“Año de la diversificación productiva y del fortalecimiento de la educación”

UNIVERSIDAD NACIONAL DE UCAYALI

FACULTAD DE CIENCIAS AGROPECUARIAS

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA AGROINDUSTRIAL

CURSO : FUNDAMENTO Y CONSERVACION DE ALIMENTOS

DOCENTE : ING. VICENTE SANTACRUZ

ALUMNA : ARANCIBIA DAVILA, DAMARIS

CICLO : V

I. INTRODUCCION

La conservación de productos biológicos o de sustancias destinadas a la alimentación de origen animal o vegetal, fueron y siguen siendo hoy un problema de difícil resolución. La extrema complejidad de estos productos y su grado de hidratación elevados, los hacen muy sensibles a las condiciones externas. El conocimiento de las propiedades del frió como preservador, abrió nuevos horizontes, teniendo en cuenta que la actividad bacteriana era frenada en su desarrollo, aunque la actividad enzimática en muchos casos presente y los fenómenos oxidativos de las fracciones susceptibles, permiten solo una corta preservación. Se puede acrecentar la estabilidad transformando el agua en hielo, es decir congelando, fenómeno que disminuye la actividad enzimática, pero aún los fenómenos oxidativos continúan modificando las características del producto. Aunque la congelación nos asegura una conservación de larga duración en la mayoría de los productos alterables, la provisión continua de frió es un problema técnico de muy difícil resolución. Buena parte de las reacciones químicas relacionadas con la vida y con la degradación de sustratos, transcurren en solución acuosa, el reducir la actividad del agua las retarda hasta detenerlas. La mejor solución es la eliminación total del agua contenida en el espécimen, la desecación directa es impracticable por lo tanto se recurre a la criodesecación al vació ó liofilización, que no es más que la extracción de agua de un producto previamente congelado, en forma de vapor; es decir se produce el fenómeno denominado sublimación donde el hielo en estado sólido en condiciones de baja presión pasa a vapor sin pasar por el estado líquido intermedio. Al producto obtenido se lo llamó “liófilo” ( derivado de lio: Solvente philo: amante ó muy afín) Nombre que expresa su propiedad de muy fácil hidratación y reintegración a su estado original. Por derivación del término liofilo se pasa a liofilización como método para obtenerlo y liofilizar, liofilizador, liofilizado etc. El proceso comienza con la fase de congelación continua con la fase de secado primario y finaliza con el secado secundario.

OBJETIVO:

Conocer el fundamento del proceso en la cual se ejecuta el liofilizador. Aprender que relación tiene con la conservación de alimentos.

II. REVISION DE LITERUATURA2.1. MARCO TEORICO

LA LIOFILIZACIÓN

Es un proceso de secado mediante sublimación que, en el área de alimentos, se ha utilizado con el fin de reducir las pérdidas de los componentes responsables del aroma y sabor, los cuales se afectan en gran medida durante los procesos convencionales de secado (Orrego 2003). Al utilizar la sublimación como técnica de secado los productos obtenidos no se ven alterados en gran medida en sus propiedades y se rehidratan fácilmente (Krokida et al. 1998).

El proceso de sublimación es mucho más eficiente a bajas presiones (vacío), porque el agua se extrae bajo el impulso de un gradiente de presión total (Orrego 2002a; Biswal y Bozorgmehr 1989). La calidad de los productos liofilizados se ve afectada por las características de la materia prima como el grado de madurez, y las condiciones de operación como la presión de la cámara, la velocidad de calentamiento y la velocidad de congelación (Hammami y René 1997).

Puesto que la congelación es una operación previa a la liofilización, la velocidad de congelamiento es determinante en las propiedades del producto seco, dado que influye directamente en el tamaño de poro producido luego de la sublimación de los cristales de hielo (Orrego 2003; Hammami y René 1997). Los alimentos deshidratados son muy útiles cuando no es posible conseguir alimentos frescos a la mano como es el caso de los astronautas, o cuando se desean conservar por un considerable período de tiempo (Aguilera y Stanley 1999). El proceso de rehidratación no es un mecanismo reversible respecto de la deshidratación.

Son muchos los cambios que se producen en un alimento deshidratado. Así, su estructura quebrantada y arrugada es incapaz de regresar a su configuración original (Lee et al., 2006). Los productos liofilizados rehidratan rápidamente y pueden llegar a alcanzar contenido de humedad y propiedades organolépticas similares a las del alimento original.

PROCESO DE LIOFILIZACIÓN

La liofilización involucra cuatro etapas principales:

1. PREPARACIÓN

2. CONGELACIÓN

3. DESECACIÓN PRIMARIA

4. DESECACIÓN SECUNDARIA

Antes de comenzar el proceso, es fundamental el acondicionamiento de la materia prima, ya que los productos liofilizados no pueden ser manipulados una vez completado el proceso. Lo que suele hacerse con alimentos como guisantes o arándanos es agujerear la piel con el objetivo de aumentar su permeabilidad. Los líquidos, por otro lado, se concentran previamente con el fin de bajar el contenido de agua, lo que acelera el proceso de liofilización.

La segunda etapa se lleva a cabo en congeladores independientes (separados del equipo liofilizador) o en el mismo equipo. El objetivo es congelar el agua libre del producto. Para ello se trabaja a temperaturas entre -20 y -40°C.

Para la optimización de este proceso es fundamental conocer y controlar:

• La temperatura en la que ocurre la máxima solidificación.

• La velocidad óptima de enfriamiento.

• La temperatura mínima de fusión incipiente.

Con esto se busca que el producto congelado tenga una estructura sólida, sin que halla líquido concentrado, de manera que el secado ocurra únicamente por sublimación.

En los alimentos se pueden obtener mezclas de estructuras luego de la congelación, que incluyen cristales de hielo eutécticos, mezclas de eutécticos y zonas vítreas amorfas. Estas últimas se forman por la presencia de azúcares, alcoholes, cetonas, aldehídos y ácidos, así mismo como por las altas concentraciones de sólidos en el producto inicial.

Respecto de la velocidad de congelación se debe tener en cuenta lo siguiente:

VELOCIDAD DE CONGELACIÓN

CONGELACIÓN RÁPIDA CONGELACIÓN LENTA

La temperatura de los alimentos desciende aproximadamente unos 20°C en 30 minutos.

Cristales pequeños.

Al rehidratarse conservan textura y sabor original.

Apariencia clara del producto seco.

Se aplica en alimentos sólidos, ya que evita la ruptura de la membrana o pared celular y estructuras internas.

La temperatura deseada se alcanza en 3 a 72 horas (aparatos domésticos de congelación).

Cristales grandes. En su formación causan ruptura de la membrana o pared celular y estructuras internas.

Al hidratarse presentan textura y sabor diferente al original.

Apariencia oscura del producto seco.

Se aplica en líquidos, ya que la formación de cristales grandes favorece la presencia de canales para el movimiento del vapor de agua.

La tercera etapa del proceso consiste en la desecación primaria del producto, por sublimación del solvente congelado (agua en la mayoría de los casos).

Para este cambio de fase es necesario reducir la presión en el interior de la cámara, mediante una bomba de vacío, y aplicar calor al producto (calor de sublimación, alrededor de 550Kcal/Kg en el caso del agua), sin subir la temperatura. Esto último se puede hacer mediante conducción, radiación o fuente de microondas. Los dos primeros se utilizan comercialmente combinándose su efecto al colocarse el producto en bandejas sobre placas calefactoras separadas una distancia bien definida. De esta manera se consigue calentar por conducción, en contacto directo desde el fondo y por radiación, desde la parte superior. Por otro lado la calefacción por medio de microondas presenta dificultad porque puede provocar fusión parcial del producto, debido a la potencial formación de puntos calientes en su interior; por lo cual actualmente no se aplica comercialmente. Los niveles de vacío y de calentamiento varían según el producto a tratar.

Al inicio de esta tercera etapa, el hielo sublima desde la superficie del producto y a medida que avanza el proceso, el nivel de sublimación retrocede dentro de él, teniendo entonces que pasar el vapor por capas ya secas para salir del producto. Este vapor, se recoge en la superficie del condensador, el cual debe tener suficiente capacidad de enfriamiento para condensarlo todo, a una temperatura inferior a la del producto.

Para mejorar el rendimiento de esta operación, es primordial efectuar controles sobre la velocidad de secado y sobre la velocidad de calentamiento de las bandejas. El primero se debe a que si el secado es demasiado rápido, el producto seco fluirá hacia el condensador junto con el producto seco. Produciéndose así una pérdida por arrastre de producto. El segundo de los controles, debe realizarse siempre ya que si se calienta el producto velozmente, el mismo fundirá y como consecuencia el producto perderá calidad. Para evitarlo la temperatura de los productos debe estar siempre por debajo de la temperatura de las placas calefactoras mientras dure el cambio de fase. No obstante, al finalizar la desecación primaria, la temperatura del alimento subirá asintóticamente hacia la temperatura de las placas.

Para tener una liofilización buena y rápida es necesario poder controlar exactamente esta temperatura y tener la posibilidad de regular la presión total y parcial del sistema.

La cuarta y última etapa del proceso de liofilización, se trata de la desecación secundaria del producto por medio de desorción. Esta consiste en evaporar el agua no congelable, o agua ligada, que se encuentra en los alimentos; logrando que el porcentaje de humedad final sea menor al 2%.Como en este punto no existe agua libre, la temperatura de las bandejas puede subir sin riesgo de que se produzca fusión. Sin embargo, en esta etapa la presión disminuye al mínimo, por lo que se realiza a la máxima capacidad de vacío que pueda alcanzar el equipo. Es importante, finalmente, controlar el contenido final de humedad del producto, de manera que se corresponda con el exigido para garantizar su estabilidad.

EQUIPOS DE LIOFILIZACIÓN

Esquema general de un equipo de liofilización.

DESCRIPCIÓN GENERALE

QUIPOSF

UNCIONESCAMARA DE SECADO • Provee al proceso de un ambiente

limpio y estéril.

• Da las condiciones de presión y temperaturas exigidas para la congelación y posterior secado del producto.

CONDENSADOR • Recoge el vapor de agua producto de la sublimación, y lo desublima.

SISTEMA DE VACIO • Está conectado a la cámara del condensador.

• Proporciona las condiciones de presión indicadas para las etapas de desacado primarias y secundarias.

INSTRUMENTACIÓN (medidor de temperatura de producto-estante, controlador de calefacción de estante, medidor de vacío cámara-condensador)

• Son de vital importancia para el control del proceso, de manera que el resultado del mismo siempre sea el mejor posible.

Como se mencionó antes, la gran desventaja de este proceso, es el elevado costo de los equipos. En el esquema presentado se pueden observar tres elementos que son los responsables de estos costos:

• Condensador (desublimador) y sistema de refrigeración.

• Energía requerida para completar las etapas de sublimación del agua en la cámara de secado, y desublimación y fundición en el condensador.

• Mantenimiento de las bombas mecánicas del equipo de vacío.

Tipos de equipos

El sistema de liofilización descripto, se corresponde con los equipos convencionales de Liofilización; los cuales son fabricados por muchas empresas proveedoras de esta tecnología, tanto en Argentina como en el resto del mundo. Los mismos se consiguen en escalas tipo laboratorio, piloto o industrial. En la siguiente tabla se especifican las características de cada uno:

LABORATORIO PILOTO

INDUSTRIAL

Bomba de vacío 6 m3/h

18 – 35 m3/h

Capacidad del c

6 – 10 kg 15 - 30 kg 30 - 300kg

Temperatura del condensador

- 50°C

- 50 a - 80°C - 75°C

Superficie * (por cantidad de estantes)

0,33 m2 * (3) 0,48 – 1,8 m2 * (3 a 5)

2 - 12m2 * (5 a 8)

RAMIREZ NAVAS, Juan Sebastián. 2006. Liofilización, Estado del Arte. Universidad del Valle Programa Doctoral en Ingeniería. Ingeniería de Alimentos. Cali – Colombia

Sin embargo, hace ya algunos años, que la empresa argentina INVAP SE, provee de plantas liofilizadoras llave en mano; las cuales cuentan con un innovador método para obtener vacío. En un liofilizador tipo, como los descriptos arriba, el vacío se logra mediante la combinación de bombas extractoras de aire y "trampas frías" que operan a -40 o -50 °C; en estas plantas, en cambio, el vacío se realiza por medio de eyectores de vapor. Los eyectores son equipos pasivos, de operación sencilla y escaso mantenimiento que son activados por vapor. Debido a que el vacío se mantiene mediante una columna líquida de altura apropiada, la estructura alcanza una altitud considerable.

Pueden mencionarse dos plantas de este tipo, diseñadas y construidas por INVAP, ya instaladas que se encuentran produciendo liofilizados, una en nuestro país, ubicada en Gaiman, Chubut, puesta en funcionamiento en 1999; y la instalada en Querétaro, México, y puesta en operaciones en 2004.

DIFERENCIAS ENTRE SECADO CONVENCIONAL Y LIOFILIZACIÓN

SECADO CONVENCIONAL LIOFILIZACI

Recomendado para tener alimentos secos (verduras y granos).

Recomendado para la mayoría de los alimentos, pero se ha limitado a aquellos que son difíciles de secar a través de otros métodos.

Es poco satisfactorio para carne. Recomendado para carnes crudas y cocidas.

Rango de temperatura 37 – 93°C Temperaturas debajo del punto de congelación.

Presiones atmosféricas Presiones reducidas (27-133 Pa)

Se evapora el agua de la superficie del alimento.

Se sublima el agua del frente de congelación.

Movimiento de solutos, lo que causa algunas veces endurecimiento.

Movimiento mínimo de solutos.

Las tensiones en alimentos sólidos causan dañoestructural y encogimiento.

Cambios estructurales o encogimientos mínimos.

Rehidratación incompleta o retardada. Rehidratación completa y rápida.

Olor y sabor frecuentemente anormal. Olor y sabor normalmente intensificado.

Color frecuentemente más oscuro. Color normal.

Valor nutritivo reducido. Nutrientes retenidos en gran porcentaje.

Costos generalmente bajos. Costos generalmente altos, aproximadamente cuatroveces más que el secado convencional.

Fuente: P. Felows (2000)

(MAGALY PARZANESE, 2011)

2.2. ANTECEDENTES

PRESERVACION DE GONADAS DE ERIZO MEDIANTE LA TECNICA DE LIOFILIZACION

Autor: PACHECO SANCHEZ, ELISA GLORIA

Resumen: Las gónadas de erizo (Loxechinus albus), son un importante producto marino que exporta nuestro país. En este sentido Chile, se ha posicionado como el principal exportador mundial de este recurso. La mayor parte de las exportaciones están dirigidas a Japón, país en el cual el 60% del consumo de gónadas de erizo proviene de Chile. Sin embargo, debido a la fragilidad mecánica y labilidad bioquímica de las gónadas una vez extraídas desde el erizo fresco, este recurso debe ser sometido a conservación por frío para su transporte y comercialización hasta el usuario final. Durante este proceso el producto comercial sufre severos deterioros de calidad, referidos principalmente a las características organolépticas de sabor, textura y aroma que se traducen finalmente en una importante disminución del precio unitario de venta en Japón, fente a las gónadas de erizo frescas obtenidas en este mismo país. Mediante este proyecto se ha establecido una metodología para preservar las gónadas de erizo, mediante deshidratación por sublimación de agua congelada, técnica conocida como liofilización, la cual permite eliminar la cadena de frío durante el transporte y la comercialización, manteniendo las propiedades organolépticas originales del erizo fresco. Durante la duración del proyecto se desarrollaron dos productos comerciales, gónadas enteras y harina de erizo, los cuales fueron testeados con importadores japoneses de erizo congelado. Este nuevo desarrollo fue altamente aceptado, por sobre los formatos de erizos congelados. El producto de mayor interés fue la harina de erizo, que fue vista como un interesante producto para el mercado orgánico. El proceso fue descrito, en un manual y patentado. También se registro la marca comercial “Nat Lio”. Mediante este proyecto se fortaleció el desarrollo de productos en la industria procesadora de recursos marinos local al incluir una nueva línea de productos, por otro lado la Universidad, incorporó una nueva línea de investigación, se formaron nuevos profesionales mediante el desarrollo de tesis de pregrado.

(PACHECO SANCHEZ, 2011)

Efecto de la liofilización sobre propiedades fisicoquímicas y vida útil de cocona (Solanum sessiliflorum Dunal) en polvo

Vargas Muñoz, Diana Patricia (2015) Efecto de la liofilización sobre propiedades fisicoquímicas y vida útil de cocona (Solanum

sessiliflorum Dunal) en polvo. Maestría thesis, Universidad Nacional de Colombia Sede Palmira.

Resumen : Cocona es una fruta de la Amazonía que al ser liofilizada se retiene su valor nutritivo, disminuye costos de almacenamiento y aumenta tiempo de vida útil del producto, lo cual puede garantizar que la cocona en polvo sea un producto de exportación. El objetivo de este trabajo fue evaluar el efecto del proceso de liofilización sobre propiedades fisicoquímicas y vida útil de cocona (Solanum sessiliflorum Dunal) en polvo. La fruta tiene potasio en pulpa (5,35mg/100g de fruta entera) y fibra dietaria (50.15g/100g de epidermis b.s y 68.12g/100g de semilla b.s.). Con la liofilización se obtuvieron polvos con actividad de agua por debajo de 0,2, retención de ácido ascórbico en 87% e incremento de luminosidad. La vida útil de los polvos de cocona fueron de 61 días empacada en BOPP almacenados a 25ºC determinados por método integral y fueron limitados por la cinética de actividad de agua que mostró orden de reacción 0 (R2 cercano a 1 y RMSD mas bajo). Se concluye que cocona en polvo tiene un gran potencial agroindustrial.

(VARGAS MUNOZ, 2015)Algunos aspectos técnicos sobre la liofilización de pulpa de cocona (Solanum sessiliflorum Dunal) Some technical aspects related to

freeze-drying of cocona (Solanum sessiliflorum Dunal) pulp Leynard Natividad Marín1 *, José Ramón Cáceres Paredes2 Universidad

Nacional del Callao, Centro Experimental Tecnológico1 y Facultad de Ingeniería de Alimentos y Pesquera2 . Avenida Juan Pablo II, Nº

306, Provincia Constitucional del Callao, Perú. *Autor para correspondencia: leynatmar@yahoo.es Aceptado 08-Diciembre-

2013

Resumen : La cocona (Solanum sessiliflorum Dunal) es una fruta ampliamente distribuida en la Amazonia Sudamericana, con buenas características nutricionales y antioxidantes. El objetivo de este trabajo fue deshidratar la pulpa de cocona mediante liofilización para evaluar algunos aspectos técnicos de un nuevo tipo de producto que permita su mejor comercialización y mayores usos en la industria alimentaria. Los frutos fueron adquiridos en el Mercado Central de Frutas de Lima (Perú) y procesados en el Centro Experimental Tecnológico de la Universidad Nacional del Callao (Callao, Perú). Fue realizado un acondicionamiento y liofilización de la materia prima; en el primero la muestra fue cortada, escaldada, pelada, despulpada, refinada y concentrada al vacío a temperatura de baño de 60 ºC durante 15 minutos y presión de -800 mbar; mientras que en la segunda, se congelaron previamente las muestras durante 12 horas a -20 ºC para su sublimación durante 24 horas a una presión inferior a 200 μHg. Asimismo, se determinaron los rendimientos y contenidos de humedad en el proceso. Se realizaron caracterizaciones en la

pulpa refinada, muestra liofilizada y en la pulpa liofilizada reconstituida: contenido de humedad, proteína, extracto etéreo, cenizas, carbohidratos incluido el contenido de fibra, densidad, viscosidad, sólidos solubles, azúcares reductores, acidez titulable, pH y solubilidad, según fue el caso. Se obtuvo un polvo higroscópico, con solubilidad en agua de 84,33 % y con ligeras variaciones en sus características con respecto al producto inicial.

(NAVITIDAD MARIN, JOSE RAMON, 2013)

Optimización del proceso de liofilización de huevos tamaño no comercial de gallina ponedora Leghorn Blanca Hy- Line W-98 Presentado por: Jorge Isaac Díaz Zúniga

Resumen Díaz, J. 2007. Optimización del proceso de liofilización de huevos tamaño no comercial de gallina ponedora Leghorn Blanca Hy- Line W-98. Proyecto de Graduación del Programa de Ingeniería en Agroindustria Alimentaría, Escuela Agrícola Panamericana, El Zamorano, Honduras.35 p. El huevo liofilizado es un producto nuevo con alto potencial en la industria alimentaria como alternativa de comercialización de huevo de gallina de tamaño no comercial. El objetivo del estudio fue evaluar el efecto de dos temperaturas de congelación y dos tiempos de secado en las características físico-químicas y sensoriales de huevos liofilizados tamaño no comercial de gallina ponedora Leghorn Blanca Hy- Line W-98. Se evaluó un factorial de dos temperaturas de congelación (-40 y -196 °C) y dos tiempos de secado (20 y 24 hrs.) en un diseño experimental de parcelas divididas con 2 repeticiones, para tener un total de 8 unidades experimentales. Para analizar los resultados físicoquímicos y sensoriales del huevo liofilizado se utilizó el programa estadístico Statistical Analysis System (SAS®), para realizar análisis de varianza y separaciones de medias de Tukey. Las características físico-químicas evaluadas que no presentaron diferencias significativas (P>0.05) fueron: porcentaje de humedad y actividad de agua. Las características físico-químicas que sí presentaron diferencias estadísticas significativas (P0.05) en los atributos sensoriales de color, aroma, textura, sabor, apariencia y aceptación global. Los cambios físico-químicos no fueron detectados sensorialmente por los panelistas, teniendo una aceptación general de 4 (me gusta) lo cual indica un potencial de buena aceptación para el huevo liofilizado.

(ZUÑIGA, 2007)

Liofilización de carambola (Averrhoa carambola L.) osmodeshidratada § Lina M. Grajales-Agudelo*, William A. Cardona-

Perdomo*, Carlos E. Orrego-Alzate* * Universidad Nacional de Colombia, Sede Manizales § e-mail: corregoa@unal.edu.co

(Recibido: Septiembre 8 de 2005 - Aceptado: Noviembre 29 de 2005)

Resumen :La carambola (Averrhoa carambola L.) se trató osmóticamente con una solución hipertónica de sacarosa como pretratamiento al secado por sublimación con el fin de retirarle un 30% de humedad y concentrarla hasta un 40% de sólidos solubles. Se analizó la influencia de la velocidad de congelación y de calefacción en el potencial de rehidratación de la fruta liofilizada, el cual presentó su valor más alto para la velocidad de congelación menor y para la velocidad de calefacción más alta. Se realizó un análisis sensorial comparativo de la carambola rehidratada y la fruta osmodeshidratada, teniendo en cuenta pruebas afectivas y discriminativas, detectándose pérdida de los componentes responsables del aroma y sabor durante el proceso de liofilización.

(LINAM. , WILLIAM A. ,CARLOS E., 2005)

III. CONCLUSION

Se conoció el fundamento teórico del equipo liofilizador de alimentos

Históricamente el proceso de liofilización se ha considerado el mejor método de conservación de productos aplicando en diferentes tipos de industria. Al liofilizar alimentos, además de conservar las características organolépticas y nutritivas,se le otorga un valor económico agregado.

IV. BIBLIOGRAFIA

LINAM. , WILLIAM A. ,CARLOS E. (2005). LIOFILIZACION DE LA CARAMBOLA. CIENTIFICA Y TECNOLOGICA.

MADALYD YARANI, VERA PEÑA, HERNAN ALVAREZ. (2001). MODELADO Y ANALISIS DE CONTRABILIDAD DEUNA TORRE DE SECADO POR ATOMIZACION. REDALYC.ORG.

MAGALY PARZANESE. (2011). LIOFILIZACION DE LOS ALIEMTOS. En M. PARZANESE. ARGENTINA.

NAVITIDAD MARIN, JOSE RAMON. (2013). ALGUNOS ASPECTOS TECNICOS SOBRE LA LIOFILIZACION DE LA PULPA DE COCONA. CIENCIA Y TECNOLOGIA DE ALIMENTOS.

PACHECO SANCHEZ, E. G. (2011). PRESERVACION DE GONADAS DE ERIZO MEDIANTE TECNICA DE LIOFILIZACION. DESARROLLO CIENTIFICO Y TECNOLOGICO.

VARGAS MUNOZ, D. P. (2015). EFECTO DE LA LIOFILIZACION SOBRE PROPIEDADES FISICOQUIMICAS Y VIDA UTIL DE LA COCONA. BDIGITAL.

ZUÑIGA, J. I. (2007). OPTIMIZACION DEL PROCESO DE LIOFILIZACION DE HUEVOS TAMAÑO NO COMERCIAL DE LA GALLINA PONEDORA . BDIGITAL.