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• Frytz Fernandez Felix

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• Alimentos
• Física Aplicada e Interdisciplinaria

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LIOFILIZACIÓN CURSO

:

TECNOLOGÍA QUÍMICA

DOCENTE

:

ING. ROJAS ZACARÍAS Edgar

INTEGRANTES

:

SEMESTRE FECHA

 CUYUBAMBA TAPIA, María

(I.Q)

 FERNÁNDEZ FELIX, Fritz

(I.Q)

 GARCIA INGA, Emerson

(I.Q.A)

 GUTIERREZ GALA, Joselin

(I.Q.A)

:

VI

:

17/06/18

HUANCAYO - PERÚ 2018

I.

RESUMEN

En este presente informe se hará la descripción de la liofilización que es un método de conservación de alimentos en el que confluyen distintos procesos. El resultado es un producto seco, pero con todas las características organolépticas de su estado original, como el aroma, el gusto o el sabor. Alimentos "instantáneos" como frutas finas, sopas, café o comidas que utilizan los astronautas en las misiones espaciales son algunos de los productos que se liofilizan. Este proceso facilita su conservación y ayuda a detener el crecimiento de patógenos, puesto que el resultado es un alimento de menos peso. En la industria alimentaria, la liofilización consiste en eliminar el agua de un alimento a partir de la congelación, en lugar de aplicar calor. Esto explica que se reserve para los productos consustancias sensibles a las altas temperaturas, como las proteínas o las enzimas. Una vez liofilizados, el tiempo de conservación sin refrigeración aumenta porque la reducción del contenido de agua inhibe la acción de los microorganismos patógenos que podrían deteriorar los alimentos. El proceso importante que sucede previo a la liofilización es la congelación, este proceso es costoso, pero, así como tal es muy eficiente y a pesar de todo presenta algunos inconvenientes, como puede ser la larga duración de la operación, gasto de energía que se requiere en cada una de las fases o etapas.

II.

INTRODUCCIÓN

Llamada anteriormente criodesecación, es un proceso de secado que se basa en sublimar el hielo de un producto congelado. El agua del producto pasa, por tanto, directamente de estado sólido a vapor sin pasar por el estado líquido, para lo cual se debe trabajar por debajo del punto triple del agua, 0.01°C y 4.5 mmHg. Como proceso industrial se desarrolló a mediados del siglo XX, pero sus principios eran ya conocidos y empleados por los incas. El procedimiento ancestral consistía en dejar que los alimentos se congelasen durante la noche por la acción del frío de los Andes y gracias al calor de los primeros rayos de sol de la mañana y la baja presión atmosférica Uno de los métodos más utilizados para alargar la vida útil de los alimentos es el secado. Es una de las técnicas de conservación de alimentos más antiguas, pues su práctica viene de la época en que nuestros ancestros pasaron de cazadores recolectores a agricultores. ¿Por qué secar? Las bacterias y microorganismos, que deterioran los alimentos, necesitan agua para crecer y el secado los priva de este medio, creando también una capa exterior dura que ayuda a evitar que puedan penetrar en el alimento. Los productos que tradicionalmente han sido sometidos al secado son cereales, verduras, hierbas, carnes, pescado y frutas. Principios técnicos del secado Básicamente, el secado consiste en retirar por evaporación el agua a través de la superficie del producto y traspasarla al aire circundante. La velocidad de este proceso depende del aire (velocidad y humedad) y de las características del producto (composición, estructura, contenido de humedad, tamaño, etc). Métodos de secado, el secado por arrastre, secado por atomización y Liofilización.

III.

I.

ÍNDICE

RESUMEN ................................................................................................... 2

II. INTRODUCCIÓN ......................................................................................... 3 III.

ÍNDICE ..................................................................................................... 4

IV.

OBJETIVOS ............................................................................................. 5

4.1. OBJETIVO GENERAL: ......................................................................... 5 4.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS: ................................................................ 5 V.

MARCO TEÓRICO ................................................................................... 6

5.1. CONGELACIÓN: ......................................................................................... 6 5.2. LIOFILIZACIÓN: .......................................................................................... 9 VI.

PARTE EXPERIMENTAL ....................................................................... 12

6.1. MATERIALES: .................................................................................... 12 6.2. EQUIPOS: ........................................................................................... 12 6.3. PROCEDIMIENTO: ............................................................................. 12 VII.

CONCLUSIONES ................................................................................... 12

VIII. DISCUSIÓN DE RESULTADOS ............................................................ 13 IX.

ANEXOS ................................................................................................ 14

X.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ....................................................... 16

IV. 4.1. 

4.2.

OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL: Describir el proceso de preservación previo a la liofilización.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS:

 Describir las ventajas de la liofilización con respecto a otras técnicas.  Describir las etapas de la liofilización

V.

MARCO TEÓRICO

5.1. CONGELACIÓN: Es un proceso de preservación de alimentos, previo a la liofilización que consiste en la reducción de la temperatura por debajo de aquella en la que se comienzan a formar cristales en los alimentos. Es un factor que influye determinantemente en características tales como: Olor, densidad del producto final y velocidad de subli.mación. (Orrego, C., 2008). 5.1.1. PROPIEDADES IMPORTANTES EN LA CONGELACIÓN a) TEMPERATURA INICIAL DE CONGELACIÓN: Durante la congelación de un alimento; al inicio sólo aparecen cristales de hielo puro; esto ocurre a la temperatura de inicio de congelación. A medida que sigue el proceso de congelación llega un momento en el que ya comienzan a formarse cristales de soluto + agua en cierta concentración llamada eutéctica, asociada a la temperatura eutéctica ya mencionada, que es característica del alimento. b) FRACCIÓN DE AGUA CONGELADA: Cuando se congelan materiales biológicos sólo cristaliza entre el 90 y 95% del agua líquida presente en el alimento. Para determinar la cantidad de hielo, a cierta temperatura, se han propuesto numerosas expresiones empíricas. Chen (1985) sugiere la expresión:

(1)

Dónde:

R = 8.32KJ/Kgmol °K; Hf = 335 KJ/Kg; T0 = temperatura de fusión del agua (273.1° K). Hf = temperatura de inicio de la congelación; T= temperatura del sistema. S = contenido del extracto seco soluble (fracción en peso). Ai = peso molecular equivalente de S en gramos.

G = corresponde a la fracción en peso del hielo (Kg de hielo / Kg de producto) y es adimensional. 5.1.2. CRISTALIZACIÓN DEL AGUA: Un cristal se define como un sólido formado por átomos, iones o moléculas, que guarda una distribución ordenada y repetitiva. La cristalización es un proceso donde se forman partículas sólidas a partir de una fase homogénea. (Geankoplis, C.J. 1978) Figura 1. Diagrama de fases del agua

Fuente: Hayes, G. (1992) L: agua líquida; Ih: Hielo hexagonal; le: Hielo cúbico; II a IX otras formas cristalinas. A presión atmosférica la congelación del agua se hace en cristales de estructura hexagonal.

5.1.3. EQUIPOS DE CONGELACIÓN Puede haber varias clasificaciones de los equipos para congelar. Si se tiene en cuenta el tipo de sistema de refrigeración pueden dividirse en congeladores mecánicos y criogénicos; los primeros emplean el principio de refrigeración mecánica ya mencionado y pueden usar distintos medios para congelar indirectamente como aire, líquidos o superficies frías. Los criogénicos usan el contacto directo con el alimento y utilizan gas carbónico o nitrógeno líquido. (Orrego, C., 2008) Industrialmente se pueden clasificar estos equipos en tres grandes tipos: de ráfaga de aire, de contacto directo y de contacto indirecto. En la figura 1.2 se muestran algunos modelos según esa clasificación. Figura 2. Tipos de congeladores industriales

Fuente: Montes, L. M., Castaño, J. J. y Orrego, C.E,2000 a. CONGELADOR DE CORRIENTE DE AIRE Se usan temperaturas entre -18 °C y -40 °C si el aire no se hace circular se producen velocidades de enfriamiento muy bajas (3 a 72 horas dependiendo del tamaño del alimento). Cuando se usa circulación se manejan velocidades de aire entre 5 y 20 m/s. (Orrego, C., 2008)

b. DE CONTACTO

Pueden usar el contacto indirecto con superficies refrigeradas como en el caso del congelador de placas pueden congelarse alimentos empacados.

Figura 3. Diagramas esquemáticos de 2 tipos de congeladores

Fuente: Montes, L. M., Castaño, J. J. y Orrego, C.E,2000

5.2. LIOFILIZACIÓN: 5.2.1. DEFINICIÓN: Es un proceso de secado que se basa en sublimar el hielo de un producto congelado. El agua del producto pasa, por tanto, directamente de estado sólido a vapor sin pasar por el estado líquido, para lo cual se debe trabajar por debajo del punto triple del agua, 0.01°C y 4.5 mmHg. Como proceso industrial se desarrolló a mediados del siglo XX, pero sus principios eran ya conocidos y empleados por los incas. (Facultad de ciencias, Universidad de Granada). Figura 4. Diagrama P-T del agua

Fuente: Hayes, G. (1992)

5.2.2. ETAPAS DEL SECADO POR SUBLIMACIÓN Cuando en el proceso de liofilización se comienza el calentamiento, empieza a formarse un frente de sublimación o interfase entre la capa seca y la capa congelada de la muestra, el cual avanza progresivamente. En la figura 5, observaremos las 3 etapas:

Figura 5. Etapas del proceso de Liofilización

Fase 1: Llamada etapa conductiva. Inicialmente, por el calentamiento de la muestra, la velocidad de sublimación crece rápidamente hasta llegar a un máximo. El tiempo para agotar esta fase es relativamente corto, entre un 10 y 15% del tiempo total del proceso. Fase 2: Primera etapa difusiva. Muestra un descenso importante de la velocidad de sublimación debido a la formación de una capa porosa de material seco que opone resistencia creciente al flujo de calor y al vapor a medida que procede el secado. Fase 3: Segunda etapa difusiva, llamada también secado secundario. La velocidad de sublimación continúa decreciendo de forma que se aproxima a cero. Esto debido a que el calor necesario para retirar el agua ligada es más alto que el calor de sublimación. Es posible en esta etapa incrementar la temperatura de la calefacción y del producto hasta valores del orden de 50°C, dependiendo del material que se trate. (Orrego, C., 2008) 5.2.3. EQUIPOS INDUSTRIALES El tamaño de los equipos utilizados en la industria oscila entre unos pocos kg de hielo sublimado al día hasta cerca de dos toneladas. Debido a las características

del proceso casi todos estos equipos trabajan en discontinuo. En la figura 6 observamos el equipo más usado para este proceso. (Facultad de ciencias, Universidad de Granada) Figura 6. Equipo de placas usado en la liofilización

Fuente: Facultad de ciencias, Universidad de Granada 5.2.4. VENTAJAS DE LA LIOFILIZACIÓN • La baja temperatura de trabajo impide la alteración de productos termolábiles • Al sublimarse el hielo quedan poros que permiten una reconstitución rápida • Inhibe el deterioro del color y sabor por reacciones químicas y las pérdidas de propiedades fisiológicas. (Bevilacqua, A.E. y Zaritzky, N.E.,1982)

VI. 6.1.

MATERIALES:



6.2.

01 recipiente

EQUIPOS:



6.3.

PARTE EXPERIMENTAL

Congeladora

PROCEDIMIENTO: 1.

Recoger una muestra de hierba de arrayan.

2.

Desojar de tal forma que solo nos queden las hojas.

3.

Lavar las hojas y colocarla en el recipiente.

4.

Llevar el recipiente a la congeladora por un periodo de dos días.

VII.



CONCLUSIONES

El proceso de preservación conocida como la congelación, previo a la liofilización consiste en disminuir la temperatura.



A pesar de todo, la liofilización presenta algunos inconvenientes, como puede ser la larga duración de la operación, el coste elevado de los equipos, instalaciones y mantenimiento, así como el gran consumo energético, se obtienen productos que podrían a volver a regenerar muy rápidamente, la forma y características del producto final son esencialmente las originales, es un proceso idóneo

para secar sustancias termolábiles, los constituyentes

oxidables están protegidos, el contenido de humedad final es muy bajo. 

Se describió las 3 etapas o fases de secado por sublimación que son la etapa conductiva, la primera etapa difusiva finalmente la segunda etapa difusiva

VIII. DISCUSIÓN DE RESULTADOS Para el proceso de liofilización se recurre a temperaturas por debajo del punto triple nosotros llegamos a este valor gracias a una congeladora con esto obtuvimos una cristalización del soluto en este caso el agua y también del agua ligada a las proteínas vitaminas y demás; la temperatura en el congelador fue de -15°C y fue suficiente ya que el agua empieza a cristalizarse desde los -10°C; nosotros observamos continuamente como las hojas del arrayan se contraían producto de la congelación al final obtuvimos las hojas de arrayan congeladas y evaporadas manteniendo todas sus características organolépticas pero sin agua ligada y sin agua libre comparado con los procesos industriales de liofilización estimamos mucha cercanía a sus resultados debido al control en nuestro experimento.

IX.

ANEXOS

Anexo 1:Hojas de la planta de arrayan previo a ingresar al congelador fuente propia.

Anexo 2: Hojas de arrayan lavadas, secadas y colocadas en el congelador a una temperatura menor a la ambiental fuente propia.

Anexo 3: Las hojas de arrayan luego del proceso de congelado retiradas se observa la cristalización del soluto y del agua ligada fuente propia.

Anexo 4: Se muestra la gráfica termodinámica del proceso de secado por congelación por debajo del punto triple fuente FREEZE DRYING Technology.

Anexo 5 :Maquina Industrial el cual realiza el proceso de liofilización fuente Inspiring Food.

X.



REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Bevilacqua, A.E. y Zaritzky, N.E. (1982). Ice recrystallization in frozen beef. Journal of Food Science 47:1410-1414.



Facultad de Ciencias. Secado por liofilización. Universidad de Granada.



Geankoplis, C.J. (1978). Procesos de Transporte y Operaciones Unitarias. 629.



Hayes, G. (1992). Manual de datos para Ingeniería de los alimentos. Zaragoza: Acribía.



Montes, L. M., Castaño, J. J. y Orrego, C.E., Sistema de congelación rápida individual "IQF"(lndividually quick freezing) de mora (Rubus glaucus Benth), Tercer Seminario de frutales de clima frío moderado, CDTF. 2000: Manizales. p. 228-239.



Orrego,C. (2008). Congelación y Liofilización de Alimentos. proyectos de investigación y tesis dirigidos por el autor con el apoyo económico de la Gobernación de Caldas, Universidad Nacional de Colombia.