Evaluación de parámetros fisicoquímicos y nutricionales del jugo de manzana en vida de anaquel de 3 meses y planteamiento de métodos de pasteurización por cavitación usando CFD

Abstract

RESUMEN: En el presente trabajo se desarrolló un estudio teórico-práctico del proceso de pasteurización de jugo de manzana por medio de cavitación hidrodinámica. Como primera etapa, el trabajo se enfocó en seleccionar la materia prima, manzana (Malus domestic Borkh Grimes Golden) la cual se obtuvo de la región suroeste del estado de Zacatecas. Los parámetros medidos fueron pH y acidez titulable como indicadores de calidad en el fruto. Posteriormente, se preparó el jugo según la metodología de la FAO. Al jugo se determinó antioxidantes, Vitamina C, azúcares totales y propiedades fisicoquímicas, también se le realizó pruebas microbiológicas para evaluar la eficiencia de la pasteurización. La segunda etapa del trabajo, se enfocó en abordar un estudio CFD para diseñar una placa de orificio, con el objetivo de ser utilizada en el proceso de pasteurización por cavitación. Para el diseño de la placa se usaron unidades asimétricas las cuales fueron utilizadas por Inchaurregui et al., (2011). La energía liberada por el fenómeno de cavitación hidrodinámica se pretende aprovechar para inactivar los microorganismos patógenos con las caídas de presión obtenidas en las impulsiones de las microburbujas y así obtener una pasteurización a temperaturas más bajas que la convencional, teniendo una menor pérdida de micronutrientes. El estudio práctico tuvo como resultados una manzana con un nivel de maduración de 13 de sólidos solubles lo cual es aceptable para el desarrollo del jugo, una acidez titulable de 0.25 g ácido málico/100 ml se encuentra por debajo del indicado en la NMXF-045-198 y un pH de 4.53.Las características del jugo obtenidos antes y después de la pasteurización convencional ºBrix con un valor de 13 y de 14.5; respecto a la cantidad de antioxidantes se obtuvo 44.9% en jugo pasteurizado en el tiempo de almacenaje y un 50.76% en el jugo sin pasteurizar, la concentración de vitamina C del jugo antes de la pasteurización fue de 0.84 mg/mL, después de 90 días de almacén de 0.63 mg/mL de vitamina C; en el jugo sin pasteurizar se obtuvo una concentración de 228 mg/mL de azucares totales y en el jugo pasteurizado de 1300 mg/mL un aumento considerable y después de un tiempo de almacén de 90 días una concentración de 2696 mg/mL en el jugo sin pasteurizar y 4600 mg/mL en el jugo pasteurizado, respecto a coliformes, mohos, levaduras sólo se identificaron mohos y levaduras a partir de los 51 días de almacenaje en el jugo sin pasteurizar y finalmente, un intervalo amplio de valores de densidad y viscosidad a diferentes temperaturas desde 14-85 ºC destacando sus valores a 25 ºC de 1.28x10-3 Pa·s y 1006 kg/m3. Elestudio CFD de la placa de orificios tuvo como variables la relación geométrica, Np, enel intervalo de 2-10 y un caudal de alimentación (0.5-4 L/min) el Cv obtenido fue de5.978– 0.854 donde el menor valor se obtuvo con el orificio de menor diámetro y mayor flujo de alimentación. Finalmente, tal como se ha dicho el modelo utilizado permite realizar estudios a configuraciones de placas más complejas y entre menos sea el diámetro del orificio el número de cavitación será en medida ligeramente más bajo; sin embargo, se buscar maximizar este fenómeno de manera general para eficientar la pasteurización por cavitación. ABSTRACT: In the current work, a theoretical-practical study of the pasteurization process of apple juice by means of hydrodynamic cavitation was developed. As a first stage, the work focused on obtaining the raw material, the apple (Malus domestic Borkh Grimes Golden) which was obtained from the southwestern region of the state of Zacatecas. The measured parameters were pH and titratable acidity as quality indicators in the fruit. Subsequently, the juice was prepared according to the FAO methodology. The juice was determined antioxidants, total sugars. and physicochemical properties, microbiological tests were also performed to evaluate the efficiency of pasteurization. The second stage of the work was focused on undertaking a CFD study to design an orifice plate, with the aim of being used in the cavitation pasteurization process. Asymmetric units were used for the design of the plate, which were used by Inchaurregui et al., (2011) to develop a procedure that allows limiting the main variables of a process. The units used in this work allow to carry out sensitivity studies to the power and design variables of a complex configuration; in order to reduce energy requirements and computing times. Therefore, in this stage it is sought to study the influence of the variables of feeding and dimensioning of the orifices in a plate in order to maximize the phenomenon of cavitation and, it may be applicable to a juice pasteurization process. The proposed objective function focuses on evaluating the average pressure in the orifices together with the feed flow to estimate the cavitation number (Cv). This number is indicative of the formation of micro cavities and oxidant radicals in the process and this must be in the order of (0.45-0.80). The energy released by the hydrodynamic cavitation phenomenon is intended to be used to inactivate pathogenic microorganisms and thus obtain pasteurization at lower temperatures, having less loss of antioxidants. The practical study resulted in an apple with a ripening level of 13 soluble solids which is acceptable for the development of the juice, a titratable acidity of 0.25 g malic acid / 100 ml is below that indicated in the NMX-F -045-198 and a pH of 4.53. The characteristics of the juice obtained before and after conventional pasteurization ºBrix with a value of 13 and 14.5; Regarding the amount of antioxidants, an increase of 44.9% was obtained in pasteurized juice in the storage time and a 50.76% in the unpasteurized juice, the vitamin C concentration of the juice before pasteurization was 0.84 mg / mL, after 90-day storage of 0.63 mg / mL of vitamin C; in the unpasteurized juice a concentration of 228 mg / mL of total sugars was obtained and in the pasteurized juice of 1300 mg / mL a considerable increase and after a storage time of 90 days a concentration of 2696 mg / mL in the juice unpasteurized and 4600 mg / mL in the pasteurized juice, with respect to coliforms, molds, yeasts, molds and yeasts were only identified after 51 days of storage in the unpasteurized juice and finally, a wide range of density and viscosity values at different temperatures from 14-85 ºC highlighting its values at 25 ºC of 1.28x10-3 Pa · s and 1006 kg / m3. The CFD study of the orifice plate had as variables the diameter of the orifice (4.23, 3.17 and 1.814 mm) and a feed flow (0.5-4 L / min) the Cv obtained was 5.978– 0.854 where the lowest value was obtained with the smaller diameter hole and higher feed flow. Finally, as has been said, the model used allows studies to be carried out on more complex plate configurations and the smaller the diameter of the hole, the number of cavitation will be slightly lower;