APLICACIÓN DE LA OSMOSIS DIRECTA EN LA INDUSTRIA ALIMENTARIA

Transcripción

1 APLICACIÓN DE LA OSMOSIS DIRECTA EN LA INDUSTRIA ALIMENTARIA Ing. Germán Fañanás

2 LEF INGENIEROS QUIÉNES SOMOS? 2

3 LEF INGENIEROS PRODUCTOS Y SERVICIOS 3

4 LEF INGENIEROS PRODUCTOS Y SERVICIOS 4

5 LEF INGENIEROS REFERENCIAS SECTOR INDUSTRIAL: Relación con el cliente final SECTOR ENERGÍA: Relación EPC (contratista), proveemos la ingeniería y el montaje de plantas, además de plantas plug-and-play y piloto OTROS SECTORES: lixiviados, tratamiento de purines y recuperación de agua. 5

6 ÍNDICE INTRODUCCIÓN ANTECEDENTES NECESIDADES OSMOSIS DIRECTA (OD): CONCEPTO, VENTAJAS e INCONVENIENTES OBJETIVOS MATERIALES y MÉTODOS SELECCIÓN DE ALIMENTOS y SOLUCIONES EXTRACTORAS ESQUEMA y FOTO del DISPOSITIVO EXPERIMENTAL RESULTADOS EXPERIMENTALES FLUJO DE AGUA en función de la MEMBRANA y SOLUCIÓN EXTRACTORA CONCENTRACIÓN de ALIMENTOS ENSAYOS ORGANOLÉPTICOS PRÓXIMOS PASOS

7 ANTECEDENTES NECESIDADES Por qué se concentran los alimentos líquidos? Para eliminar el agua y así reducir el peso y volumen para reducir los costes relacionados con el embalaje, el transporte y el almacenamiento y mejorar la estabilidad y la manipulación del producto. Cómo afecta la concentración al alimento? Las propiedades térmicas y reológicas de la mayoría de alimentos disminuyen con la temperatura y el contenido de sólidos. En cambio, la densidad y la viscosidad aumentan al aumentar el contenido de sólidos disueltos. El sabor, la textura, el color y los nutrientes se ven directamente afectados por la temperatura. Tecnologías existentes actualmente? EVAPORACIÓN PROCESOS DE MEMBRANA

8 OSMOSIS DIRECTA (OD) y CONCEPTO π FS < π DS Solución Alimento (FS) J W J S Solución Extractora (DS) Membrana FO Entrada alimento líquido (diluido) Salida sol. extractora (diluida) Reutilización de la solución azucarada SOLUCIÓN ALIMENTO SOLUCIÓN EXTRACTORA agua Salida alimento líquido (concentrado) PROCESO DE ÓSMOSIS DIRECTA Entrada sol. extractora (concentrada) Soluto (ej. azúcar) agua

9 VENTAJAS e INCONVENIENTES de la OD VENTAJAS Operación a temperatura ambiente Operación a bajas presiones hidrostáticas Reducción del fouling Obtención de productos con elevado contenido de sólidos solubles Posibilidad de tratar soluciones con elevado contenido de sólidos suspendidos Facilidad de escalado (modularidad) Posibilidad de concentrar distintos productos en la misma unidad Bajo coste de reposición de las membranas INCONVENIENTES Nueva tecnología aun no aplicada a nivel industrial Desconocimiento de la vida útil de las membranas Flujo de permeado relativamente bajos (5 L/(m 2 h)

10 OBJETIVOS Investigar y desarrollar una solución tecnológica sostenible para concentrar alimentos líquidos con 2 objetivos: - Reducir el impacto ambiental que supone el proceso de concentración - Mejorar la calidad organoléptica de los alimentos líquidos respecto a otros alimentos concentrados mediante métodos convencionales Selección de los mejores alimentos líquidos (ej. zumos, purés, aromas...) susceptibles de ser concentrados mediante osmosis directa en función de las propiedades físicas (ej. calidad del producto final concentrado) pero también en función de las necesidades del mercado. Selección de los mejores agentes osmóticos para la concentración de alimentos líquidos atendiendo a parámetros de operación (ej. flujo y calidad de permeado) y sus posibilidades de reúso una vez diluido; p.e., soluciones azucaradas concentradas o soluciones de fertilizantes concentradas. Investigación, desarrollo y optimización de la operación mediante diferentes parámetros de concentración (ej. tiempo, nº de ciclos, tipo de membrana). Comparación de la calidad organoléptica del producto concentrado mediante osmosis directa frente a los procesos convencionales.

11 SOLUCIONES EXTRACTORAS ALIMENTOS SELECCIÓN DE ALIMENTOS y SOLUCIONES EXTRACTORAS Puré Fresa x 3 x fold Puré Aroma Pera Manzana Determinación de: Bx Acidez ph Turbidez Viscosidad Color índice de refracción etc. parámetros que determinan la calidad organoléptica de cada solución NaCl Concentrado Manzana Jarabe Glucosa-Fructosa

12 ESQUEMA del DISPOSITIVO EXPERIMENTAL SOLUCIÓN EXTRACTORA (DS) SOLUCIÓN ALIMENTO (FS)

13 FOTO del DISPOSITIVO EXPERIMENTAL Control de T PC Solución Extractora Solución Alimento Balanza Celda de FO

14 AQ HTI-TFC HTI-ES HTI-NW PO AQ HTI-TFC HTI-ES HTI-NW PO AQ HTI-TFC HTI-ES HTI-NW PO Flujo de agua [L/(h m 2 ) Agua mq. Extractoras FLUJO DE AGUA en función de la MEMBRANA y SOLUCIÓN EXTRACTORA H 2 O NaCl CM JGF MEMBRANAS Sol. Alimento Agua mq Soluto H 2 O Membranas Comparación Soluciones 6,5 3,5 7,1 Extractoras Membranas x 3 NaCl CM JGF 2,0 9,9 22,5 12,5 13,2 6,8 27,1 1. Porifera 2. Aquaporin 3. HTI-ES 4. HTI-TFC 5. HTI-NW 7,6 4,4 5,9 3,3 10,5 Conc. Manz. [71ºBx] NaCl [4M] Sol. Azúcares [65ºBx]

15 J w [L/h m 2 ] Conc. [ Bx] J w [L/h m 2 ] Conc. [ Bx] J w [L/h m 2 ] Conc. [ Bx] CONCENTRACIÓN de ALIMENTOS NO se consigue el objetivo de ºBx < 32 Bx < 22 Bx t [h] t [h] 0 ANTES LIMPIEZA DESPUÉS LIMPIEZA 5 Limpieza de la membrana < 32 Bx 12, t [h] 11,5 11 Aroma de manzana descartado (atraviesa la membrana)

16 J w [l/h m 2 ] Conc. [ Bx] IMPACTO de la CENTRIFUGACIÓN Centrifugación: 6000 rpm 5 min Concentración Sobrenadante vía FO Sobrenadante concentrado + Sedimento 9 Flujo de agua CON CENTRIFUGACIÓN. 30 Sedimento Puré de Fresa 7.5 Bx 8 7 Conc. alimento CON CENTRIFUGACIÓN Flujo de agua SIN CENTRIFUGACIÓN Conc. alimento SIN CENTRIFUGACIÓN 25 6 Bx Objetivo t [h]

17 ⁰Bx [-] ⁰Bx [-] CONCENTRACIÓN de PURÉ de FRESA CENTRIFUGADO 30 Concentración Puré Fresa PF_PO_NaCl PF_HTI-ES_NaCl PF_PO_JGF 25 PF_PO_CM PF_HTI-ES_JGF 20 PF_HTI-ES_CM t [h] 10 Concentración Puré Fresa PF_PO_NaCl PF_HTI-ES_NaCl PF_PO_JGF PF_PO_CM t [h]

18 ⁰Bx [-] ⁰Bx [-] CONCENTRACIÓN de PURÉ de PERA CENTRIFUGADO 40 Concentración Puré Pera PP_PO_NaCl PP_HTI-ES_NaCl 35 PP_PO_JGF PP_PO_CM 30 PP_HTI-ES_JGF PP_HTI-ES_CM t [h] Concentración Puré Pera PP_PO_NaCl PP_PO_JGF PP_HTI-ES_NaCl PP_PO_CM t [h]

19 ENSAYOS ORGANOLÉPTICOS OSMODIR INDULLEIDA OBJETIVO

20 RESULTADOS ORGANOLÉPTICOS (I) Resultados Organolépticos OSMODIR INDULLEIDA HTI-ES NaCl (4M) Concentrado de Manzana (CM) 2,14 6,14 1,86 6,29 5,43 6,43 5,57 5,71 Puré Fresa (PF) Puré Pera (PP) Jarabe Glusoca- Fructosa (JGF) NaCl (4M) 5,14 6,57 4,71 6,29 1,71 7,57 1,43 7,14 Porifera Concentrado de Manzana (CM) Jarabe Glusoca- Fructosa (JGF) 5,29 6,29 5,43 6,00 5,29 6,29 5,29 6,29 alimento membrana solución extractora

21 RESULTADOS ORGANOLÉPTICOS (II) OSMODIR INDULLEIDA OBJETIVO Puré Fresa Sol. Extractora: CM Membrana: PO OSMODIR INDULLEIDA OBJETIVO Sabor 4,57 4,86 5 Dulzor 3,14 2,57 3 Acidez 3,43 3,86 3 Textura 4,29 4,29 5 Salado 0,00 0,00 0 Valoración final 8,43 6,29 10 Valoración final Salado 10 Sabor Dulzor Acidez Textura Puré Pera Sol. Extractora: CM Membrana: PO OSMODIR INDULLEIDA OBJETIVO Sabor 4,71 4,57 5 Dulzor 3,57 3,00 3 Acidez 2,86 3,71 3 Textura 4,71 4,43 5 Salado 0,00 0,00 0 Valoración final 8,14 6,00 10 OSMODIR INDULLEIDA OBJETIVO Valoración final Salado 10 Sabor Dulzor Acidez Textura

22 PRÓXIMOS PASOS (I) OsmoFOOD

23 PRÓXIMOS PASOS (II) OsmoFOOD FEASABILITY STUDY Task 1.1. Elaborate a technical planning for the scale-up of the prototype to an industrial demonstration plant Task 1.2. Market analysis & Stakeholders Identification Task 1.3. IP landscape analysis Task 1.4. Business planning

24 APLICACIÓN DE LA OSMOSIS DIRECTA EN LA INDUSTRIA ALIMENTARIA Germán Fañanás Xavier Simón