Liofilización

3.1. Introducción.
La liofilización es una operación básica controlada por la transferencia simultánea de calor y materia, tal y como hemos visto en la clasificación de las operaciones básicas. Llamada anteriormente criodesecación, la liofilización, cuyo nombre procede de la industria farmacéutica, es un proceso de secado cuyo principio consiste en sublimar el hielo de un producto congelado. Elagua del producto pasa, por tanto, directamente del estado sólido al estado vapor sin pasar por el estado líquido.
La liofilización presenta una serie de ventajas frente a otras técnicas de secado, entre las que se citan:
1. Se mantiene mejor la estructura original del alimento.
2. La temperatura de trabajo es muy baja y por tanto los productos termolábiles no se alteran.
3. No existe peligrode oxidación.
4. No existe ningún agua libre, por tanto no hay peligro de hidrólisis o de crecimiento microbiano.
5. Al sublimarse el hielo, quedan poros que permiten una rehidratación o reconstitución rápida.
6. La humedad residual es baja.
7. La duración de la conservación es larga.
8. La retención de los aromas es muy alta.
9. Son productos de peso ligero que no necesitan cadenas derefrigeración para su distribución.
Pero también presentan una serie de inconvenientes:
1. Gran inversión de equipamiento (alrededor de tres veces el de otros métodos).
2. Altos costes de energía (también alrededor de tres veces el de otros métodos).
3. Proceso lento y largo (entre 4 y 10 horas por ciclo de secado).
4. Posibles daños a productos, debido al cambio de pH que se produce cuando seconcentran los solutos, como consecuencia de que el agua pura se convierte en hielo.
A pesar de las ventajas que presenta este proceso, fundamentalmente en cuanto a la estructura del alimento y a la retención de aromas y nutrientes, su coste lo convierte en un proceso prohibitivo para aplicaciones ordinarias. Por tanto únicamente se aplica a productos de alto valor añadido.
La liofilización esútil cuando en el producto se cumplen uno o más de los siguientes requisitos:
Es inestable.
Es termolábil.
Cuando se requiere una rápida y completa rehidratación.
Presenta un alto valor.
Debe minimizarse su peso.
No es aconsejable su almacenamiento en refrigeración o congelación.
Aplicaciones típicas pueden ser:
Té.
Café instantáneo.
Usos militares.
Montañismo.
Champiñones para sopasdeshidratadas.
Algunas frutas blandas y con colores y sabores delicados, como fresas.
Productos farmaceúticos.
3.2. Fundamentos de la liofilización.
La sublimación sólo puede conseguirse si la temperatura y la presión parcial de vapor del agua (hielo) son inferiores a las del punto triple del agua. En el diagrama de fases del agua, en el que se representa la presión de vapor del agua en función desu temperatura, se puede apreciar que el punto triple del agua se sitúa a la presión de 610 Pa (4.58 mmHg), para una temperatura de 0.01ºC.

Diagrama de fases del agua pura
Estos valores corresponden al agua pura, pero en los alimentos no existe agua pura, sino disoluciones de sólidos en agua más o menos concentradas, en consecuencia el punto triple se desplaza a temperaturas más bajas, segúnla concentración de estos sólidos.

Diagrama de fases. Efecto de la concentración de sólidos
En el siguiente gráfico se representa, sobre el diagrama de fases, la comparación de los procesos que tienen lugar en el secado evaporativo frente a la liofilización. En el secado evaporativo el agua en el punto A se calienta hasta alcanzar el equilibrio con su presión de vapor en el punto B. Si en estepunto se suministra la energía correspondiente al calor latente de vaporización, se produce el paso de líquido a vapor. En el secado por liofilización, el agua en el punto A se enfría hasta un punto inferior al de congelación D. Cuando el agua está completamente congelada, se reduce la presión hasta el punto E, consiguiendo una presión absoluta inferior a la presión de vapor del hielo. Por...