A set of parameters was fitted for each formulation and satisfactory representations of the experimental data were obtained. Differences in drying rate compensated for the effect of the tray temperature on quality loss, so vacuum drying at 70 ºC was recommended for rosehip leathers due to the shorter drying time required. In particular, the reaction order for ascorbic acid degradation was found to be dependent on the tray temperature.Centro de Investigación y Desarrollo en Criotecnología de Alimento