BLOC 2. Tema 4. Liofilización y crioconcentración PDF

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Mètodes de processament Tania Yastaa Tema 4. Liofilización y crioconcentración LIOFILIZACIÓN Y CRIOCONCENTRACIÓN Ambos son métdoos de consevación de alimentos por disminución de la actividad de agua. A diferencia del secado y la evaporación “ no se aplica calor”. Estas operaciones son más lentas que...

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Mètodes de processament

Tania Yastaa

Tema 4. Liofilización y crioconcentración LIO IOFI FI FILIZ LIZ LIZACI ACI ACIÓ ÓN Y CRIO IOCO CO CON NCE CEN NTRA TRAC CIÓ IÓN N Ambos son métdoos de consevación de alimentos por disminución de la actividad de agua. A diferencia del secado y la evaporación “ no se aplica calor”. Estas operaciones son más lentas que la evaporación o deshidratación convencional, o que la concentración mediante membranas (filtración). Conserva mejor las caracteristicas y propiedades del alimento: tanto el valor nutritivo como las propiedades organolepticas. Son operaciones caras porque el coste de enfriar el producto y las instalaciones son de muy elevado coste y además en la liofilización, el coste aún aumenta más porque hay un coste adicional por el sistema de vacío.

LIO IOFI FI FILIZ LIZ LIZACI ACI ACIÓN ÓN Liofilización, criodeshidratación o secado en estado congelado: es la sublimación a vacío del agua del alimento, claro está previamente congelada (sino no sería sublimación). Con esto conseguimos excelentes características organolépticas y nutritivas, conseguimos también que el producto sea muy poroso y con lo cual tenga una buena rehidratabilidad, pero la operación es muy lenta y costosa, con lo cual solo será usado para alimentos muy sensibles al calor y de aroma y/o textura delicada (como café, setas, hierbas aromáticas y especias, etc).

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DEFIN FINICIÓ ICIÓ ICIÓN N Las condiciones de liofilización se fijan en base a: · Las características del producto y al punto triple del agua A menos de 0,006 atm (4,58 mm de Hg) y 0,0099ºC (λs=2,84 MJ/Kg)

DIFE RE NCIAS ENTR E LA DE SH IDRAT ACIÓ N CON VE NCIO NAL Y LA LI OFI LIZA CIÓN IFERE RENCIAS ENTRE DESH SHIDRAT IDRATA CIÓN CONVE VENCIO NCIONAL LIOFI OFILIZA LIZACIÓN Deshidratación convencional

Liofilización

Eficaz, si se trata de alimentos fácilmente deshidratables (verduras y granos).

Es un sistema eficaz para la mayor parte de los alimentos, pero generalmente sólo se emplea cuando los otros métodos resultan ineficaces. Eficaz con carnes crudas o cocinadas. Temperaturas inferiores al punto de congelación. Presiones inferiores a la atmosférica (27-133 Pa). El agua se sublima desde el frente de hielo.

Inadecuado para la carne. Rango de temperatura 37 – 93ºC. Presión atmosférica. Evaporación del agua desde la superficie del alimento. Migración de los solutos y en algunas ocasiones formación de corteza externa. El estrés que se genera en alimentos sólidos provoca daños estructurales y retracción Rehidratación incompleta. Las partículas sólidas o porosas son a veces más pesadas que el alimento original. Frecuentes olores y aromas anormales. El color es generalmente más oscuro. Se pierde valor nutritivo. Generalmente más barato.

Migración de solutos mínima. Cambios estructurales y retracción mínimos. Rápida y completa rehidratación. Las partículas de material deshidratado poseen menos densidad que el alimento original. Olores y aromas generalmente normales. Color generalmente normal. Pérdidas mínimas de nutrientes. Hasta cuatro veces más caro que la deshidratación convencional.

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PROC OCES ES ESO O DE LI LIOF OF OFIL IL ILIZ IZ IZACI ACI ACIÓ ÓN A efectos industriales es un encadenado de una serie de operaciones: Primero hay un pretratamiento del alimento Después se congela el agua para posteriormente sublimarla  liofilización Se hace un vacío del sistema, se sublima el hielo, se condensa el vapor del agua eliminado en forma de escarcha (sublimación inversa), se hace una desorción (sirve para quitar el agua que no hemos podido congelar) o deshidratación evaporativa y por último se rompe el vacío. En condiciones generales: La temperatura del producto precongelado siempre estará por debajo de los -10ºC. La presión de la operación estará por debajo de 2mm de Hg para evitar que el hielo se funda (si se funda haremos una evaporación y no una liofilización). La deshidratación primaria (la sublimación de los cristales de hielo): · Tiene una velocidad de secado lenta (1,5Kg agua por m2/h) · El avance del frente de sublimación es muy lento (0,2 – 0,3 cm/h) · Con lo cual es un proceso de entre 6 y 10 horas · En el que se elimina hasta el 15% de humedad La deshidratación secundaria o desorción: · Es más rápida dura entre 2 y 6 horas · El alimento seco se calienta a 20 – 60ºC · Se elimina hasta un 2 – 8% de la humedad

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PRETR ETRATA ATA ATAMIEN MIEN MIENTO TO D DE E LLA A MA MATERI TERI TERIA A PPRIM RIM RIMA A Alimentos líquidos: · Hay que intentar reducir el coste asociado a la eliminación del agua por la liofilización · Hay que preconcentrar el líquido (siempre que la técnica de preconcentración garantice la estabilidad térmica del producto, etc)

Alimentos sólidos: · Hay que hacer una operación de reducción de tamaño, troceándolos para que haya una mayor relación superficie/volumen

CONGE GELA LA LACIÓN CIÓN PR PREVI EVI EVIA AD DEL EL PR PRODU ODU ODUCT CT CTO O En un congelador separado o en el mismo liofilizador: -

Transformación de la solución acuosa en dos fases: · Cristales de hielo · Solución concentrada de solutos

-

Las condiciones de congelación (tipo y velocidad) tienen una gran repercusión en la estructura final del producto · El tamaño y la localización de los poros en el producto final depende del tamaño y la localización de los cristales de hielo formados en el producto congelado · Se prefiere operar a alta velocidad de congelación porque así se limita la difusión interna del vapor y mejora la calidad del producto final porque se limita el daño de la textura durante la congelación y la distribución de los poros es más homogénea. · Si la estructura cristalina de los alimentos líquidos congelados es muy tupida se tritura o se forma una espuma para reducir el tiempo de secado.

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MICR CROES OES OESTRU TRU TRUCTU CTU CTURA RA D DE E ALI ALIMEN MEN MENTOS TOS LIO LIOFI FI FILIZ LIZ LIZAD AD ADOS OS

Ésta es la microestructura porosa del café liofilizado comparado con el café atomizado en una corriente de aire frío.

VACÍ CÍO OD DEL EL SSIS IS ISTEM TEM TEMA A Es necesario para reducir el riesgo de que el hielo se funda. Como la temperatura de sublimación es proporcional a la presión, necesitamos que el sistema esté en vacío. Primero se aplica un vacío inicial rápido (1-4 mm de Hg durante 5-10 min) · Primero tenemos una bomba de gran caudal y vacío medio · Segundo tenemos una bomba de menor caudal pero de gran vacío Cada alimento tiene su vacío óptimo (0,005 – 1,5 mmHg) · Por encima del vacío óptimo disminuye la velocidad de liofilización  Aumenta la presión parcial de vapor en la superficie del alimento para una misma presión de vapor del hielo (disminuye el gradiente de presiones y temperaturas). · Por debajo del vacío óptimo  se favorece la desorción de gases y aire (disminuyendo la conductividad térmica). · Si el vacío es el óptimo, es más económico: a menor presión menor temperatura de sublimación inversa. El coste aumenta exponencialmente con el vacío y disminuye con el descenso del tiempo de secado.

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COND NDEN EN ENSACI SACI SACIÓN ÓN D DE EL V VAPOR APOR DE A AGUA GUA EELI LI LIMIN MIN MINADO ADO Es la mezcla de vapores y gases desorbidos. Se hace una trampa de vapor (serpentín refrigerado internamente)  se intercala en la línea de vacío. El vapor se condensa en forma de escarcha (sublimación inversa). Disminuye el caudal de succión de la bomba de vacío (que solo tiene que extraer el vapor no condensado y los gases incondensables). Si disminuye la eficacia de la condensación hay un excedente de frío que se traduce como el descenso de la temperatura de la cámara.

DESOR SORCIÓ CIÓ CIÓN N DE LA FRA FRACCIÓN CCIÓN ACU ACUOSA OSA NO C CO ONG NGE ELAD LADA AYR RUPT UPT UPTUR UR URA AD DEL EL V VA ACÍO Cuando se completa la sublimación del hielo, se inicia la eliminación del agua residual (15%) · Agua ligada al alimento · Evaporación a vacío  Presión de sublimación, temperaturas superiores a 50-60ºC, en el producto seco la difusividad de los volátiles es muy limitada. · Ruptura de vacío progresivo en 15 minutos con gas inerte (N2 o CO2)  Sobrepresión, cuidadoso control de la composición, la temperatura y la humedad relativa de la atmósfera de almacenamiento.

COMP MPONE ONE ONEN NTES DE UN LI LIOFILI OFILI OFILIZA ZA ZADO DO DOR R

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TRA RANSFE NSFE NSFERE RE RENCIA NCIA D DE E CA CALOR LOR Y M MASA ASA

TIE IEMPO MPO D DE EO OPE PE PERACI RACI RACIÓN ÓN En el equilibrio  La velocidad de transmisión de calor se iguala a la velocidad de transferencia de materia, es decir, que todo el calor que llega al frente de hielo se traduce, como calor de sublimación, en un transporte de vapor de agua formado.

A partir de la expresión anterior: · Desarrollo del término para la velocidad de transmisión de calor · Desarrollo del término de la velocidad de transferencia de vapor · Integrando la expresión entre t=0, t=t, L=0, L=Lt

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EQUIPOS. LIO IOFILIZA FILIZA FILIZADOR DOR DORES ES

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LIO IOFI FI FILIZ LIZ LIZAD AD ADOR OR DIS DISCO CO CONTIN NTIN NTINUO UO Capaces de procesar hasta 400 Kg cada 68 horas. Pueden funcionar varias unidades en paralelo: · Sistema de vacío común con control individualizado · Sistema de calefacción suele ser independiente · 4 unidades  500 Kg por día

LIO IOFI FI FILIZ LIZ LIZAD AD ADOR OR DE TÚ TÚNEL NEL · Operación continúa. · Cámara cilíndrica de unos 2 m de diámetro · Las bandejas se transportan en vagonetas · Hay esclusas de carga y descarga para preservar el vacío · El sistema de condensación es doble y alterno

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EFE FECTOS CTOS SOB SOBRE RE EL A ALIME LIME LIMENTO NTO

CRIOC IOCO ONC NCE ENTR NTRACIÓ ACIÓ ACIÓN N La crioconcentración es la concentración por congelación: Un alimento líquido se enfría con suficiente agitación para facilitar la formación de cristales de hielo grandes que crezcan rápido. La mezcla de cristales de hielo relativamente puros se elimina para obtener un concentrado de alta calidad. La separación del hielo puede ser mecánica o por lavado en columnas. Ventajas: Las bajas temperaturas permiten retener la mayor parte de los volátiles del aroma (ausencia de interfase líquido vapor). Desventajas: · Los gastos de refrigeración y de las instalaciones son elevados · La capacidad de producción es baja en comparación con la evaporación · El grado de concentración es mayor que los obtenidos por procesos de membrana (filtración) pero inferior al de la evaporación

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DIS ISMIN MIN MINUCI UCI UCIÓN ÓN D DE EL PPUN UN UNTO TO D DE E CO CONGE NGE NGELACI LACI LACIÓN ÓN

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APLICACI LICACIONE ONE ONESS Zumos de frutas, productos lácteos, vinagre, extractos de té y café, cerveza y vino, etc. La concentración de bebidas alcohólicas es una aplicación donde la crioconcentración es superior a otras técnicas.

ELE LEMEN MEN MENTOS TOS BÁ BÁSI SI SICO CO COSS DE DELL SI SISTEM STEM STEMA A DE CRI CRIOCO OCO OCONCE NCE NCENTRA NTRA NTRACIÓN CIÓN

TEO EORÍ RÍ RÍA A · Conviene que los cristales de hielo sean lo más grande posible · Cristalizadores de paletas: · La masa de los cristales de hielo se agita para facilitar la recristalización a mayor tamaño a partir de cristales más pequeños. · Hay que limitar el arrastre del alimento por parte del hielo para disminuir las perdidas.

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· Eficacia de la separación de los cristales:

PLA LANTA NTA D DE E CR CRIOCO IOCO IOCONCE NCE NCEN NTRA TRACIÓN CIÓN · Congelador directo o indirecto para congelar el alimento líquido · Recipiente de mezclado para facilitar el crecimiento de los cristales de hielo · Un separador para separar los cristales del concentrado

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