El papel de la tecnología de vacío en la liofilización
La liofilización es una extensión moderna de los métodos de secado tradicionales para evitar durante más tiempo que los alimentos se echen a perder.
Este proceso es posible exclusivamente gracias a la tecnología de vacío moderna, porque la liofilización de los alimentos se lleva a cabo bajo vacío.
¿Dónde se utiliza?
La liofilización es adecuada en frutas y bayas, así como en carne o verduras cocinadas. Las hierbas y las especias también se conservan mediante la liofilización, que elimina prácticamente toda el agua de estos productos. El alimento liofilizado más conocido es, probablemente, el café soluble (instantáneo). Muchas comidas preparadas que se disuelven en agua hirviendo en forma de gránulos o en polvo están liofilizadas. En principio, los alimentos se pueden secar de un modo más sencillo, por ejemplo, mediante la desecación. Sin embargo, esto tiene la desventaja de cambiar la estructura y el aspecto de los alimentos. Además, los aromas pueden reaccionar con el oxígeno de la atmósfera, lo cual afecta al sabor.
Durante la liofilización, la estructura permanece inalterada y las células secas absorben el agua fácilmente de nuevo durante la preparación.
Al secar alimentos bajo vacío, los aromas se conservan durante mucho tiempo.
El proceso de la liofilización
La liofilización (Fig. 1) es un proceso puramente físico que utiliza el principio de sublimación. Debido al vacío de la cámara de secado, el agua congelada se sublima y se convierte en vapor de agua. El hielo se salta la fase líquida y pasa directamente de estado sólido a gaseoso.
Antes del proceso de secado real, el producto, ya sean bayas, trozos de fruta o extracto de café, debe someterse a una congelación profunda en una cámara de refrigeración. Para ello, el producto se distribuye en bandejas que se introducen en la cámara de refrigeración directamente o en carritos. A continuación, el producto congelado se coloca en la propia cámara de secado (Fig. 2).
En algunos equipos de liofilización, la refrigeración se lleva a cabo directamente en la cámara de secado. Además, en el procesado de alimentos se utilizan equipos de liofilización para procesos continuos.
Tras la congelación, el propio proceso de secado se lleva a cabo en la cámara hermética reduciendo la presión del aire mediante una bomba de vacío hasta alcanzar un vacío de entre 1 y 0,5 mbar. Ahora el proceso de evaporación del agua congelada se inicia a una temperatura de entre -50 y -40 °C. El vapor de agua es aspirado hacia el exterior de la cámara de secado mediante la bomba de vacío y llevado hasta un condensador. En esta ‘trampa de hielo’ refrigerada hasta al menos -70 °C, el vapor de agua se sublima y se condensa en forma de hielo en la bobina de enfriamiento. En este paso del proceso, llamado ‘secado primario’, se elimina la mayor parte de la humedad del producto.
Durante la sublimación, la energía térmica se extrae de la cámara de secado. Esto significa que la temperatura de la cámara baja durante el proceso. Por tanto, es necesario calentar la cámara. Hay que tener cuidado para garantizar que solo se añada la cantidad de energía que se pierde del agua durante la sublimación para mantener una temperatura constante o permitir un ligero aumento en la temperatura de hasta -20 °C.
Para la mayoría de alimentos, el secado primario va seguido inmediatamente del secado secundario. Este proceso consiste en eliminar la humedad residual ligada con más fuerza al producto reduciendo el nivel de vacío hasta 0,01 mbar o menos, y elevando la temperatura por encima del punto de congelación. A continuación, la cámara de secado se ventila hasta alcanzar la presión atmosférica y el producto secado, con un contenido de agua de entre un uno y un cuatro por ciento, se extrae para continuar con su procesado. En la ventilación se utiliza aire seco o un gas inerte para que el producto secado no pueda absorber la humedad del aire ambiente.
Parámetros físicos
El proceso de liofilización depende esencialmente de estos parámetros (Fig. 3):
- Presiones, o niveles de vacío
- Temperaturas
- Tiempo
Evidentemente, los productos y sus propiedades también desempeñan un papel importante. Por esta razón, antes de proceder a la liofilización industrial o antes de secar grandes cantidades de producto, se deben llevar a cabo pruebas en plantas piloto.
Tecnología de vacío para la liofilización
La liofilización requiere un suministro de vacío fiable y con un ajuste preciso. Dos tipos de generación de vacío han demostrado ser útiles en equipos de liofilización industrial de alimentos:
Para decidir cuál de los dos sistemas de vacío es el más adecuado, es necesario tener en cuenta el tamaño de la planta de secado, los productos que se van a secar y los parámetros físicos antes mencionados.
Fig. 5: Sistema estándar de Busch Vacuum Solutions con una bomba de vacío de tornillo COBRA como bomba primaria y un booster de vacío PANDA. Sistema de vacío con bombas de vacío de paletas rotativas y booster de vacío.
Las bombas de vacío de paletas rotativas están lubricadas con aceite y alcanzan un vacío límite de hasta 0,1 milibares.
Para generar un nivel de vacío superior y tener un caudal lo suficientemente alto en el rango de funcionamiento de menos de 1 milibar, se recomienda usar los llamados boosters de vacío.
La ventaja de estos equipos es que permiten alcanzar un nivel de vacío de hasta <0,001 milibares. Además, se puede diseñar una combinación de bomba de vacío de paletas rotativas y booster de vacío para adaptarla de forma más precisa al tamaño del equipo de liofilización y obtener una eficiencia energética aún mayor que con una sola bomba de vacío de paletas rotativas.
Por último, un experto en vacío puede calcular la combinación de bomba más eficaz. Busch Vacuum Solutions siempre puede ofrecer el sistema de vacío correcto para cada tamaño de equipo de liofilización gracias a su amplia gama de tamaños de bombas de vacío de paletas rotativas y boosters de vacío.
Sistema de vacío con bombas de vacío de tornillo y booster de vacío
Las bombas de vacío de tornillo funcionan en seco, es decir, sin aceite, y alcanzan un vacío límite de hasta 0,01 milibares.
Además, un sistema de vacío con una bomba de vacío de tornillo junto con un booster de vacío es preferible a una solución con una sola bomba de vacío.
Las bombas de vacío de tornillo se pueden equipar con un motor con variador de frecuencia para que el caudal se adapte automáticamente a los requisitos de cada paso del proceso durante la liofilización.
¿Cómo seleccionar la mejor tecnología de vacío para su proceso?
En general, es necesario consultar a un experto en vacío a la hora de seleccionar la tecnología de vacío y su dimensionamiento. El experto siempre podrá ofrecerle la solución más adecuada desde el punto de vista técnico y económico.
Busch Vacuum Solutions lleva décadas fabricando soluciones de vacío para liofilizar alimentos y productos farmacéuticos. Además de la tecnología de vacío, Busch también ofrece todos los dispositivos de control, medición y detección para todo el proceso.
