Hispanopedia Wiki
Articulo de referencia

Liofilización

fresas liofilizadas La liofilización , también conocida como criodesecación , es un proceso de deshidratación a baja temperatura [ 1 ] que consiste en congelar el producto y red...

Hispanopedia WikiContenido en espanolLectura gratuita

fresas liofilizadas

La liofilización , también conocida como criodesecación , es un proceso de deshidratación a baja temperatura [ 1 ] que consiste en congelar el producto y reducir la presión, eliminando así el hielo por sublimación . [ 2 ] Esto contrasta con la deshidratación mediante la mayoría de los métodos convencionales, que evaporan el agua utilizando calor . [ 3 ]

Debido a la baja temperatura utilizada en el procesamiento, el producto rehidratado conserva muchas de sus cualidades originales. [ 1 ] Cuando se liofilizan objetos sólidos como las fresas, se mantiene la forma original del producto. [ 4 ] Si el producto a liofilizar es un líquido, como suele ocurrir en aplicaciones farmacéuticas, las propiedades del producto final se optimizan mediante la combinación de excipientes (es decir, ingredientes inactivos). Las principales aplicaciones de la liofilización incluyen aplicaciones biológicas (p. ej., bacterias y levaduras), biomédicas (p. ej., trasplantes quirúrgicos), procesamiento de alimentos (p. ej., café) y conservación . [ 1 ]

Historia

Los incas liofilizaban papas para hacer chuño desde el siglo XIII. El proceso implicaba múltiples ciclos de exposición de las papas a temperaturas bajo cero en las cumbres de los Andes durante la noche, y exprimir el agua y secarlas al sol durante el día. [ 5 ] Los incas también utilizaban el clima único del Altiplano para liofilizar carne. [ 6 ] El koya-dofu japonés, tofu liofilizado , data de mediados del siglo XVI en Nagano y del siglo XVII en el monte Koya . [ 7 ] Estos métodos no son técnicamente equivalentes al proceso moderno de liofilización, que requiere acceso a refrigeración y tecnología de vacío.

La liofilización moderna comenzó ya en 1890 gracias a Richard Altmann, quien ideó un método para liofilizar tejidos (tanto vegetales como animales), pero pasó prácticamente desapercibida hasta la década de 1930. [ 8 ] En 1909, LF Shackell creó de forma independiente la cámara de vacío utilizando una bomba eléctrica. [ 9 ] No se documentó más información sobre liofilización hasta que Tival en 1927 y Elser en 1934 patentaron sistemas de liofilización con mejoras en las etapas de congelación y condensación. [ 9 ]

Un punto de inflexión significativo para la liofilización se produjo durante la Segunda Guerra Mundial , cuando se necesitaban plasma sanguíneo y penicilina para tratar a los heridos en el campo de batalla. Debido a la falta de transporte refrigerado, muchos suministros de suero se deterioraron antes de llegar a sus receptores. El proceso de liofilización se desarrolló como una técnica comercial que permitió que el plasma sanguíneo y la penicilina se estabilizaran químicamente y se mantuvieran viables sin refrigeración. En las décadas de 1950 y 1960, la liofilización comenzó a considerarse una herramienta multiusos tanto para la industria farmacéutica como para el procesamiento de alimentos. [ 9 ]

En 2020, los dulces liofilizados experimentaron un gran aumento de popularidad debido a su viralidad en las redes sociales, con versiones liofilizadas de dulces populares como Skittles , Nerd Gummy Clusters y SweeTarts que aparecieron en las tiendas. [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ]

Primeros usos en la alimentación

Helado liofilizado

Los alimentos liofilizados se convirtieron en un componente importante de las raciones de astronautas y militares . Lo que comenzó para las tripulaciones de astronautas como comidas en tubo y refrigerios liofilizados difíciles de rehidratar, se transformó en comidas calientes al mejorar el proceso de rehidratación de las comidas liofilizadas con agua. A medida que la tecnología y el procesamiento de alimentos mejoraron, la NASA buscó formas de proporcionar un perfil nutricional completo al tiempo que reducía las migas, las bacterias patógenas y las toxinas. El problema de las migas se resolvió con la adición de una capa de gelatina a los alimentos para sellar y evitar que se desprendieran. [ 13 ] El perfil nutricional completo se mejoró con la adición de un aceite vegetal a base de algas para agregar ácidos grasos poliinsaturados . Los ácidos grasos poliinsaturados son beneficiosos para el desarrollo mental y visual y, como permanecen estables durante los viajes espaciales , pueden proporcionar beneficios adicionales a los astronautas . Las bacterias patógenas y las toxinas se redujeron mediante el control de calidad y el desarrollo del plan de Análisis de Peligros y Puntos Críticos de Control (HACCP), que se utiliza ampliamente hoy en día para evaluar el material alimentario antes, durante y después del procesamiento. Con la combinación de estas tres innovaciones, la NASA podría proporcionar alimentos seguros y saludables a sus tripulaciones a partir de comidas liofilizadas. [ 14 ]

Las raciones militares también han evolucionado mucho, desde servir carne de cerdo curada y harina de maíz hasta filetes de ternera con salsa de champiñones. [ 15 ] La selección y el desarrollo de las raciones se basan en la aceptación, la nutrición, la salubridad, la facilidad de producción, el costo y la higiene. Otros requisitos para las raciones incluyen una vida útil mínima de tres años, la posibilidad de transporte aéreo, su consumo en entornos internacionales y un perfil nutricional completo. Las nuevas raciones T se han mejorado aumentando la cantidad de alimentos aceptables y proporcionando comidas de alta calidad en el campo. También se incorporó café liofilizado, sustituyendo al café secado por aspersión en la categoría de comidas listas para consumir . [ 16 ]

Etapas

En un diagrama de fases típico , el límite entre gas y líquido va desde el punto triple hasta el punto crítico . La liofilización (flecha azul) acerca el sistema al punto triple , evitando la transición directa líquido-gas que se observa en el secado convencional (flecha verde).

El proceso completo de liofilización consta de cuatro etapas: pretratamiento, congelación, secado primario y secado secundario.

Pretratamiento

El pretratamiento incluye cualquier método para tratar el producto antes de la congelación. Esto puede incluir concentrar el producto, revisar la formulación (es decir, agregar componentes para aumentar la estabilidad, preservar la apariencia y/o mejorar el procesamiento), disminuir un solvente de alta presión de vapor o aumentar el área de superficie. Los trozos de alimentos a menudo se tratan con congelación rápida individual (IQF) para que fluyan libremente antes de la liofilización. Los productos farmacéuticos liofilizados son en la mayoría de los casos parenterales administrados después de la reconstitución por inyección, que deben ser estériles y estar libres de partículas de impurezas. El pretratamiento en estos casos consiste en la preparación de la solución seguida de una filtración en varias etapas. Luego, el líquido se envasa en condiciones estériles en los recipientes finales que, en los liofilizadores a escala de producción, se cargan automáticamente en los estantes.

En muchos casos, la decisión de pretratar un producto se basa en el conocimiento teórico de la liofilización y sus requisitos, o está condicionada por consideraciones de tiempo de ciclo o calidad del producto. [ 17 ]

Congelación y recocido

Durante la etapa de congelación, el material se enfría por debajo de su punto triple , la temperatura a la que pueden coexistir las fases sólida, líquida y gaseosa del material. Esto garantiza que la sublimación, en lugar de la fusión, ocurra en las etapas posteriores. Para facilitar una liofilización más rápida y eficiente, se prefieren cristales de hielo más grandes. Los cristales de hielo grandes forman una red dentro del producto que promueve una eliminación más rápida del vapor de agua durante la sublimación. [ 2 ] Para producir cristales más grandes, el producto debe congelarse lentamente o puede someterse a ciclos de temperatura ascendente y descendente en un proceso llamado recocido . La fase de congelación es la más crítica en todo el proceso de liofilización, ya que el método de congelación puede afectar la velocidad de reconstitución, la duración del ciclo de liofilización, la estabilidad del producto y la cristalización adecuada. [ 18 ]

Los materiales amorfos no tienen un punto eutéctico , pero sí un punto crítico , por debajo del cual debe mantenerse el producto para evitar que se funda o colapse durante el secado primario y secundario.

Bienes estructuralmente sensibles

En el caso de productos que requieren la conservación de su estructura, como alimentos u objetos con células que alguna vez estuvieron vivas, los grandes cristales de hielo rompen las paredes celulares, lo que provoca una textura cada vez más deficiente y la pérdida de nutrientes. En este caso, congelar rápidamente el material por debajo de su punto eutéctico evita la formación de grandes cristales de hielo. Generalmente, las temperaturas de congelación se encuentran entre -50 °C (-58 °F) y -80 °C (-112 °F) . [ 2 ]    

Secado primario

Durante la fase de secado primaria, se reduce la presión (hasta unos pocos milibares ) y se suministra suficiente calor al material para que el hielo se sublime . La cantidad de calor necesaria se puede calcular utilizando el calor latente de sublimación de las moléculas que se subliman . En esta fase inicial de secado, se sublima aproximadamente el 95 % del agua del material. Esta fase puede ser lenta (puede durar varios días en la industria), ya que, si se añade demasiado calor, la estructura del material podría alterarse.

En esta fase, la presión se controla mediante la aplicación de vacío parcial . El vacío acelera la sublimación, lo que la hace útil como proceso de secado controlado. Además, una cámara de condensación fría o placas de condensación proporcionan una o varias superficies para que el vapor de agua se vuelva a licuar y solidificar.

En este rango de presión, el calor se transmite principalmente por conducción o radiación; el efecto de convección es insignificante debido a la baja densidad del aire.

Secado secundario

Un liofilizador de sobremesa con colector

La fase de secado secundario tiene como objetivo eliminar las moléculas de agua no congeladas , ya que el hielo se eliminó en la fase de secado primario. Esta parte del proceso de liofilización se rige por las isotermas de adsorción del material . En esta fase, la temperatura se eleva por encima de la de la fase de secado primario, pudiendo incluso superar los 0 °C (32 °F) , para romper cualquier interacción fisicoquímica que se haya formado entre las moléculas de agua y el material congelado. Generalmente, la presión también se reduce en esta etapa para favorecer la desorción (normalmente en el rango de microbares, o fracciones de pascal ). Sin embargo, existen productos que también se benefician de una mayor presión.  

Una vez finalizado el proceso de liofilización, el vacío se suele romper con un gas inerte, como el nitrógeno, antes de sellar el material.

Al finalizar el proceso, el contenido final de agua residual en el producto es extremadamente bajo, alrededor del 1-4%.

Aplicaciones

La liofilización causa menos daño a la sustancia que otros métodos de deshidratación que utilizan temperaturas más altas. Los factores nutritivos sensibles al calor se pierden menos en el proceso en comparación con los procesos que incorporan tratamiento térmico para fines de secado. [ 2 ] La liofilización generalmente no causa contracción ni endurecimiento del material que se seca. Además, los sabores, olores y el contenido nutricional generalmente permanecen inalterados, lo que hace que el proceso sea popular para la conservación de alimentos. Sin embargo, el agua no es el único compuesto químico capaz de sublimarse , y la pérdida de otros compuestos volátiles como el ácido acético (vinagre) y los alcoholes puede producir resultados indeseables.

Los productos liofilizados se pueden rehidratar (reconstituir) mucho más rápida y fácilmente porque el proceso deja poros microscópicos. Estos poros se forman por la sublimación de los cristales de hielo, dejando huecos o poros en su lugar. Esto es especialmente importante en aplicaciones farmacéuticas. La liofilización también puede utilizarse para prolongar la vida útil de algunos fármacos durante muchos años.

Productos farmacéuticos y biotecnología

Torta de sacarosa liofilizada al 5% en un vial de vidrio farmacéutico.

Las compañías farmacéuticas utilizan la liofilización para aumentar la vida útil de algunos productos, como las vacunas de virus vivos, [ 19 ] los productos biológicos [ 20 ] y otros inyectables. Al eliminar el agua del material y sellarlo en un vial de vidrio, este se puede almacenar, transportar y reconstituir fácilmente a su forma original para inyección. Otro ejemplo en la industria farmacéutica es el uso de la liofilización para producir tabletas o obleas, cuya ventaja radica en la menor cantidad de excipientes y en una forma farmacéutica de rápida absorción y fácil administración.

Los productos farmacéuticos liofilizados se producen en forma de polvos liofilizados para su reconstitución en viales y, más recientemente, en jeringas precargadas para su autoadministración.

Algunos ejemplos de fármacos liofilizados son:

Productos biológicos

Algunos ejemplos de productos biológicos liofilizados son:

Los productos biológicos liofilizados pueden prensarse en forma de gránulos y tabletas para el almacenamiento en estado sólido, anhidro y de alta densidad de productos biológicos. [ 27 ]

En bioseparaciones, la liofilización también puede utilizarse como procedimiento de purificación en etapas avanzadas, ya que elimina eficazmente los disolventes. Además, permite concentrar sustancias de bajo peso molecular que son demasiado pequeñas para ser eliminadas mediante una membrana de filtración . La liofilización es un proceso relativamente costoso. El equipo es aproximadamente tres veces más caro que el utilizado en otros procesos de separación, y su elevado consumo energético conlleva altos costes. Asimismo, la liofilización requiere un tiempo de procesamiento prolongado, ya que un exceso de calor puede provocar la fusión o deformaciones estructurales del material. Por lo tanto, suele reservarse para materiales termosensibles, como proteínas , enzimas , microorganismos y plasma sanguíneo . La baja temperatura de operación del proceso minimiza el daño a estos productos termosensibles.

Material vivo

Algunos cultivos de células vivas pueden liofilizarse, almacenarse durante un período prolongado y luego reconstituirse en un estado funcional y vivo. Puede ser necesario un excipiente, más específicamente un crioprotector . [ 28 ]

  • Los procariotas y las levaduras son relativamente fáciles de liofilizar y luego resucitar. [ 28 ]
  • Las células sanguíneas más simples (glóbulos rojos y plaquetas) se han liofilizado. Con la protección adecuada, las tasas de recuperación alcanzan hasta el 90 %. [ 28 ]
  • Los espermatozoides son relativamente resistentes a la liofilización. Incluso las células muy dañadas pueden iniciar el desarrollo embrionario, aunque puede ser necesaria la inyección directa en el óvulo. El esperma de ratón liofilizado sin ninguna protección ha producido descendencia viva. [ 28 ]
  • Las células animales en general son relativamente frágiles, pero la trehalosa ha demostrado ser eficaz para proteger a Drosophila y a muchas líneas de células de mamíferos durante la liofilización. [ 28 ] [ 30 ]

Aunque la célula esté dañada sin posibilidad de reanimación, se conserva. [ 31 ] Esto también puede ser útil para investigaciones posteriores: si bien el cultivo de la cepa tipo de Vampirovibrio chlorellavorus no pudo ser reanimado, contenía suficiente ADN para secuenciar su genoma. [ 32 ]

Industria tecnológica

En la síntesis química , los productos a menudo se liofilizan para hacerlos más estables o para que se disuelvan más fácilmente en agua para su uso posterior.

En nanotecnología , la liofilización se utiliza para la purificación de nanotubos con el fin de evitar la agregación debida a las fuerzas capilares que se producen durante el secado por vaporización térmica convencional.

Alimento

Barritas de tocino liofilizado
Albaricoque búlgaro liofilizado , melón , sopa de albóndigas , tarator
Helado y chocolate liofilizados, y espaguetis con beicon.

El objetivo principal de la liofilización en la industria alimentaria es prolongar la vida útil de los alimentos manteniendo su calidad. [ 1 ] Se sabe que la liofilización produce alimentos sólidos de la más alta calidad entre todas las técnicas de secado, ya que se mantiene la integridad estructural junto con la conservación de los sabores. [ 1 ] Debido a su elevado coste, la liofilización se utiliza principalmente con productos de alto valor . [ 4 ] Ejemplos de productos liofilizados de alto valor son las frutas y verduras de temporada debido a su disponibilidad limitada, y los alimentos utilizados en raciones militares, para astronautas/cosmonautas y/o excursionistas. [ 4 ]

Las bebidas a base de agua, como el café y el té, también se liofilizan. En comparación con el secado por calor, la liofilización conserva más compuestos aromáticos volátiles. [ 2 ] La liofilización también se utiliza para hacer bloques de sopa instantánea . [ 33 ] Además, puede conservar ingredientes crudos como claras de huevo para hornear. [ 34 ]

La NASA y las raciones militares

Debido a su bajo peso por volumen de alimento reconstituido, los productos liofilizados son populares y convenientes para excursionistas , como raciones militares o comidas para astronautas. [ 1 ] Se puede transportar una mayor cantidad de alimento seco en comparación con el mismo peso de alimento húmedo. En sustitución del alimento húmedo, el alimento liofilizado se puede rehidratar fácilmente con agua si se desea, y su vida útil es mayor que la del producto fresco/húmedo, lo que lo hace ideal para viajes largos realizados por excursionistas, personal militar o astronautas . El desarrollo de la liofilización aumentó la variedad de comidas y refrigerios para incluir artículos como cóctel de camarones , pollo con verduras, pudín de caramelo y puré de manzana . [ 13 ]

Café

Café liofilizado, una forma de café instantáneo.

El café contiene cualidades de sabor y aroma que se crean debido a la reacción de Maillard durante el tueste. [ 35 ] Se puede producir café instantáneo mediante la liofilización de un extracto acuoso de granos tostados. [ 2 ] En comparación con otros métodos de secado como el secado a temperatura ambiente, el secado con aire caliente y el secado solar, los granos de café Robusta liofilizados contenían mayores cantidades de aminoácidos esenciales como leucina, lisina y fenilalanina. [ 35 ] Además, se conservaron algunos aminoácidos no esenciales que contribuyen significativamente al sabor. [ 35 ]

Frutas

Con la deshidratación convencional, las bayas pueden degradarse en calidad debido a su delicada estructura y alto contenido de humedad. Se ha comprobado que las fresas liofilizadas presentan la mejor calidad, conservando su color, sabor y capacidad de rehidratación. [ 36 ]

Hongos

Los métodos convencionales de secado por calor de los champiñones contraen y compactan el tejido fúngico, dando como resultado un producto correoso de lenta reconstitución. La liofilización de los champiñones provoca la formación de cristales de hielo sólidos que luego se subliman dentro del tejido micelial, dejando poros microscópicos que crean una textura ligera, aireada y esponjosa que absorbe agua rápidamente. Los estudios sobre el polvo de champiñones liofilizados muestran una mayor solubilidad y mejor dispersibilidad que los polvos de champiñones secados por calor. [ 37 ]

Insectos

La liofilización se utiliza ampliamente para conservar insectos con fines de consumo. Los insectos liofilizados enteros se venden como alimento para mascotas exóticas , alimento para aves, cebo para peces y, cada vez más, para consumo humano . [ 38 ] [ 39 ] Los insectos liofilizados en polvo se utilizan como base proteica en piensos para animales y, en algunos mercados, como suplemento nutricional para consumo humano. [ 39 ] [ 38 ] Los insectos de granja se utilizan generalmente para todos los fines mencionados anteriormente, en lugar de recolectar insectos silvestres, excepto en el caso de los saltamontes, que a menudo se recolectan de cultivos. [ 38 ]

Taxidermia

La liofilización es uno de los métodos utilizados para preservar animales en el campo de la taxidermia . Cuando los animales se preservan de esta manera, se les llama "taxidermia liofilizada" o " montajes liofilizados ". La liofilización se utiliza comúnmente para preservar crustáceos , peces , anfibios , reptiles , insectos y mamíferos pequeños . [ 40 ] La liofilización también se utiliza como medio para honrar la memoria de las mascotas después de su muerte. En lugar de optar por un montaje de piel tradicional al elegir preservar a su mascota mediante taxidermia, muchos dueños optan por la liofilización porque es menos invasiva para el cuerpo de la mascota. [ 41 ]

Otros usos

Organizaciones como el Laboratorio de Conservación de Documentos de la Administración Nacional de Archivos y Registros de los Estados Unidos (NARA) han realizado estudios sobre la liofilización como método de recuperación de libros y documentos dañados por el agua. [ 42 ] Si bien la recuperación es posible, la calidad de la restauración depende del material de los documentos. Si un documento está hecho de diversos materiales con diferentes propiedades de absorción, la expansión se producirá a un ritmo no uniforme, lo que podría provocar deformaciones. El agua también puede causar la aparición de moho o que la tinta se corra. En estos casos, la liofilización podría no ser un método de restauración eficaz.

En los procesos cerámicos avanzados , a veces se utiliza la liofilización para crear un polvo moldeable a partir de una niebla pulverizada . La liofilización produce partículas más suaves con una composición química más homogénea que el secado por pulverización en caliente tradicional , pero también es más costosa.

Ventajas

La liofilización se considera el método óptimo para la deshidratación de alimentos debido a la conservación de la calidad, lo que significa que las características del producto alimenticio, como el aroma, la rehidratación y la bioactividad, son notablemente superiores en comparación con los alimentos secados mediante otras técnicas. [ 1 ]

Extensión de la vida útil

La prolongación de la vida útil se debe a las bajas temperaturas de procesamiento junto con la rápida transición del agua por sublimación. [ 1 ] Con estas condiciones de procesamiento, se minimizan las reacciones de deterioro, incluyendo el pardeamiento no enzimático , el pardeamiento enzimático y la desnaturalización de proteínas . [ 1 ] Cuando el producto se seca correctamente, se envasa adecuadamente y se almacena en condiciones óptimas, los alimentos tienen una vida útil superior a 12 meses. [ 2 ]

Rehidratación

Si un producto deshidratado no se puede rehidratar fácil o completamente, se considera de menor calidad. Esto se debe a que si el producto liofilizado final es poroso, puede producirse una rehidratación completa en el alimento. [ 1 ] Esto indica una mayor calidad del producto y lo hace ideal para comidas instantáneas listas para consumir . [ 4 ]

Efecto sobre los nutrientes y la calidad sensorial

Debido a las bajas temperaturas de procesamiento y a la minimización de las reacciones de deterioro, se conservan los nutrientes y se mantiene el color. [ 2 ] La fruta liofilizada conserva su forma original y tiene una textura suave y crujiente característica.

Desventajas

Crecimiento microbiano

Dado que el principal método de descontaminación microbiana para la liofilización es el proceso de deshidratación a baja temperatura, los organismos de deterioro y los patógenos resistentes a estas condiciones pueden permanecer en el producto. Aunque el crecimiento microbiano se inhibe por las condiciones de baja humedad, aún puede sobrevivir en el producto alimenticio. [ 43 ] Un ejemplo de esto es un brote de hepatitis A viral que ocurrió en los Estados Unidos en 2016, asociado con fresas congeladas. [ 44 ] Si el producto no se envasa o almacena adecuadamente, puede absorber humedad, lo que permite que los patógenos que antes estaban inhibidos comiencen a reproducirse. [ 2 ]

Costo

La liofilización cuesta aproximadamente cinco veces más que el secado convencional, [ 4 ] por lo que es más adecuada para productos cuyo valor aumenta con el procesamiento. [ 2 ] Los costos también varían según el producto, el material de embalaje, la capacidad de procesamiento, etc. [ 4 ] La etapa que consume más energía es la sublimación. [ 4 ]

Fuga de aceite de silicona

El aceite de silicona es el fluido común que se utiliza para calentar o enfriar las bandejas en el liofilizador. El ciclo continuo de calentamiento/enfriamiento puede provocar fugas de aceite de silicona en las zonas débiles que conectan la bandeja con la manguera. Esto puede contaminar el producto, causando importantes pérdidas de productos farmacéuticos y alimenticios. Por lo tanto, para evitar este problema, se utilizan espectrómetros de masas para identificar los vapores liberados por el aceite de silicona y así tomar medidas correctivas de inmediato y prevenir la contaminación del producto. [ 45 ]

Equipos y tipos de liofilizadores

Descarga de bandejas de material liofilizado de un liofilizador pequeño tipo armario.
Un liofilizador doméstico, junto con la bomba de vacío y un ventilador de refrigeración para la bomba.

Existen muchos tipos de liofilizadores, pero generalmente constan de algunos componentes esenciales: una cámara de vacío, estantes, condensador de proceso, sistema de fluidos para estantes, sistema de refrigeración, sistema de vacío y sistema de control. [ 2 ]

Función de los componentes esenciales

Cámara

La cámara está pulida a la perfección y cuenta con aislamiento interno. Está fabricada en acero inoxidable y dispone de múltiples estantes para almacenar el producto. Un motor hidráulico o eléctrico garantiza el cierre hermético de la puerta. [ 2 ]

Condensador de proceso

El condensador de proceso consta de serpentines o placas refrigeradas que pueden estar ubicadas dentro o fuera de la cámara. Durante el proceso de secado, el condensador retiene el agua. Para una mayor eficiencia, la temperatura del condensador debe ser 20 °C (36 °F) menor que la del producto durante el secado primario y contar con un mecanismo de descongelación para asegurar la máxima condensación del vapor de agua presente en el aire.  

líquido de estante

La cantidad de energía térmica necesaria durante las fases de secado primario y secundario se regula mediante un intercambiador de calor externo. Normalmente, el aceite de silicona circula por el sistema mediante una bomba.

Sistema de refrigeración

Este sistema funciona enfriando los estantes y el condensador del proceso mediante compresores o nitrógeno líquido, que suministrarán la energía necesaria para la congelación del producto.

Sistema de vacío

Durante el proceso de secado, el sistema de vacío aplica un vacío de 50 a 100 microbares para eliminar el disolvente. Se utiliza una bomba de vacío rotativa de dos etapas; sin embargo, si la cámara es grande, se requieren varias bombas. Este sistema comprime los gases no condensables a través del condensador.

Sistema de control

Finalmente, el sistema de control establece valores controlados para la temperatura, la presión y el tiempo de la bandeja, que dependen del producto y/o del proceso. El liofilizador puede funcionar durante unas horas o días, según el producto. [ 46 ] [ 47 ]

Liofilizadores de contacto

Los liofilizadores de contacto utilizan el contacto (conducción) del alimento con el elemento calefactor para suministrar la energía de sublimación. Este tipo de liofilizador es un modelo básico de fácil configuración para el análisis de muestras. Una de las principales formas en que los liofilizadores de contacto calientan las muestras es mediante plataformas en forma de estantes que entran en contacto con ellas. Estos estantes desempeñan un papel fundamental, ya que actúan como intercambiadores de calor en diferentes momentos del proceso de liofilización. Están conectados a un sistema de aceite de silicona que elimina la energía térmica durante la congelación y la proporciona durante el secado. [ 2 ]

Además, el sistema de fluido para estantes proporciona temperaturas específicas a los estantes durante el secado mediante el bombeo de un fluido (generalmente aceite de silicona) a baja presión. La desventaja de este tipo de liofilizador es que el calor solo se transfiere del elemento calefactor al lado de la muestra que está en contacto directo con el calentador. Este problema se puede minimizar maximizando la superficie de contacto de la muestra con el elemento calefactor mediante el uso de una bandeja acanalada, comprimiendo ligeramente la muestra entre dos placas calefactoras sólidas, una superior y otra inferior, o comprimiéndola con una malla calefactora desde arriba y desde abajo. [ 2 ]

Liofilizadores radiantes

Los liofilizadores radiantes utilizan radiación infrarroja para calentar la muestra en la bandeja. Este tipo de calentamiento permite el uso de bandejas planas sencillas, ya que la fuente de infrarrojos se puede ubicar sobre ellas para irradiar hacia abajo sobre el producto. El calentamiento por radiación infrarroja permite un calentamiento uniforme de la superficie del producto, pero tiene poca capacidad de penetración, por lo que se utiliza principalmente con bandejas poco profundas y matrices de muestra homogéneas. [ 2 ]

Liofilizadores asistidos por microondas

Los liofilizadores asistidos por microondas utilizan microondas para permitir una mayor penetración en la muestra y acelerar los procesos de sublimación y calentamiento durante la liofilización. Este método puede ser complejo de configurar y operar, ya que las microondas pueden generar un campo eléctrico capaz de convertir los gases en plasma dentro de la cámara de la muestra. Este plasma podría quemar la muestra, por lo que es fundamental mantener una intensidad de microondas adecuada para los niveles de vacío. La velocidad de sublimación de un producto puede afectar la impedancia de las microondas, por lo que la potencia de estas debe ajustarse en consecuencia. [ 2 ]

Véase también

Referencias

  1. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Ratti, Cristina (21 de noviembre de 2008). Avances en la deshidratación de alimentos . CRC Press. págs. 209–235 . ISBN  9781420052534.
  2. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Fellows , P. (Peter) (2017). "Liofilización y concentración por congelación". Tecnología de procesamiento de alimentos : principios y práctica (4.ª ed.). Kent: Woodhead Publishing/Elsevier Science. págs. 929–940 . ISBN    978-0081005231OCLC 960758611​​ 
  3. ↑ Prosapio, Valentina; Norton, Ian; De Marco, Iolanda (2017-12-01). "Optimización de la liofilización mediante un enfoque de evaluación del ciclo de vida: estudio de caso de las fresas" (PDF) . Journal of Cleaner Production . 168 : 1171–1179 . Bibcode : 2017JCPro.168.1171P . doi : 10.1016/j.jclepro.2017.09.125 . ISSN 0959-6526 . 
  4. 1 2 3 4 5 6 7 Ratti, C (2001). "Secado con aire caliente y liofilización de alimentos de alto valor: una revisión". Journal of Food Engineering . 49 (4): 311– 319. doi : 10.1016/s0260-8774(00)00228-4 .
  5. ↑ Zorn, Elayne; Lieberman, Leslie S. (2004). "Liofilizada pero siempre pelada: Enfoques antropológicos del procesamiento, preparación y consumo de la papa andina" (PDF) . Actas de la Conferencia sobre Conocimientos Indígenas – vía Universidad Estatal de Pensilvania.
  6. ↑ Rey, Louis (2010). «Capítulo 1 - Una mirada al mundo de la liofilización: cuestiones clásicas y nuevas iniciativas». Liofilización de productos farmacéuticos y biológicos (3.ª ed.). Londres, Reino Unido: Informa Healthcare. pág. 1. ISBN   9781439825754.
  7. ↑ Shurtleff, William ; Aoyagi, Akiko (mayo de 2013). Historia del tofu y los productos derivados del tofu (965 d. C. a 2013) . Soyinfo Center. ISBN 978-1-928914-55-6.
  8. ↑ Meryman, HT (octubre de 1976). "Recuerdos históricos de la liofilización". Developments in Biological Standardization . 36 : 29–32 . ISSN 0301-5149 . PMID 801137 .  
  9. 1 2 3 Corver, Jos. "La evolución de la liofilización" (PDF) . Innovaciones en tecnología farmacéutica . Archivado del original (PDF) el 20 de mayo de 2018. Recuperado el 20 de mayo de 2018 .
  10. ↑ Dempsey, Bobbi (28 de diciembre de 2023). "La tendencia de dulces más popular de 2023 es un giro genial a la nostalgia" . Parade . Recuperado el 21 de julio de 2024 .
  11. ↑ Beaton, Kelly (30 de mayo de 2024). "Rompiendo el hielo: el frío, el crujido y el placer de los dulces liofilizados" . The Food Institute . Recuperado el 21 de julio de 2024 .
  12. ↑ "¿Qué son los caramelos liofilizados y cómo liofilizarlos?" Motherly . 28 de junio de 2021. Consultado el 21 de julio de 2024 .
  13. 1 2 "NASA - Alimentos para vuelos espaciales" . www.nasa.gov . SpaceFlight:JSC. Archivado del original el 11 de septiembre de 2018. Consultado el 18 de mayo de 2018 .{{cite web}}: CS1 mantenimiento: otros ( enlace )
  14. ↑ "Tecnología alimentaria de la NASA: increíbles alimentos del espacio" (PDF) .
  15. ↑ "Artículo de noticias de Defense.gov: Nuevas raciones en preparación para los miembros del servicio" . Departamento de Defensa de los Estados Unidos . Archivado del original el 30 de septiembre de 2017. Consultado el 18 de mayo de 2018 .
  16. ↑ Investigación, Instituto de Medicina (EE. UU.), Comité de Nutrición Militar; Marriott, Bernadette M. (1995). Evolución de las raciones: La búsqueda de la aceptación universal . National Academies Press (EE. UU.).
  17. ↑ J. Jeff Schwegman (2009) "Técnicas básicas de desarrollo de ciclos para productos liofilizados" .
  18. ↑ Liofilización de productos farmacéuticos y biológicos . Rey, Louis., May, Joan C. (Joan Christine) (3.ª ed.). Nueva York: Informa Healthcare. 2010. ISBN  9781439825761OCLC 664125915​​ {{cite book}}: CS1 mantenimiento: otros ( enlace )
  19. ↑ Hansen, LLJ; et al. (2015). "Liofilización de vacunas de virus vivos: una revisión" . Vaccine . 33 (42): 5507– 5519. doi : 10.1016/j.vaccine.2015.08.085 . hdl : 1854/LU-7069013 . PMID 26364685 .  
  20. ↑ Rey, Louis; May, Joan (2016). Liofilización de productos farmacéuticos y biológicos (Tercera edición). Informa healthcare. 
  21. ↑ "Información de prescripción para clorhidrato de vancomicina inyectable" (PDF) . Administración de Alimentos y Medicamentos de EE. UU. Diciembre de 2021. Consultado el 27 de octubre de 2025 .
  22. ↑ "¡Un golpe de suerte!" (PDF) . Oficina de Servicios Médicos de Emergencia, Departamento de Salud de Virginia. 13 de noviembre de 2009. Consultado el 27 de octubre de 2025 .
  23. ↑ "Información de prescripción de carmustina inyectable" (PDF) . Administración de Alimentos y Medicamentos de EE. UU. 2022. Consultado el 27 de octubre de 2025 .
  24. 1 2 "Guía de la FDA para la determinación de la humedad residual en productos biológicos desecados" (PDF) . Administración de Alimentos y Medicamentos de EE. UU. Archivado del original (PDF) el 21 de octubre de 2013.
  25. ↑ Wilding, Kristen (25 de noviembre de 2019). "Síntesis de proteínas libres de células mejorada con crioprotectores termoestables para la producción terapéutica libre de endotoxinas bajo demanda" . New Biotechnology . 53 : 73–80 . doi : 10.1016/j.nbt.2019.07.004 . PMID 31349031. S2CID 198932869 .  
  26. ↑ Gregorio, Nicole (21 de febrero de 2020). "Desbloqueando aplicaciones de la biotecnología libre de células a través de una mayor vida útil y productividad de los extractos de E. coli". ACS Synthetic Biology . 9 (4): 766– 778. doi : 10.1021/acssynbio.9b00433 . PMID 32083847. S2CID 211246427 .  
  27. ↑ Brookwell, August W.; Gonzalez, Jorge L.; Martinez, Andres W.; Oza, Javin P. (2023-07-25). "Desarrollo de almacenamiento en estado sólido para sistemas de expresión libres de células" . ACS Synthetic Biology . 12 (9): 2561– 2577. doi : 10.1021/acssynbio.3c00111 . ISSN 2161-5063 . PMID 37490644. S2CID 260162676 .   
  28. 1 2 3 4 5 Rockinger, Ute; Funk, Martin; Winter, Gerhard (agosto de 2021). "Enfoques actuales de preservación de células durante la liofilización". Journal of Pharmaceutical Sciences . 110 (8): 2873– 2893. Bibcode : 2021JPhmS.110.2873R . doi : 10.1016/j.xphs.2021.04.018 . PMID 33933434 . 
  29. ↑ "Evaluación de la estabilidad de Lactobacillus paracasei subsp. tolerance y Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus liofilizados en cápsulas orales". Res Pharm Sci . 2012.
  30. ^ Zhang, Miao; Oldenhof, Harriëtte; Sydykov, Bulat; Bigalk, Judith; Sieme, Harald; Wolkers, Willem F. (24 de julio de 2017). "Liofilización de células de mamíferos utilizando trehalosa: preservación de la integridad del ADN" . Informes científicos . 7 (1): 6198. Código bibliográfico : 2017NatSR...7.6198Z . doi : 10.1038/s41598-017-06542-z . ISSN 2045-2322 . PMC 5524761 . PMID 28740099 .   
  31. ↑ "23.4.1.4 Liofilizadores". Manual de ingeniería química de Albright . Lyle Frederick Albright. Boca Raton: CRC Press. 2009. pág. 1695. ISBN  978-1-4200-1438-9OCLC 297373782​​ {{cite book}}: CS1 mantenimiento: otros ( enlace )
  32. ↑ Soo, Rochelle M.; Woodcroft, Ben J.; Parks, Donovan H.; Tyson, Gene W.; Hugenholtz, Philip (21 de mayo de 2015). " De vuelta de entre los muertos; la curiosa historia de la cianobacteria depredadora Vampirovibrio chlorellavorus" . PeerJ . 3 : e968. Bibcode : 2015PeerJ...3.e968S . doi : 10.7717/peerj.968 . PMC 4451040. PMID 26038723 .  
  33. ↑ "Liofilización y deshidratación" . 22 de agosto de 2002. Archivado del original el 16 de abril de 2015. Consultado el 30 de abril de 2015 .
  34. ↑ Li, Junhua; Sun, Jinjing; Gu, Luping; Su, Yujie; Yang, Yanjun; Chang, Cuihua; Han, Qi (abril de 2023). "Propiedades espumantes de la clara de huevo deshidratada a diferentes temperaturas de salida". Journal of Food Engineering . 343 111379. doi : 10.1016/j.jfoodeng.2022.111379 .
  35. 1 2 3 Dong, Wenjiang; Hu, Rongsuo; Chu, Zhong; Zhao, Jianping; Tan, Lehe (25 de abril de 2017). "Efecto de diferentes técnicas de secado en los componentes bioactivos, la composición de ácidos grasos y el perfil volátil de los granos de café robusta". Food Chemistry . 234 (234): 121– 130. doi : 10.1016/j.foodchem.2017.04.156 . PMID 28551215 . 
  36. ↑ Shishehgarha, F; Makhlouf, J; Ratti, C (enero de 2002). "Características de la liofilización de fresas". Drying Technology . 20 (1): 131– 145. doi : 10.1081/drt-120001370 . S2CID 95140004 . 
  37. ↑ Ha, Young-Sun & Park, Jong-Won & Lee, Jun. (2001). Características físicas del hongo (Agaricus bisporus) influenciadas por diferentes métodos de secado. Revista coreana de ciencia y tecnología de los alimentos. 33. 10.13050/foodengprog.2002.6.1.17.
  38. 1 2 3 Aaron T. Dossey; Juan A. Morales-Ramos; M. Guadalupe Rojas (23 de junio de 2016). Insectos como ingredientes alimentarios sostenibles: producción, procesamiento y aplicaciones alimentarias . Elsevier Science. ISBN 978-0-12-802892-6.
  39. 1 2 Bolden, Bonnie (7 de diciembre de 2018). "La granja espera expandirse al mercado de insectos comestibles" . APNews.com . The Associated Press . Recuperado el 26 de febrero de 2020 .
  40. ↑ Khidas, Kamal (5 de junio de 2015). "Plastinación y taxidermia: ¿Cuál es la mejor para un museo?" . Blog del Museo Canadiense de la Naturaleza . Museo Canadiense de la Naturaleza . Consultado el 24 de febrero de 2020 .
  41. ↑ Owens, Ryan (8 de marzo de 2012). "Los dueños de mascotas afligidos pueden optar por disecar y liofilizar a sus mascotas fallecidas" . ABCnewsGo.com . ABC News Network . Consultado el 24 de febrero de 2020 .
  42. ↑ "Eficacia de varios métodos de secado" . Archivos Nacionales . 15 de agosto de 2016. Consultado el 23 de enero de 2023 .
  43. ↑ Bourdoux, Siméon; Li, Dan; Rajkovic, Andreja; Devlieghere, Frank; Uyttendaele, Mieke (2016-09-07). "Rendimiento de las tecnologías de secado para garantizar la seguridad microbiana de frutas y verduras deshidratadas". Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety . 15 (6): 1056– 1066. Bibcode : 2016CRFSF..15.1056B . doi : 10.1111/1541-4337.12224 . ISSN 1541-4337 . PMID 33401832 . S2CID 89199785 .   
  44. ↑ "2016 - Brote multiestatal de hepatitis A vinculado a fresas congeladas (Actualización final) | Brotes de hepatitis A | Brotes | División de Hepatitis Viral | CDC" . www.cdc.gov . Consultado el 20 de mayo de 2018 .
  45. ↑ Meissner, U.; Stahl, Harald; Steinkellner, D. (2011-09-01). "Detección de fugas de aceite de silicona en liofilizadores". PDA Journal of Pharmaceutical Science and Technology . 65 (5): 481– 485. doi : 10.5731/pdajpst.2011.00748 (inactivo 14 de enero de 2026). ISSN 1079-7440 . PMID 22293837 . S2CID 207533686 .   {{cite journal}}: CS1 maint: DOI inactivo desde enero de 2026 ( enlace )
  46. ↑ Lopez-Quiroga, Estefania; Antelo, Luis T.; Alonso, Antonio A. (agosto de 2012). "Modelado de escala de tiempo y control óptimo de la liofilización". Journal of Food Engineering . 111 (4): 655– 666. doi : 10.1016/j.jfoodeng.2012.03.001 . hdl : 10261/65243 .
  47. ↑ Pisano, Roberto; Fissore, Davide; Velardi, Salvatore A.; Barresi, Antonello A. (noviembre de 2010). "Optimización y control en línea de un proceso industrial de liofilización para productos farmacéuticos". Journal of Pharmaceutical Sciences . 99 (11): 4691– 4709. Bibcode : 2010JPhmS..99.4691P . doi : 10.1002/jps.22166 . PMID 20845466 . 
  • Guía de la FDA para la inspección de la liofilización de productos parenterales