“LIOFILIZ ACIÓN ” P R E S E N TA D O P O R : LUCÍA TORRES WONG INTRODUCCIÓN • El proceso de liofilización se originó en épocas de incanato, en el altiplano de los Andes a 4000 metros sobre el nivel del mar. • Durante la Segunda Guerra Mundial fue empleado para conservar el plasma sanguíneo y en la elaboración de los primeros antibióticos de penicilina. • En nuestros tiempos, hoy en día, nos resulta cada vez más común, encontrar productos liofilizados en diferentes tipos de mercados: verduras, frutas, café, condimentos, chocolates, algas, levaduras, vitaminas, suplementos nutricionales, vacunas, etc. • Es utilizada por muchos investigadores para mantener sus muestras y productos en condiciones optimas por periodos largos de tiempo. Como ejemplos de productos liofilizados en esta industria tenemos a los antibióticos, bacterias, sueros, vacunas, medicamentos diagnósticos, productos que contienen células, tejidos y químicos. • En tiempos de pandemia por el COVID 19, más que nunca, el público precisa y podríamos decir que demanda productos alimenticios con una vida útil mayor a la de los productos frescos y que a su vez conserven todas sus propiedades nutricionales y organolépticas 1. LIOFILIZACIÓN: I. DEFINICIONES • Proceso por el que pasan los productos congelados para ser secados al vacío. Este vacío creado nos facilita la aplicación de la sublimación que permite la conversión directa del hielo en vapor sin pasar por la fase líquida intermedia. La liofilización nos asegura un proceso muy suave de secado que conserva los nutrientes, el sabor, color y forma de la materia prima a trabajar. • También debemos recalcar que la liofilización es una operación unitaria que permite que la materia prima pase de su estado natural a un estado de secado o deshidratación con la ayuda de un equipo que facilita la evaporación del agua. 1. LIOFILIZACIÓN: II. ETAPAS 1. CONGELACIÓN INICIAL • • Se realiza de manera rápida a temperaturas menores a los -20°C, para que la estructura de la materia prima a procesar se mantenga sin cambios. Es muy importante tener en cuenta y manejar con mucha precisión las temperaturas en las que se da la máxima solidificación, la velocidad optima de enfriamiento y el punto de fusión incipiente, que es la temperatura a la que el sólido o hielo se comienza a fundir lo que correspondería a la temperatura máxima que puede existir dentro de la cámara de congelación donde conservaríamos la materia prima. También se refiere a la temperatura máxima a la que se debe calentar la materia prima durante la liofilización ya que si se llega a pasar de esta temperatura se produciría una ebullición de la fase liquida formada y nuestro producto perdería toda su calidad. 1. LIOFILIZACIÓN: II. ETAPAS 2. SECADO PRIMARIO O SUBLIMACIÓN • • Este es el proceso de extracción del agua de la materia prima a trabajar. Una vez pasada por la etapa de congelación inicial, la materia prima es transportada hacia la cámara de secado y sometida a un proceso de presión de vacío, y es dentro de la cámara donde el hielo logra sublimarse ya que la materia prima se encuentra a temperaturas muy bajas de entre los -50°C a -70°C. Cuando hablamos de sublimación nos referimos a que el producto cambia de hielo a vapor sin pasar por el estado líquido. 1. LIOFILIZACIÓN: II. ETAPAS 3. SECADO SECUNDARIO O DESORCIÓN • En la fase de secado secundario o final, el contenido de humedad residual se reduce al máximo posible para garantizar que el producto se encuentra en un estado de almacenamiento permanente. Habrá de retirarse el agua ligada por absorción de la superficie interna del producto. Para conseguirlo, a menudo es necesario superar las fuerzas de capilaridad del agua. En consecuencia, la planta de secado por congelación debe diseñarse de forma que produzca un gradiente de alta presión durante la fase de secado secundario (en muchos casos, no es posible elevar la temperatura sin dañar el producto). El proceso de secado secundario deberá controlarse con la máxima precisión para evitar que el producto se seque en exceso. 1. LIOFILIZACIÓN: III. VENTAJAS El aspecto y la composición original de la materia prima se conserva de mejor manera. 2. El beneficio que trae utilizar temperaturas muy bajas es que los productos termolábiles sufren alteraciones muy mínimas. 3. Al darse la sublimación del hielo, los poros permanecen, haciendo que la reconstitución del producto suceda de forma más rápida. 4. La inhibición de la actividad enzimática, reacciones químicas que echarían a perder el color y el sabor de la materia prima. 5. La humedad residual es muy baja. 6. El tiempo de conservación se prolonga mucho más con el uso de esta tecnología. 7. La conservación y retención de olores es muy alta. 8. No se añaden conservantes, aditivos ni colorantes. 9. Fácil transporte y almacenamiento de productos. 10. Aprovechamiento de los excedentes de producción. 11. Estabilidad química y microbiológica. 1. 1. LIOFILIZACIÓN: III. DESVENTAJAS 1. Es un proceso costoso. 2. Se necesita tener personal calificado para el manejo y el mantenimiento de los equipos. 3. Se requiere de una inversión significativa en los equipos y en las instalaciones. 4. Largo tiempo de procesamiento. 5. Consumo de energía alto en algunos casos. 2. EQUIPOS: I. LIOFILIZADOR Consta de las siguientes partes (sin importar el tamaño): - Cámara Unidad de vacío Sistema de refrigeración Sistema de calentamiento Intercambiador de calor Sistema de control Al seleccionar un liofilizador se debe tener presente que debe definirse la materia prima a procesar, la cantidad y el rendimiento. 2. EQUIPOS: II. CLASES - Liofilizador de ensayo o de laboratorio Liofilizador de alimentos Liofilizador de medicamentos 2. EQUIPOS: III. TIPOS 1. LIOFILIZADOR DE CONTACTO • La congelación y el calentamiento son realizadas en el equipo, sin enfriamiento rápido, ni carros ni pistas adicionales. La bandeja tiene contacto directo con el estante, razón por la cual se transmite frío y calor. Una vez terminada la liofilización se lleva a cabo la congelación. Es de instalación fácil y rápida. 1. LIOFILIZADOR RADIAL • La congelación es realizada en el enfriador rápido y el calentamiento se realiza en el equipo. Se tiene enfriador rápido, carro y pistas. La bandeja está entre los dos estantes y el calor es transmitido por radiación. Una vez terminada la liofilización se realizaría la descongelación. La instalación de este equipo toma más tiempo, pero se ahorra energía. 3. APLICACIÓN: I. PRODUCTOS BIOLÓGICOS La liofilización se aplica en tres grandes categorías de productos biológicos: 1. Materiales no vivientes como plasma sanguíneo, suero, soluciones de hormonas. 2. Trasplantes quirúrgicos como arterias, piel y huesos. 3. Células vivas destinadas para permanecer en dicho estado por periodos extensos de tiempo: bacterias, virus y levaduras. 3. APLICACIÓN: II. INDUSTRIA ALIMENTARIA • La liofilización es de gran importancia en esta industria porque facilita la distribución y almacenamiento de productos, detiene el crecimiento de microorganismos, inhibe las reacciones químicas en los alimentos, el producto no cambia de forma y es muy fácil de rehidratar. • Podemos encontrar desde frutas, verduras, carnes, productos marinos, lácteos, café, té, especias, condimentos. 3. APLICACIÓN: II. INDUSTRIA FARMACÉUTICA Algunos de los productos liofilizados en esta industria son: los antibióticos, bacterias, sueros, vacunas, medicamentos diagnósticos, productos biotecnológicos que contengan proteínas, al igual que células, tejidos y químicos. 3. APLICACIÓN: IV. SALUD Y BELLEZA En esta industria podemos encontrar a los suplementos de colágeno en polvo, tan utilizados hoy en día, también encontramos a los famosos polvos de proteínas, los super alimentos como el camu camu, acaí, cacao, cabe mencionar que las capsulas de hígado de res también se encuentran procesadas bajo esta tecnología. En cosméticos podemos encontrar una amplia variedad de tintes y pigmentos, la jalea real es liofilizada en Asia y se ha vuelto muy popular también. 4. RESEÑAS DE ARTÍCULOS DE INVESTIGACIÓN I. Universidad de Antioquía Facultad de Química Farmacéutica “Liofilización de la Pitahaya Amarilla (Selenicereus megalanthus)” Alfredo Ayala, Liliana Serna, Esmeralda Mosquera II. News Medical Life Sciences “Liofilización (deshidratación por congelación) en la Industria Farmacéutica” Dr. Reginald Davey, Michael Greenwood, M.Sc. III. Revista Ingeniería e Investigación “Impacto del proceso de liofilización en la calidad de las fresas” Mahacine Amrani y Jamal Brigui IV. Universidad Nacional Mayor de San Marcos Facultad de Química e Ingeniería Química “Estudio Experimental del ciclo de Liofilización de Productos Orgánicos Naturales” Javier Arnijo C., Cesario Condorhuaman C., Benigno Hilario R. UNIVERSIDAD DE ANTIOQUÍA FACULTAD DE QUÍMICA FARMACÉUTICA “LIOFILIZACIÓN DE LA PITAHAYA AMARILLA (SELENICEREUS MEGALANTHUS)” A L F R E D O AYA L A , LILIANA SERNA, ESMERALDA MOSQUERA A RT I C U L O 1 • Este estudio logró probar que la liofilización es un proceso adecuado para la conservación de las rodajas de pitahaya amarilla, ya que su actividad de agua se redujo por debajo del 0, 4. Conservó su volumen significativamente, aumentó su porosidad y su rehidratación se aproximó a su contenido inicial de humedad. • • Por otro lado, la aplicación del pretratamiento osmótico con soluciones de sacarosa con 55 ºBrix no fue exitosa, ya que se produjo encogimiento de la fruta, una capacidad de rehidratación muy baja no influyó significativamente en la pérdida de agua, lo que resultó en un tiempo de secado poco reducido. NEWS MEDICAL LIFE SCIENCES “LIOFILIZACIÓN (DESHIDRATACIÓN POR CONGELACIÓN) EN LA INDUSTRIA FARMACÉUTICA” D R . R E G I N A L D D AV E Y, MICHAEL GREENWOOD, M.SC. A RT I C U L O I I • Este estudio nos da a conocer las grandes ventajas de la liofilización en la conservación de muestras biológicas con estructuras tridimensionales, facilitando su almacenamiento y transporte, lo que contribuiría en la investigación del desarrollo de medicamentos. • El proceso de liofilización al permitir que los fármacos sensibles al calor puedan conservarse por mas tiempo, ayuda a perfeccionar la estabilidad y el almacenamiento de medicamentos inestables. • En lo que respecta a inyectables y a medicamentos orales en presentación sólida, la liofilización beneficia su producción, tiempo de vida, almacenamiento y distribución. Además, las compañías farmacéuticas afirman que estos productos pueden ser reconstituidos fácilmente después de haber pasado por esta tecnología. REVISTA INGENIERÍA E INVESTIGACIÓN “IMPACTO DEL PROCESO DE LIOFILIZACIÓN EN LA CALIDAD DE LAS FRESAS” MAHACINE AMRANI Y JAMAL BRIGUI A RT I C U L O I I I • Este estudio nos expone la liofilización de las fresas enteras y por secciones. Se realizó a varias temperaturas para varios gruesos de producto y se observó que al aumentar la temperatura del plato de 30 a 70°C se reduce la duración del proceso en el caso de las fresas enteras se redujo de 48 horas a 36 horas, en fresas seccionadas se redujo de 12 horas a 8 horas, obteniendo como resultado productos secos estables. El estudio logró demostrar que la temperatura tiene mucha importancia en la reducción del tiempo del proceso, lo que bajaría los costos, mientras se conserva la calidad de la fruta seca. U N I V E R S I D A D N A C I O N A L M AY O R D E S A N M A R C O S F A C U L TA D D E Q U Í M I C A E I N G E N I E R Í A Q U Í M I C A “ E S T U D I O E X P E R I M E N TA L D E L C I C L O D E L I O F I L I Z A C I Ó N D E P R O D U C T O S O R G Á N I C O S N AT U R A L E S ” J AV I E R A R N I J O C . , C E S A R I O C O N D O R H U A M A N C . , B E N I G N O H I L A R I O R . A RT I C U L O I V • Este estudio tomó como muestra a la lúcuma y a los ajos. Ambos fueron sometidos a congelación y a diferentes tipos de presión constante. La velocidad de calentamiento fue establecida en 15 °C, lo que hizo tardar unas 12 horas en liofilizarse a ambos productos. • Se concluyó que este caso el proceso demanda de mucho tiempo para secar el producto lo que resulta en un mayor consumo de energía. Para optimizar el proceso, los productos pasaron por diferentes pruebas, variando la velocidad de calentamiento y la temperatura final de secado, siendo ambos confrontados con las características del material secado mediante un análisis microscópico del mismo. • Es necesario contar con un equipo que permita almacenar los productos en condiciones libres de humedad ya que los productos secos tienden a absorber la humedad del medio ambiente. CONCLUSIONES - - - - - - - El proceso de liofilización es hasta ahora el mejor método de conservación de productos, siendo aplicado en diferentes tipos de industrias. Los productos reciben un valor económico agregado cuando pasan por el proceso de liofilización, y además la gran ventaja de mantener sus propiedades nutritivas y organolépticas. La congelación es la etapa mas crucial y de ella depende el éxito de la liofilización. Si el producto está bien congelado, será mejor conservado. El proceso de liofilización se realiza a vacío y a baja temperatura y así, por ejemplo, es posible evitar la desnaturalización de las proteínas. Los alimentos liofilizados son una buena forma de comer fruta y verduras que estén fuera de estación que, por necesidades específicas, necesitamos consumir durante todo el año. La liofilización se diferencia de los demás tipos de secado porque no involucra calor. Las vitaminas se destruyen a 60°C y las proteínas se degeneran a 90°C es una buena opción versus el secado por calentamiento. La liofilización se da en presencia de la sublimación, es decir mediante este proceso físico se extrae el agua de la materia prima llevando hasta casi un 0.5 % de humedad residual con lo que obtenemos un producto muy estable, con un gran periodo de almacenamiento sin necesidad de una cadena de frío y sin pérdida de propiedades organolépticas, nutricionales o terapéuticas según sea el caso. BIBLIOGRAFÍA 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 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