INTRODUCCION
La liofilización es un proceso de conservación mediante sublimación
utilizado con el fin de reducir las pérdidas de los componentes volátiles o
termo-sensibles. Es el más noble proceso de conservación de productos biológico
conocido, porque aún a los dos métodos más fiables de conservación, la
congelación y la deshidratación. Sin conservantes o productos químicos, es el
proceso más adecuado para preservar células, enzimas, vacunas, virus,
levaduras, sueros, derivados sanguíneos, algas, así como frutas, vegetales,
carnes, peces y alimentos en general. En este proceso de secado los productos
obtenidos no se ven alterados en sus propiedades y se rehidratan fácilmente.
Un proceso rudimentario de liofilización fue inventado por los incas
para la fabricación del chuño (papa liofilizada) y charqui (carne de llama),
200 años a. C y aprovechado posteriormente por los vikingos para la
conservación del pescado arenque. A mitad del siglo XIX reaparece en escena
este procedimiento por la necesidad de conservación de tejidos animales y
vegetales debido a los trabajos de Pasteur y otros científicos. En 1943 el
profesor Alexander Fleming le atribuyó formalmente el nombre de liofilización a
éste proceso.
LIOFILIZACION
La liofilización es un método de conservación de alimentos en el que
confluyen distintos procesos. El resultado es un producto seco, pero con todas
las características organolépticas de su estado original, como el aroma, el
gusto o el sabor. Alimentos "instantáneos" como frutas finas, sopas,
café o comidas que utilizan los astronautas en las misiones espaciales son
algunos de los productos que se liofilizan. Este proceso facilita su
conservación y ayuda a detener el crecimiento de patógenos, puesto que el
resultado es un alimento de menos peso.
En la industria alimentaria, la liofilización consiste en eliminar
el agua de un alimento a partir de la congelación, en lugar de aplicar calor.
Esto explica que se reserve para los productos con sustancias sensibles a las
altas temperaturas, como las proteínas o las enzimas. Una vez liofilizados, el
tiempo de conservación sin refrigeración aumenta porque la reducción del
contenido de agua inhibe la acción de los microorganismos patógenos que podrían
deteriorar los alimentos. En definitiva, la liofilización es similar a la
deshidratación: el objetivo es el mismo, disminuir el contenido en agua. La
principal diferencia está en el proceso; si bien en el primero se reduce casi
la totalidad del agua, en la deshidratación, esta disminución es menor, aunque
no por ello menos importante. Este sistema ya se usaba en la antigüedad, cuando
para deshidratar los alimentos se dejaban secar al sol, en un ambiente seco,
hasta que eliminaran toda la humedad.
La deshidratación por congelación, en cambio, aligera el peso del
alimento, con una disminución de un 20% respecto al original. Por este motivo,
su uso se ha generalizado en el desarrollo de alimentos destinados a
expediciones, ya que permite a los excursionistas o astronautas llevar más
cantidad de comida con menos peso y, además, con la posibilidad de reconstituirla
con agua. Se liofilizan ciertas frutas para cereales, que mantienen el 98% de
las propiedades naturales, sopas instantáneas, hierbas y especias y café. Otros
alimentos, como la sandía o la lechuga, son malos candidatos a la liofilización
porque tienen un contenido en agua demasiado alto.
Proceso
La deshidratación por congelación permite la separación de las
distintas sustancias de un alimento. Primero se congela el producto a muy bajas
temperaturas de forma rápida para evitar que se formen grandes cristales de
hielo; se somete a un proceso de vacío para que el agua se evapore sin pasar a
estado líquido (este procedimiento se conoce como sublimación); se aplica calor
al producto congelado y se condensa para convertirlo de nuevo en sólido.
Al no pasar el agua por un estado líquido, se mantienen todas las
propiedades de color y aroma, pero en forma seca y con una mayor sensibilidad a
los golpes. Cuando el alimento se quiere consumir, hay que rehidratarlo durante
unos cinco minutos en agua caliente. La mayoría de los productos que se
liofilizan se componen en gran parte de agua (algunas frutas contienen entre un
80% y un 90%). Eliminarla facilita el control de los patógenos, que encuentran
en este líquido un medio incondicional para sobrevivir y expandirse, a la vez
que alarga su conservación sin necesidad de que se mantenga la cadena del frío.
ETAPAS DE LA LIOFILIZACION:
La liofilización involucra varias etapas:
. Congelación (y acondicionamiento en algunos casos) a bajas
temperaturas.
. Secado por sublimación del hielo (o solvente congelado) del
producto congelado generalmente a muy baja presión
. Almacenamiento del producto seco en condiciones controladas.
APLICACIONES
Por regla general, la liofilización da lugar a productos alimenticios
de más alta calidad que con cualquier método de secado. El factor principal es
la rigidez estructural que se preserva en la sustancia congelada cuando se
verifica la sublimación. Esto evita el colapso de la estructura porosa después
del secado. Al añadir agua posteriormente, el producto rehidratado retiene la
mayor parte de su estructura original. La liofilización de materiales
biológicos y alimenticios también tiene la ventaja de que conserva su sabor o aroma.
Las temperaturas bajas que se emplean reducen al mínimo las reacciones de degradación
que casi siempre ocurren en los procesos comunes de secado. Sin embargo, el
secado por congelación es una forma de deshidratación de alimentos bastante
costosa, debido a la velocidad lenta de secado y a la necesidad de usar vacío.
La primera aplicación de la liofilización reportada por R. Altman
(1890), quien utilizó un sistema similar a la liofilización, fue la
preservación de tejidos animales. B. W. Hammer (1911), comprobó la posibilidad
de preservar bacterias utilizando el método de Shackell.L. A. Roger (1914),
reportó el uso del proceso de liofilización para preparar grandes cantidades de
ácido láctico; y en 1958 se aplicó al sector alimentario enfocándose solamente
a unos pocos alimentos, como la leche, las sopas, los huevos, la levadura, los zumos
de frutas o el café. Oscar Cuper (1965), aplicó la liofilización a diferentes alimentos,
(carnes, frutos de mar, hortalizas, infusiones). J. Alvarado (1979), aplicó los
principios de liofilización atmosférica (sin vacío), a diferentes variedades de
papa.
La mayor aplicación de la liofilización está en el campo
farmacéutico (comprimidos, tejidos, plasma, sueros y otros productos
biológicos), en la industria química para preparar catalizadores, seguida del
secado de materiales orgánicos como madera, flores, preservación de animales
(taxidermia), preservación de documentos y libros antiguos y finalmente está el
campo de los alimentos, siendo una de las empresas más importantes Nutripac
S.A. con sus plantas en Brasil, Argentina y México. Los alimentos liofilizados
han tenido un gran auge en proyectos multinacionales con el fin de preparar
productos para astronautas, montañistas y comandos militares, pero en la actualidad
el mercado se está ampliando al comensal común, gracias a las firmas alimentarias
que descubrieron los liofilizados por su sabor intenso, su consistencia crocante
y su carácter novedoso.
VENTAJAS Y DESVENTAJAS
La principal ventaja de esta técnica es la calidad superior del
producto final. Sin embargo, visto el costo del proceso, la liofilización queda
generalmente reservada para productos con un alto valor agregado, semejantes a
los productos farmacéuticos o alimentos para bebes y ciertas especies. Una de
las causas de este elevado costo es la longevidad del producto procesado. En
efecto, la baja presión del proceso y la débil conductividad de los productos
liofilizados (debido a la textura porosa) afectan de manera significativa y negativa
la transferencia de calor y de masa y por consecuencia la duración de la operación
de deshidratación. En la actualidad, varios estudios a escala de laboratorio y planta
piloto se realizan con el fin de obtener una mejor comprensión de los detalles
de la liofilización
MARCO TEORICO
B. Woinet, J. Andrieu, N, M. Laurent & S.G. Min (1997),
liofilizaron un gel de gelatina y observaron y analizaron con un software de
análisis de imágenes el tamaño de cristal formado al congelar el gel y
determinaron la suma de solutos iónicos tiene una gran influencia en el tamaño
de cristal, validaron un modelo matemático.
L. A. Gioielli et al (1998), comprobaron las mínimas alteraciones
estructurales en polvos liofilizados de grasa de Babassu sometidos a
tratamiento térmico, compararon sus resultados con mezclas de ésta grasa con
leche, agua y un aceite comercial, demostraron que la estabilidad térmica
depende de la calidad del producto liofilizado.
M. C. Heller, J. F. Carpenter, and T. W. Randolph (1998), aplicaron
con éxito un modelo termodinámico para predecir las separaciones de fase en formulaciones
crío-concentradas de Proteína Liofilizada, el modelo se basó en el cálculo del
potencial químico, concluyeron que en la liofilización la sensibilidad de los
coeficientes viriales del modelo no sufrían mayor alteración.
D. Chevalier, A. Le Bail, M. Ghoul (2000), determinaron la
importancia de la relación diámetro del alimento – tamaño del cristal en la
primera etapa de la liofilización, indicaron que la tasa de congelación se
relaciona con el diámetro según una ley de poder, liofilizaron un gel de
gelatina para realizar su estudio.
Mohammed Farid (2000), realizó un estudio comparativo entre los
procesos de liofilización, secado y congelado con el fin de unificar la teoría
de análisis de frontera móvil (MBA).
P.J.A. Sobral, V.R.N. Telis, A.M.Q.B. Habitante, A. Sereno (2001),
obtuvieron diagramas de fase para persimmon mediante calorimetría diferencial
de barrido (DSC), lo hicieron para liofilizado con alta, media y baja humedad.
D. L. Teagarden, D. S. Baker (2001), evaluaron sistemas co-solventes
y no acuosos, utilizados principalmente en liofilización de productos
farmacéuticos inyectables, determinaron el incremento de la tasa de solubilidad
y de la estabilidad del producto.
J. M. Pardo B (2002) estudio la retención de aromas durante la
liofilización de extractos de café, concluyó que la retención de volátiles
decrece con el aumento en la concentración inicial de sólidos; la interacción
de los volátiles con la matriz que los contiene y su solubilidad tienen mayor
influencia en la retención que el tamaño molecular; la pérdida de volátiles es
mayor durante la etapa de sublimación e indicó que un modelo basado en difusión
no puede predecir esta tendencias.
I. Andriot, J-L Le Quéré, E. Guichard (2003), estudiaron la relación
de composición entre café liofilizado y el obtenido tradicionalmente,
analizaron la relación método – tiempo, concluyeron que la liofilización
permitía la mayor retención de volátiles y sabor que el método tradicional.
S. Khalloufi, J-L. Robert et C. Ratti (2004) realizaron estudios
sobre la simulación matemática de la cinética de la liofilización, utilizaron
el método numérico de elementos
ARTICULOS
1.
LIOFILIZACIÓN DE PITAHAYA
AMARILLA (Selenicereus megalanthus)
Alfredo A. AYALA A.1;* Liliana SERNA C.2; Esmeralda S. MOSQUERA V.1
1 Escuela de Ingeniería de Alimentos. Facultad de Ingeniería. Universidad del Valle, Sede Meléndez. Calle 13 No 100-00, Edificio 338, 2º piso, Espacio 2023. Cali, Colombia.
2 Departamento de Ingeniería. Facultad de Ingeniería y Administración. Universidad Nacional de Colombia, Sede Palmira. Carrera 32 Chapinero, Vía Candelaria, Bloque 25, 3º piso, oficina 3170. Palmira, Valle del Cauca, Colombia
1 Escuela de Ingeniería de Alimentos. Facultad de Ingeniería. Universidad del Valle, Sede Meléndez. Calle 13 No 100-00, Edificio 338, 2º piso, Espacio 2023. Cali, Colombia.
2 Departamento de Ingeniería. Facultad de Ingeniería y Administración. Universidad Nacional de Colombia, Sede Palmira. Carrera 32 Chapinero, Vía Candelaria, Bloque 25, 3º piso, oficina 3170. Palmira, Valle del Cauca, Colombia
RESUMEN
La liofilización es una alternativa de interés
como método de conservación de alimentos, la cual permite prolongar el tiempo
de vida útil manteniendo significativamente las propiedades físicas y fisicoquímicas
relacionadas con su calidad. El objetivo de este trabajo fue evaluar el efecto
de la liofilización y la osmoliofilización sobre las cinéticas de congelación y
de secado, la actividad de agua, el volumen, la porosidad y la capacidad de
rehidratación en rodajas de pitahaya amarilla (Selenicereus megalanthus).
Como pretratamiento osmótico a la liofilización (osmoliofilización), las
rodajas se sumergieron en una solución de sacarosa con 55 ºBrix a 25ºC; se
congelaron a -35°C, la sublimación se llevó a presión de vacío de 8 Pa y el
secado se realizó desde -35 hasta 35°C. Los resultados de los tratamientos
evidenciaron, al final del proceso, diferencias significativas en la porosidad,
volumen y capacidad de rehidratación (que fueron mayores para el tratamiento
liofilizado), mientras que la cinética de secado y la actividad de agua no
presentaron diferencias significativas. El tratamiento de liofilización fue
adecuado para la conservación de rodajas de pitahaya amarilla, ya que permitió
reducir la actividad de agua por debajo de 0,4; conservó significativamente el
volumen y presentó alta capacidad de rehidratación.
2. LIOFILIZACIÓN DE CARAMBOLA (Averrhoa carambola L.)
OSMODESHIDRATADA
Lina M.
Grajales-Agudelo, William A.
Cardona-Perdomo, Carlos E. Orrego-Alzate
RESUMEN
La carambola (Averrhoa carambola L.) se trató osmóticamente con una
solución hipertónica de sacarosa como
pretratamiento al secado por sublimación con el fin de retirarle un 30%
de humedad y concentrarla hasta un 40%
de sólidos solubles. Se analizó la influencia de la velocidad de
congelación y de calefacción en el potencial de
rehidratación de la fruta liofilizada, el cual presentó su valor más
alto para la velocidad de congelación menor y
para la velocidad de calefacción más alta. Se realizó un análisis
sensorial comparativo de la carambola
rehidratada y la fruta osmodeshidratada, teniendo en cuenta pruebas
afectivas y discriminativas, detectándose pérdida de los componentes
responsables del aroma y sabor durante el proceso de liofilización.
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