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Título:
Impacto de campos de pulsos eléctricos en enzimas y microorganismos - rol del campo eléctrico y efectos térmicos acoplados, considerando la geometría de la cámara de tratamientos
Autor:
Meneses Villalobos, Nicolás Ismael
Profesor Patrocinante:
Shun Ah - Hen, Kong; Knorr, Dietrich; Carrasco Ruiz, Erwin Ricardo
Grado a Optar:
Ingeniero en Alimentos - Licenciado en Ciencias de los Alimentos
Materia:
tratamiento térmico; carga térmica; campos eléctricos
Universidad:
Universidad Austral de Chile
Facultad:
Facultad de Ciencias Agrarias
Escuela:
Escuela de Ingeniería en Alimentos
Año de Aceptación:
2008
Abstract:
High intensity pulsed electric field (PEF) treatment was investigated with focus on the effectiveness of microbial inactivation and on the impact on milk alkaline phosphatase (ALP) activity. Experiments were made in a laboratory scale, square wave pulse, colinear treatment chamber configuration using a continuous flow-through PEF unit and a parallel plate batch system with exponentially decaying pulses. The main focus of this work was to design a PEF treatment chamber that operates at high and homogeneous electric field strength intensities with limited increase in liquid temperature. The co-linear treatment chambers used have been modified by insertion of grids (made of metal or plastic) resulting in the formation of turbulences and in changes of the electric field strength distribution. The Finite Element Method (FEM) analysis showed that the electric field strength has been increased and was more homogeneous after the insertion of grids. Also the velocity profile improved and turbulence was more intense, which produces uniform treatment of each volume element. As result of this modification, the liquid temperature was decreased, the microbial inactivation was increased and the inactivation of heat sensitive alkaline phosphatase (ALP) was reduced. A mathematical comparison of the thermal exposure during PEF treatment and the thermal stability of the enzyme was used as a capable tool to distinguish between pulsed electric field and thermal effects on the ALP activity. It was observed that only a minor part of the inactivation was related to electric field effects. Finally, a model was developed that couples the electric field, heat transfer and fluid dynamics analysis. The predicted product temperatures downstream of the treatment chamber were in good agreement with the observed temperature for a range of conditions considered.
Resumen:
En el presente trabajo se estudiaron Tratamientos de Campos de Pulsos Eléctricos de Alta Intensidad (PEF) enfocado en la efectividad de la inactivación de microorganismos y el impacto sobre la actividad de la fosfatasa alcalina (ALP). Los experimentos fueron realizados a escala de laboratorio, utilizando una cámara de tratamientos continua, co-linear de pulsos cuadráticas y una cámara de placas paralelas batch de pulsos exponencial. El objetivo principal de este trabajo fue diseñar una cámara de tratamientos PEF capaz de producir intensidades de fuerza de campo eléctrico altas y homogéneas y reducir el incremento de temperatura en el líquido. La cámara de tratamientos co-linear usada fue modificada mediante la inserción de grillas, lo cual produjo la formación de turbulencias y cambios en la fuerza del campo eléctrico. Análisis de Elementos Finitos (FEM) mostraron que la fuerza del campo eléctrico ha sido incrementada y más homogénea al insertar las grillas. A demás, el perfil de velocidades mejoró y la turbulencia más intensa, lo cual permite un tratamiento más uniforme para el alimento. Como resultado de esta modificación, la temperatura del líquido disminuyó, aumentó la inactivación microbiana y disminuyó la inactivación de la fosfatasa alcalina. Se utilizó una comparación matemática entre la exposición térmica durante el tratamiento PEF y la estabilidad térmica enzimática como una herramienta para distinguir entre el efecto producido por el campo de pulsos eléctricos y la temperatura en la actividad de ALP. Se observó que solo una menor parte de la inactivación se relaciona al efecto de los campos de pulsos eléctricos. Finalmente, se desarrolló un modelo para acoplar análisis de campo eléctrico, transferencia de calor y dinámica de fluidos. Las temperaturas predichas por el modelo y las experimentales concordaron estrechamente en un rango de condiciones determinadas.
Palabras Clave:
tratamiento térmico; carga térmica; campos eléctricos
Editor:
Universidad Austral de Chile - Sistema de Bibliotecas - Programa Cybertesis
Formato:
text/pdf
Idioma:
es
Copyright:
Meneses Villalobos, Nicolás Ismael
Dirección Electrónica:
http://cybertesis.uach.cl/tesis/uach/2008/fam543i/doc/fam543i.pdf