Using Numerical Simulations in the Evaluation of Food Thermal Process

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1 Using Numerical Simulations in the Evaluation of Food Thermal Process Pedro E. D. Augusto COTUCA, FEA UNICAMP Marcelo Cristianini FEA UNICAMP

2 Thermal Process The most effective and used method for guarantee of food safety and quality Enzymes inactivation Sensorial perception Nutrition Energy Thermal Process Microbial inactivation

3 Cold spot and slowest heating zone (SHZ) (Augusto et al, 2008; Santana, 2007; Pinho, Cristianini, 2005)

4 Cold spot and slowest heating zone (SHZ) (Augusto, 2009; Augusto et al, 2009; Augusto, Cristianini, 2008; Augusto et al., in press - b)

5 SSR Convective heat transfer coefficient (h) 3,000 2,250 1, SSR F F model /F experimental G1 G2 0 G h (W/m²K) 0.0 h G1,cooling = 1,125 W m-2 K-1 h G2,cooling = 675 W m-2 K-1 h G1,heating = 2,150 W m-2 K-1 h G2,heating = 1,450 W m-2 K-1 Dh ~ 67% (Augusto et al., in press - d)

6 Convective heat transfer coefficient (h) Meat Cubes 2 x 2 x 2 cm Meat Matrix Orientation of the meat cubes in the space (Santana, 2007)

7 Process control: retort temperature Fp t t f i 10 T ( t) T z ref dt Fm 1 V V V n t t f 1 i 10 T ( t, V ) T z ref dtdv D(1ºC) DFp ~ 20% (Augusto et al., 2008)

8 Process control: temperature sensors (Augusto, Cristianini, 2008) DFp ~ 60%

9 Physical properties Dk(5%) DCp(5%) DFp ~ 20% (Augusto et al., 2008)

10 Fm (PU) Packaging orientation 60s 100s 200s 300s 1.300s conventional inverted horizontal (Augusto et al., in press - a) t (s)

11 Fm (UP) Packaging orientation posição convencional posição invertida 20s 30s 60s 100s 300s t (s) (Augusto et al., in press - c)

12 Thermal process optimization Dretention ~ 15% (Pinho, 2003)

13 Fm (min) Fp (min) Thermal process optimization Packaging geometry DFp ~ 25% LC LP DFp ~ 320% (Augusto et al., 2009; Augusto et al., in press - b) t (min)

14 Thermal process optimization v (m.s -1 ) 30s 60s 180s 420s 480s 900s (Augusto, 2009) g G1 / g G2 = 1,3

15 Conclusions The numerical simulation of heat transfer and fluid flow is proving to be a powerful tool in the evaluation of different aspects of food thermal process, contributing to obtain safer and high quality foods.

16 References Augusto, P. E. D. Modelamento matemático da transferência de calor durante o tratamento térmico de alimentos líquidos embalados. Dissertação (Mestrado em Tecnologia de Alimentos), Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP), Augusto, P. E. D.; Cristianini, M. Avaliação de erros na determinação de histórias térmicas de produtos processados termicamente com registradores internos de temperatura. Brazilian Journal of Food Technology, VII BMCFB, 9-19, Augusto, P. E. D.; Pinheiro, T. F.; Cristianini, M. Using computational fluid-dynamics (CFD) on the evaluation of beer pasteurization: effect of can orientation. Ciência e Tecnologia de Alimentos, in press - a. Augusto, P. E. D.; Pinheiro, T. F.; Cristianini, M. Utilização de fluidodinâmica computacional (CFD) na avaliação de tratamentos térmicos de bebidas em garrafas. Brazilian Journal of Food Technology, in press - c. Augusto, P. E. D.; Pinheiro, T. F.; Tribst, A. A. L.; Cristianini, M. Evaluation of methodologies for mathematical modeling of packaged conductive foods heat process. International Journal of Food Engineering, 5(4), article 6, Augusto, P. E. D.; Santana, F. F.; Cristianini, M. Utilização de modelagem matemática para avaliação dos efeitos da temperatura de processo e das propriedades térmicas na esterilização de alimentos. Brazilian Journal of Food Technology, 11(2), , Augusto, P. E. D.; Santana, F. F.; Cristianini, M. Mathematical modeling of the heat transfer for evaluation of corned beef sterilization. Brazilian Journal of Agri-Industrial Products, in press - b. Pinho, C. R. G. Modelamento matemático do processo de esterilização de alimentos condutivos em embalagem de vidro. Dissertação (Mestrado em Tecnologia de Alimentos), Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP), Augusto, P. E. D.; Pinheiro, T. F.; Cristianini, M. Determining convective heat transfer coefficient (h) for heating and cooling of bottles in water immersion. Journal of Food Process Engineering, in press d.

17 References Pinho, C. R. G.; Cristianini, M. Three-dimensional mathematical modeling of microbiological destruction of Bacillus stearothermophilus in conductive baby food packed in glass container. International Journal of Food Engineering, 1(2), 1-8, Santana, F. F. Modelamento matemático de alimentos com particulados pelo método dos elementos finitos. Dissertação (Mestrado em Tecnologia de Alimentos), Universidade Estadual decampinas (UNICAMP), Acknowledgements