Ingeniería de Alimentos

1. José David Torres González
Maestría en Ciencias Agroalimentarias
Universidad de Córdoba
Montería, 2014
Aplicación de Microondas en
la Conservación de los
Alimentos

2. Las microondas son ondas electromagnéticas ( señales ) 300MHz < frecuencia
< 300 GHz y 1mm < longitud de onda < 1 m
Son muy aptas para comunicaciones porque presentan más ancho de banda
que ondas de frecuencias más bajas.
Las microondas atraviesan sin problemas la ionosfera ↔ son utilizadas en
comunicaciones vía satélite y en radioastronomía.

3. Clasificación de Las Radiaciones
Electromagnéticas (REM)
Onda Electromagnética
Una de las propiedades más
significativas de las ondas
electromagnéticas es que transporta
energía

4. Conceptos básicos
La radiación electromagnética esta formada por
la combinación de campos eléctricos y
magnéticos, que se propagan a través del
espacio en forma de ondas portadoras de
energía.
Según la naturaleza del cuerpo, las ondas
electromagnéticas penetran más o menos
profundamente en la materia, donde la energía
se disipa (los dipolos inducidos, tienden a
orientarse constantemente según la dirección
del campo electromagnético que varía según la
frecuencia de la señal).
Figura 1. Propagación de la onda
electromagnética.

5. Fundamentos
El microondas funciona transformando la
energía eléctrica en ondas de alta
frecuencia, que penetran en el interior de
los alimentos provocando fricción entre las
moléculas y, por consiguiente, calor.
Los hornos microondas calientan de
adentro hacia afuera los productos. Aunque
puede haber variabilidad en esto.
A diferencia de los hornos convencionales
(que calientan dejando el exterior del
alimento crocante y su centro húmedo a
una menor temperatura).
Los alimentos se cocinan sin asarlo, ya que
la temperatura no alcanza nunca los 100ºC
(temperatura a la que el agua comienza a
evaporarse).
Figura 2. Mecanismo de calentamiento de
una sustancia en contacto con la radiación
por microondas.

6. Fundamentos
 El calentamiento por microondas penetra de un modo mucho mas profundo en el
material a calentar.
 La energía electromagnética es transformada en calor mediante un proceso complejo, en el
cual los dipolos moleculares rotan durante la aplicación generándose fricciones de las
moléculas en el interior del material, unas 2.500.000 millones de veces por segundo.
 Es importante a la hora de cocinar algunos productos como vegetales, cuyas proteínas
pueden perderse con mayor facilidad.
 Además con la utilización de microondas no se pierde calor, o al menos muy poco en
comparación con las técnicas en las que todo el entorno debe ser calentado. Por lo cual es
una tecnología amigable con el medio ambiente.
La eficiencia de los hornos de microondas está en
torno al 45%, pero es superior a las de los hornos
convencionales.

7. Componentes
Un horno microondas consiste de las
siguientes piezas:
1 - Una fuente de alto voltaje,
comúnmente un simple transformador o
un conversor de poder electrónico, que
traspasa la energía al magnetrón.
2 - Un condensador de alto voltaje
conectado al magnetrón.
3 - Un magnetrón, el cual convierte la
electricidad de alto voltaje en radiación
de microondas.
4 - Un circuito de control para el
magnetrón, que sirve para ajustar la
potencia de este último.
5 - Una guía de onda, para poder
controlar la dirección de las microondas.
6 - Una cámara en donde se cocinan los
alimentos.

8. Magnetrón
Es un dispositivo que transforma la energía eléctrica en energía electromagnética en forma de
microonda.
Partes Del Magnetrón:
 El ANODO (o placa) es un cilindro hueco de hierro del que se proyecta un número par de
paletas hacia adentro.
 El FILAMENTO (llamado también CALEFACTOR) sirve como CATODO en el tubo .
 LA ANTENA, una proyección o círculo conectado con el ánodo y que se extiende dentro
de una de las cavidades sintonizadas.
 El CAMPO MAGNETICO lo producen imanes intensos permanentes que están montados
alrededor del magnetrón.

9. Funcionamiento del Magnetrón
El magnetrón tiene un filamento metálico de titanio que, al hacerle circular una
corriente eléctrica, se calienta y produce una nube de electrones a su alrededor.
Este filamento se encuentra en una cavidad cilíndrica de metal que al aplicarle un
potencial positivo de alto voltaje con respecto al filamento, éste atrae a las cargas
negativas. Viajarían en forma radial, pero un campo magnético aplicado por sendos
imanes permanentes obliga a los electrones a girar alrededor del filamento en forma
espiral para alcanzar el polo positivo de alto voltaje. Al viajar en forma espiral, los
electrones generan una onda electromagnética perpendicular al desplazamiento de
los mismos, que es expulsada por un orificio de la cavidad como guía de onda.

10. VIDEO CORTOSOBRE EL FUNCIONAMIENTO DEL
MAGNETRÓN

11. Hornos de microondas
El mecanismo consta de un magnetrón operando generalmente en una banda en torno a
2,45GHz y 950 MHz. Este magnetrón genera microondas, y estará conectado mediante una
guía de onda a una cavidad resonante, la cual contiene el material a calentar.
Un distribuidor, generalmente con forma similar a la de un ventilador se encarga de repartir la
energía en forma de microondas por toda la cavidad, con el fin de conseguir un calentamiento
homogéneo
Figura 7. Horno de microondas.

12. Ventajas del
horno de
Microondas
Velocidad, ahorro de dinero y tiempo: Cocción, rápida, 3 a 10 minutos
Evita la pérdida de nutrientes: Se disminuye la pérdida de vitaminas
como la C, complejo B, y demás componentes termolábiles, ya que los
alimentos se cocinan en su propio contenido de agua sin que se evapore
y sin estar demasiado tiempo expuestos al calor que los destruye.
Comida menos grasosa: porque los alimentos no requieren del uso de
aceites.
Descongelación rápida: Su uso para descongelar elimina la proliferación
de bacterias.
Comodidad: ya que se calienta o cocina en los mismos recipientes en
donde se sirven.
Calentamiento selectivo: calienta únicamente la comida (en lugar de la
comida, los utensilios y las paredes y sólo mientras está prendido: no
sigue calentando una vez apagado).

13. Desventajas del
horno de
Microondas
• Se asocian a experiencias caseras o especulaciones,
faltan investigaciones.
- No usarlo para entibiar leche materna.
- El riesgo latente de producir cáncer no ha sido
comprobado y está en estudio.
- En caso de usar marcapasos no colocarse frente del
aparato
• Eficiencia energética baja.
• Costos de instalación altos.
En alta potencia: los alimentos ricos en grasas,
deshidratados y los hidratos de carbono si no se
controla el tiempo tienden a quemarse

14. Desventajas del horno de Microondas
Resequedad: al pasarse en el tiempo de calentamiento el alimento puede
quedar reseco.
Los alimentos herméticos y/o con cáscara pueden explotar: Si
ponemos salchichas, huevos, tomates o alimentos similares, es muy
probable que en algún momento rompan su cubierta por el intenso
movimiento de sus partículas y la producción de calor en su interior.
No calienta de manera uniforme: A pesar del plato giratorio, muchos
alimentos o preparaciones no tienen la misma densidad en todos sus
puntos. Es probable que algunos lugares terminen más fríos que otros y
haya que seguir calentando.
Fuga de ondas: Pueden producir quemaduras en el cuerpo.
Escasa profundidad de penetración alcanzada en piezas muy grandes
y al efecto refrigerante que ocasiona la evaporación del agua en la
superficie del alimento, que puede ocasionar la supervivencia de algunos
microorganismos.

15. 𝑄 = 2𝜋𝑓𝑒0 𝑒¨𝐸2
La velocidad de generación de calor por unidad de volumen, Q, en una ubicación particular
en el alimento durante el calentamiento por microondas puede ser caracterizada por la
siguiente expresión:
Donde:
E = es la fuerza del campo eléctrico de la onda en esa ubicación,
f = es la frecuencia del microondas
𝑒0= indica la habilidad de los alimentos para almacenar energía eléctrica,
e¨ = es el factor de pérdida dieléctrica (propiedad dieléctrica) representando la habilidad del
material de absorber la onda.
En los alimentos para propósitos prácticos, estas propiedades son determinadas según los
contenidos de agua y sales asociadas, ya que el agua es el mayor componente de muchos
alimentos y además es el mayor componente activo dieléctricamente.
Las propiedades dieléctricas dependen de la composición (o formulación) del alimento,
siendo la humedad y el contenido de sal los dos aspectos de principal interés. El subsecuente
incremento de la temperatura en el alimento depende de la duración del calentamiento, la
transferencia por convección de calor en la superficie y la cantidad de agua dentro del
alimento y en la superficie.

16. Ecuaciones que gobiernan el fenómeno de la
generación de los campos electromagnéticos
 Los campos electromagnéticos responsables del calentamiento se
describen por las ecuaciones de Maxwell.

17. Los principales parámetros ondulatorios para la
radiación electromagnética a tener en cuenta son los
siguientes:
Figura 3. propagación de la onda

18. Ecuaciones que gobiernan la
transferencia de calor

19. Aplicación en la Industria Alimentaria
**Edamames: es el nombre de una preparación culinaria de
las vainas de soja inmaduras, hervidas en agua con sal y servidas
enteras. Es común en Japón, China, Hawái y Corea.
(Chandrasekaran, 2013
(Chandrasekaran, 2013)

20. State Key Laboratory of Food Science and Technology, Jiangnan University, China
Food and Biology Engineering College, Henan University of Science and Technology, Henan,
China
Department of Mechanical Engineering, National University of Singapore,
SingaporeDepartment of Biological Systems Engineering, Washington State University, Pullman,

21. Xu Duan, Min Zhang, Arun S. Mujumdar, Shaojin
Wang
Microwave freeze drying of sea cucumber
(Stichopus japonicus)
Liofilización por Microondas de pepino de mar (Stichopus
japonicus)
State Key Laboratory of Food Science and Technology, Jiangnan University,
China
Food and Biology Engineering College, Henan University of Science and
Technology, Henan, China
Department of Mechanical Engineering, National University of Singapore,
SingaporeDepartment of Biological Systems Engineering, Washington State
University, Pullman,
Journal of Food Engineering - 2010

22. Introducción
 El pepino de mar es un animal marino invertebrado que se utiliza en
preparaciones culinarias porque posee, componentes activos valiosos para la
nutrición, es consumido especialmente en costas China y Japón.
 Se deshidrata tradicionalmente mediante salazón y posterior precocción y
exposición al ambiente por más de 2 dias. Hay informes limitados sobre la
deshidtación de este producto y se estima que el 80% estos nutrientes
activos se pierden con estas técnicas.
 Se necesita una nueva técnica de secado, ya que el secado con aire caliente
(AD) conduce a deformación y deterioro del producto por las altas
temperaturas.
 Otros autores han informado que FD puede ser empleada, pero consumo
energía es alto y tiempos largos (20 h) .
 Investigaciones previas afirman que la MFD = distribución irregular de la
temperatura en el material de secado.. Y además es una tcnica desarrollada
en los laboratoros y no en la industria.

23. Objetivo
comparar el rendimiento por secado al aire, por liofilización y por una
combinación de liofilización con microondas. Los parámetros
examinados fueron: tiempo de secado, relación de rehidratación,
consumo de energía, microestructura y calidad del producto.

24. Materiales y Métodos
Equipo
 Este equipo consta de dos cavidades de
secado donde las pruebas FD y MFD se
pueden llevar a cabo. Los Materiales
secos en la cavidad FD se calientan por
calentamiento óhmico de la
plataforma. Las muestras secas en la
cavidad MFD se someten a un campo de
microondas a 2450 MHz.
 En la cavidad se prede realizar secado
tanto vacío como atmosférico. Durante el
secado, el vacío es mantenido por una
bomba. La temperatura de las rejillas es
suficiente para condensar todo el vapor
generado.
 Para evitar la distribución no uniforme del
campo de microondas, tres magnetrones
se colocan en diferentes ángulos. La
potencia de los magnetrones se puede
modificar de forma continua.
 La temperatura de las muestras de
secado se controlan utilizando sensor de
fibra óptica (0,4 mm, el sondeo

25. Materia prima
Pepinos de mar frescos (S . japonicus ) fueron adquiridos en
el mercado local y almacenados a -25 ° C antes de su uso
en el experimento.
Antes de la aplicación de los tratamientos previos, el
intestino y cinco piezas de tendones en la pared del cuerpo
de pepinos de mar se retiraron y las paredes del cuerpo se
lavaron.
El agua libre en la superficie de los pepinos de mar se retiró
con un papel de filtro absorbente.
Las muestras de la pared del cuerpo de pepino de mar
tenían 100 (± 12,5) g en peso, 12 (± 3,5) cm de longitud, y 5
(± 1,5) mm de espesor.

26. Pretratamiento
Teniendo en cuenta el método de fabricación tradicional y los
criterios finales de sabor, los pepinos de mar hirvieron a 100
° C durante 20 min.
A continuación, el agua libre en la superficie de las muestras
se eliminó con un papel de filtro.
Las muestras sometidas a liofilización se cargaron en una
bandeja de material seguido por congelación a -25 ° C
durante al menos 8 h, lo que podría asegurar que la
congelación del agua libre de las muestras.
Aunque la temperatura de congelación utilizado en el
presente estudio no es necesariamente la temperatura de
congelación ideal para la liofilización, los experimentos
mostraron resultados satisfactorios.

27. Las muestras se dividieron en cuatro grupos de acuerdo a su contenido de
humedad originales (15% wb, 30% wb, 45% wb, y el 78% wb). Cada grupo
de muestras pesaba 300 g y se colocaron en el equipo.
Procedimiento de secado
Secado con aire caliente (AD): Los materiales pretratados se repartieron
uniformemente sobre la (malla) de un secador de bandejas. El aire caliente
fluyó a través del lecho a 1,5 m / s de velocidad y la humedad relativa del
20%. La temperatura del aire caliente se controló y se mantuvo a 60 ° C. Las
muestras se deshidrataron hasta que llegaron al contenido de humedad final
deseada (7% wb).
Liofilización (FD)
Los materiales congelados (300 g) y la bandeja se pusieron en la cámara de
FD. Temperatura de la bandeja de calefacción se fijó en 60 ° C. La presión
de la cámara de secado se fijó en 50 Pa durante el secado y la temperatura
de congelación se mantuvo a -40 ° C. Las muestras se deshidrataron hasta

28. Secado por congelación de microondas (MFD)
Las muestras después congeladas a -20 ° C durante al menos 8 h
también se secaron hasta un contenido final de humedad de 7% wb en
la cámara de MFD. Tres niveles de potencia de microondas (1,6, 2,0 y
2,3 W / g) se probaron bajo 50 Pa de la presión absoluta y -40 ° C de la
temperatura de la cámara fria.
Todos los experimentos se repitieron dos veces y se utilizó el valor
promedio de tres mediciones del contenido de humedad para cada
tratamiento para trazar las curvas de secado. Las muestras
deshidratadas se envasaron inmediatamente en bolsas de polietileno
después de secar para otros análisis.

29. Determinación de los parámetros relacionados
Medición del contenido de humedad
El contenido de humedad de la muestra se determinó mediante el secado en un
horno de vacío a 60 ° C hasta que se alcanzó un peso constante ( AOAC, 1980 ).
Relación de rehidratación (RR)
Las muestras secas se remojan en agua a 25ºC destilada durante 2 h, y luego se
ponen en el papel de filtro de un embudo Büchner, que se celebró en un frasco
de succión de vacío durante 30 s para eliminar el agua libre en la superficie. La
muestra pesada se realizó por triplicado. La proporción de rehidratación (RR) se
calcula de la siguiente manera: ecuación( 1 ).
Donde W d y W r fueron los pesos (g) de las muestras antes y después de la
rehidratación, respectivamente.

30. El análisis de textura
Las características de textura de los pepinos de mar se midieron
usando un analizador de textura (TA-XT2, Stable Micro System Ltd.,
Leicestershire, Reino Unido) equipado con una sonda esférica
( P /0.5). A veocidades de 3,0 mm/s, 1,0 mm/s, y 5,0 mm/s,
respectivamente, y la relación de deformación era 50%. Estas
pruebas se realizaron por triplicado.
Color
El color de las muestras secas se midió utilizando un espectro-
colorímetro (Modelo WSC-S, Shanghai Instrumento Shenguang y
Meter Co. Ltd., Shanghai, China).
Los resultados se expresan como Hunter L * , a* ​​, b * ,
respectivamente, donde L * es el grado de ligereza, a* el grado de
enrojecimiento (+) y verdor (-) y b *el grado de amarillez (+ ) y
coloración azul (-). El Hunter L * , un * , b * valores de cada
tratamiento se determinó por triplicado.

31. La evaluación sensorial
La evaluación sensorial de muestras secas se llevó a cabo por un
panel de degustación de nueve jueces no entrenados. Se pidió a
los panelistas para indicar su preferencia para cada muestra,
sobre la base de los atributos de calidad de color, apariencia,
textura, aroma / sabor, y aceptabilidad global. Se empleo una
escala hedónica de 10 puntos, done 9/10 denota "como mucho",
8/7 "similar", 6/5 "neutral", 3/4 "desagrado", y 1/2 indicado "no les
gusta mucho".
Se pidió a los jueces para dar sus comentarios sobre cada una de
las muestras.
El consumo de energía
El consumo total de energía durante el MFD se midió mediante un
amperímetro (Le Qing Energía Eléctrica Instrumento Ltd.,

32. Examen de la microestructura
Las muestras de pepinos de mar tratados de manera
diferente (frescos, FD y MFD) fueron seleccionados
para su examen microestructura utilizando un
microscopio electrónico de barrido (SEM). Piezas (2 × 2
× 2 mm) se cortaron de las muestras secadas y se
colocaron en un fijador.

33. Determinación de los amino ácidos
La determinación se llevó a cabo utilizando un
analizador de aminoácidos (HP1100, Agilent
Technologies Inc., de Santa Clara, CA, EE.UU.).
El análisis estadístico
Análisis de la varianza (ANOVA) y la prueba de
comparación de medias utilizada fue la de Tukey (HSD),
con un nivel de significancia 0,05. El software
estadístico fue de Sistema SPSS (versión 10.0) para
Windows.

34. Resultados
Figura 2 Demostró que el proceso tradicional FD necesita el tiempo de secado más
largo (18 h). Esto es porque FD, bajo condiciones de vacío, suministra el calor de
sublimación por conducción o radiación (Ratti, 2001 y Matteo et al., 2003). La tasa
de transferencia de calor es lento y por lo tanto el secado tarda mucho tiempo.
Fig. 2. El secado de las curvas de
pepinos de mar bajo diferentes
métodos de secado.
El proceso de AD sólo necesita
alrededor de 8 h. MFD toma 12
h de tiempo de procesamiento,
que es aproximadamente 40%
menor que la de FD
convencional.
Sobrecalentamiento puede
conducir a aumento de la
presión de vapor interna, que
se traducirá en la fusión parcial
de los cristales de hielo, y luego
dar lugar a disminución de la
calidad del producto

35. Método
de
secado
Dureza (g) Relación de
rehidratació
n
El consumo de energía
(kJ/kg H 2 O)
AD 146,56 ±
2,62 a
1.89 ± 0.32 b 8.864.8 ± 73.2 c
FD 90.34 ±
1.83 b
3,85 ± 0,48 a 72.628,6 168,8 ± a
MFD 100,46 ±
2,02 b
3.16 ± 0.43 a 49.566,8 ± 105.6 b
Letras diferentes indican una diferencia significativa ( P ⩽ 0,05) en una columna.
Tabla 1. Efecto del método de secado en el consumo de energía y la calidad del producto.
Tabla 1 muestra que el producto se secó al aire tiene pobres propiedades de
rehidratación y la máxima dureza.
La razón principal de este fenómeno es que AD puede conducir a la evaporación
del agua rápida de la superficie, y al mismo tiempo un número de sales inorgánicas
migrar a la superficie de evaporación con el agua; esto se traduce en el
endurecimiento superficial del pepino de mar.
Como consecuencia, la rehidratación de (AD) pepino de mar secado al aire es
difícil. Sin embargo, AD tenía el menor consumo de energía. Para los productos
sometidos a FD y MFD, la relación de la rehidratación y la dureza no mostraron

36. Tabla 2. La comparación del contenido de aminoácidos de pepino de
mar procesada con diferentes tratamientos (g / 100 g en base seca).
Tabla 2. Listas de 17
aminoácidos diferentes
detectados en los
pepinos de mar secos
excepto el triptófano que
es destruido por
hidrólisis.
Ocho de ellos son
aminoácidos esenciales,
que no pueden ser
sintetizados por el
cuerpo humano.
Se observó que no hubo
diferencia significativa
(P> 0,05) entre FD y
MFD en el contenido de
los aminoácidos.

37. Tabla 3 muestra que L* de pepinos de mar AD es mucho más bajo que
los otros.
Esto significa que las muestras de AD poseen un color mucho más
oscuro que otros dos métodos, y su valor sensorial también es baja ya
que el procesamiento conduce a AD importante contracción. No hubo
diferencia significativa entre las muestras MFD y FD en términos de color
y valores sensoriales (P> 0,05).
Por lo tanto, MFD asegura una buena calidad del aspecto del producto.
Tabla 3. Efecto de diferentes métodos de secado sobre el color y el valor sensorial de
los pepinos de mar.

38. Fig. 4 A, se observaron los músculos y las
fibras de colágeno del pepino de mar
fresco.
Desde Fig. 4 B, C y D, se puede observar
que los músculos y las fibras de colágeno
en el pepino de mar no se observaron
muchas diferencia.
Los pepinos de mar AD tenían porosidad
claramente inferior a los pepinos de mar
FD y MFD, lo que resulta en la capacidad
de rehidratación más pobre.
No hubo una diferencia evidente entre los
pepinos de mar FD y MFD en términos de
su microestructura. Esto implica que MFD
no sólo acorta el tiempo de procesamiento
de FD, sino que también produce
productos con micro estructurales
características similares a los pepinos de
Fig. 4. Imágenes SEM de pepinos
de mar en diferentes métodos de

39. La historia de temperatura-
tiempo en el proceso de
liofilización es importante ya que
refleja el comportamiento
general de secado.
Desde Fig. 5 , el proceso de
MFD se podría dividir en tres
fases: la fase de descenso de la
temperatura, la fase de
sublimación y la fase de
desorción final.
A diferencia de el tradicional FD,
la fase de sublimación en el
proceso de MFD es
relativamente más corto cuando
la temperatura del producto se
eleva rápidamente.
Fig. 5. Curvas de temperatura de pepinos
de mar en MFD bajo diferentes poderes
microondas
El tiempo total de secado para
MFD era 9-11 h, que era casi la
mitad de la de la tradicional
FD.

40. Fig. 6 muestra que la potencia
excesivamente alta de microondas
(2,3 W/g) hace disminuir de manera
leve la rehidratación, lo que podría ser
debido a que el nivel de potencia de
microondas alta podría dar lugar al
endurecimiento de pepino de mar
pared del cuerpo así como la posible
fusión del hielo a la fase de agua que
causa contracción.
El tiempo de secado se reduce
significativamente con el aumento de
potencia de microondas (P<0,05).
El consumo de energía en 2W/g es
más alto, seguido por 1,6 y 2,3 W/g.
Mejor calidad del producto se obtiene
ajustando el nivel de potencia de
microondas a 2 W/g, aunque el
consumo de menos energía se logró
a potencia de microondas de 2,3 W/g
debido a un menor tiempo de
Fig. 6. Efecto de la potencia de microondas en el
tiempo de secado, el consumo de energía y la
relación de la rehidratación utilizando el proceso
de MFD. Letras diferentes indican una diferencia
significativa (P ⩽ 0,05).
Rehidratación = FD > MFD > AD

41. Conclusiones
El secado por aire consume menos energía, pero
afecta la calidad del producto final.
La liofilización por microondas puede reemplazar
liofilización convencional, ya que reduce en gran
medida el tiempo de secado y el consumo de energía,
y se obtienen productos de pepino de mar con la
misma calidad, al obtenido con el proceso liofilización
convencional, el cual a pesar de que mantiene las
característica del producto requiere un alto consumo de
energía y tiempo.