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DEPARTAMENTO DE TECNOLOGÍA DE ALIMENTOS

CONTRIBUCIÓN AL ESTUDIO DE LA APLICACIÓN DE ULTRASONIDOS DE ALTA INTENSIDAD EN PROCESOS DE SECADO A BAJA TEMPERATURA

TESIS DOCTORAL Presentada por: Juan Vicente Santacatalina Bonet Dirigida por: Dr. Juan Andrés Cárcel Carrión Dr. José Vicente García Pérez Valencia, Octubre de 2015

DEPARTAMENTO DE TECNOLOGÍA DE ALIMENTOS

D. JOSÉ VICENTE GARCÍA PÉREZ Y D. JUAN ANDRÉS CÁRCEL CARRIÓN, AMBOS PROFESORES TITULARES DE UNIVERSIDAD DEL DEPARTAMENTO DE TECNOLOGÍA DE ALIMENTOS DE LA UNIVERSITAT POLITÈCNICA DE VALÈNCIA CERTIFICAN: Que la memoria titulada “CONTRIBUCIÓN AL ESTUDIO DE LA APLICACIÓN DE ULTRASONIDOS DE ALTA INTENSIDAD EN PROCESOS DE SECADO A BAJA TEMPERATURA”, presentada por D. Juan Vicente Santacatalina Bonet para aspirar al grado de Doctor en Ciencia, Tecnología y Gestión Alimentaria y realizada bajo nuestra dirección en el Departamento de Tecnología de Alimentos de la Universitat Politècnica de València, cumple las condiciones adecuadas para su aceptación como Tesis Doctoral, por lo que

AUTORIZAN: Al interesado a su presentación en el Departamento de Tecnología de Alimentos de la Universitat Politècnica de València.

Y para que conste a los efectos oportunos, presentamos la referida memoria firmando el presente certificado en Valencia a 28 de octubre de 2015.

Fdo. Dr. D. José Vicente García Pérez

Fdo. Dr. D. Juan Andrés Cárcel Carrión

Agradecimientos Al Ministerio de Economía y Competitividad por su financiación para la realización de este trabajo a través de los proyectos DPI2009-14549-C04-04 y DPI201237466-CO3-03 y por la concesión de la beca FPI (BES-2010-033460) y de la beca para la realización de mi estancia predoctoral (EEBB-1-14-08572). A todos mis compañeros del grupo de Análisis y Simulación de Procesos Agroalimentarios del Departamento de Tecnología de Alimentos, tanto los que están como los que han estado, por hacer más fácil y llevadero el trabajo diario. Al Dr. Antonio Mulet, responsable del proyecto en el que empecé mi tesis, por permitirme realizar la tesis doctoral en su grupo y por su cercanía y humildad. Al Dr. Davide Fissore por su cálida acogida y por toda su ayuda durante mi estancia en Torino. A los compañeros del grupo Lyolab por haberme acogido como uno más contribuyendo a que la experiencia fuera aún más grata. Al Dr. José Vicente García y al Dr. Juan Cárcel, los directores de esta tesis, por haber confiado en mí, por su paciencia y dedicación durante la realización de este trabajo y por todos sus consejos dentro y fuera del ámbito académico. A mi familia por todo su apoyo, especialmente a mis padres porque ahora entiendo mucho mejor sus sentimientos y son para mí un ejemplo de como debo educar a mis hijos. A Carmen por ser el pilar fundamental de la familia que estamos formando juntos y con la que espero y deseo que el camino sea largo y placentero. A Arnau y Jordi simplemente por existir, sin ellos ya nada tendría sentido.

ÍNDICE Abstract………………………………………………………………………..........

III

Resumen……………………………………………………………………..........

V

Resum….……………………………………………………………………..........

VII

1. Introducción……………………………………………………………………..

1

1.1. Generalidades secado...……………………………………………...

3

1.2. Secado a baja temperatura……………………………..…………...

4

1.3. Tecnologías para la intensificación del proceso de secado…..….

5

1.4. Ultrasonidos…………………………………………………...……….

8

1.4.1. Generalidades……………………………………….………

8

1.4.2. Clasificación………………………………………..………...

10

1.4.3. Efectos de la aplicación de ultrasonidos de potencia.......

10

1.4.4. Sistemas de generación y aplicación de ultrasonidos de potencia………………………………………………………………

13

1.4.5. Aplicación de ultrasonidos de potencia en el secado convectivo……………………………………………………………

18

1.5. Modelización del proceso de secado.……………………...……….

20

1.5.1. Modelos utilizados en el secado a baja temperatura……

22

1.6. Parámetros de calidad………………………………………………..

24

1.7. Conclusiones…………………………………………………………..

26

2. Objetivos…………………………………………………………………………

29

3. Plan de trabajo…………………………………………………………………..

33

4. Resultados……………………………………………………………………….

41

4.1. Chapter 1. Influence of process variables on drying kinetics and product quality………………………………………………………………

43

Ultrasonically enhanced low-temperature drying of apple: influence on drying kinetics and antioxidant potential…………..

45

Ultrasonically assisted low-temperature drying of desalted codfish………………………………………………………………

77

Influence of air velocity and temperature on ultrasonically assisted low temperature drying of eggplant…………………….

103

Impact of applied ultrasonic power on the low temperature drying of apple………………………………………………………

133

4.2. Chapter 2. Modeling of atmospheric freeze drying………………..

161

Model-based investigation into atmospheric freeze drying assisted by power ultrasound……………………………………...

163

4.3. Chapter 3. Prospective application………………………………….

191

Use of novel drying technologies to improve the retention of infused olive leaf polyphenols……………………………………..

193

5. Discusión general…....………………………………………………………….

221

6. Conclusiones..….……………………………………………………………….

231

7. Recomendaciones..…………………………………………………………….

237

8. Contribución científica………………………………………………………….

241

9. Bibliografía……………………………………………………………………….

247

Abstract Resumen Resum

Abstract

Contribution to the study of the application of power ultrasound in low temperature drying ABSTRACT Dehydration is one of the most commonly used operations in the food industry, and although its aim is to extend the shelf life of foods by reducing their water activity, it could also involve quality degradation. Vacuum freeze-drying may be considered one of the best drying methods for the purposes of preserving the organoleptic and nutritional properties of the fresh product, but its high processing cost limits its use to high value-added products. Convective drying at low temperatures could be considered an alternative means of obtaining high quality products at lower cost. However, the low drying rates at low temperatures (T
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