Optimización de recursos energéticos en el procesamiento de la yerba mate

Abstract

Durante los últimos años la industria yerbatera se encontró frente a dos problemas referidos a la producción primaria y su impacto en la calidad del producto. El primero de ellos surge de las limitaciones impuestas por mercados externos ante la presencia de hidrocarburos aromáticos policíclicos en la yerba mate. Estos aparecen debido al contacto con gases de combustión de madera durante el procesamiento. Son compuestos cuya presencia en alimentos es cuestionada ya que pueden afectar la salud humana. El segundo problema viene del incremento de costos del combustible junto a la falta de eficiencia térmica en los equipos utilizados. El objetivo de la tesis fue buscar alternativas para afrontar los problemas mencionados y optimizar los procesos que actualmente se utilizan en los secaderos de yerba mate. Respecto al primer problema, se buscaron tres alternativas basadas en antecedentes sobre métodos de inactivación enzimática, que en el procesamiento de la yerba mate se denomina zapecado. El mismo resulta crucial al evitar pardeamiento de las hojas. Se analizó la factibilidad de obtener un producto sin contacto con los gases de combustión, es decir, libre de humo. Se realizó la caracterización fisicoquímica, sensorial y se estimó el consumo energético requerido para obtener yerba mate con tres tipos de procesos alternativos utilizados tradicionalmente en la industria alimenticia: Zapecado con agua (ZA), Zapecado con vapor (ZV) y zapecado/secado con microondas (SMO). La yerba mate zapecada por métodos alternativos se secó con aire caliente hasta valores menores al 5 % en base húmeda. Las muestras se compararon con yerba mate obtenida por método tradicional de zapecado y secado (MT). La modificación del proceso de zapecado ha influenciado significativamente en la mayoría de los parámetros de calidad, en algunos casos se han encontrado conservación de atributos y en otros casos consecuencias indeseables para la calidad. Los cambios en el color fueron dispares, siendo el de mayor degradación el parámetro asociado a los tonos verdes, el ZV. La pérdida de solubles resultó entre 6,3 % y 7,3% para ZA y ZV respecto a sus métodos de referencia. No se encontraron diferencias para SMO. La cafeína se conservó mejor en SMO y ZV que en los métodos tradicionales, no así en ZA. Los polifenoles totales disminuyeron significativamente en ZA y ZV, y no mostraron diferencias en SMO. En todos los casos, la capacidad antioxidante fue mayor en los tres métodos alternativos respecto al tradicional. El estudio de minerales Ca, Mg y Fe, mostró que los dos primeros presentan valores mayores solamente en SMO, respecto a métodos tradicionales, y que en ZA y ZV no se observaron diferencias. Para el Fe en todos los casos las diferencias resultaron significativas respecto al zapecado tradicional. Las muestras secas se estacionaron en condiciones de humedad y temperatura controlada para realizar el análisis sensorial. Utilizando el test del triángulo, se determinó que la yerba mate a sometida a SMO no pudo ser diferenciada respecto al método tradicional. Las diferencias encontradas en ZA y ZV no resultaron desagradables. En cuanto al estudio energético, con la cinética de secado a 100 ºC se requirieron entre 40 y 60 minutos adicionales para que las muestras procesadas con ZA y ZV alcancen los mismos valores de humedad (5% base húmeda) que en el método tradicional. Las posibles soluciones al problema de la baja eficiencia térmica de secado y al contacto con humo, se plantearon en dos etapas. La primera de ellas consistió en el estudio de la eficiencia térmica en los secaderos que utilizan contacto directo, es decir secado con gases de combustión y comparar con equipos que utilizan secado indirecto, libre de humo. La eficiencia en los zapecadores es similar en todos los casos estudiados, y las mayores pérdidas se dan por la falta de sistemas de aislación en las paredes de los tambores metálicos. En las cintas de secado se observó que los sistemas de secado directo utilizan aberturas laterales para ingresar aire frío y mezclar con los gases de combustión, facilitando la operación de secado. Estas aberturas tienen un impacto negativo en la eficiencia térmica, que osciló entre 12% y 27 % en el mejor de los casos, respecto a los valores citados en la bibliografía, mayores al 50 %. Los secaderos que utilizan calentamiento indirecto de aire mejoraron las eficiencias de secado hasta valores cercanos a 40 %. En una etapa siguiente se realizó la simulación y la optimización del secado en cintas superpuestas. Esto permitió analizar diversas condiciones de secado que podrían mejorar los métodos actuales. En sistemas de cintas superpuestas, los resultados más importantes mostraron que la humedad alcanzada en el secado indirecto respecto al secado con gases de combustión mejora entre 8 y 13 % en las mismas condiciones de temperatura y humedad inicial. Esto permitiría procesar un porcentaje mayor de materia prima por unidad de tiempo o bien disminuir la temperatura de trabajo, alcanzando contenidos de humedad en la yerba mate canchada similares a los que se obtienen con el secado directo (con gases de combustión) en las mismas condiciones de temperatura y humedad inicial. Se estudió la posibilidad de recircular una fracción de la corriente gaseosa con el secado indirecto, se estableció si se utiliza hasta 15% de esta corriente se podrían alcanzar valores de humedad menores al 2 % (bh) y cercanos a los encontrados para el secado directo, lo cual sería más que suficiente para asegurar la estabilidad del producto durante su estacionamiento.