Liofilizacja

W procesie liofilizacji (zwanym również suszeniem sublimacyjnym) woda z wcześniej zamrożonego produktu przechodzi bezpośrednio ze stanu stałego do gazowego (sublimacja), pomijając stan ciekły. W tym celu produkt jest najpierw głęboko zamrażany, a następnie przechowywany w komorze suszarniczej pod znacznie obniżonym ciśnieniem, podczas gdy skraplacz oddziela powstającą parę wodną w postaci lodu. Temperatura produktu musi pozostać poniżej temperatury krytycznej, aby uniknąć rozpadu struktury (punkt eutektyczny lub punkt rozpadu).

Proces ten opisano w trzech etapach:

• Faza zamrażania: Produkt jest schładzany na powierzchni o regulowanej temperaturze do temperatury poniżej punktu zamarzania, tak aby zawarta w nim woda uległa krystalizacji.
• Suszenie wstępne: Pod wpływem próżni i umiarkowanego ogrzewania lód ulega sublimacji, dzięki czemu większość wody zostaje usunięta i oddzielona w skraplaczu lodu.
• Suszenie wtórne: Pozostała, silniej związana wilgoć resztkowa jest usuwana poprzez desorpcję przy dalszym obniżeniu ciśnienia i podwyższeniu temperatury, aż do osiągnięcia pożądanej wilgotności końcowej.

Kluczową kwestią jest zapotrzebowanie na energię do sublimacji lodu. W przybliżeniu:

Q = m_w * Δh_sub

• P: Ilość ciepła potrzebna do sublimacji
• m_w: masa wody do usunięcia
• Δh_sub: entalpia sublimacji wody

Szybkość sublimacji zależy zasadniczo od różnicy ciśnień pary wodnej nad produktem i nad skraplaczem:

dm_w/dt ∝  (p_v,Produkt −  p_v,Kondensator)

• dm_w/dt: strumień masowy wody sublimowanej
• p_v,produkt: ciśnienie pary wodnej na powierzchni produktu
• p_v, kondensator: ciśnienie pary wodnej na kondensatorze

Liofilizacja jest stosowana przede wszystkim w przypadku produktów wrażliwych na temperaturę lub o krytycznej strukturze, na przykład substancji czynnych farmaceutycznych, szczepionek, enzymów, kultur, żywności instant, wysokiej jakości kawy lub owoców, ponieważ proces ten pozwala w znacznym stopniu zachować kształt i strukturę porów wysuszonych produktów. Powstała porowata matryca umożliwia szybkie ponowne zwilżenie i rekonstytucję.