Para comprender propiedades esenciales de materiales es necesario disponer de una configuración experimental de alta precisión. Nanocalorimetría basada en membranas es una herramienta importante para el análisis termo‐físico ya que esta técnica puede lograr resoluciones en el orden de pJ/K facilitando la detección de posibles nano‐fases en materiales modernos. Algunos materiales de nueva generación pueden ser complicados de producir en alta escala y sólo pueden estar disponibles en cantidades pequeñas o en capas delgadas. Algunos ejemplos de aplicaciones atractivas incluyen la síntesis de alto rendimiento de capas delgadas e hidruros metálicos para el almacenamiento de hidrógeno, estudio de los efectos cuánticos y transiciones de fase en sistemas magnéticos, en los sistemas de escala nanométrica para la investigación de vidrios orgánicos y/o sintéticos a temperaturas superiores/inferiores a temperatura ambiente. Condiciones adiabáticas se vuelven más complicadas de satisfacer cuando la temperatura y las dimensiones de la muestra disminuyen. Medidas puntuales de capacidades caloríficas pequeñas a temperaturas bajas resultan complicadas debido a que pequeñas transferencias de calor involucradas en el ambiente podrían contribuir a grandes errores. Con el objetivo de medir el calor liberado o absorbido durante transiciones de fase en pequeñas muestras, hemos desarrollado una técnica calorimétrica basada en compensación de potencia que puede mantener ritmos de calentamiento lineales de 1 – 1000 K/s en condiciones no adiabáticas. El dispositivo funciona en el rango intermedio entre valores calorimetría convencionales β < 5 K/s, y de capas fina, β >10 3 K/s. Control activo en tiempo real durante el proceso de calentamiento/enfriamento se lleva a cabo mediante la utilización de la tarjeta FPGA NI‐7833, la cual incluye un campo programable de matrices de 3M de memoria con un lazo de control de 20 μs. Una mejora de la metodología existente logra minimizar la acción de control a través de la implementación de perfiles predefinidos de intensidad. Con una resolución en energía de ~1μJ, este es un sistema calorimétrico muy sensible basado en compensación de potencia. Además, se destaca la capacidad de esta técnica de calorimetría basada en membranas de capa fina para caracterizar transiciones de fase limitadas cinéticamente como lo es el proceso de des‐hidrogenación en hidruros metálicos. Proporcionamos una primera visión sobre el desarrollo de una técnica de detección multi‐paralela de alto rendimiento. Se analizaron las reacciones de des‐hidrogenación en varios hidruros metálicos de capa fina (Magnesio puro, Mg/Al y MgTi). Se determinó la influencia de la composición de la aleación a la temperatura inicial de des‐hidrogenación. Capas vítreas de moléculas orgánicas preparadas mediante deposición en fase vapor a temperaturas ligeramente por debajo de la temperatura de transición vítrea se comportan como vidrios más estables comparados a los enfriados desde el líquido. Una alta estabilidad se obtiene al depositar alrededor de 0.8 Tg. Mediante nanocalorimetría podemos monitorear el comportamiento de las muestras y determinar su estabilidad cinética y termodinámica. Capas vítreas de tolueno, etilbenceno y agua fueron preparadas directamente en las membranas de SiN de los calorímetros a bajas temperaturas (90K) utilizando un evaporador en una cámara de alto vacío. Los tratamientos térmicos se llevan a cabo insitu mediante una técnica de calorimetría altamente sensible con ritmos de calentamiento en el orden de 105 K/s a capas finas entre 5 – 100 nm de grosor. Las capas más finas disponen de una estabilidad cinética menor mientras aumentan su estabilidad termodinámica. Procesos de envejecimiento modificará las propiedades físicas del vidrio acercándose a configuraciones de alta estabilidad. Los efectos de envejecimiento se borran cuando se caliente el vidrio por encima de su transición vítrea. La temperatura de envejecimiento con mayor impacto corresponderá a la temperatura ficticia (Tf) de la capa depositada en fase vapor. / To understand essential properties of materials it is necessary to dispose of an experimental countenance with a high accurate thermodynamic measurement system. Membrane‐based nanocalorimetry is an important tool for thermophysical analysis since this technique can achieve pJ/K resolution and characterize the presence of possible unknown nanophases in modern materials. Some new class materials may be complicated to produce in large size samples and can just be available in small quantities or thin films. Examples of attractive applications of novel calorimetric techniques include highthroughput synthesis and screening of thin films and metal hydrides for hydrogen storage, the study of quantum effects and phase transitions in magnetic systems, in nano‐scale systems to investigate synthetic and/or organic glasses below/above room temperature. Adiabatic conditions become more complicated to be satisfied when the temperature and sample dimension decreases. Accurate measurements of low temperature heat capacities become thus more difficult because small heat fluxes from the surroundings can lead to significant errors. With the goal of measuring the heat released or absorbed during phase transitions occurring in small samples, we have developed a power compensated membrane‐based calorimeter that can maintain linear heating rates spanning 1– 1000 K/s under non‐adiabatic conditions. The device works in the intermediate range of heating rates between conventional, β < 5 K/s, and thin film, β >10 3 K/s, scanning calorimeters. Active control in real time during heating/cooling experiments is achieved using the NI‐7833 FPGA card, which includes a 3M field programmable array with a control loop timer of 20 μs. An improvement of the existing methodology [7] achieved by minimizing control action through the use of predefined temperature profiles is also demonstrated. With ~1μJ energy sensitivity, this is a very sensitive scanning calorimeters working in power‐compensation mode [8]. In addition, we highlight the suitability of the thin film membranebased calorimetric technique to measure kinetically limited phase transitions such as the dehydrogenation of metallic hydrides and provide a first insight into the development of a multiparallel high‐throughput screening technique. We analyzed the dehydrogenation reaction in several metallic hydrides (pure Mg, Mg/Al and MgTi) thin films. We determine the influence of the alloy composition on the onset dehydrogenation temperature. Glassy films of organic molecules grown by physical vapor deposition at temperatures slightly below the glass transition temperature behave as stable glasses compared to those cooled directly from the liquid. Higher stability is achieved when depositing at 0.8Tg. By means of nanocalorimetry we can monitor the behavior of the samples and determine their kinetic and thermodynamic stability. Glassy toluene, ethylbezene and water films were directly deposited using a home‐made evaporator design in an ultra high vacuum chamber onto the SiNx membrane of the microcalorimetric chips at temperatures above liquid‐nitrogen. Calorimetric scans are done in situ with a high sensitivity calorimetric setup with scanning rates up to 10 5 K/s. In quasi‐adiabatic treatment ultrafast heating rates are applied for samples from 5 to 100 nm thickness. Thinner films dispose of a less kinetic stability while increasing their thermodynamical stability. Aging a glass will modify its physical properties and approach the sample to more stable configurations. Physical aging effects are erased by heating the glass above its glass transition. The optimal aging temperature will correspond to fictive temperature (Tf) of the corresponding AD film. Kinetic effects on several transitions such as crystallization are of high interest. With nanocalorimetry it is possible to study this type of phenomena. With pulse‐heating we can apply fast (15000 K/s) and ultra fast (40000 K/s) heating rates and characterize different size samples. Although in some cases these complex kinetic events may have to be supported with proper and high‐quality modeling.

Tanto la liofilización como el secado por atomización ofrecen una evidente ventaja en la obtención de productos con bajos contenidos de humedad y alta calidad sensorial, nutritiva y funcional. Sin embargo, los productos pulverizados presentan una gran disposición a sufrir cambios en sus propiedades físicas por efecto del ambiente y del tiempo. Estos cambios están asociados a la ganancia de agua y su efecto en el estado físico del producto. La alta higroscopicidad característica de los productos en polvo obtenidos a partir de zumos de frutas ha generado la necesidad de utilizar solutos de alto peso molecular que actúen como barrera en los procesos de adsorción de agua. En el presente trabajo se obtuvieron y modelizaron las isotermas de sorción y la relación temperatura de transición vítrea (Tg) - humedad de dos maltodextrinas (4-7 y 16-19 dextrosa equivalente) y goma arábiga, las cuales desde el punto de vista termodinámico, resultaron ser adecuadas para actuar como hidrocoloides estabilizadores en la obtención de productos de baja humedad. Por otra parte, se analizó la composición de la pulpa de borojó y fresa utilizada para la obtención de productos en polvo. La pulpa de ambas frutas fue liofilizada con y sin la adición de los solutos caracterizados y acondicionada a diferentes niveles de humedad relativa. A todas las muestras se les analizó la Tg, las propiedades mecánicas y el color. Además se estudió la solubilidad de las muestras en polvo obtenidas. Los análisis de Tg, propiedades mecánicas y color se llevaron a cabo también en productos comerciales de borojó atomizado con y sin maltodextrina 20 dextrosa equivalente añadida. Los resultados permiten concluir que el parámetro que define la pérdida de calidad de los productos de fruta en polvo estudiados por efecto de su humectación es el cambio en sus propiedades mecánicas, relacionado con el inicio de los fenómenos de apelmazamiento. Estos cambios ocurren en las muestras desde el momento que se inicia la transición vítrea y se dan antes que los cambios de color que pueden asociarse al pardeamiento de las muestras. Desde este punto de vista, los bajos valores de humedad y actividad del agua crítica de las muestras sin solutos, hace recomendable la incorporación de compuestos de alto peso molecular. De los diferentes solutos considerados en este estudio, la goma arábiga sería el recomendado para este fin. / Mosquera Mosquera, LH. (2010). INFLUENCIA DE LA HUMEDAD Y DE LA ADICIÓN DE SOLUTOS (MALTODEXTRINA O GOMA ARÁBIGA) EN LAS PROPIEDADES FISICOQUÍMICAS DE BOROJÓ Y FRESA EN POLVO [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/9035 / Palancia

El objetivo principal de este trabajo ha sido analizar y profundizar en el estudio del secado por aire caliente de pera variedad Blanquilla y analizar los efectos del pretratamiento osmótico en la cinética de secado por aire caliente y en la calidad del producto final, a través del análisis del proceso de rehidratación del producto seco. Los resultados experimentales obtenidos han permitido modelizar la cinética de las distintas etapas de proceso (secado por aire caliente y rehidratación) a través de un modelo difusional. En cuanto al secado la temperatura tuvo una influencia significativa en la difusividad efectiva: a medida que aumenta la temperatura aumentan los valores de difusividad. La aplicación del pretratamiento osmótico provocó una reducción de la difusividad del agua y un aumento del tiempo total de secado y del rendimiento del proceso. Estos efectos fueron más marcados cuando se utilizaron los pretratamientos osmóticos más largos. La rehidratación de las muestras secas puso en evidencia que la influencia de la temperatura de rehidratación es diferente según la temperatura utilizada en el secado de las muestras, observándose una hidratación ligeramente mayor en las muestras secadas y rehidratadas a menor temperatura. El pretratamiento osmótico apenas afecta al transporte de masa de agua y solutos, aunque se alcanzan contenidos más altos de solutos en los pretratamientos más largos por la impregnación superficial de las muestras. En estos pretratamientos también disminuyeron los valores de De calculados. También se han estudiado las interacciones agua-estructura, a través del establecimiento de las isotermas de sorcion de agua, la determinación de las transiciones vítrea de la fraccion amorfa de la fase líquida y la medida de las propiedades mecánicas de muestras con diferente contenido en humedad. En este estudio, no se encontraron diferencias en la capacidad de retención de agua de la pera cuando las muestras fueron sometidas a procesos de adsorción-des / Xue, K. (2004). Optimización del secado por aire caliente de pera blanquilla [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/1834 / Palancia

Tesis por compendio / [ES] El objetivo de la presente tesis es el de desarrollar y utilizar técnicas basadas en la fotónica de baja frecuencia, como la radiofrecuencia, las microondas y los infrarrojos, para monitorizar de forma no destructiva procesos utilizados en la industria agroalimentaria, desde el punto de vista de la termodinámica irreversible. Estudiar los distintos fenómenos que ocurren durante la operación de deshidratación de patata mediante el secado con aire caliente combinado con microondas, utilizando la termografía infrarroja para monitorizar los perfiles de temperatura superficial que presenta la muestra, la espectrofotometría en el rango de las microondas y la termodinámica irreversible para modelizar el proceso. Desarrollar un sistema de monitorización de la congelación de la carne de pollo, que permita obtener datos del proceso a tiempo real y de forma no invasiva mediante la espectrofotometría en el rango de la radiofrecuencia y la termografía infrarroja. A su vez, con esos datos se modelizará el comportamiento del producto a lo largo del proceso de congelación, utilizando los principios de la termodinámica irreversible para estimar los distintos fenómenos que ocurren. Desarrollar una herramienta de predicción de los distintos estados del agua y la sacarosa durante el proceso de caramelizado de manzanas, basada en las propiedades dieléctricas obtenidas mediante la espectrofotometría en el rango de las microondas. Diseñar y desarrollar un sensor basado en las propiedades dieléctricas en el rango de la radiofrecuencia, capaz de monitorizar en tiempo real y de forma no invasiva con el medio las cinéticas de liberación de compuestos encapsulados en matrices de alginato en un medio líquido. Utilizando este nuevo sensor se pueden modelizar y estudiar las cinéticas de liberación y utilizarse para diseñar la encapsulación de compuestos. / [CA] L'objectiu de la present tesi és el de desenvolupar i utilitzar tècniques basades en la fotònica de baixa freqüència, com ara la radiofreqüència, les microones i els infrarojos, per monitoritzar de forma no destructiva processos utilitzats a la indústria agroalimentària, des del punt de vista de la termodinàmica irreversible. Estudiar els diferents fenòmens que ocorren durant l'operació de deshidratació de patata mitjançant l'assecat amb aire calent combinat amb microones, utilitzant la termografia infraroja per monitoritzar els perfils de temperatura superficial que presenta la mostra, l'espectrofotometria al rang de les microones i la termodinàmica irreversible per modelitzar el procés. Desenvolupar un sistema de monitorització de la congelació de la carn de pollastre, que permeti obtenir dades del procés a temps real i de manera no invasiva mitjançant l'espectrofotometria al rang de la radiofreqüència i la termografia infraroja. Alhora, amb aquestes dades es modelitzarà el comportament del producte al llarg del procés de congelació, utilitzant els principis de la termodinàmica irreversible per estimar els diferents fenòmens que ocorren. Desenvolupar una eina de predicció dels diferents estats de l'aigua i la sacarosa durant el procés de caramel·litzat de pomes, basada en les propietats dielèctrics obtingudes mitjançant l'espectrofotometria al rang de les microones. Dissenyar i desenvolupar un sensor basat en les propietats dielèctrics al rang de la radiofreqüència, capaç de monitoritzar en temps real i de forma no invasiva amb el medi les cinètiques d'alliberament de compostos encapsulats en matrius d'alginat en un medi líquid. Utilitzant aquest sensor nou es poden modelitzar i estudiar les cinètiques d'alliberament i utilitzar-se per dissenyar l'encapsulació de compostos. / [EN] The objective of this thesis is to develop and use techniques based on low-frequency photonics, such as radiofrequency, microwaves and infrared, to non-destructively monitor processes used in the agri-food industry, from the point of view of irreversible thermodynamics. To study the different phenomena that occur during the potato dehydration operation by drying with hot air combined with microwaves, using infrared thermography to monitor the surface temperature profiles of the sample, spectrophotometry in the microwave range and thermodynamics. irreversible to model the process. Develop a monitoring system for the freezing of chicken meat, which allows data to be obtained from the process in real time and non-invasively through spectrophotometry in the radiofrequency range and infrared thermography. In turn, with these data, the behavior of the product will be modeled throughout the freezing process, using the principles of irreversible thermodynamics to estimate the different phenomena that occur. To develop a prediction tool for the different states of water and sucrose during the candying process of apples, based on the dielectric properties obtained by spectrophotometry in the microwave range. Design and develop a sensor based on dielectric properties in the radiofrequency range, capable of monitoring in real time and non-invasively with the medium the release kinetics of compounds encapsulated in alginate matrices in a liquid medium. Using this new sensor, release kinetics can be modeled and studied and used to design the encapsulation of compounds. / The authors acknowledge the financial support from THE SPANISH MINISTERIO DE ECONOMÍA, INDUSTRIA Y COMPETITIVIDAD, Programa Estatal de I+D+i orientada a los Retos de la Sociedad AGL2016- 80643-R, Agencia Estatal de Investigación (AEI) and Fondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDER). Juan Ángel Tomás-Egea wants to thank the FPI Predoctoral Program of the Universitat Politècnica de València for its support. This paper is part of the I+D+i PID2020-116816RB-I00 project, funded by MCIN/ AEI/10.13039/501100011033. / Tomás Egea, JÁ. (2022). Fotónica aplicada a la monitorización de procesos y al desarrollo de sensores en la industria agroalimentaria [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/182292 / TESIS / Compendio