Conservas: esterilización mediante inducción electromagnética

En la actualidad, la esterilización de los envases metálicos, rígidos y cilíndricos usados en conservas se realiza mediante la aplicación de calor a los mismos en cuantía y tiempo suficientes para conseguirla.

Relacionado con estos dos parámetros precisamente se describen dos tipos de procesos: High Temperature/Short Time (HTST) y Low Temperature/Long Time (LTLT). El tratamiento HTST no puede ser aplicado a productos envasados. En estos últimos, los equipos utilizados son autoclaves que generalmente utilizan agua en sus diferentes estados como fuente de calor. Uno de los mayores inconvenientes de estos equipos es que al tratarse de procesos de larga duración, la calidad organoléptica final del producto se ve muy afectada y difiere mucho de las propiedades del producto fresco o recién cocinado.

Inducción electromagnética

La inducción electromagnética (IE) provoca el calentamiento del material ferroso de la lata. Este, no se hace desde el exterior; se genera en el propio recipiente. Esto significa que mientras el ambiente de alrededor de la lata es frío, dentro de la lata se pueden alcanzar altas temperaturas. De esta manera, la energía empleada se aplica en el lugar exacto donde se requiere realmente. Esto implica una reducción en los tiempos de esterilización como resultado de aumentar el gradiente de calentamiento.

En las últimas décadas, el calentamiento por inducción ha comenzado a ser más usado debido a sus grandes ventajas: rapidez, eficiencia, control, mejora del proceso industrial, limpieza y seguridad. En concreto la IE se ha utilizado en la industria del metal, en los procesos de fabricación de cristal y cuarzo, en la síntesis química de líquidos y gases. Además, la IE forma parte de la industria alimentaria, tanto a nivel doméstico como industrial, donde la energía electromagnética es convertida en calor para cocinar o calentar los alimentos (cocinas de IE). 

El uso de la tecnología de inducción ha dado lugar a un avance espectacular en el sector Food Service (cocinas por inducción) y actualmente ofrece grandes ventajas económicas, medioambientales y organolépticas para otros subsectores de la industria agroalimentaria.

La esterilización por inducción nunca se ha aplicado en la industria de la producción de alimentos en conserva, e introducirá una innovación en uno de los principales sectores industriales en Europa con una serie de beneficios ambientales y de calidad que aumentan positivamente la competitividad.

Simulación del tratamiento térmico por IE

La esterilización de alimentos ha sido modelizada y simulada en numerosos estudios, pero siempre teniendo en cuenta el calentamiento de la lata por agua sobrecalentada o vapor. En este caso, se ha simulado el tratamiento térmico de esterilización basando el calentamiento por inducción electromagnética mediante el programa informático de simulación numérica Comsol Multiphysics.

En primer lugar, el estudio de simulación realizado en FUDin by Ctic Cita se ha realizado con latas llenas de agua para optimizar y ajustar el modelo y, una vez definidas todas las condiciones de simulación, se realizó el modelo con latas de cardo y líquido de gobierno a una velocidad de rotación de 6 rpm.

En el caso del modelo de agua, se pudo comprobar la rapidez con la que se calienta y la homogeneidad en el tratamiento. Y en el del modelo con producto, se apreció como la temperatura en el líquido de gobierno se mantiene a una temperatura más homogénea que en el cardo, debido al movimiento del fluido provocado por el giro de la lata, las fuerzas de flotación y al movimiento del producto en el interior de la lata. 

Por otra parte, la distribución de temperatura en el cardo es progresiva (como se esperaba), pues en la parte externa del cardo la temperatura es mayor y en el centro, menor, debido a la transferencia de calor por conductividad. Este punto central es muy crítico, ya que es la última parte del cardo que recibe la energía suficiente para la esterilización. En consecuencia, el tamaño del cardo u otro producto es muy importante para determinar el tiempo de calentamiento y posterior mantenimiento a una temperatura determinada para lograr la correcta esterilización y un Fo adecuada.

Gracias al modelo desarrollado se puede optimizar el tratamiento de esterilización por inducción electromagnética controlando todos los puntos del proceso, consiguiendo el tratamiento mínimo necesario para garantizar la seguridad microbiológica del producto. Además, el modelo puede adaptarse a todas las condiciones de procesado, pudiendo conocer que ocurre en caso de cambiar los parámetros y las condiciones iniciales del producto (potencias de calentamiento, velocidades de rotación, diámetro y altura de la lata, tamaño del producto, cantidad de producto, temperatura inicial, etc.).

Esterilización mediante IE de cardo enlatado. Mejora organoléptica

El modelo desarrollado ha sido aplicado a la realidad. Para ello, se ha realizado el tratamiento térmico a cardo y alubia blanca para observar la calidad organoléptica del producto final. Además, se ha comparado el tratamiento térmico con el producto control (esterilización convencional en autoclave por lluvia de agua sobrecalentada). En la Figura 1 se presentan las curvas de temperatura obtenidas en los dos supuestos.

En el caso del cardo, el tratamiento basado en el calentamiento por lluvia de agua sobrecalentada se produce a una velocidad de 5,17 ºC/min. Sin embargo, el calentamiento por inducción electromagnética ocurre a una velocidad de 15,47 ºC/min. En la alubia blanca, el tratamiento convencional calienta a una velocidad de 5,33 ºC/min, mientras que el tratamiento por IE a 19,95 ºC/min. Resumiendo, con la tecnología de inducción electromagnética se consigue reducir un 75% el tiempo de esterilización de cardo y un 90% el de alubia blanca.

Esta diferencia queda reflejada en el aspecto del producto final (Figuras 2 y 3), donde se puede observar como la muestra convencional (imagen de la izquierda) está más deteriorada y tiene un tono más pardeado y oscuro que la tratada mediante IE (imagen de la derecha). 

Además, la diferencia en la textura es significativa, obteniendo un producto más al dente y con las fibras menos afectadas (Figuras 4 y 5), por lo que la sensación organoléptica es mucho mejor, recordando al producto recién cocinado en casa.

Por otro lado, las diferencias en cuanto al color también son claras. Como se puede apreciar en las Figuras 6 y 7, las muestras tratadas por inducción electromagnética se acercan más a los tonos originales del producto (verde en el caso del cardo y blanco en el caso de la alubia).

Asimismo, se puede apreciar como la distribución de las muestras convencionales tiende a tonos más rojizos, es decir, más pardeados, lo cual es un indicador de deterioro del color verde y blanco de los productos frescos y recién elaborados.

Conclusiones

La inducción electromagnética es una tecnología válida para el tratamiento de esterilización de productos enlatados. Su uso puede aportar grandes ventajas competitivas respecto al método convencional como, por ejemplo, la rapidez, la homogeneidad y repetitividad o la mejora organoléptica y sensorial del producto.

En concreto, la tecnología de IE consigue reducir los tiempos de procesado un 75% en el caso de cardo enlatado y un 90% en el caso de alubia blanca, obteniendo la misma intensidad de esterilización y consiguiendo una mejora significativa en cuanto a apariencia, textura y color, haciéndolo así más apetecible y diferenciándolo del resto.

Agradecimientos

Desarrollo del equipo: Proyecto financiado por el Ministerio de Economía y Competitividad, en la convocatoria Retos de Colaboración 2015 (RTC-2015-4035-2). Cofinanciado por la Unión Europea a través de FEDER. 

Ayudas predoctorales a la investigación en los Centros Tecnológicos, Centros de Investigación y Empresas de la Comunidad Autónoma de La Rioja.  (BOR n.º 49, de 27 de abril de 2018). Acción cofinanciada por el Gobierno de La Rioja - Consejería de Desarrollo Económico e Innovación.