Introducción

La necesidad de procesos más eficientes y sostenibles en la industria alimentaria impulsa la investigación en nuevas tecnologías de procesamiento. Uno de estos métodos innovadores es la electrodiálisis con membranas bipolares (EDBM), que se utiliza para la acidificación de la leche desnatada. Este proceso no solo es más respetuoso con el medio ambiente, sino que también ofrece un control preciso sobre las propiedades del producto final sin alterar la composición de este.

La tecnología EDBM y su aplicación en la leche desnatada

La BMED es una tecnología usada para separar y transportar iones bajo la influencia de un campo eléctrico a través de membranas selectivas. Combina los principios de electrodiálisis convencional con el uso de membranas bipolares, que son capaces de generar iones H + (protones) y OH- (grupos hidroxilo) a partir del agua, facilitando así la separación y conversión de sales en ácidos y bases. En el caso de la leche desnatada, este proceso se usa para la acidificación, un paso crucial para asegurarle que la leche desnatada una mejora en seguridad microbiológica, estabilidad química y mejora de propiedades organolépticas.

Uso de COMSOL Multiphysics en la investigación

Para entender mejor los mecanismos involucrados en la EDBM y optimizar el proceso, los investigadores Arthur Merkel y su equipo utilizaron el software COMSOL Multiphysics. La simulación permitió a los científicos modelar el comportamiento de la leche desnatada durante el proceso de electrodiálisis [1].

Metodología

Modelado del estado estacionario: Se centró en modelar el estado estacionario de la electrólisis del agua y el transporte multiiónico durante la EDBM. El estado estacionario es el punto donde las concentraciones de los iones y las reacciones químicas alcanzan un equilibrio y permanecen constantes en el tiempo.

Simulación y validación: Las simulaciones permitieron observar la migración iónica a través de las membranas y cómo se producían los cambios de pH necesarios para la acidificación de la leche. Los resultados de las simulaciones fueron validados con datos experimentales para asegurar su precisión.

Resultados

El estudio reveló información crucial sobre cómo diferentes parámetros afectan la eficiencia de la BMED. Por ejemplo, se observó que el pH de la leche podía ser controlado de manera efectiva ajustando el voltaje aplicado. Además, se demostró que la EDBM es una técnica viable para la producción de productos lácteos acidificados, con un menor impacto ambiental en comparación con los métodos tradicionales.

Conclusión

La utilización de COMSOL Multiphysics permitió a los investigadores realizar un análisis detallado y preciso del proceso de electro-acidificación de la leche desnatada mediante EDBM. Estos hallazgos no solo aportan una comprensión más profunda de los mecanismos de transporte iónico y la electrólisis del agua, sino que también ofrecen un camino hacia la optimización y sostenibilidad de los procesos en la industria láctea.

Este estudio es un excelente ejemplo de cómo las herramientas de simulación avanzada pueden ser utilizadas para innovar y mejorar procesos industriales, haciendo que sean más eficientes y ecológicos. La integración de tecnologías como COMSOL Multiphysics en la investigación científica promete avances significativos en la forma en que producimos y procesamos alimentos.

Referencias

[1] Merkel, A., León, T., Jofre, L., Cortina, J. L., Dvořák, L., & Ahrné, L. (2024). Steady-state modeling of water-splitting and multi-ionic transport of skim milk electro-acidification by bipolar membrane electrodialysis. Journal of Food Engineering, 378, 112106. Doi:
https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2024.112106.