Las propiedades termofísicas de los alimentos resultan fundamentales para el diseño, evaluación y optimización de las operaciones de transferencia de calor. Aspectos tales como la estimación de los costos energéticos del proceso y la calidad y seguridad de los materiales elaborados resultan dependientes de estas propiedades.^1,2,3 Asimismo, la modelación de tales operaciones requiere de la disponibilidad de esta información.^4,5,6 La modelación puede ser de utilidad para suministradores y fabricantes de equipos para garantizar las especificaciones requeridas en los productos.^7,8

Las propiedades termofísicas pueden obtenerse por diferentes vías: i) determinación de las propiedades térmicas a partir de ecuaciones de predicción reportadas en términos de la composición del alimento;^9-11 ii)diseño de experimentos para la obtención de las propiedades de manera directa, donde los valores medidos se expresan en términos de las mediciones realizadas; ^12-13 iii) empleo de métodos indirectos, basados en la solución numérica de sistemas donde la transferencia de calor se desarrolla en estado no estacionario,^14-16seguido por un procedimiento de optimización para la obtención de los parámetros del modelo. La determinación de las propiedades a partir de modelos es consideradala manera más viable para el caso de alimentos procesados, teniendo en cuenta todas las posibles formulaciones que puedan encontrarse. ^17,18

Los modelos reportados en la literatura para la determinación de las propiedades termofísicas de los alimentos son expresados en función de la temperatura y/o la composición.^{1,13,18,19-21)} Estos modelos no toman en cuenta la interacción entre los componentes del alimento sobre las propiedades termofísicas, no obstante, se considera que sus resultados representan adecuadamente el comportamiento de estas.^22-25 Aunque de manera general se reconoce la dependencia de las propiedades termofísicas con la temperatura, numerosos trabajos reportados en la literatura proponen modelos sencillos basados solo en el contenido de agua del producto,tomando en consideración el elevado contenido de este componente en sistemas alimentarios.La disponibilidad de modelos sencillos y con resultados confiables puede constituir una adecuada vía para la realización de cálculos térmicos, lo cual ha sido propuesto por diferentes autores estando resumidos en la literatura.^{10,11,13,17,26-29}

El objetivo del presente trabajo es la obtención de modelos matemáticos para la estimación de las propiedades termofísicas de un producto cárnico tipo mortadela con harina de quinua en su formulación, considerando la humedad como variable independiente en el intervalo de temperatura correspondiente a su cocción.

El ajuste de los datos de las propiedades termofísicas generados a partir de los modelos de la literatura (tabla 1) reportó los modelos de predicción que aparecen en la tabla 6 y sus estadígrafos correspondientes.

Tabla 2

Tabla 3

Tabla 4

Tabla 5

Tabla 6

EAM: error absoluto medio; DW: estadígrafo Durbin Watson; p: probabilidad del modelo

La sustitución de la composición del producto (proteínas: 13,83%; grasas: 16,36%; carbohidratos: 1,69%, agua: 63,39%; cenizas: 3,47%; fibra: 1,82%) en las ecuaciones de Choi y Okos reportó expresiones en función de la temperatura, mientras que en los modelos obtenidos se obtuvieronvalores de las propiedades correspondientes a la composición de agua en el producto (tabla 7). La solución de la ecuación (2) mediante el empleo de las ecuaciones de Choi y Okos (tabla 7), considerando una temperatura de 71ºC en el centro térmico de la pieza, alcanzada a las 2,5 h, reportó un coeficiente pelicular de transferencia de calor de 497 W/m².ºC. En la tabla 8 se presentan los perfiles de temperatura obtenidos mediante las ecuaciones de Choi y Okos y los modelos obtenidos, destacándose la similitud de los resultados alcanzados por ambas vías. La diferencia entre los perfiles resultó de manera general inferior a 1%, lo que evidencia la validez de los modelos propuestos. La diferencia de los perfiles calculados con relación a las temperaturas medidas experimentalmente fue de hasta 5,5% para las ecuaciones de Choi y Okos, y de hasta 7,7% para los modelos propuestos a las 0,5 h de cocción. Estas diferencias resultaron inferiores a 1% a las 1,5 y 2,5 h de tratamiento térmico. Para la estimación del coeficiente pelicular de transferencia se partió de las ecuaciones de Choi y Okos considerando la temperatura promedio del producto entre su valor inicial (10ºC) y la temperatura del agua de cocción (80ºC), sin embargo, durante la primera media hora de proceso la temperatura dista más de este valor promedio, pudiendo ser esta la causa de la diferencia antes señalada. Esta situación cambia en los tiempos posteriores en que se realizaron las mediciones. En las figuras 1a y b se muestran los perfiles 3D, obtenidos a las 2,5 h de cocción a partir de las ecuaciones propuestas.

Tabla 7

Tabla 8

Las estimaciones de los perfiles de temperatura en el producto pueden resultar de interés para investigar el posible deterioro de compuestos bioactivos presentes en la formulación como el α-tocoferol y los polifenoles debido a la cocción, lo cual ha sido reportados en la harina de quinua. ^43,44

Fig. 1