Liofilización
En la liofilización (también llamada congelación-deshidratación), el agua de un producto previamente congelado pasa directamente del estado sólido al gaseoso (sublimación), sin pasar por el estado líquido. Para ello, el producto se congela primero y luego se mantiene en una cámara de secado a una presión muy reducida, mientras que un condensador separa el vapor de agua resultante en forma de hielo. La temperatura del producto debe mantenerse por debajo de la temperatura crítica del producto para evitar el colapso estructural (punto eutéctico o de colapso).
El proceso se describe en tres fases:
- Fase de congelación: el producto se enfría en una superficie atemperada a una temperatura inferior a su punto de congelación, de modo que el agua que contiene se cristaliza.
- Secado primario: bajo vacío y calentamiento moderado, el hielo se sublima, de modo que se elimina la mayor parte del agua y se separa en el condensador de hielo.
- Secado secundario: la humedad residual restante, más fuertemente ligada, se elimina mediante desorción a una presión aún más baja y temperaturas más altas, hasta alcanzar la humedad final deseada.
Un punto clave es la energía necesaria para la sublimación del hielo. Aproximadamente:
Q = m_w * Δh_sub
- P: Cantidad de calor necesaria para la sublimación
- m_w: masa del agua que se va a eliminar
- Δh_sub: entalpía específica de sublimación del agua
La tasa de sublimación depende esencialmente de la diferencia entre las presiones de vapor de agua sobre el producto y sobre el condensador:
dm_w/dt ∝ (p_v,Produkt − p_v,Kondensator)
- dm_w/dt: flujo másico del agua sublimada
- p_v,producto: presión del vapor de agua en la superficie del producto
- p_v, condensador: presión del vapor de agua en el condensador
La liofilización se utiliza principalmente para productos termosensibles o con una estructura crítica, como principios activos farmacéuticos, vacunas, enzimas, cultivos, alimentos instantáneos, café de alta calidad o frutas, ya que este proceso conserva en gran medida la forma y la estructura porosa de los productos secos. La matriz porosa resultante permite una rápida rehumectación y reconstitución.