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Liofilización de alimentos: una técnica de deshidratación y
conservaciónAlejandro Andrés Méndez Miranda
Profesor Guía: Marlene Roeckel von Bennewitz
E-mail: [email protected]
Palabras clave: Liofilización, conservación, deshidratación, congelación, sublimación.
UNIVERSIDAD DE CONCEPCIONFacultad de Ciencias QuímicasDepartamento de Fisicoquímica
Resumen
La liofilización es un proceso de conservación, el cual se basa en la congelación y
posterior sublimación del agua, las pérdidas de agua son significativas llegando a
porcentajes muy altos de sublimación. Debido a la utilidad de los productos, sus largos
periodos de conservación y la capacidad de rehidratación, han sido utilizados en
alimentos para montañistas, astronautas y consumo del público general
La congelación es el primer paso en el proceso de la liofilización, en el cual el
producto se lleva a bajas temperaturas hasta el punto de congelación del agua, mientras
más lento sea el enfriamiento implica un mayor tamaño de los cristales, lo cual,
comparado con el volumen que usa el agua líquida como normalmente estaría en las
células, es mayor, lo que genera una presión interna mayor que daña las paredes
celulares, lo que hace que pierdan la capacidad de trabajar de manera semipermeable
provocando su desnaturalización, ocasionando pérdidas nutricionales, cambios al sabor y
perdida de firmeza. Por eso la mayor parte de los procesos de liofilización se intentan
hacer a una velocidad rápida, para así evitarse los problemas que lleva la formación de
cristales de gran tamaño.
La segunda etapa es el secado primario que consiste en la sublimación del hielo
formado, para ello se han de llegar a bajas presiones, se ha de tener en consideración
que este proceso es endotérmico, por lo cual es necesario proporcionar calor, además
hay que tener presente que el vapor de agua ocupa un volumen mucho mayor que el
agua sólida siendo así necesario una forma de remover todo el vapor de agua.
Finalmente la tercera etapa es el secado secundario, que corresponde a la desorción del
agua no congelada remanente, que no sublimo, mediante la evaporación.
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Índice
1-Introducción……………………………………………….………………….3
2-Objetivos………………………………………………….…………………..4
3-Metodología……………………………………………….………………….5
4-Resultados y discusión ………………………………….…….…………..6
4.1- El proceso de liofilización ……………………………………...6
4.2- Etapas en el proceso de liofilización………………………….8
4.3- Congelación ……………………………………….……………9
4.4- Etapas de secado……………………………..……..………. 11
4.4.1- Secado primario..……………………………………………….……………… 12
4.4.2- Secado secundario…………….……………..…...……….. 13
5- Diferencias con el método de deshidratado común……………..… 13
6- Conclusiones…………………………………………………………………………..……………. 14
Bibliografía .……………………………………………………..…...…….. 15
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Introducción
Dentro de la industria alimentaria hay varios métodos para la conservación de
alimentos, la idea es mantenerlos preservados por el mayor tiempo posible, por ejemplo,
mediante la congelación, deshidratación, pasteurización, uso de conservantes, entre
otros.
La deshidratación es uno de los métodos más antiguos utilizados por la humanidad
para conservar alimentos, el cual tuvo su origen al deshidratar las cosechas de maíz. El
éxito del deshidratado como método de conservación es que proporciona gran estabilidad
microbiológica, debido a la reducción de la cantidad de agua, que es el principal medio
para el crecimiento biológico. Además de esto, tiene la ventaja en la reducción del peso
del producto, ayudando así en su transporte, manipulación y almacenamiento. También
permite disponer de alimentos estacionales en cualquier época del año.
El problema de los métodos convencionales de secado es que, si se pretende
eliminar agua de un objeto de manera rápida, será necesario un gran aporte de calor. Eso
implica trabajar a altas temperaturas, lo cual puede dañar el material orgánico del
alimento, lo que conlleva a cambios en su textura, sabor, propiedades nutritivas. Además,
está el problema de la evaporación del agua, ya que las concentraciones de sales
disueltas en esta comienzan a aumentar progresivamente, quedando las células rodeadas
de una solución acuosa altamente concentrada, produciendo un choque osmótico (C.
Orrego, 2008). De todos los antecedentes presentados, se puede considerar el método
convencional de deshidratación como un proceso perjudicial para las propiedades de la
fruta.
De aquí ha nacido la necesidad de crear un método alternativo de la
deshidratación, manteniendo todas sus buenas características. El proceso que reúne
estas características es la liofilización de alimentos. De aquí nace la necesidad de
conocer en que consiste este proceso, explicando sus principales etapas y los cuidados
más importantes que se han de tener.
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Objetivo
El objetivo de este informe es presentar el proceso de liofilización, enfocado en la
conservación de alimentos, mostrar sus principales características, desde los alimentos
en que se utiliza, las características de cada etapa del proceso hasta la comparación con
el método de deshidratación común.
Se analizarán las bases de cada etapa: congelamiento, secado primario y secado
secundario. Se presentarán también las principales diferencias respecto al secado
convencional.
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Metodología
La investigación se realizó mediante la búsqueda de recursos online, recopilando
información dada por páginas universitarias, páginas gubernamentales, revistas,
memorias de título y distintas publicaciones. El principal motor de búsqueda fue Google y
Web of Science, teniendo el cuidado correspondiente al usar Google, ya que la mayoría
de la información que se podía encontrar estaba falta de referencias, por esa razón se
utilizó para buscar revistas, libros y publicaciones, y de esta forma cerciorarme de que
contuviesen referencias (de las cuales algunas también fueron revisadas) y un autor
definido.
Resultados y discusión
1- El proceso de liofilización.
La liofilización es un proceso de conservación, basado en la congelación y posterior
sublimación del agua (medio donde crecen las bacterias que deterioran y descomponen
los alimentos) con el fin de reducir las pérdidas de elementos volátiles y/o termo-sensibles
que lo compongan gracias a que no se utilizan temperaturas que puedan dañar los
alimentos. Las pérdidas de agua son significativas, llegando a porcentajes muy altos de
sublimación según el alimento que se ha de deshidratar (C.Orrego,2008). M.Parzanese
hizo una tabla resumen (Tabla I), para el Ministerio de agricultura, ganadería y pesca de
Argentina, que reúne alguno de los principales alimentos a los cuales se le realiza el
proceso de liofilización.
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Tabla I, Ejemplo de productos alimenticios que se tratan mediante liofilización.
En la tabla I se observa que son variados los alimentos que consumimos sin saber
que algunos pasaron por estos procesos, no por esto han de ser todos los alimentos que
pueden pasar por este proceso, como lo demuestra N. Pérez (2010) en su tesis “Estudio
teórico y experimental de la liofilización de locos (Concholepas Concholepas)”.
La lista de alimentos que pueden pasar por este proceso es amplia. Debido a la
utilidad de los productos, sus largos periodos de conservación y la capacidad de
rehidratación, han sido utilizados en alimentos para montañistas, astronautas y consumo
del público general (Parzanese M.).
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2- Etapas en el proceso de liofilización.
El proceso de liofilización se puede separar en tres fases distintas entre sí las
cuales son: congelación, secado primario y secundario, resumidos en el siguiente gráfico:
Gráfico I, Ilustración de la curva de enfriamiento para el proceso de liofilización
En el gráfico se pueden observar claramente los cambios de temperatura que se
deben seguir en el proceso de liofilización, un descenso en la temperatura hasta llegar al
punto de congelación del agua y de las mezclas que se puedan formar con ella, la
sublimación del hielo formado hasta llegar a niveles altos de agua evaporada y finalmente
eliminar el agua remanente mediante la aplicación de calor dependiendo de los niveles a
los cuales se quiera llegar de secado.
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2.1- Congelación
La congelación es el primer paso en el proceso de la liofilización, en el cual el
producto se lleva a bajas temperaturas hasta el punto de congelación del agua y de las
mezclas que forman eutécticos. Además de esto se forman zonas vítreas amorfas por lo
cual no siempre la temperatura de congelación es la del agua pura. (C. Orrego, 2008)
Se ha de tener mucho cuidado en este proceso ya que el agua líquida presente en
las moléculas y la que está fuera de esta comienza a cristalizar, de los cuales su tamaño
está dado por la velocidad del enfriamiento, por lo tanto, mientras más lento sea el
enfriamiento implica un mayor tamaño de los cristales, lo cual, comparado con el volumen
que usa el agua líquida como normalmente estaría en las células, es mayor, lo que
genera una presión interna mayor que daña las paredes celulares, lo que hace que
pierdan la capacidad de trabajar de manera semipermeable provocando su
desnaturalización, ocasionando pérdidas nutricionales, cambios al sabor y pérdida de
firmeza. Las Figura I y Figura II obtenidas por F. Karelovic (2012), mediante micrografías
electrónicas de barrido, muestran la comparación entre el daño producido a la célula en
un enfriamiento rápido y en uno lento.
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Figura II, Vista molecular de un arándano sometido a un enfriamiento lento.
Figura I, Vista molecular de un arándano sometido a un enfriamiento rápido.
Es clara la diferencia entre las distintas velocidades de enfriamiento, un enfriamiento
rápido mantiene las paredes celulares en buen estado, todo lo contrario mostrado en un
enfriamiento lento, en donde se ve un deterioro de las células, es por esto que la
investigación e información que se tenga sobre el alimento en sus propiedades físicas y
químicas son muy importantes, para así buscar el limite al cual el proceso de deba
realizar. En la tabla II se muestra una comparación entre las dos velocidades de
congelación (Parzanese M.).
Tabla II: Tabla comparativa entre la velocidad de congelación rápida y lenta
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La mayor parte de los procesos de liofilización se intentan hacer a una velocidad
rápida, para así evitarse los problemas que lleva la formación de cristales de gran tamaño
expuestos anteriormente y también mostrados en la tabla; por esta razón un exhaustivo
estudio de lo que se quiera conservar es necesario, para así buscar el mejor tratamiento
de este durante el proceso que minimice los costos y mantenga la mayoría de las
propiedades nutritivas del alimento.
2.2- Etapas de secado
Como explica C. Orrego (2008), cuando se realiza el secado mediante la
liofilización se distinguen tres fases o etapas que se esquematizan en el gráfico II.
Gráfico II, Etapas del proceso de liofilización.
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-La Fase I es la llamada fase conductiva, donde la sublimación crece rápidamente en un
corto tiempo entre un 10% y un 15% del proceso total.
-La Fase II o primera etapa difusiva, en esta fase se forma una capa porosa de material
seco que se opone a la transferencia de calor y materia.
-Estas dos fases corresponden al secado primario.
-La fase III o segunda fase difusiva, la velocidad de sublimación sigue decreciendo, ya
que el agua remanente está ligada a las moléculas, por lo cual se incrementa la
temperatura de calefacción.
Aunque sea una manera simplificada de ver este proceso, da una idea rápida de
como ira cambiando la transferencia de masa dentro del sistema, donde partimos de una
sublimación muy rápida en la cual sublima la mayor parte del agua, hasta un 90%, a una
sublimación muy lenta en la cual sublima un porcentaje muy bajo, llegando a niveles
suficientes para la conservación del producto.
2.2.1- Secado primario
El secado primario consiste en la sublimación del hielo formado, para ello se han
de usar bajas presiones. Se ha de tener en consideración que este proceso es
endotérmico, por lo cual es necesario proporcionar calor. Además, hay que tener presente
que el vapor de agua ocupa un volumen mucho mayor que el agua sólida siendo así
necesario una forma de remover todo el vapor de agua. La velocidad de secado se refiere
a la cantidad de agua sublimada.
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2.2.2- Secado secundario
El secado secundario corresponde a la desorción del agua no congelada
remanente, que no sublimó, mediante la evaporación; cabe destacar que el proceso
nunca puede llegar a un 0% nivel de agua, por lo cual se termina cuando llega a un nivel
donde el agua no afectara al producto final.
3-Diferencias con el método de deshidratado común
Nos referimos al deshidratado común como aquel que utiliza calor para evaporar el
agua del producto. En la Tabla III se muestran las principales diferencias entre el secado
común y la liofilización como método de conservación según P. Fellows el año 2000.
Tabla III, Diferencia entre el secado convencional y la liofilización.
Secado convencional LiofilizaciónRecomendado para obtener alimentos secos
(verduras y granos).
Recomendado para la mayoría de los
alimentos, pero se ha limitado a aquellos que
son difíciles de secar a través de otros
métodos.
Es poco satisfactorio para carne. Recomendado para carnes crudas y cocidas.
Rango de temperatura 37-93°C. Temperaturas debajo del punto de
congelación.
Presiones atmosféricas. Presiones reducidas (27-133 Pa).
Se evapora el agua de la superficie del
alimento.
Se sublima el agua del frente de congelación.
Movimiento de solutos y lo que causa algunas
veces endurecimiento.
Movimiento mínimo de solutos.
Las tensiones en alimentos sólidos causan
daño estructural y encogimiento.
Cambios estructurales o encogimientos
mínimos.
Rehidratación incompleta o retardada. Rehidratación completa o rápida.
Partículas porosas secas tienen a menudo una
densidad más alta que el alimento.
Partículas porosas secas tienen una densidad
más baja que el alimento original.
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Olor y sabor frecuentemente anormal. Olor y sabor normalmente intensificado.
Color frecuentemente más oscuro. Color normal.
Valor nutritivo reducido. Nutrientes retenidos en gran porcentaje.
La liofilización tiene claras diferencias con el método de secado convencional: en
el procedimiento que se utiliza, en las ventajas y desventajas, señalando en concreto el
coste asociado a los productos en el proceso de liofilización por el altos costos para
producir el proceso.
Las diferencias son notorias, en especial lo relacionado a la mantención de las
propiedades del producto inicial, que como se indico es una de las principales ventajas de
la liofilización, aun con sus costes asociados, se pueden lograr ventajas que con otros
métodos no se pueden lograr, por esta razón es uno de los mejores métodos actuales de
conservación de alimentos.
Conclusiones
1- Es grande la variedad de alimentos que pueden pasar por este proceso, y en
aumento. Debido a la utilidad de los productos, sus largos periodos de conservación y la
capacidad de rehidratación, han sido utilizados como alimentos para montañistas,
astronautas y consumo del público general.
2- La mayor parte de los procesos de liofilización se intentan hacer a una velocidad
alta, para así evitar los problemas que lleva la formación de cristales de gran tamaño; por
esta razón un exhaustivo estudio de lo que se quiera conservar es necesario, para así
buscar el mejor tratamiento de este durante el proceso que minimice los costos y
mantenga la mayoría de las propiedades nutritivas del alimento.
3- Las diferencias entre la liofilización y el secado convencional son notorias, en
especial lo relacionado a la mantención de las propiedades del producto inicial, aun con
sus altos costes asociados, se pueden lograr ventajas que con otros métodos no se
pueden lograr, por esta razón es uno de los mejores métodos actuales de conservación
de alimentos.
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Bibliografía
Fellows P., “Tecnología del procesado de los alimentos: principios y prácticas” 2a. Ed.,
Acribia Editorial, Zaragoza, (2000).
Karelovic F., “Influencia del método de congelamiento en el daño microestructural de
arándonos liofilizados” Memoria de título, Departamento de Ingeniería Mecánica,
Universidad de Chile, (2012).
Orrego C., “Congelación y liofilización de alimentos”, Editorial Artes Gráficas Tizan Ltda,
1a Ed., Colombia (2008). http://www.bdigital.unal.edu.co/7837/1/9789584444363.pdf
(Última visita: 11/12/2014)
Parzanese M., “Liofilización de alimentos” Documento publicado para la Secretaría de
Agricultura, Ganadería y Pesca, Argentina.
http://www.alimentosargentinos.gov.ar/contenido/sectores/tecnologia/
Ficha_03_Liofilizados.pdf (Última visita: 04/11/2014)
Pérez N., “Estudio teórico y experimental de la liofilización de locos (Choncholepas
Choncholepas)” Memoria de título, Departamento de Ingeniería Química, Universidad de
Santiago de Chile, (2010)
Ramirez J., “Liofilización” Artículo presentado en revista: “Revisiones de la Ciencia,
Tecnología e Ingeniería de los alimentos”, Vol. 6, (2006)
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Yanovsky J., Entrevista realizada por Diario "LA NACIÓN", presentada con el título: "En
Chubut, una planta única en el mundo", Lunes 3 de Febrero de 2003,
Argentina.
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