LIOFILIZACIN DE PLATANOS

I. INTRODUCCION

II. OBJETIVOS

III. MARCO TEORICO

LIOFILIZACION

La liofilizacin es un proceso de secado mediante sublimacin que, en el rea de alimentos, se hautilizado con el fin de reducir las prdidas de los componentes responsables del aroma y sabor, loscuales se afectan en gran medida durante los procesos convencionales de secado (Orrego 2003).

Una sustancia pura puede existir como slido, lquido o gas y puede cambiar de estado por medio de un proceso en el cual libera o absorbe calor a temperatura constante (calor latente), de esto depende hacia donde se direcciona dicho cambio. El cambio de fase de slido a gas o sublimacin, debe realizarse en condiciones de presin y temperatura menores a las del punto triple (punto en el que conviven los tres estados de la materia), ya que por debajo de ste no existe la fase lquida. En el caso del agua el punto triple se encuentra a 4,58 Torr y 0,008 C. Por ejemplo si se tiene agua congelada, al calentarla a una presin menor a la de dicho punto el hielo sublima.

Diagrama de cambios de fase

Las sustancias moleculares disueltas en el agua disminuyen su punto de fusin (descenso crioscpico), por esto es conveniente describir el enfriamiento y posterior congelacin de una solucin de este tipo en varias etapas. Al bajar la temperatura de una solucin, inicialmente se produce un subenfriamiento que origina los ncleos de cristalizacin, luego la temperatura aumenta hasta la de equilibrio. A partir de ese momento comienzan a desprenderse los cristales de hielo puro, por lo que la solucin se concentra hasta alcanzar la menor temperatura a la cual puede existir solucin en equilibrio con hielo, denominada temperatura eutctica. Por debajo de esta temperatura debera existir, idealmente, equilibrio entre hielo y soluto. Sin embargo las soluciones que contienen polmeros naturales como azcares no cristalizan en este punto, sino que aumentan su viscosidad a medida que disminuye la temperatura y el agua se congela. Esta etapa finaliza cuando el sistema alcanza su temperatura de transicin vtrea, donde su viscosidad aumenta significativamente en un pequeo rango de temperatura dando lugar a un slido amorfo y frgil. Con relacin a la conservacin de alimentos, es importante destacar que el flujo viscoso dentro de este slido es prcticamente nulo, casi no existe flujo de materia, lo que evita que ocurran reacciones qumicas. Cabe aclarar que no toda el agua que compone un alimento est disponible para que los microorganismos puedan llevar a cabo sus actividades metablicas, solo el agua libre cumple dicho propsito. El contenido de agua libre en un alimento se define como aw actividad de agua. Al deshidratar un producto su disponibilidad de agua (libre) disminuye drsticamente. Para eliminar entonces la mayor parte del agua libre contenida en el slido obtenido, se le debe entregar calor a fin de lograr la sublimacin total del hielo, cuidando que la temperatura del producto se mantenga siempre por debajo de su temperatura de transicin vtrea. Al final de este cambio de fase se obtiene un producto que conserva el volumen y tamao original, presentado la forma de un vidrio altamente poroso.

Estructura de un producto en proceso de liofilizacin.

Fuente: FLESIA, Miguel ngel. Universidad Tcnica Nacional. Facultad Regional Santa F. Ingeniera Industrial. Procesos Industriales La conservacin de sustancias perecederas por medio de la liofilizacin.

La ventaja de esta estructura es que permite una rpida rehidratacin, no obstante es frgil por lo que requiere de una proteccin que prevenga los posibles daos ocasionados por una inadecuada manipulacin. Asimismo, debido a la porosidad de dicha estructura es necesario realizar el empaque del producto de forma tal que se evite la penetracin de oxgeno, a fin de impedir procesos oxidativos sobre los lpidos.

PROCESO DE LIOFILIZACIN

La liofilizacin involucra cuatro etapas principales:

1. PREPARACIN

2. CONGELACIN

3. DESECACIN PRIMARIA

4. DESECACIN SECUNDARIA

Antes de comenzar el proceso, es fundamental el acondicionamiento de la materia prima, ya que los productos liofilizados no pueden ser manipulados una vez completado el proceso. Lo que suele hacerse con alimentos como guisantes o arndanos es agujerear la piel con el objetivo de aumentar su permeabilidad. Los lquidos, por otro lado, se concentran previamente con el fin de bajar el contenido de agua, lo que acelera el proceso de liofilizacin. La segunda etapa se lleva a cabo en congeladores independientes (separados del equipo liofilizador) o en el mismo equipo. El objetivo es congelar el agua libre del producto. Para ello se trabaja a temperaturas entre -20 y -40C. Para la optimizacin de este proceso es fundamental conocer y controlar:

La temperatura en la que ocurre la mxima solidificacin.

La velocidad ptima de enfriamiento.

La temperatura mnima de fusin incipiente.

Con esto se busca que el producto congelado tenga una estructura slida, sin que halla lquido concentrado, de manera que el secado ocurra nicamente por sublimacin. En los alimentos se pueden obtener mezclas de estructuras luego de la congelacin, que incluyen cristales de hielo eutcticos, mezclas de eutcticos y zonas vtreas amorfas. Estas ltimas se forman por la presencia de azcares, alcoholes, cetonas, aldehdos y cidos, as mismo como por las altas concentraciones de slidos en el producto inicial. Respecto de la velocidad de congelacin se debe tener en cuenta lo siguiente:

VELOCIDAD DE CONGELACIN

CONGELACIN RPIDACONGELACIN LENTA

La temperatura de los alimentos desciende aproximadamente unos 20C en 30 minutos. Cristales pequeos. Al rehidratarse conservan textura y sabor original. Apariencia clara del producto seco. Se aplica en alimentos slidos, ya que evita la ruptura de la membrana o pared celular y estructuras internas.

La temperatura deseada se alcanza en 3 a 72 horas (aparatos domsticos de congelacin). Cristales grandes. En su formacin causan ruptura de la membrana o pared celular y estructuras internas. Al hidratarse presentan textura y sabor diferente al original. Apariencia oscura del producto seco. Se aplica en lquidos, ya que la formacin de cristales grandes favorece la presencia de canales para el movimiento del vapor de agua.

La tercera etapa del proceso consiste en la desecacin primaria del producto, por sublimacin del solvente congelado (agua en la mayora de los casos). Para este cambio de fase es necesario reducir la presin en el interior de la cmara, mediante una bomba de vaco, y aplicar calor al producto (calor de sublimacin, alrededor de 550 Kcal/Kg en el caso del agua), sin subir la temperatura. Esto ltimo se puede hacer mediante conduccin, radiacin o fuente de microondas. Los dos primeros se utilizan comercialmente combinndose su efecto al colocarse el producto en bandejas sobre placas calefactoras separadas una distancia bien definida. De esta manera se consigue calentar por conduccin, en contacto directo desde el fondo y por radiacin, desde la parte superior. Por otro lado la calefaccin por medio de microondas presenta dificultad porque puede provocar fusin parcial del producto, debido a la potencial formacin de puntos calientes en su interior; por lo cual actualmente no se aplica comercialmente. Los niveles de vaco y de calentamiento varan segn el producto a tratar. Al inicio de esta tercera etapa, el hielo sublima desde la superficie del producto y a medida que avanza el proceso, el nivel de sublimacin retrocede dentro de l, teniendo entonces que pasar el vapor por capas ya secas para salir del producto. Este vapor, se recoge en la superficie del condensador, el cual debe tener suficiente capacidad de enfriamiento para condensarlo todo, a una temperatura inferior a la del producto. Para mejorar el rendimiento de esta operacin, es primordial efectuar controles sobre la velocidad de secado y sobre la velocidad de calentamiento de las bandejas. El primero se debe a que si el secado es demasiado rpido, el producto seco fluir hacia el condensador junto con el producto seco. Producindose as una prdida por arrastre de producto. El segundo de los controles, debe realizarse siempre ya que si se calienta el producto velozmente, el mismo fundir y como consecuencia el producto perder calidad. Para evitarlo la temperatura de los productos debe estar siempre por debajo de la temperatura de las placas calefactoras mientras dure el cambio de fase. No obstante, al finalizar la desecacin primaria, la temperatura del alimento subir asintticamente hacia la temperatura de las placas. Para tener una liofilizacin buena y rpida es necesario poder controlar exactamente esta temperatura y tener la posibilidad de regular la presin total y parcial del sistema. La cuarta y ltima etapa del proceso de liofilizacin, se trata de la desecacin secundaria del producto por medio de desorcin. Esta consiste en evaporar el agua no congelable, o agua ligada, que se encuentra en los alimentos; logrando que el porcentaje de humedad final sea menor al 2%.Como en este punto no existe agua libre, la temperatura de las bandejas puede subir sin riesgo de que se produzca fusin. Sin embargo, en esta etapa la presin disminuye al mnimo, por lo que se realiza a la mxima capacidad de vaco que pueda alcanzar el equipo. Es importante, finalmente, controlar el contenido final de humedad del producto, de manera que se corresponda con el exigido para garantizar su estabilidad.

EQUIPOS DE LIOFILIZACION

Esquema general de un equipo de liofilizacinDESCRIPCIN GENERAL

EQUIPOSFUNCIONES

CAMARA DE SECADO

Provee al proceso de un ambiente limpio y estril. Da las condiciones de presin y temperaturas exigidas para la congelacin y posterior secado del producto.

CONDENSADOR Recoge el vapor de agua producto de la sublimacin, y lo desublima.

SISTEMA DE VACIO Est conectado a la cmara del condensador. Proporciona las condiciones de presin indicadas para las etapas de desacado primarias y secundarias.

INSTRUMENTACIN (medidor de temperatura de producto-estante, controlador de calefaccin de estante, medidor de vaco cmara-condensador) Son de vital importancia para el control del proceso, de manera que el resultado del mismo siempre sea el mejor posible.

Como se mencion antes, la gran desventaja de este proceso, es el elevado costo de los equipos. En el esquema presentado se pueden observar tres elementos que son los responsables de estos costos: Condensador (desublimador) y sistema de refrigeracin. Energa requerida para completar las etapas de sublimacin del agua en la cmara de secado, y desublimacin y fundicin en el condensador.

Mantenimiento de las bombas mecnicas del equipo de vaco. Tipos de equipos: El sistema de liofilizacin descripto, se corresponde con los equipos convencionales de Liofilizacin; los cuales son fabricados por muchas empresas proveedoras de esta tecnologa, tanto en Argentina como en el resto del mundo. Los mismos se consiguen en escalas tipo laboratorio, piloto o industrial. En la siguiente tabla se especifican las caractersticas de cada uno: LABORATORIOPILOTOINDUSTRIAL

Bomba de vacio6m3/h18-35 m3/h

Capacidad del condensador6-10 kg15-30 kg30-300 kg

T del condensador-50C-50-80 C-75C

Superficie*(por cantidad de estantes)0.33m2*(3)0.48-1.8m2*(3-5)2-12 m2/(5-8)

Sin embargo, hace ya algunos aos, que la empresa argentina INVAP SE, provee de plantas liofilizadoras llave en mano; las cuales cuentan con un innovador mtodo para obtener vaco. En un liofilizador tipo, como los descriptos arriba, el vaco se logra mediante la combinacin de bombas extractoras de aire y "trampas fras" que operan a -40 o -50 C; en estas plantas, en cambio, el vaco se realiza por medio de eyectores de vapor. Los eyectores son equipos pasivos, de operacin sencilla y escaso mantenimiento que son activados por vapor. Debido a que el vaco se mantiene mediante una columna lquida de altura apropiada, la estructura alcanza una altitud considerable.

SECADO CONVENCIONALLIOFILIZACIN

Recomendado para tener alimentos secos (verduras y granos). Recomendado para la mayora de los alimentos, pero se ha limitado a aquellos que son difciles de secar a travs de otros mtodos.

Es poco satisfactorio para carne. Recomendado para carnes crudas y cocidas.

Rango de temperatura 37 93C Temperaturas debajo del punto de congelacin.

Presiones atmosfricas Presiones reducidas (27-133 Pa)

Se evapora el agua de la superficie del alimento. Se sublima el agua del frente de congelacin.

Movimiento de solutos, lo que causa algunas veces endurecimiento. Movimiento mnimo de solutos.

Las tensiones en alimentos slidos causan dao estructural y encogimiento. Cambios estructurales o encogimientos mnimos.

Rehidratacin incompleta o retardada. Rehidratacin completa y rpida.

Olor y sabor frecuentemente anormal. Olor y sabor normalmente intensificado.

Color frecuentemente ms oscuro. Color normal.

Valor nutritivo reducido. Nutrientes retenidos en gran porcentaje.

Costos generalmente bajos. Costos generalmente altos, aproximadamente cuatro veces ms que el secado convencional.

APLICACIONES EN LA INDUSTRIA DE LOS ALIMENTOS

SECTORESPRODUCTOS LIOFILIZADOS

CrnicosCarne bovina

Carne aviar: pechuga de pollo, pechuga de pavo,muslo de pollo.

Carne porcina: jamn, lomo.

FrutasFrutillas. Fresas, banana, anan, moras, frambuesa.

VegetalesEsprrago, choclo, zanahoria, brcoli, coliflor, apio, papa, hongos, aceituna, espinaca, ajes, arroz, arvejas, cebolla.

QuesosQueso Prato, Queso Mozzarella, Queso Provolone, Queso Blanco.

OtrosCaf, sopas, zumos de frutas, levaduras, caldos, salsas, especias, champignones.

Por medio de la liofilizacin se puede extraer ms del 95% del agua contenida en un alimento, lo que se traduce en un gran beneficio con relacin al costo del transporte, ya que permite cargar mayor cantidad de mercadera sin necesidad de cadena de fro (se logra un producto ms estable microbiolgicamente). Al finalizar el proceso de liofilizacin, el alimento se convierte en una estructura rgida que conserva la forma y el volumen pero con peso reducido, preservando sus caractersticas nutritivas y organolpticas. Al rehidratarlo se recuperaran la textura, el aroma y el sabor original.Los alimentos pueden ser liofilizados en diferentes formatos: cubos, deshilachado, tiras, picado, granulado o polvo, y luego pueden ser utilizados como ingredientes industriales en la fabricacin de snacks, sopas instantneas, salsas, caldos en polvo, caldos en cubos, cup noodles, pur instantneo, mezclas para risotto, condimentos para "Lamen", entre otros.pltano liofilizado

Energa y componentes mayoritarios de frutas (expresados en 100g de porcin comestible).Banano Patata

Fuente: (Mataix, 2009).Rebanadas liofilizadoLos cortes obtenidos tienen un aspecto agradable, pero el problema surge en la rehidratacin, ya que toma mucho tiempo.Existen varias ofertas en el Internet de estos cortes, ofertndolos para un nicho de mercado especial como, alimentos de supervivencia los cuales se almacena en casa para el momento de una emergencia; otro nicho puede ser el trail mix o raciones de alimentos para ser transportados en largas caminatas a pie. (Macy, 1969).

Historia trmica de un proceso de liofilizacin: 1a: Enfriamiento;1b: Tratamiento trmico (Annealing); 2a: Secado primario;3a: Secado secundario [4].VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL PROCESOLas principales ventajas de este mtodo de secado estn relacionadas con la alta calidad del producto final en comparacin con otros mtodos de secado. Estas ventajas se pueden resumir de la siguiente manera (Okos et al, 1992; Jayaraman y Das Gupta, 1992; Salunkhe et al, 1991) alta retencin de sabor y aroma; una alta retencin de valor nutricional; contraccin mnima; un cambio mnimo en la forma, el color, y la apariencia; prcticamente no hay daos en la estructura y la textura estructura final porosa, y fcilmente rehidratable. Como se ha sealado por Salunkhe et al. (1991),La baja temperatura de este proceso conduce a una disminucin de la cintica de todos los procesos de degradacin (Pardeamiento no enzimtico, deterioro de la protena, y la reaccin enzimtica, etc.).

Las ventajas del procesamiento por liofilizacin para los productos hortcolas (Torrecilla, 1966) pueden resumirse en: Los productos son secos y esponjosos, mantienen las cualidades intrnsecas primitivas y rehidratados retoman la apariencia, forma y sabor originales. Pueden ser almacenados a temperatura ambiente en perodos de tiempos largos indeterminados. Demuestran ausencia de fenmenos de oxidacin y de desarrollo microbiano.Contienen un tenor de humedad ms bajo que los contenidos por otros mtodos de desecacin sin riesgo de alterarse. Tienen mejor gusto que aqullos que han sido simplemente desecados. Poseen mejorcalidad en comparacin con similares obtenidos por otras tcnicas. No sufren alteraciones y conservan gran parte de sus compuestos coloidales, enzimas, aminocidos, vitaminas, hormonas, etc. Son almacenables y transportables sin refrigerar, siendo sumamente livianos. Han experimentado menores prdidas de sustancias voltiles. Mantienen el grado de conservacin o de esterilidad iniciales. Conservan intactos sus propiedades por largo tiempo, en buenas condiciones de envasado y almacenaje. Conservan slo una fraccin de su peso original obtenindose embalajes simples yeconmicos.

IV. RESULTADOS

V. DISCUSIONES

Al utilizar la sublimacin como tcnica de secado los productos obtenidos no se ven alterados en gran medida en sus propiedades y se rehidratan fcilmente (Krokida et al. 1998). El proceso de sublimacin es mucho ms eficiente a bajas presiones (vaco), porque el agua se extrae bajo el impulso de un gradiente de presin total (Orrego 2002a; Biswal y Bozorgmehr 1989).

La calidad de los productos liofilizados se ve afectada por las caractersticas de la materia prima como el grado de madurez, y las condiciones de operacin como la presin de la cmara, la velocidad de y la velocidad de congelacin (Hammami y Ren 1997). Puesto que la congelacin es una operacin previa a la liofilizacin, la velocidad de congelamiento es determinante en las propiedades del producto seco, dado que influye directamente en el tamao de poro producido luego de la sublimacin de los cristales de hielo (Orrego 2003; Hammami y Ren 1997). El proceso de rehidratacin no es un mecanismo reversible respecto de la deshidratacin. Son muchos los cambios que se producen en un alimento deshidratado. As, su estructura quebrantada y arrugada es incapaz de regresar a su configuracin original (Lee et al., 2006).Los productos liofilizados rehidratan rpidamente y pueden llegar a alcanzar contenido de humedad y propiedades organolpticas similares a las del alimento original.

VI. CONCLUSIONES

VII. BIBLIOGRAFIA

Biswal RN, Bozorgmehr K. 1989. Intermediate moisture frozen vegetables through osmotic dehydration. in Proc. Int. Conf. "Technological Innovations in Freezing and Refrigeration of Fruit and Vegetables", 9-12 July, Davis, California, USA, p. 259-265.

Hammami C, Ren F. 1997. Determination of freeze-drying process variables for strawberries. Journal of Food Engineering 32(2): 133-154.

Jayaraman, K.S. and D.K. Das Gupta. 1992. Dehydration of fruits and vegetables - recent developments in principles and techniques. Drying Technol., 10(1), 1.

Krokida M.K., Karothanos V.T., Maroulis Z.B. 1998. Effect of freeze-drying conditions on shrinkage and porosity of dehydrated agricultural products. Journal of Food Engineering 35(4): 369-380.

Orrego C.E. 2002a. Aspectos tericos y aplicaciones de la liofilizacin de productos alimenticios vegetales. Universidad Nacional de Colombia Sede Manizales. Trabajo para promocin a Profesor Titular.

Okos, M.R., G. Narsimhan, R.K. Singh, and A.C. Weitnauer. 1992. Food dehydration. In D.R. Heldman and D.B. Lund (Eds.), Handbook of Food Engineering, Marcel Dekker, New York, pp. 437562.

Orrego C.E. 2003. Procesamiento de alimentos.Manizales: Centro de publicaciones Universidad Nacional de Colombia Sede Manizales. 321p.

Salunkhe, D.K., H.R. Bolin, and N.R. Reddy. 1991. Storage, Processing, and Nutritional Quality of Fruits and Vegetables, 2nd ed., Vol. 1 and 2. CRC Press, Boca Raton, FL.