Influentele liofilizarii asupra produselor

INFLUENTELE LIOFILIZARII ASUPRA PRODUSELOR

In raport cu alte metode de conservare, liofilizarea prezinta avantaje nete din punct de vedere al calitatilor produselor alimentare. Totusi, ca urmare a perfectionarii metodelor de analiza si a numeroaselor cercetari de laborator efectuate, s-au evidentiat o serie intreaga de aspecte ale implicatiilor liofilizarii asupra calitatilor produselor alimentare, ceea ce face ca liofilizarea sa nu mai poata fi considerata ca o metoda ideala de conservare, asa cum a fost ea considerata o perioada lunga de timp.

Influentele liofilizarii se manifesta prin modificari de natura fizica, chimica si biochimica a produselor alimentare.

1.Modificari fizice

Modificarile in aspectul unui produs in diversele etape ale liofilizarii sunt relativ usor de observat si de evidentiat. Daca un produs este corect tratat, dupa liofilizare, forma si aspectul difera neesential de cele ale produsului initial. Dupa considerente economice insa, liofilizarea se face in general nepastrand forma si dimensiunile produsului proaspat pentru ca duratele procesului sa fie cat mai mici si deci, costul liofilizarii sa fie cat mai redus.

In functie de produs, de modul de congelare si de conditiile de liofilizare, se produce o micsorare a volumului cu 2% pana la 10% fata de produsul proaspat.

Una din modificarile fizice care se produc la produsele alimentare liofilizate si care constituie un avantaj este micsorarea greutatii dupa liofilizare. Aceasta reducere variaza in functie de produs intre 50% si 90%.

Modificarile de culoare a produsului desi sunt observate de foarte multe ori nu au pana in prezent o explicatie unanim acceptata. Modificarile de culoare sunt puse pe seama indepartarii apei din produs precum si pe seama unor reactii chimice si biochimice. De multe ori, modificarile accentuate de culoare se datoresc mai degraba unor deficiente tehnologice decat proceselor propriu-zise de liofilizare. De asemenea trebuie mentionat faptul ca modificarile de culoare pot fi accentuate printr-o ambalare, conditionare si depozitare defectuoase a produselor liofilizate. In multe cazuri insa culoarea mai inchisa a produselor alimentare liofilizate in raport cu produsele proaspete nu antreneaza consecinte nefaste pentru produse, fenomenul datorandu-se pur si simplu eliminarii apei.

Dupa rehidratarea unui produs alimentar liofilizat se produce de cele mai multe ori o modificare in textura produsului reconstituit in raport cu produsul initial. Aceasta modificare este mai pronuntata sau mai putin pronuntata in functie de produs, de modul de congelare si de conditiile in care a avut loc liofilizarea propriu-zisa a produsului.

O congelare rapida, in general, ofera produsului o buna textura, in timp ce o congelare lenta distruge textura, dupa rehidratare produsul fiind deseori moale si flasc. Pierderea de textura se poate atenua printr-o subrehidratare care evita o deteriorare prea marcata a texturii produsului. In toate cazurile o suprarehidratare are consecinte nedorite asupra calitatii produsului reconstituit si accentueaza consecintele pierderii de textura.

Pierderea de textura este proprie produselor solide. In cazul produselor lichide se observa dupa rehidratare o vascozitate mai mica, astfel incat produsul reconstituit este mai fluid decat cel initial. Fenomenul se poate agrava in timpul depozitarii, fiind posibil ca produsul sa devina granulos, o parte din masa sa devenind insolubila.

Unele dintre cele mai importante modificari de natura fizica sunt cele legate de gustul si mirosul produselor liofilizate dupa rehidratare. Astfel se pot produce:

pierderi de gust si miros;

concentrari de gust si miros;

aparitia de gusturi straine fata de cel al produsului initial.

Dupa rehidratare, la produsele alimentare liofilizate, sunt observabile si alte modificari fizice, de cele mai multe ori greu de explicat.

2. Modificari chimice si biochimice

In cursul liofilizarii si depozitarii produselor liofilizate se produc modificari chimice si biochimice complexe pentru care nu exista pana in prezent explicatii complete. Aceste modificari se evidentiaza, prin efectele lor, in calitatile produsului liofilizat dupa rehidratare.

Modificarile chimice si biochimice sunt urmare a unor reactii de substitutie, de oxidare, de degradare, etc., care fac ca unii dintre constituentii produsului initial sa dispara la rehidratare precum si sa apara constituenti care nu existau inainte de liofilizare.

Dintre constituientii produselor alimentare, lipidele formeaza grupul care se modifica cel mai rapid, dand in produs unele substante oxidate si gust de rancezire caracteristic.

Glucidele pot da reactii cu aminoacizii sau cu proteinele care nu mai au apa de constitutie, in cazul unei uscari secundare prea intense.

Reactiile chimice si biochimice care conduc la denaturari ale produselor liofilizate sunt catalizate de radiatiile ultraviolete.

3. Influente asupra valorii nutritive

Conservarea calitatilor nutritive ale produselor alimentare prin liofilizare este variabila de la un produs la altul. In functie de conditiile in care are loc liofilizarea, se pot produce variatii importante in valoarea nutritiva.

Temperatura de desorbtie joaca un rol important asupra conservarii caracteristicilor nutritive mai ales cand acestea sunt termolabile si cand, din considerente economice, se reduce timpul de desorbtie prin cresterea temperaturii.

Viteza de congelare este un al doilea factor important in conservarea valorii nutritive a produselor alimentare liofilizate. Daca in timpul congelarii se produc rupturi ale peretilor celulari, principiile active sunt eliberate si puse in contact cu diferite substante, producandu-se reactii de denaturare care micsoreaza in final valoarea nutritiva a produsului.

Pierderile in proteine ca urmare a liofilizarii sunt relativ mici (1,21% la carnea de vitel, 3,17% la carnea de vita, 2,96% la carnea de pasare).

Riscul pe care il prezinta proteinele de a se oxida este eliminat in cazul criodesicarii propriu-zise, deoarece se efectueaza sub vid. Pentru a se evita denaturarile proteinelor prin soc osmotic, congelarea produsului trebuie sa fie rapida. Proteinele fiind substante termolabile este indicata o temperatura cat mai scazuta in timpul desorbtiei.

In cele mai multe cazuri, glucidele sunt bine conservate prin liofilizare. Lipidele daca depasesc o anumita concentratie in produs pot influenta negativ buna desfasurare a liofilizarii si rehidratarii produsului liofilizat. Intr-adevar, lipidele au tendinta de a urca catre suprafata produsului si a forma o pelicula foarte subtire care se constituie intr-o bariera pentru evacuarea vaporilor de apa in timpul liofilizarii si pentru rehidratarea produsului liofilizat. Lipidele sunt foarte sensibile la oxidare ceea ce face ca, in cazul produselor cu un continut ridicat de lipide, sa se recomande o buna ambalare si conditionare a produsului liofilizat care sa-l protejeze de oxigen, de aer.

Pierderile in saruri minerale, coloranti s.a., care sunt substante stabile in produse, sunt neglijabile in timpul liofilizarii.

4. Instalatii de liofilizare

Deoarece parametrii proceselor tratamentului de liofilizare variaza mult in functie de tipul de produs alimentar, exista tendinta ca instalatiile de liofilizare sa fie concepute si realizate in mod diferit tinandu-se seama de acest aspect. Astfel exista doua mari categorii de instalatii: destinate liofilizarii produselor alimentare lichide sau pastoase (lapte, iaurt s.a.) si respectiv destinate liofilizarii produselor alimentare cu textura (carne, peste s.a.).

Pentru lichide se adopta din ce in ce mai mult o congelare separata urmata de o maruntire si de o criodesicare continua in aparate de volume mici si in care produsul ramane o perioada mica de timp. Liofilizarea continua a produselor lichide sau pastoase este denumita si liofilizare 'de particole in miscare', deoarece intr-un astfel de tip de instalatie se liofilizeaza un produs congelat maruntit si care se prezinta sub forma de granule mai mari sau mai mici, granule care se deplaseaza la interiorul uneia sau mai multor incinte sub actiunea vibratiilor, antrenate de o banda in miscare sau prin rotatia insasi a incintei. Produsele intra in instalatie printr-un sas de intrare si sunt evacuate printr-un sas de iesire. Avantajele acestui tip de instalatie decurg din faptul ca produsul de liofilizat, fiind granulat, are o suprafata mare de schimb de masa:

indepartarea apei din produs este foarte rapida datorata in plus si miscarii care omogenizeaza uscarea;

durata procesului este mica, produsul ramanand in aparat 20 30 minute;

la productii egale, au gabarite mult mai mici in raport cu instalatiile de liofilizare discontinua sau semicontinua;

permit trecerea usoara de la liofilizarea unui produs la liofilizarea altuia;

in cazul unor accidente tehnologice, datorita capacitatii lor reduse de incarcare, pierderile economice sunt mai mici in raport cu alte tipuri de instalatii.

Pentru produsele cu textura sunt utilizate instalatii de liofilizare de tipul discontinuu, semicontinuu si continuu.

Instalatiile cu congelare interioara si condensator interior (in aceeasi incinta in care are loc criodesicarea propriu-zisa) sunt instalatii discontinue, concepute astfel incat congelarea se realizeaza in aceeasi incinta ca si criodesicarea, iar condensatoarele sunt de asemenea interioare.

Principalul avantaj al acestor instalatii este evitarea manipularilor produsului congelat si, deci, posibilitatea de realizare a unor incinte de volume mari. Ele prezinta insa o serie de dezavantaje. Astfel, daca instalatia este conceputa pentru mai multe grupe de produse, atunci marimile instalatiei frigorifice aferente si a grupului de vidare sunt importante, ceea ce atrage dupa sine costuri de investitie mari. De asemenea, durata totala a procesului si deci de imobilizare a aparatului este foarte mare, dat fiind faptul ca in acelasi aparat, in afara criodesicarii propriu-zise, se realizeaza practic toate celelalte faze ale procesului de liofilizare.

Instalatiile cu congelare exterioara si condensator exterior sunt cu functionare discontinua (fig. 1.), caz in care sunt prevazute cu un singur condensator sau semicontinua, caz in care incinta de criodesicare este prevazuta cu doua condensatoare. Incintele de liofilizare au volume mai mici decat in cazul precedent. Acest tip de instalatii necesita o camera sau un tunel de congelare sau un aparat de congelare pe banda si poate fi precedat de o camera de lucru racita. Poate fi utilizat atat pentru produsele cu textura cat si pentru produsele lichide sau pastoase, maruntite dupa congelare. Avantajul acestor instalatii de liofilizare, cu un sistem de condensare a vaporilor sublimati bine conceput este acela de a permite functionarea semicontinua. Dezavantajul principal il constituie necesitatea manipularii produselor congelate, fapt care poate antrena uneori inceputuri de decongelari ale produselor la introducerea lor in incinta de criodesicare.

Instalatiile cu functionare continua pentru produsele cu textura cuprind un tunel format din unitati de liofilizare standard cuplate in linie sau in forma de U. Fiecare unitate este separata de precedenta si de urmatoarea si este deservita de mai multe condensatoare exterioare care pot fi izolate prin robinete si decongelate fara a opri liofilizarea. Produsul congelat este incarcat prin sasul de intrare si trecut prin unitatile tunelului pana la iesirea prn sasul de iesire cand procesul de liofilizare este terminat. Produsele sunt asezate in tavi dispuse pe carucioare suspendate pe sine care permit inaintarea lor progresiva catre interiorul tunelului. Pe masura ce un carucior intra in tunel un altul iese. Acest tip de instalatii este pretabil la productii mari si la un acelasi tip de produs de liofilizat.

In cadrul tipurilor de instalatii de liofilizare amintite mai sus exista o mare diversitate de realizari practice a partilor componente si a sistemelor de incalzire, de producere a vidului si de indepartare a vaporilor sublimati din produsul congelat. Ca sisteme de incalzire se utilizeaza: incalzirea cu placi prin care circula un fluid de incalzire, incalzirea cu rezistente electrice, incalzirea cu curenti de inalta frecventa, incalzirea prin inductie, incalzirea cu radiatii infrarosii. Transferul de caldura catre produsul congelat in timpul crodesicarii se poate realiza prin conductibilitate termica, prin convectie termica sau prin radiatie. Pentru a fi eficace sistemul de incalzire trebuie sa asigure o distributie cat mai uniforma a caldurii pe toata suprafata produsului congelat si sa evite incalziri locale excesive care pot determina decongelari partiale, cu efecte nedorite.

Ca sisteme de realizare a vidului in incinta de liofilizare se utilizeaza sisteme cu pompe mecanice de vid. Ca pompe mecanice se folosesc pompele rotative, cu lamele culisante in rotor, pompe cu piston oscilant, pompe cu rotoare profilate s.a.

Toate instalatiile de liofilizare a caror sisteme de vidare este cu pompe mecanice sunt prevazute cu un condensator care acumuleaza vaporii de apa si vaporii condensabili in conditiile de lucru, care nu pot fi absorbiti de catre pompele mecanice de vid. Sistemul de condensare a vaporilor de apa cel mai raspandit cuprinde ca parte principala vaporizatorul unei instalatii frigorifice. Temperaturile de vaporizare la condensatorul instalatiilor de liofilizare sunt cuprinse intre -40C-60 C si sunt realizate cu instalatii frigorifice intr-o treapta, in doua trepte sau in cascada.

5. Aspecte energetice si economice privind tehnologia de liofilizare

Ca metoda de conservare a produselor alimentare, liofilizarea ofera, asa cum s-a vazut anterior, o serie de avantaje referitoare la calitatea produselor si a duratelor admisibile de pastrare in stare liofilizata. Liofilizarea insa, chiar daca aparatele de liofilizare au fost perfectionate mult in ultima perioada de timp, iar tehnologiile pentru diferite grupe de produse s-au imbunatatit simtitor, ramane o tehnologie de conservare energofaga, intrecand cu mult consumurile specifice de energie in raport cu alte tehnologii de conservare.

Costurile totale pentru liofilizarea produselor alimentare variaza foarte mult in raport cu tipul aparatului de liofilizare, cu tipul produsului si mai ales cu capacitatea de liofilizare. Totusi, chiar in conditiile unor instalatii industriale de liofilizare de mare capacitate, costul liofilizarii intrece de cateva ori costul oricarei alte metode de conservare.

In perspectiva urmatoarelor decenii, liofilizarea va ramane cu o sfera extrem de restransa pentru produsele alimentare. Ea va continua sa fie aplicata doar la anumite categorii speciale de produse cum ar fi ingrediente pentru preparate culinare, unele specii de crustacee si pesti, arome speciale, unele sortimente de cafea si de ceai si, in general, produse cu un pret ridicat.

Exista domenii cum ar fi industria farmaceutica, industriile biotehnologice, cercetarea stiintifica s.a. unde liofilizarea se practica in mod curent la conservarea antibioticelor si a altor medicamente, la conservarea microorganismelor si enzimelor etc.