Dos estudios pioneros desarrollados hace casi un siglo
revolucionaron la industria alimentaria. Se trata de los avances introducidos
primero, por el químico norteamericano Willard Dell Bigelow y, luego, por el
científico en alimentos (Food Scientist) Dr. Olin Ball quienes usaron la
modelación matemática para el cálculo de procesos térmicos. Ambos estudios son
íconos emblemáticos para quienes se dedican a la formulación y procesado de
alimentos. Hasta la fecha ninguna aplicación matemática ha superado los alcances
de ambas investigaciones. Desde ese entonces nos hemos nutrido y, también,
disfrutado alimentándonos con conservas en las que está garantizada su
inocuidad.
Según
señala Ricardo Simpson, Ph.D. en ciencias de los alimentos
de la Universidad Estatal de Oregón, EE.UU y académico de la Universidad Técnica
Federico Santa María y asociado CREAS, la literatura científica sobre el uso de
las matemáticas para determinar o caracterizar variables en los procesos de alimentos
es sólida y vasta; sin embargo, todavía algunos fenómenos propios del material
biológico y matrices alimentarias no son explicados con exactitud. “Para las
matrices alimentarias normalmente se utiliza la teoría clásica de la difusión pero
es ampliamente sabido que su aplicación es altamente cuestionable”, señala a
modo de ejemplo.
Actualmente,
el Dr. Simpson lidera una investigación, inédita en el país y en el mundo de
los alimentos, ésta se fundamenta en el
uso del cálculo fraccional para establecer -con precisión- los diferentes
parámetros involucrados en las matrices alimentarias, especialmente, en los
fenómenos de transferencia de materia y calor.
“Nuestra hipótesis es que el proceso de difusión en la matriz alimentaria
conocido como no-Fick (anómalo) puede ser caracterizado usando fórmulas de
cálculo fraccional. Predecir este fenómeno en forma matemática evitaría a la
industria un sinnúmero de ensayos realizados en laboratorios equipados con alta
tecnología”, apunta.
Vida útil de los alimentos
Uno de los procesos utilizados para preservar y extender la vida
útil de los alimentos es la deshidratación osmótica. Este fenómeno puede ser
modelado por los fundamentos de la transferencia de materia que describen el
origen de las fuerzas difusivas que están involucradas y controlan estos
procesos. Toda ley física utilizada en los procesos industriales asume o supone
ciertas idealidades, esto significa que el sistema en estudios es homogéneo en
estructura y tienen propiedades termo-físicas uniformes; lo que supone también
un equilibrio termodinámico. Pero los productos de naturaleza biológica, como
los alimentos, no están estructurados homogéneamente, lo que hace que su
modelación matemática sea difícil. Especialmente, en este caso, en que la
deshidratación osmótica es dominada por el fenómeno físico de la difusión que
no es adecuadamente representado por la segunda ley de Fick que es sólo válida
para sistemas ideales.
En
los últimos años, investigadores y científicos vinculados a los alimentos han
reconocido la importancia del rol que juegan las microestructura
alimentaria durante el proceso de deshidratación; un rol cuyos efectos no están
incluidos en el modelo de Fick. Este reconocimiento cuestiona fuertemente la
eficiencia del uso de modelos que reducen un fenómeno complejo como es la
deshidratación, a sólo un parámetro ignorando la contribución de estructuras y
microestructuras.
La
difusión basada en el modelo de Fick requiere más parámetros asociados a la
estructura de la materia para obtener un ajuste adecuado. Es por esto que el
Dr. Simpson considera que el cálculo fraccional es una herramienta poderosa que
puede producir una ruptura o discontinuidad en los avances que se han realizado
hasta la fecha en los fenómenos de transporte en las matrices alimentarias
usando la modelación matemática.
“Si
deseamos representar realísticamente este fenómeno, será necesario desarrollar
una nueva herramienta matemática que describa en forma precisa lo que ocurre en
los sistemas alimentarios”, concluye el responsable del proyecto Fondecyt “El
cálculo fraccional como herramienta matemática para mejorar la modelación de
los fenómenos de transferencia de materia en el procesamiento de los
alimentos”, que se encuentra en el segundo de tres años de ejecución.
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