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Secado solar continúo de productos alimenticios

Editado por el Dr. Héctor Nolasco Soria Aceptado el Martes, 06 Octubre 2015 Publicado en Área 7.- Ingenierías

PCTI 162

Autores

Elizabeth Cortés Rodríguez y Claudia Araceli Ruiz Mercado

Crear, Innovar, Desarrollar, S.A. de C.V.

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Abstract

In Mexico, where over half the population lives in poverty, annually 100,000 million pesos are wasted by the lack of an adequate distribution network and infrastructure in food production to marketing; impacting negatively on food security, economic efficiency and the use of natural and energy resources. The project objective was to develop a continuous solar drying process for food products. The methodology included the development and the design of the continuous solar process and the technology related to agro industrial sector. The solar dryer, and developed process, are the best solution to preserve food in a sustainable way, with excellent profitability by reducing waste of surplus harvest, allowing storage of food shortages and facilitate export to high value markets.

Keywords: sustainability, profitability, continuous solar drying.

Resumen

En México, donde más de la mitad de la población vive en situación de pobreza, anualmente se desperdician 100 mil millones de pesos, por la falta de una adecuada red de distribución e infraestructura para la comercialización de la producción de alimentos; lo que impacta negativamente en la seguridad alimentaria, la eficiencia económica y el uso de los recursos naturales y energéticos. El objetivo del proyecto fue desarrollar un proceso de secado solar continuo de productos alimenticios. La metodología incluyó el re-diseño del proceso y la tecnología solar de secado para aplicaciones agroindustriales, lo que representan una mejor solución para conservar los alimentos de una forma sustentable y con una excelente rentabilidad. Lo anterior es posible, al reducir el desperdicio de excedentes de cosecha o las mermas, permitir el almacenamiento de alimentos en escasez y facilitar la comercialización y exportación a mercados de alto valor.

Palabras clave: sustentabilidad, rentabilidad, secado solar continuo.

Problemática

En los próximos 12 años, se prevé que la población mundial se incremente en 1,000 millones de personas (ONU, 2015), lo que incrementará sustancialmente el desequilibrio entre la población y los alimentos existentes; por lo anterior, el reto más importante es la producción y distribución de alimentos de forma sostenible, especialmente en los países en desarrollo, que constituirán la principal fuente de crecimiento global de la producción agrícola hacia el año 2021 (OCDE-FAO, 2012). En México, dentro de la problemática en la agricultura, se encuentran los altos costos de producción y de transacción, la limitada infraestructura de comunicaciones, los elevados costos de transporte, el intermediarismo, entre otros factores. Anualmente se desperdician 10 millones de kilos de granos, carne, frutas y verduras, lo que se estima representa 100 mil millones de pesos, según cálculos del Grupo Técnico de Pérdidas y Merma de Alimentos de la Cruzada contra el Hambre, principalmente en la producción de alimentos hacia la comercialización; es decir, más del 60% de la comida producida se pierde antes de llegar a las mesas de los mexicanos, lo que representa terribles pérdidas de inversión en agricultura y en los insumos de energía necesarios para producir comida, impactando directamente en la pobreza existente (Cincopordia, 2015). Una de las mejores alternativas de conservación post cosecha, es el proceso de secado; sin embargo, en la producción de alimentos secos existe un rezago tecnológico, puesto que el proceso de secado de manera tradicional se realiza a cielo abierto y a nivel industrial con hornos de convección (túnel o bandejas). En ambos casos no se satisfacen los estándares de calidad del producto final, además se tienen elevados consumos energéticos y económicos, por lo que es conveniente innovar el proceso, para optimizar el uso de energía al utilizar fuentes renovables, reduciendo el alto consumo de combustibles fósiles, desarrollando un proceso altamente sustentable. El secado es una etapa fundamental en términos de conservación, ya que le brinda al producto un tiempo de vida de anaquel más largo y facilita su manejo y almacenamiento; además de que si se realiza de manera óptima es posible la conservación del color y los nutrientes en el producto seco (Mujumdar, 2007), por lo que se requiere desarrollar tecnologías eficientes y amigables con el ambiente.

Usuarios

Dependencias federales como la Secretaría de Agricultura, Ganadería, Desarrollo Rural, Pesca y Alimentación (SAGARPA), la Secretaría del Medio Ambiente y Recursos Naturales (SEMARNAT), la Secretaría de Energía (SENER), y la Secretaría de Economía (SE), en sus ámbitos de competencia. Con la mejora del proceso de secado propuesto, se incrementa la rentabilidad de toda la cadena de valor (de los tres sectores productivos: productor, transformador y comercializador); de manera general, la eficiencia económica y operacional del proceso de secado son maximizadas.

Proyecto

En el trópico mexicano existen materias primas con alto valor nutrimental y nutracéutico (Proméxico 2013), que pueden ser sometidas a tratamiento de deshidratación como estrategia para darles un valor agregado; como ejemplo de ello están los chiles, las especias aromáticas y los condimentos, así como las frutas tropicales. Aunado a ello, en la producción de alimentos secos existe un rezago tecnológico, en donde no se satisfacen los estándares de calidad del producto final, además se tienen elevados consumos energéticos y económicos, por lo que es conveniente innovar el proceso de secado mediante un proceso continuo, modular, en donde se obtienen ahorros anuales de energía e inversión, superiores al 95%, con respecto a otros procesos tradicionales (Tabla 1). Lo anterior, contribuirá a que la industria de alimentos procesados sea de las más significativas para el país, en términos de producción, promoviendo el bienestar social con la generación de empleos, derivada de la articulación de la cadena productiva.

La industria de alimentos procesados es un sector clave para el crecimiento económico del país, debido a la gran capacidad productiva que la coloca como una de las más significativas del sector manufacturero en México; tan solo en 2012, se colocó como el 3er. productor en América Latina y el 9º a nivel mundial. Se prevé que la industria de alimentos procesados siga creciendo en los próximos 20 años, siendo necesario que las empresas mexicanas cumplan con la normatividad internacional para poder llegar a más mercados, ya que se han detectado demandas reales por alimentos procesados mexicanos (Proméxico 2013), tales como: preparaciones alimenticias y salsas, preparaciones de frutas y hortalizas, confitería sin cacao, chocolate, café, productos orgánicos y productos de panadería. Así mismo, problemas tales como el impacto del cambio climático, la escasez de los recursos naturales, la seguridad alimentaria y el aumento de la población mundial, propician innovaciones en producto, proceso y servicio dentro de la industria de alimentos procesados.

El objetivo del proyecto fue innovar y mejorar el proceso de secado de productos alimenticios, incorporando energía solar de forma continua, para una operación versátil, reduciendo los consumos energéticos e incrementando su eficiencia y rentabilidad para el fortalecimiento del sector agroindustrial.

La metodología para el desarrollo del proceso de secado continuo y la tecnología solar inherente consideró el diseño a partir del tipo de producto a secar, las condiciones ambientales locales de la región (incidencia solar, ubicación del equipo: campo de cultivo o zona urbana), proveeduría de materia fresca y requerimientos del mercado destino. Por lo que una vez obtenido el diseño, se establecieron las condiciones de operación, las etapas y capacidades del proceso. Para lo anterior se consideraron los siguientes aspectos: a). Capacidad de producción de secado (Kg o Ton), b). Tipo de producto a secar, c). Calidad requerida en el producto seco, d). Adaptabilidad del sistema continúo de secado a las condiciones locales de humedad y radiación solar dependiendo de su ubicación de funcionamiento. Así, se establecieron las condiciones de operación e implementación de la tecnología y el proceso de secado solar continuo, que aseguran una calidad estandarizada y acorde a los requerimientos del mercado nacional e internacional con la rentabilidad máxima.

Con base en los relevantes resultados, el proceso de secado solar continuo desarrollado se considera una alternativa promisoria dentro del uso de tecnología solar en procesos agroindustriales; los principales atributos del secador incluyen el empleo de energía solar para deshidratar el producto de una forma controlada, el incremento de la eficiencia energética y la reducción de los costos de capital y de operación. De esta forma, el diseño del secador solar es ajustable a las necesidades, de acuerdo a las características del mercado (industrial o de consumo) y de presentación del producto seco (entero, hojuelas o polvo); para cada caso se establecen las condiciones del proceso de secado que permitan asegurar la mayor rentabilidad del proceso con base en las condiciones ambientales, siendo el tiempo del proceso de secado variable de acuerdo lo anteriormente expuesto, cabe señalar que lo anteriormente expuesto permite obtener la mejor calidad del producto seco. Como un ejemplo de lo anterior, para el secado de mango en láminas, con lotes de 250 kg, el tiempo de proceso es de 8-10 horas, a una temperatura de 65°C (a pesar de que el producto inicia con una humedad de 85%, el producto final solo tiene un 12% de humedad), con un ahorro de energía y ahorro económico cercano al 95%, con respecto a procesos convencionales (Tabla 1), con una calidad adecuada para un mercado nacional e internacional industrial y de consumo directo (Figura 1).

Figura 1. Manzana, naranja, mango en rodajas y chile jalapeño verde entero son secados con una reducción de más del 90% de los costos económicos operativos y con características de color, presentación y contenido de nutrientes y nutraceúticos adecuados, que permiten su comercialización en mercados nacionales e internacionales.

 

Con lo anterior, se aumenta el valor del producto deshidratado, utilizando tecnología híbrida renovable y de bajo costo. Dentro de las principales ventajas del proceso solar, desarrollado en este proyecto, destacan su operación de forma continua, sin depender de la intermitencia del horario solar y las condiciones climáticas, con un control de las principales variables del proceso, acorde a las condiciones climáticas previstas y las propiedades de los cultivos (puesto que es posible realizar el proceso de secado para diversos cultivos a la vez). Por lo que en el desarrollo del proceso, se obtiene la conservación de los nutrientes, minimizando la degradación térmica de los alimentos, incrementando la productividad al reducir el tiempo de secado comparado con un proceso de secado solar convencional. Además, el proceso es llevado a cabo de forma modular, lo que lo hace versátil por lo que es posible realizarlo en el campo de cultivo o en zonas urbanas y para diferentes presentaciones del producto seco (Figura 1). El producto tiene una alta calidad, es estandarizado, con costos reducidos en transporte y operación, así como con alto potencial de ser vendido en los mercados nacionales e internacionales. Cabe señalar que la tecnología y proceso fueron desarrollados para resolver los siguientes problemas: a). El excesivo consumo energético del proceso de secado, b). Las pérdidas de las propiedades nutricionales por la falta de un adecuado control del proceso de secado, c). La operación intermitente acorde al suministro de energía solar. La solución propuesta en la invención con número de expediente MX/a/2014/013515, ante el Instituto Mexicano de la Propiedad Industrial (IMPI), es una combinación de características específicas para resolver cada problema expuesto en un solo concepto inventivo, de forma original y novedosa; diferente a lo que se ha reportado en el estado de la técnica en el campo de los secadores solares híbridos. De acuerdo a lo anteriormente expuesto, el proceso de secado solar continuo representa un servicio mejorado que brinda mayor valor agregado a la materia prima, innovando la generación de nuevos productos a partir de cultivos tropicales; además, reduce los costos de transporte del producto, sin la necesidad de requerir una red de frío, facilitando de manera global el manejo del producto y la estandarización en la calidad del producto seco. La innovación permite la preservación de nutrientes (además del color y sabor), con la reducción de costos operativos y promoviendo que el precio de venta del producto deshidratado sea competitivo para el sector industrial, con la potencialidad de ser introducido a un mercado diferenciado. La tecnología permite la innovación en la presentación del producto (entero, cubos, hojuelas y en polvo) y la posibilidad de obtener subproductos en el mercado farmacéutico o industrial.

En conclusión, mediante el proceso de secado continuo, se logra la articulación productiva Productor-Transformador-Comercializador con ventajas competitivas tales como el incremento de la eficiencia y la reducción de los consumos energéticos, lo que incrementa la rentabilidad en el mercado de la industria alimentaria y la industria en general. Lo anterior promueve que se utilicen principios activos de origen vegetal, reduciendo los excedentes de cosecha, permitiendo el almacenamiento de alimentos en escasez y facilitando la comercialización a mercados de alto valor, asegurando una adecuada tasa de retorno y cubriendo los requerimientos actuales de sustentabilidad e innovación tecnológica.

Impacto Socioeconómico

La propuesta de valor para el sector primario es usar la tecnología solar continua y el proceso diseñado para maquilar in situ los productos secos con la posibilidad de ingresar a mercados diferenciados que permitan incrementar los ingresos de los productores. Mediante la agrupación de pequeños productores es posible mantener una producción organizada y rentable con el aseguramiento de la proveeduría de materia fresca acorde a los requerimientos del mercado destino, incrementando la productividad de los productos frescos, mejorando la calidad de vida del productor y mitigando la pobreza. Para el sector secundario la propuesta es la adquisición de tecnología solar de secado, con reducción en costos operativos, el cumplimiento de los requerimientos del mercado destino. Puesto que al incluir un proceso de transformación económicamente accesible en postcosecha, se le da un valor agregado al producto, lo que indirectamente mejora la calidad de vida de los agricultores que también pueden convertirse en transformadores. Finalmente, para el sector terciario, es la venta de productos secos y sus productos diferenciados con un menor costo de producción y con el cumplimiento de estándares de calidad, lo que permitirá la incursión en tres sectores que pueden demandar alimentos deshidratados o los productos derivados que los empleen como materia prima, dichos sectores son el alimenticio, industrial y farmacéutico.

 

Referencias

ONU (2015). Centro de noticias de ONU. Recuperado el 17/04/2015, de http://www.un.org/spanish/News/story.asp?NewsID=26703#.VVu-__mqqko

OCDE-FAO (2012). Perspectivas Agrícolas 2012-2021. Recuperado el 29/05/2015, de http://www.agri-outlook.org/Spanishsummary OCDEFAOPerspectivasgr%C3%ADcolas2012.pdf

Cincopordia. (2015). Plano informativo, Recuperado el 27/04/2015, de http://cincopordia.com.mx/wpcinco/alarman-cifras-de-desperdicio-de-alimentos-en-mexico/

Mujumdar A. S. (2007). Handbook of industrial drying, 2a Ed. USA: CRC Press. 1258 págs.

Proméxico (2013). Alimentos Procesados, Secretaría de Economía, México, 33 págs.

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