¿Qué es la concentración de alimentos?

Los alimentos concentrados permanecen en estado líquido, mientras que el secado produce alimentos sólidos o semisólidos, con un contenido en agua significativamente más bajo. Los alimentos se concentran para aumentar su vida útil y/o incrementar su valor.

Si bien existen muchas técnicas para concentrar líquidos, las más utilizadas para realizar esta operación son:

1. Evaporación.

2. Técnica de membranas.

3. Crioconcentración.

La evaporación.

Es una operación unitaria utilizada para concentrar alimentos líquidos. Durante el proceso se elimina por ebullición del alimento líquido, un solvente volátil (normalmente agua), hasta que su contenido en sólidos alcance la concentración deseada.

La separación del agua se consigue aprovechando las diferencias de volatilidad existente entre el agua y la de los solutos.

La evaporación se consigue suministrando calor (generalmente vapor de agua) para vaporizar parcialmente el disolvente (agua) y obtener una solución final con el grado de concentración deseado.

Para que la evaporación se desarrolle de forma continua se requiere:

• Que se suministre el calor necesario para la vaporización del líquido.
• Que se eliminen continuamente las moléculas de líquido que escapan de la capa límite.

La configuración de un evaporador:

• Evaporador de simple efecto. El método de evaporación más simple es la utilización de un solo efecto, en el que el vapor se alimenta al interior de la cámara, el concentrado y el vapor producido se eliminan y después este vapor se condensa.
• Evaporación de efectos múltiples. Consiste en aprovechar el vapor que sale de un evaporador en la calandria del siguiente evaporador. El sistema se puede repetir cuando existan varias calandrias en serie. Al final el vapor se envía a condensación.
• Recompresión térmica del vapor. Consiste en reutilizar el vapor secundario inyectándolo en el evaporador como vapor de calentamiento. Para ello es necesario compensar la caída de entalpía entre vapor de calentamiento y el secundario, recomprimiendo el vapor secundario en un termocompresor.
• Recompresión mecánica del vapor. La evaporación con recompresión mecánica de vapor significa concentrar el producto en las mejores condiciones técnicas, anulando prácticamente el consumo de vapor y de agua de enfriamiento. En este tipo de evaporadores el vapor, liberado por el producto durante la concentración por vacío, se recomprime mecánicamente (en un compresor) y se reutiliza como fluido caliente en los intercambiadores de calor.

Los tipos de evaporadores.

No existe un evaporador que sea adecuado para todos los tipos de alimentos y/o para todas las condiciones.

Para la elección del tipo de evaporador adecuado conviene tener en cuenta:

• El rendimiento de la instalación y grado de concentración requerido.
• Sensibilidad del producto al calor.
• La necesidad de disponer de un sistema de recuperación de sustancias volátiles.
• Coste de la instalación y gastos de funcionamiento.

Los evaporadores se podrían clasificar en:

1. Evaporadores de circulación natural.
   1. Evaporadores de tubos cortos. Básicamente consiste en un recipiente cilíndrico que contiene un haz de tubos.
   2. Evaporadores de tubos largos de película descendente. Constan de tres partes principales:
      1. Calandria vertical de tubos largo, calentada exteriormente con vapor, que puede circular o no en contracorriente con el líquido a concentrar.
      2. Separador líquido-vapor en la base de la calandria, que puede estar unido o no al elemento de calentamiento.
      3. Sistema de distribución del producto en cabeza, para un adecuado reparto del líquido por los tubos.

2. Evaporadores de circulación forzada.
   1. Evaporadores de placas. Su principio de funcionamiento es similar a los evaporadores tubulares en el que la calandria de tubos se ha sustituido por un paquete de placas.
   2. Evaporador centrífugo. Utiliza la fuerza centrífuga para formar películas delgadas sobre la superficie calefactora consiguiendo así bajos tiempo de contacto y una buena separación entre fases.

La concentación por membranas.

Las membranas de permeabilidad selectiva (solo dejan pasar a su través ciertas moléculas), son de gran interés en la industria agroalimentaria. Algunas de las membranas separan las moléculas de agua de otros constituyentes de los alimentos líquidos, con lo que se consigue una concentración de los mismos.

La principal ventaja de esta técnica es que la calidad del producto generalmente se mantiene, puesto que se trabaja a bajas temperaturas y no hay interfase vapor-líquido que cause pérdidas de aromas.

Las técnicas utilizadas en este proceso son:

1. Ósmosis inversa (OI). Concentración de soluciones por eliminación de agua. Las membranas de ósmosis inversa separan las moléculas más pequeñas de soluto.
2. Nanofiltración (NF). Concentración de componentes orgánicos por eliminación de parte de iones monovalentes como el sodio y cloruros (desmineralización parcial).
3. Ultrafiltración (UF). Concentración de grandes moléculas y macromoléculas, tales como proteínas y almidones.
4. Microfiltración (MF). Eliminación de bacterias, separación de macromoléculas.

El proceso de concentración por membranas:

Son las operaciones unitarias en las que el agua y algunos solutos disueltos en ella se eliminan selectivamente a través de membranas semipermeables.

Los dos principales procesos de concentración por membrana son:

1. La ósmosis inversa (hiperfiltración). La ósmosis inversa es un proceso de separación a través de membranas semipermeable (poros de 0,001 a 0,0001 mm) reteniendo partículas de peso molecular 300 o menor. La ósmosis inversa tiene aplicación para:
   1. La concentración de sueros de queserías, de leche, de zumos de fruta, de enzimas y aceites vegetales, ácido cítrico, clara de huevo, jarabes, extractos naturales, etc.
   2. La clarificación de vino y cerveza.
   3. El fraccionamiento de los líquidos de fermentación.
   4. La desmineralización de sueros de queserías.
   5. La desmineralización y purificación del agua.
2. La ultrafiltración. La ultrafiltración es un proceso de separación a través de membranas de alta permeabilidad que permiten el paso del agua y moléculas de bajo peso molecular. Las principales aplicaciones de la ultrafiltración en la industria alimentaria son:
   1. Esterilización de líquido.
   2. Clarificación y abrillantado de líquidos.
   3. Concentración de líquidos.

Los tipos de módulos:

Las membranas pueden ser empaquetadas de muchas formas para proporcionar diferentes opciones para la separación.

Las configuraciones más utilizadas, son:

1. Diseño de placas y bastidor. Estos sistemas constan de membranas empaquetadas entre placas soporte, que se disponen en paquetes, de forma similar a los intercambiadores de calor de placas.
2. Diseño tubular, a base de polímeros. En este diseño, la membrana cilíndrica y el sistema de soporte se colocan en el interior de un tubo más largo.
3. Diseño enrollado en espiral. Con este diseño se consigue una elevada superficie de membrana en un espacio pequeño.
4. Diseño de fibra hueca. Los módulos de fibra hueca son cartuchos que contienen haces de 45 a más de 3.000 elementos de fibra hueca.

La crioconcentración.

La crioconcentración consiste en la separación parcial de los cristales de hielo de una disolución tras un proceso de congelación. Los cristales se van eliminando por centrifugación, repitiendo la operación varias veces hasta que se consigue la concentración adecuada.

En cuanto a la calidad del producto, con esta técnica se pueden alcanzar los estándares más elevados. Su utilización es muy limitada por el elevado consumo energético.