¿Cómo funciona?
La aplicación de PEF provoca electroporación, o como nos gusta llamarlo “elaporación”, formando poros en las membranas celulares con bajo aporte de energía y carga de calor. El mecanismo de acción se conoce desde hace mucho tiempo, pero solo en la última década ha encontrado un amplio uso en la industria de procesamiento de vegetales. Con 200 sistemas Elea PEF utilizados en la industria alimentaria Elea es el líder del mercado en este campo. Este artículo analizará brevemente la historia del uso de PEF, analizará los beneficios del proceso y del producto para la industria de la papa y el diseño de equipos y brindará una perspectiva de las próximas oportunidades de aplicación.
Los primeros días
Por lo que hemos descubierto, los primeros informes sobre el uso de PEF se remontan a la década de 1960, investigadores en Alemania y Ucrania han observado la interrupción celular y la mejora del transporte masivo y los procesos de separación después de aplicar energía pulsada. Los primeros tipos de prototipos a escala industrial se construyeron en la década de 1980 para el procesamiento de harina de pescado, pero la tecnología de conmutación de alta potencia no se desarrolló lo suficiente. La tecnología dio un paso atrás en la academia. En la década de 1990, universidades como la Universidad Estatal de Ohio, la Universidad Estatal de Washington y la Universidad Tecnológica de Berlín llevaron a cabo proyectos financiados con fondos públicos sobre el uso de PEF para la inactivación microbiana y la disrupción de células vegetales. Alrededor de 1997, los primeros informes sobre el impacto de PEF en papas, zanahorias o remolachas azucareras fueron publicados por Angersbach et al. or Rastogui et al. Se ha observado pérdida de presión de turgencia y ablandamiento del tejido haciendo uso de análisis texturales.
Primeros usos en el procesamiento de patatas
En 1998, se desarrollaron sistemas de básculas técnicas para pruebas continuas en la industria de la fécula de patata. Las primeras configuraciones utilizaron la gravedad como medio de transporte, pero rápidamente se hizo evidente que se requería un transporte forzado del producto y se construyeron sistemas de ruedas hidráulicas y cintas transportadoras. El uso de bandas de procesamiento de electrodos horizontales o verticales ha demostrado un alto rendimiento del proceso, confiabilidad y aplicabilidad en la industria alimentaria. En 2006 se instaló un sistema a escala industrial en el procesamiento de papas fritas. Desde entonces, se han desarrollado sistemas PEF industriales llave en mano en DIL, Alemania.
Beneficios del producto PEF para papas fritas
A medida que se pierde la presión interna de la celda (turgencia), las papas se ablandan después de un tratamiento de electroporación. Al igual que después del precalentamiento, el ablandamiento de la textura mejora el corte y da como resultado menos plumas y roturas. En comparación con el precalentamiento, el uso de PEF tiene una serie de beneficios para el producto y el proceso, y el consumo de energía y agua se reduce hasta en un 90 %. Para la aplicación de PEF se aplica un aporte energético de 0.3 a 1.5 kJ/kg de patata, provocando un aumento de temperatura < 0.4°C. Durante la temporada, la intensidad del proceso se adapta durante la temporada, siendo más alta con tubérculos frescos de la cosecha de campo o variedades más duras y disminuyendo hacia el final de la temporada. Se aumenta la longitud promedio del producto y se reduce la pérdida de almidón en las corrientes de agua de procesamiento durante el corte y el escaldado. Eso permite una mejora del rendimiento de hasta un 1.5 % para una línea de procesamiento de papas fritas. Menos rotura de tejido también reduce la absorción de aceite. Se consiguen hasta un 10 % de reducción. No se requiere tiempo de espera ya que el efecto del campo eléctrico es instantáneo y volumétrico, además, no se necesita tiempo de arranque o apagado. Hoy aprox. 140 sistemas Elea PEF están en uso en la industria de papas fritas con capacidades de procesamiento de 5 a 75 t/h. Los proyectos recientes están aumentando la capacidad de tratamiento hasta 100 t/h en líneas simples o el tratamiento de otras materias primas como la batata o la yuca.
Fríe el chip perfecto con PEF
La calidad de la materia prima y el procesamiento optimizado son factores clave para obtener papas fritas y vegetales de alta calidad. La calidad y la consistencia del corte son factores clave en esa industria, ya que todos los pasos de procesamiento posteriores y la calidad del producto dependen de ellos. PEF reduce la rotura y el número de partículas finas y rotas durante el corte de patatas y otras verduras. Una superficie de corte más sofocante reducirá la pérdida de almidón y la cantidad de almidón libre en la superficie del producto. Esto es beneficioso para el rendimiento y la textura del producto, así como para reducir la pegajosidad y la duplicación del producto. Mantener el almidón en las rebanadas contribuye a mejorar la textura y el crujido. Con una pérdida de almidón reducida y un corte mejorado, se puede lograr un aumento del rendimiento de hasta un 2 %. Debido a la liberación más rápida del agua, se puede reducir la temperatura y/o el tiempo de fritura. En las líneas de fritura continuas, dependiendo de la configuración de la línea, es posible una reducción del tiempo de fritura de hasta un 10 %, lo que, en combinación con una temperatura de fritura final reducida, da como resultado una menor carga de calor y una mayor calidad del producto. Para freír por lotes, se puede lograr un aumento de capacidad de hasta un 15 % debido a la eliminación de humedad facilitada. La mayoría de las líneas de papas fritas no incluyen un paso de escaldado, pero cuando se aplica PEF puede ayudar a revertir los efectos no deseados del escaldado en la textura del producto. Menos daño en la superficie de la rebanada dará como resultado una menor absorción de aceite, aproximadamente un 10 % para el producto típico y las condiciones de fritura. Para materias primas como la zanahoria, la chirivía, la batata o la yuca se observan beneficios similares. PEF mejorará el corte del producto y permitirá una eliminación de agua más rápida y una menor absorción de aceite. Reducir el tiempo y la temperatura de fritura permitirá que el producto tenga un color más claro y una apariencia más natural. En la actualidad aprox. 40 Los sistemas Elea PEF están en uso en la industria de snacks, con una capacidad de tratamiento de 1 a 12 t/h para líneas individuales o hasta 28 t/h cuando se combinan varias líneas de rebanado y fritura. Vea el testimonio de un usuario de PEF a continuación. https://www.linkedin.com/embeds/publishingEmbed.html?articleId=9036411920855038759
Diseño de equipos e integración de líneas
Los sistemas continuos se utilizan para el procesamiento de patatas a escala industrial. Se componen de un modulador de pulsos para el suministro de energía y una zona de tratamiento. La potencia del sistema y el diseño mecánico dependen de las necesidades de capacidad de procesamiento. La fuerza del campo eléctrico (~1 kV/cm) y la entrada de energía específica (0.3 a 1.5 kJ/kg) son parámetros clave de proceso y diseño. La sección transversal máxima se define por la intensidad de campo requerida. La entrada de energía específica y el rendimiento determinan la potencia nominal promedio. Para permitir un transporte fluido del producto, la sección transversal de la cámara de tratamiento debe ser amplia y libre de obstáculos, sus dimensiones determinan la potencia nominal máxima del sistema. Los generadores de pulsos de corriente se basan en un transformador de pulsos o en un diseño de generador de Marx. Los sistemas basados en transformadores de pulsos permiten una huella más pequeña, pero las corrientes máximas están limitadas a 1 o 2 kA. Debido a sus picos de corriente más altos de hasta 10 kA, los generadores Marx permiten canales de tratamiento más amplios y son los preferidos para sistemas de mayor rendimiento. Para productos sólidos, como raíces o tubérculos, los sistemas de cinta han mostrado el mejor rendimiento y confiabilidad con una intensidad de tratamiento constante en rendimientos o tamaños de productos variables. El agua se utiliza para la transferencia de energía, para controlar la eficacia del tratamiento y reducir los requisitos de agua. La calidad del agua del proceso se controla y gestiona continuamente. Según la capacidad de tratamiento y la potencia nominal del generador, se pueden utilizar configuraciones de electrodos horizontales y verticales. Mientras que PEF funciona para pelar o quitar, la mayoría de los sistemas se instalan después del pelado, donde el corte o rebanado por chorro de agua posterior se beneficia de una consistencia mejorada y una mayor durabilidad de la cuchilla. Para instalaciones de mayor escala, el generador de impulsos y la unidad de tratamiento están separados para garantizar un espacio reducido dentro de la línea de procesamiento real. Para satisfacer la demanda en el sector de los snacks, Elea ha diseñado una unidad integral dedicada y compacta con una capacidad de tratamiento de hasta 9 t/h. Esto permite una fácil implementación en las líneas de producción existentes.
Control y optimización de procesos
Con el aumento de la entrada de energía de PEF, aumenta el tamaño de los poros y, además de agua, también se liberan azúcar o almidón. Cuanto más, mejor, no es el enfoque correcto aquí, ya que eso puede causar sólidos no deseados y pérdidas de rendimiento. Para la monitorización y optimización de procesos Elea ha desarrollado dos herramientas, PEF Control y Control de corte. Siguiendo un concepto sugerido por Angersbach et al, PEF Control se basa en la medición de la impedancia para detectar el número de células abiertas en un tejido y predecir la mejora del transporte de masa, por ejemplo, en los procesos de extracción, infusión o secado. Cut Control mide la fuerza de compresión y corte de los tubérculos y, por lo tanto, permite la selección de parámetros de procesamiento adecuados según la variedad de la materia prima, la temporada y el corte deseado. Junto con nuestros clientes e integradores de línea, hemos llevado a cabo proyectos de instalación y optimización de línea con soporte remoto o presencial. Haciendo uso de nuestra propia aplicación de soporte de video, el proceso se maneja desde las primeras pruebas en escala piloto a través de pruebas de prueba de principio en el lugar hasta la instalación, puesta en marcha y puesta en marcha del sistema. El diagnóstico y el soporte remotos están disponibles para el servicio al cliente, así como para el desarrollo de productos. Al integrar un sistema PEF en proyectos llave en mano o para reacondicionamiento, nuestro equipo de expertos está disponible para maximizar el rendimiento general de la línea mediante la optimización del equipo de proceso y la configuración en todas las etapas de la línea de producción.
Implicaciones de sostenibilidad
Con un requerimiento de energía de aprox. 1 kWh por tonelada de producto, PEF es la técnica de disrupción celular más eficiente. El uso de agua PEF varía de 30 a 50 l por tonelada de producto, dependiendo del agua de entrada y la conductividad del producto. Para minimizar el uso de agua, la tierra o el almidón libre deben eliminarse antes de ingresar al baño de tratamiento; después del tratamiento, el agua del proceso puede reutilizarse en otras etapas del proceso. Varios usuarios del FAP han realizado y publicado análisis de sostenibilidad después de la implementación del FAP. Para una línea típica de 26 t/h se han reportado ahorros de agua en un rango de 24.000 m3 y ahorros de energía de 10 millones de kWh por año. Esos ahorros en combinación con un aumento de rendimiento de aprox. 950 t y una absorción de aceite reducida en 368 t por año ayudan a ahorrar dinero, recursos y el medio ambiente.
¿Qué sigue y dónde probar?
Trabajamos en estrecha colaboración con los clientes para proporcionar soluciones a medida que mejor se adapten a sus necesidades individuales. El trabajo actual se centra en la optimización de procesos y el desarrollo de nuevos productos para nuevas formas de productos o el uso de cultivos hasta ahora infrautilizados. La infusión mejorada de PEF y la absorción de color, sabor o ingredientes activos permiten impactar en el sabor y la apariencia del producto. El PEF no solo se puede usar para suavizar los tejidos, sino que con el tratamiento térmico se puede usar para preservar la textura del tejido mediante la modificación específica de pectina. Eso permite reducir la degradación de la textura durante la cocción o enlatado de papas y otras verduras. Y, por último, las combinaciones de PEF y la fritura al vacío o el secado al vacío con microondas permiten crear texturas de productos novedosos, sabrosos y crujientes. Con PEF Pilot hemos desarrollado el sistema de I+D más versátil disponible en el mercado.
Comuníquese con nosotros en www.elea-technology.com para desarrollar la mejor solución para su producto de patata.
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