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[Barcelona] : Universitat Autònoma de Barcelona, 2019. |
| Description: |
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| Abstract: |
Se ha desarrollado un sistema innovador de cocción de alimentos basado en el calentamiento por radiación infrarroja (IR) mediante un láser de CO2 (IR Láser CO2) teniendo en cuenta que el agua posee una elevada capacidad de absorción electromagnética en la longitud de onda del IR Láser CO2. El sistema de cocción se ha adaptado en una impresora 3D de alimentos y se ha diseñado con los siguientes requerimientos: 1) cocción en un área delimitada; 2) capacidad de control de la temperatura de cocción; 3) las dimensiones físicas de la lámpara de CO2 deben adaptarse a la impresora 3D de alimentos; 4) el consumo de energía debe ser compatible con la capacidad de la impresora 3D de alimentos; 5) el sistema debe ser controlado por software; 6) versatilidad para cocinar mientras se imprime el alimento o después de la impresión. En el presente estudio se han usado dos sistemas de cocción por IR Láser CO2. Primero se usó una grabadora y cortadora con IR Láser CO2 en la que se establecieron unas condiciones específicas que permitieron la cocción de hamburguesas de ternera, puré de patatas y masas de pizza. Después se desarrolló un nuevo sistema de cocción integrado en la impresora 3D de alimentos formado por una lámpara láser de CO2, un sistema de galvos para dirigir el haz láser a la zona de cocción y un software que permitía controlar la posición y frecuencia del movimiento de los galvanómetros. Con este nuevo sistema se podía cocinar de manera homogénea un área determinada, debido al rápido movimiento de los espejos de los galvos. Se cocinaron los siguientes alimentos en el interior de la impresora 3D de alimentos: hamburguesas de carne de ternera; preparados vegetales tipo hamburguesas formuladas con legumbres, hortalizas y huevo como ingredientes principales; y bases de pizza. Para demostrar que la cocción fue adecuada y suficiente, la cocción mediante IR Láser CO2 se comparó con diferentes sistemas de cocción tradicionales (plancha, barbacoa y hornos IR, de convección, de suela refractaria y microondas) y se evaluaron las características microbiológicas, físico-químicas y sensoriales de los alimentos cocidos. Se analizó la formación de hidrocarburos aromáticos policíclicos con el fin de evaluar la seguridad toxicológica, y se estudió el efecto térmico en la eliminación de Salmonella Typhimurium, Salmonella Senftenberg y Escherichia coli O157:H7 inoculadas en las hamburguesas de ternera y en los preparados vegetales. Los análisis microbiológicos y toxicológicos demostraron que los alimentos cocinados con el nuevo sistema IR Láser CO2 son tan seguros como los cocinados con los métodos convencionales. Los análisis sensoriales indicaron que la preferencia de los consumidores 12 por los alimentos cocidos con IR Láser CO2 fue igual o superior a la preferencia por los alimentos cocidos con los sistemas convencionales. Además, se desarrolló un modelo numérico basado en la dinámica computacional de fluidos para simular el proceso de cocción de las hamburguesas de ternera y los preparados vegetales y se validó con los resultados experimentales de aumento de temperatura durante el proceso de cocción. Los resultados numéricos de la evolución de la temperatura coincidieron con los datos experimentales, excepto durante los primeros minutos de la cocción. El modelo de simulación numérico se considera una potente herramienta para optimizar el proceso de cocción del sistema IR Láser CO2. A partir de los resultados obtenidos se abren nuevas vías de trabajo, que incluyen estudios de cocción con alimentos de composición sensiblemente diferente a los probados hasta el momento; la simulación del proceso de cocción con diferentes parámetros y estrategias de cocción; y la realización de estudios nutricionales. |
| Abstract: |
An innovative cooking system based on infrared radiation (IR) using a CO2 laser (CO2 IR Laser) has been developed considering that water absorbance of electromagnetic infrared radiation at CO2 laser wavelength is very high. The new cooking system has been adapted into a 3D food printer and has been designed with the following requirements: 1) ability to cook in a delimited area; 2) control of the cooking temperature; 3) physical dimensions that fit inside the 3D Food Printer; 4) energy consumption below the power supply limits; 5) software-controlled system; 6) versatility to cook while printing the food or to cook once the food is printed. In the present study, two CO2 IR Laser cooking systems have been used and tested. The first CO2 IR Laser cooking system studied was a laser engraver and cutter equipment in which specific conditions were applied to cook beef burgers, mashed potatoes bites and pizza dough. After, a new cooking system adapted to the 3D food printer was developed, consisting of a CO2 laser lamp, a system of galvo mirrors that direct the laser beam to the cooking area, and a software that allowed controlling the position and the frequency of movement of galvanometers. With this new system, a chosen area could be homogenously cooked, due to the rapid movement of the galvo mirrors. The food products cooked inside the 3D food printer were: beef burgers; vegetarian patties prepared with legumes, vegetables and egg as main ingredients; and pizza dough. To demonstrate that cooking had been achieved, food products were cooked with the CO2 IR laser systems and different traditional cooking systems (flat and barbeque grills; IR, convection, desk and microwave ovens). Microbiological, physico-chemical and sensory characteristics of the cooked foods were evaluated. The formation of polycyclic aromatic hydrocarbons was analyzed in beef burgers and pizzas to evaluate toxicological safety, and the thermal effect in the count reduction or survival of Salmonella Typhimurium, Salmonella Senftenberg and Escherichia coli O157:H7 inoculated in beef burgers and vegetarian patties was studied. Microbiological and toxicological analyses showed that food products cooked with the new CO2 IR Laser system were as safe as food cooked with traditional methods. Sensory analyses showed that consumers had the same, or even higher, level of preference for foods cooked with CO2 IR laser system in comparison with foods cooked with traditional methods. In addition, a numerical model based on computational fluid dynamics was developed to simulate the cooking process of beef burgers and vegetarian patties, and it was validated with experimental data of temperature evolution during the cooking process. The numerical results for temperature evolution given by the model coincide with the experimental data, except for the first minutes of cooking. The numerical simulation model is a powerful tool to optimize the cooking process of the CO2 IR Laser system. Based on the results obtained, future work will be carried out including cooking experimental studies with foods containing a significantly different composition; the simulation of the cooking process with different parametric conditions; and nutritional studies. |
| Note: |
Tesi. Doctorat. Universitat Autònoma de Barcelona. Departament de Ciència Animal i dels Aliments. 2019. |
| Rights: |
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| Language: |
Anglès |
| Document: |
Tesi doctoral ; Versió publicada |
| Subject: |
Tecnologia dels aliments ;
Radiació infraroja ;
Aplicacions industrials ;
Impressió 3D |
| ISBN: |
9788449087318 |
guest ::
dir.
