Liofilización: alternativa de deshidratación avanzada para agroindustria

Lilian Abugoch James, Departamento Ciencia de los Alimentos y Tecnología Química

Chile agrícola ……….

https://climafrutal.wordpress.com/2008/11/10/mapa-climatico-de-chile-y-produccion-de-fruta-por-region/

Contenido de agua alimentos, vegetales

Influencia del agua en procesos� Componente principal de

alimentos

� Importancia en la forma, estructura y propiedades fisicoquímicas

� Desarrollo de productos, diseño de procesos, producción implica un control constante del agua en los alimentos

0

20

40

60

80

100

tomate

repollo

cerveza

naranja

leche

papa

pollo

queso

miel

mantequilla

arroz

café

95 92 90 87 8778

70

37

20 16 125

% a

gua

(deMan, 1999; © Aspen Publishers)

Contenido de agua alimentos

00,10,20,30,40,50,60,70,80,9

1co

rn…

crac

kers

egg…

past

a

hone

y

drie

d fru

its

rolle

d oa

ts

jam

flour

ham

chee

se

fresh

frui

ts

0,20,3

0,40,5

0,6 0,60,7

0,8 0,820,93 0,93 0,98

aw

aw de alimentos

(deMan, 1999; © Aspen Publishers)

Definiciones de Actividad de Agua

Actividad de Agua es una medición del estado de la energíadel agua en un sistema, es la fuerza impulsora para elmovimiento del agua desde regiones de alta aw hacia regionesde baja aw (potencial químico)

Actividad de Agua es la razón entre la presión parcial de vapor del agua en el alimentos y el vapor de agua pura

Actividad de Agua: Humedad relativa/100

Actividad del agua aw

Con

teni

dode

hum

edad

(b.s

.)

Oxidac

iónde

lípido

sM

ayor

íade

las r

eacc

iones

Desarrollo de microorganismosISOTERMA DE SORCIÓN

Mapa de deterioro de los alimentos vs aw

Heldman and Singh (2014). Introduction Food Engineering

Degradación deantocianos

Deshidrtacion para conservacion

http://www.lostiempos.com/actualidad/economia/20130820/chuno-papa-milenaria-andes-bolivianos, https://www.diariouno.com.ar/mundo/chuno-la-papa-milenaria-los-andes-bolivianos-20130820-n1608.html

1500 años atrás ya existía la liofilización….. a 4000 m SNM"Estoy pisando la papa con mucho esfuerzo y frío para obtener el

chuño, este alimento que me durará mucho tiempo. Nopasaremos hambre y por suerte el chuño nos ayudará en el diariocomer", The Associated Press, mujer aymara, mientras exprimía lapapa congelada con sus pies en las faldas de un nevado cerca deLa Paz.

Usos de LiofilizaciónEste proceso permite mantener losalimentos y compuestos bioactivos sindegradar, ya que elimina el agua atemperaturas bajo cero y vacío porsublimación.

Pres

ión

(mm

Hg)

Temperatura °C

sólido

líquido

gas

0,0098

4,58

Equilibrio sólido y gas:

P < 4.58 mmHg y T < 0.0098 ° C

H2O sólida puedepasar directamente

a gas SUBLIMACIÓN

LIOFILIZACIÓN

Diagrama de estados del agua

Concentración soluto

Hielo + soluto sólido

Hielo + solución Soluto + solución

0ºC

Punto de congelación mínima de solutos: Punto eutéctico (PE)

PE es la temperaturamás baja a la cual seencuentra la máximaconcentración desolutos que se puedealcanzar justo antesde que agua ysolutos solidifiquencomo un sistema

Influencia del tamaño de los cristales de hielo

Fig. 4. Cross sectional images of ice crystals in frozen gelatin samples.(a) normal frozen (freezing rate = 0.026 °C/min), (b) fast frozen (freezingrate = 0.757 °C/min). Journal of Food Engineering, Volume 214, December 2017, Pages 158-165

Influencia del tamaño de los cristales de hielo

Cristales grandes- Tamaño de poros

mayor- Más rápida la primera

etapa de secado- Mayor facilidad de

difusión del agua- Estructura más frágil

Cristales pequeños- Poros mas homogeneos y pequeños- Más lenta la primera fase de

secado- Menor difusividad del agua- Estructura más firme

4ºC -18 ºC

-40ºC -80ºC

-196ºC

Cámara

Bomba de vacío

Condensador

Sistema de refrigeración

Esquema de un liofilizador

Esqema de un liofilizador

Tipos de liofilizadores

0

40

20

-20

-40

Temperatura de las bandejas

Congelación

Secado primario

Secado secundario

0

40

20

-20

-40

Presión de vacío

Etapas liofilizaciónTemperatura del producto

Secado Primario: Mientras exista agua libre congelada la Tº debe estar por debajo del PE

Calor de sublimación

Agua no congelableSin riesgo de fusióndesorción

• Productos mantienen su microestructura y permiten

una hidratación rápida y características del producto

final similares al producto fresco.

• Se llega a humedades muy bajas ~~ 2%

Liofilizacion

caigua

champiñones

Cebolla morada

zanahoria

Vegetales liofilizados

Frutas y vegetales liofilizados

LWT - Food Science and Technology 80 (2017) 178e184

LWT - Food Science and Technology 78 (2017) 235e240

Pol. J. Food Nutr. Sci., 2011, Vol. 61, No. 3, pp. 165-171

Freeze-Drying – Application in Food Processing and Biotechnology – A Review, Agnieszka Ciurzyńska*, Andrzej Lenart

Effect of Freeze-Drying on the Antioxidant Compounds and Antioxidant Activity of Selected Tropical Fruits. Int J Mol Sci. 2011; 12(7): 4678–4692.

DPPH (actividad secuestrantedel radical) % inhibición a 5 mg/mL.

Preferencia de consumidores

Obtención de pulpa de frambuesa liofilizada y aplicación en yogur como colorante y saborizante natura, Universidad De Chile, Departamento

Ciencia de los Alimentos y Tecnología Química, Ingeniería en Alimentos, Muñoz, E., 2012

Comparación de métodos de secado para mango

aire

Liofilización

vacío

Secado conductivo multi-flash

LWT Volume 84, October 2017, Pages 717-725Improving quality of dried fruits: A comparison between conductive multi-flash and traditional drying methods

Cubos de zanahoria deshidratados por liofilizacion (FD), microondas-vacío (VMD) y aire (CD).

Open AccessInt. J. Mol. Sci. 2017, 18(1), 71; doi:10.3390/ijms18010071

Victor Hugo Riveros Valdivia, Curico 2018, Southam Chile

Alimentos para mascotas liofilizados

Desventajas• Tiempo largos (24 h o más)• Alto costo equipos• Alto consumo energético.

Algunas conclusiones………..– La liofilización es una tecnología que está siendo incorporada en

forma paulatina en la industria de los alimentos en Chile– Permite mantener las propiedades de los alimentos muy

similares a los naturales– Permite la obtención de ingredientes activos con sus

propiedades muy parecidas a la de su origen– Resguarda los tejidos a nivel estructural– Permite rehidrataciones rápidas– Presentan limitaciones:

• Costos elevados de inversión y energéticos• Requiere mayores tiempos de secado

– Se requieren investigaciones con el objetivo de buscar mejoras asus limitaciones