La separación mecánica (física) de los componentes de un alimento, se consigue mediante las siguientes operaciones unitarias:

1. Sedimentación.

2. Centrifugación.

3. Filtración.

4. Extracción por presión.

5. Separación por membranas.

6. Extracción por disolventes.

La separación por sedimentación

En la sedimentación la separación se realiza en depósitos por simple gravedad de los componentes con mayor densidad. Se utiliza para limpiar materia prima, para eliminar del aire o de efluentes líquidos las partículas en suspensión.

Los cambios en las características organolépticas o en el valor nutritivo de los alimentos sometidos a estas operaciones provienen de la separación o concentración de sus componentes y no de las condiciones propias del proceso.

La separación por centrifugación

Cuando se somete a rotación a una partícula, se genera una fuerza centrífuga cuya magnitud depende de la masa (densidad) de la partícula, del radio de giro y de la velocidad de rotación. Cuando se someten a separación líquidos inmiscibles (por ejemplo, una emulsión), el líquido más denso se desplaza hacia la pared del recipiente de centrifugación y el menos denso ocupa la parte más próxima al eje de rotación.

Si el objetivo de la centrifugación consiste en eliminar el líquido menos denso retenido en una masa de líquido de mayor densidad (ejemplo: desnatado de la leche), se ha de reducir el radio de la capa externa. Por el contrario, si se trata de separar un líquido más denso retenido por otro menos denso (ejemplo: agua emulsionada en aceite), el radio de la capa externa deberá aumentarse.

Constan de:

• Un tambor, recinto o cuerpo en cuyo interior tiene lugar la separación.
• Una entrada equipada con un distribuidor que asegure la rotación de la mezcla a tratar.
• Una salida para el líquido refinado si la mezcla es una suspensión o dos salidas, una para cada líquido separado, cuando la mezcla es una emulsión.

Las centrífugas se clasifican en tres grupos:

1. Para separación de líquidos no miscibles.
   1. Las centrífugas más sencillas de este tipo son las de tubo vertical.
   2. En las centrífugas de discos el tambor está compartimentado mediante discos troncocónicos
2. Para clarificación de líquidos separando las partículas sólidas de un líquido (clarificadoras).
   1. La centrífuga líquido-sólido (o clarificadoras) consiste en un cuerpo cilíndrico que lleva un paquete de discos giratorios para aumentar la eficacia de la separación.
3. Para eliminación de sólidos (limpieza, eliminación de agua). Los líquidos con un elevado contenido en sólidos se separan en centrífugas deslodadoras. Este tipo de centrífugas puede ser:
   1. De tornillo sinfín.
   2. De vaivén.
   3. De cestos.
   4. Etc.

Aplicaciones de la centrifugación en el procesado de alimentos:

• Productos lácteos.
• Refinación de aceite comestible.
• Producción de cerveza.
• Elaboración de vino.
• Procesado de zumos.

La filtración.

La filtración se utiliza para clarificar líquidos eliminando la proporción de sólidos en suspensión y para recuperar los líquidos contenidos en la fracción sólida de una pasta.

La filtración, esencialmente, consiste en la separación líquido/sólido de una suspensión. En esta operación, las partículas sólidas se separan en función de su tamaño por efecto de tamizado a través de un medio poroso que podemos llamar medio de filtración.

Los efectos que contribuyen en la eficacia de la filtración son:

• Efecto adsorbente. Durante el paso de la suspensión se retiene materia sólida debido a la combinación de fuerzas del medio filtrante.
• Efecto de profundidad. La rugosidad de los poros y la tortuosidad de los canales, retienen las partículas finas. Cuanto más elevado es el caudal de filtración, menor es la posibilidad de que las partículas finas queden retenidas.

Los principales tipos de filtros son:

1. Filtros rotativos. El filtro está formado por un cilindro que gira alrededor de un eje horizontal o por un conjunto de discos, inmerso parcialmente en el recipiente que contiene la suspensión a filtrar, así como el armazón del filtro.
2. Filtros prensa. Concebidos para suspensiones cargadas que forman una torta, están formados por una serie de placas verticales yuxtapuestas alternativamente con armazones huecos en los cuales se acumula la torta.
3. Filtros de placas. Están constituidos por una espesa trama de fibras de celulosa y otras materias entre las que quedan retenidas las impurezas.
4. Filtros de tierras. Estos filtros consisten en un grupo de discos o arandelas muy próximos entre sí, montados sobre un vástago acanalado de modo que forman una pila de filtración.
5. Filtros de cartón. Los filtros de cartón utilizan como medio filtrante fibras de celulosa. El efecto filtrante se debe más a fenómenos de adsorción de las fibras que al tamizado a través de las mismas.
6. Filtros de membrana. Están constituidos por membranas o cartuchos con finos poros, de tal modo que las impurezas de mayor diámetro que los poros del cartucho no pueden pasar y quedan retenidas en la superficie.

La extracción por presión

Se utiliza principalmente para la extracción de aceites y zumos. Suele combinarse con la reducción de tamaño para incrementar el rendimiento. Los componentes extraídos de los vegetales se destinan, bien a su consumo o bien a un proceso de elaboración posterior.

La extracción por presión se realiza, bien en dos fases (una primera de reducción de tamaño y obtención de pulpa y una segunda de separación en prensa) o en una sola fase, que incluye la rotura celular y la extracción del líquido por presión:

1. Las prensas discuntinuas. Las prensas más corrientemente utilizadas para la extracción de jugos son la prensa de tanque y la prensa hidráulica o de jaula.
   1. La prensa de tanque consiste esencialmente en un cilindro horizontal cuyo espacio interior se halla dividido por una membrana.
2. Las prensas continuas. Existen diversos tipos de prensas continuas utilizadas industrialmente:
   1. Prensa de cinta sinfín. Está constituida esencialmente por una cinta sinfín que discurre bajo tensión sobre dos cilindros huecos de acero inoxidable, uno de ellos perforado.
   2. Prensa de tornillo. Consiste en un robusto cilindro metálico horizontal dotado de un tornillo helicoidal de acero inoxidable de paso de rosca decreciente hacia su extremo.

La separación por membranas

Las membranas de permeabilidad selectiva (solo dejan pasar a su través ciertas moléculas), son de gran interés en la industria agroalimentaria. Algunas de las membranas separan las moléculas de agua de otros constituyentes de los alimentos líquidos, con lo que se consigue una concentración de los mismos. La principal ventaja de esta técnica es que la calidad del producto generalmente se mantiene, puesto que se trabaja a bajas temperaturas y no hay interfase vapor-líquido que cause pérdidas de aromas.

Términos que deberíamos conocer:

• Alimentación: solución a concentrar o fraccionar.
• Flujo: velocidad de extracción de permeato medido en litros por metro cuadrado de superficie de membrana y por unidad de tiempo.
• Ensuciamiento de la membrana: deposición de sólidos sobre la membrana, irreversible durante el procesado.
• Permeato: el filtrado, el líquido que pasa a través de la membrana.
• Retentato: el concentrado, el líquido retenido.
• Factor de concentración: la relación volumen inicial de alimentación/volumen final de concentrado.

Las técnicas más utilizadas son:

1. Ultrafiltración (UF): separación de grandes moléculas y macromoléculas, tales como proteínas y almidones.
2. Microfiltración (MF): eliminación de bacterias, separación de macromoléculas. Se aplica en la separación de pequeñas partículas suspendidas en líquidos.

Las principales aplicaciones de la ultrafiltración en la industria alimentaria son:

• Esterilización de líquido (se pueden eliminar bacterias, mohos y levaduras).
• Clarificación y abrillantado de líquidos.
• Concentración de líquidos.

Separación físico-química sólido-líquido

Con la extracción sólido-líquido se puede extraer componentes solubles de sólidos con ayuda de un disolvente.

La extracción sólido-líquido se puede llevar a cabo en una sola etapa (simple contacto) o en múltiples etapas (múltiples contactos):

1. Extractor de una sola etapa. Consiste en un tanque con un falso fondo que soporta al lecho de sólidos que sufrirán la extracción. El tanque puede ser abierto o cerrado.
2. Extractores de múltiples contactos. Realizan la extracción en contracorriente utilizando varias unidades de contacto simple dispuestas en un circuito en serie. Cada unidad contiene una carga de sólidos.
3. Extracción de remolacha. Una batería típica, es la utilizada en la extracción de remolacha, que dispone de 14 extractores.
4. Extractor Bonotto. Otro tipo, conocido como el extractor Bonotto, que consiste en una torre vertical dividida en secciones por platos horizontales.

Ejemplos de aplicaciones de la extracción sólido-líquido en el procesado de alimentos:

• Extracción de aceites comestibles. La extracción con disolventes se utiliza para obtener aceite de semillas o de orujos. El disolvente más utilizado es el hexano.
• Extracción de azúcar de remolacha. El azúcar se extrae de la remolacha utilizando agua caliente como disolvente. Las remolachas se lavan y se cortan en rodajas.
• Extracción de zumos de frutas. Extractores en contracorriente de tornillo, algunos operados intermitentemente, se han utilizado para extraer zumo con agua.

Extracción con fluido supercrítico

Un componente puro puede considerarse que se encuentra en estado supercrítico si su temperatura y su presión son superiores a los valores críticos pero inferiores a la presión suficiente para solidificarlo.

Ejemplos de aplicaciones industriales de la extracción con CO2 supercrítico:

• Extracción de lúpulo. Se puede obtener un extracto de lúpulo de buena calidad, para su uso en la elaboración de cerveza, mediante extracción con CO2 supercrítico.
• Extracción de cafeína de granos de café. Se puede utilizar CO2 supercrítico como alternativa al agua o al cloruro de metileno para la extracción de cafeína de los granos de café.

“La regeneración del disolvente consiste, generalmente, en un proceso de evaporación/destilación. En él se elimina parte del disolvente y queda una solución concentrada de extracto como producto. El disolvente se condensa y se puede reutilizar.”