La desecación congelante o liofilización

Si se pudieran eliminar por completo las bacterias (también levaduras y hongos), los alimentos no tendrían fecha de caducidad, pero esto no puede lograrse, por consiguiente, se buscan métodos para la conservación cuya finalidad es hacer que el deterioro llegue lo más tarde que se pueda. Por experiencia sabemos que detener por completo la multiplicación y el crecimiento de microorganismos es casi imposible, de modo que lo que hay que procurar es que su acción sea la más lenta posible. Para conseguirlo, se les pone obstáculos y en ello se basan los métodos de conservación. Algunos métodos procuran quitarles el agua (sin ella, casi no pueden crecer), otros someterlos a temperaturas tan bajas que se aletarguen o les cueste mucho crecer, otros someterlos a altas temperaturas para destruirlos tanto como sea posible, otros métodos consisten en rodearlos con sal, condimentos y otros.

• Métidos conocidos para conservar alimentos
• Conservación por disminución de temperatura
• Conservación por aumento de temperatura
• Conservación por fermentación
• Conservación por reducción del contenido de agua
• Conservación agregando alguna sustancia o fluido sobre todo o parte del alimento
• Conservación por envasado al vacío
• Conservación por Irradiación
• Conservación en atmósfera controlada
• Conservación por desecación congelante o liofilización
• La desecación congelante
• Algo de historia
• El desecador o liofilizador
• Conclusión  

Métodos conocidos para conservar alimentos

Los métodos más conocidos para frenar el crecimiento de los microorganismos son:

Conservación por disminución de temperatura

• Refrigeración: Método de conservación que consiste en bajar la temperatura de los productos alimenticios hasta un rango entre 6°C y 1°C suficiente como para que las reacciones bioquímicas de las bacterias presentes en los alimentos se hagan lentas y tarden en proliferar.
• Congelación: Método parecido al anterior, pero donde la temperatura debe ser inferior a 0°C, y se procura que en el centro del producto se llegue y se mantenga a -18°C. Se consigue que el agua del alimento se convierta en hielo, por lo que las bacterias, al no disponer de agua líquida, prácticamente no pueden proliferar y su multiplicación sea muy lenta. 
• Ultra-congelación: Es someter al alimento a temperaturas inferiores a -40°C pero rápidamente (lo ideal es en menos de 2 horas). Junto con la congelación, es la técnica más efectiva de conservación por largo tiempo y la que menos altera las propiedades del producto. 

Conservación por aumento de temperatura

• Ebullición: También conocida como “escaldado”, es un método de conservación que suele ser un paso previo a la congelación de los vegetales. Estos son sumergidos en agua hirviendo para eliminar todos los microorganismos posibles (dentro de ellos patógenos) y luego pueden ser congelados. Es importante ya que los productos provienen del suelo y son portadores de muchas bacterias distintas.                                                                                                                                    
• Esterilización: Es un método de conservación muy efectivo en el que se matan a casi todas las bacterias, incluidas las esporas, que son las estructuras que forman algunos microorganismos para protegerse y que normalmente no pueden eliminarse. El problema es que al someter a los productos alimenticios a temperaturas tan altas (unos 115°C durante unos pocos segundos) se alteran las propiedades alimenticias al perder nutrientes y vitaminas. Desde el punto de vista microbiológico, es el más seguro. Las denominadas conservas o enlatados usan la ebullición y la esterilización para conservar productos alimenticios clasificados y especialmente cortados que se encuentran cerrados herméticamente dentro de envases generalmente metálicos.   
• Pasteurización: Es similar a la esterilización pero se someten los productos a temperaturas más bajas (alrededor de 80°C) y con ello se mantienen las propiedades del alimento. Hay que señalar que mueren las bacterias pero no las esporas, por lo que los productos pasteurizados (como la leche) deben conservarse luego dentro de un refrigerador para minimizar su desarrollo.

Conservación por fermentación

Es un método de conservación que, paradójicamente, propicia el desarrollo de microorganismos. Solo se potencia el crecimiento de microorganismos que no son peligrosos para la salud. Estos evitan que el alimento sea contaminado por patógenos y, además, le dan al producto propiedades que resultan interesantes desde el punto de vista gastronómico. Se aplica a determinados productos como el vino, la cerveza, algunos quesos. Es por ello que el queso dura más que la leche.

Conservación por reducción del contenido de agua

• Desecación o secado:Consiste en esperar que el alimento pierda su humedad dejándolo expuesto al aire libre (puede ser expuesto al sol) y esperar a que se seque.
• Deshidratación: Se denomina así cuando al alimento lo someten a fuentes de calor para acelerar el proceso de secado. Este método solo se aplica a determinados productos.

El objetivo en ambos métodos es que los microorganismos no dispongan de agua líquida.

Conservación agregando alguna sustancia o fluido sobre todo o parte del alimento

• Salado: Es uno de los métodos de conservación más antiguos y consiste en la adición de sal al alimento. La sal (cloruro de sodio) resulta “tóxica” para los microorganismos, pues capta el agua de los alimentos y hace que esta no esté disponible para las bacterias o la sientan “salada”.
• Ahumado: Consiste en exponer al alimento a una fuente de humo, algo que, además de darle nuevos sabores, permite que se conserve mejor gracias a la acción antimicrobiana que tienen los componentes del humo que se genera al quemar algunas maderas, acompañado de un ligero secado que también se logra.
• Acidificación: Como los microorganismos suelen ser muy sensibles a la acidez, al reducir la acidificación se está reduciendo el pH del alimento de tal forma que los microorganismos no puedan alimentarse ni multiplicarse. Se consigue agregando vinagre o zumo de limón sobre determinados tipos de productos alimenticios.
• Escabechado: Es una combinación de salado y acidificación porque consiste en aplicar al alimento un baño que es una mezcla de sal y vinagre, lo que permite una buena conservación y le da a muchos productos un sabor característico.
• Adición de azúcar: El agregar azúcar o miel sigue el mismo principio que el salado, consiguiendo la acción conservante mediante el azúcar que tampoco “le gusta” a las bacterias. Se usa en la conservación de mermeladas, compotas, leches condensadas, entre otros.
• Aditivos: Son sustancias químicas que se añaden al alimento y que resultan tóxicas para los microorganismos, por lo que detienen su desarrollo. Evidentemente deben ser sustancias aprobadas para el consumo humano. Su composición debe ser certificada y garantizada para estar seguros de que no causan ningún daño a los seres humanos.

Conservación por envasado al vacío

Consiste en extraer el aire que rodea al alimento que acaba de ser envasado. Al no disponer de oxígeno, las bacterias no pueden crecer.                                                                

Conservación por Irradiación

La irradiación consiste en exponer a los alimentos a dosis de radiación electromagnética (generalmente rayos ultravioleta, rayos X o rayos gamma) que destruyen el material genético de los microorganismos, con lo cual se evita que se desarrollen.

Conservación en atmósfera controlada

Que consiste en almacenar algunas variedades de productos alimenticios vegetales dentro de un cuarto o cámara hermética para luego inyectar un gas para que se mezcle con el aire existente, alterando de esa manera la atmósfera que rodea al producto. Puede ser O2, CO2, N2 que son retardantes de la maduración o etileno que es acelerante. Generalmente se combina con la refrigeración porque se hace dentro de cámaras frigoríficas.

Conservación por desecación congelante o liofilización

Es un método de conservación muy efectivo que, además, mantiene las propiedades del alimento en perfecto estado por bastante tiempo. De este método nos ocuparemos en seguida.

La desecación congelante

Llamada también deshidratación por congelación o deshidrocongelación o criodesecación o liofilización; es otro método de conservación de alimentos en el que confluyen distintos procesos, como la congelación, el vacío y la deshidratación. El resultado es un producto seco que mantiene casi todas las características organolépticas de su estado original, como el aroma, el gusto o el sabor.

Durante el proceso, en primer lugar se congela el producto a muy bajas temperaturas, de forma rápida, para evitar que se formen grandes cristales de hielo. Después se somete a un proceso de vacío para que el agua se evapore sin pasar a estado líquido (sublimación). Precisamente, al no pasar el agua por un estado líquido, se mantienen todas las propiedades de color y aroma, pero en forma seca.

Cuando el alimento se quiere consumir, hay que rehidratarlo durante unos cinco minutos en agua tibia o caliente. La mayoría de los productos que se liofilizan se componen en gran parte de agua (por ejemplo algunas frutas contienen entre un 80% y un 90% de agua). Eliminarla facilita el control de los microorganismos entre ellos algunos patógenos, que como ya explicamos, encuentran en el agua un medio necesario para sobrevivir y expandirse, a la vez que alarga la conservación del producto alimenticio sin necesidad de que se mantenga una cadena del frío (muchos de los productos pueden llegar a durar hasta 10 y 15 años).

En forma esquemática se pueden explicar los procesos que ocurren durante la desecación congelante o liofilización del agua que contiene un alimento usando el diagrama Presión – Temperatura (P-T) del agua, recordando que:   

1 atm = 1.013bar = 14.7 psia = 760mm Hg = 29.92 pulg. Hg = 1.033 Kg/cm2 = 101.3 KPa.

Las condiciones del Punto Triple del agua son:

PRESION = 611.73 Pa = 0.00611 bar = 0.089 psia = 0.0061 atm = 4.58 mm Hg

TEMPERATURA = 273.16 °K = 0.0098°C (se considera 0.01°C) =

Las principales aplicaciones de la desecación congelante o liofilización en la industria alimentaria son para conservar productos como café, té y otros extractos de infusión; vegetales y frutas; carnes y productos hidrobiológicos; comidas preparadas; lácteos. En la industria farmacéutica se usa para conservar medicamentos. Es una técnica bastante costosa y lenta si se la compara con los métodos tradicionales de secado, pero se logran obtener productos de una mayor calidad ya que evita en gran medida las pérdidas nutricionales y organolépticas.

En el proceso de deshidratación normal, los alimentos pueden llegar a perder entre un 90 y 93% de su humedad, en cambio con la liofilización pierden entre un 98 y 99% de humedad.

Algo de historia

El proceso de liofilización fue inventado en 1906 por Arséne d'Arsonval y su asistente Frédéric Bordas en el laboratorio de biofísica del Collége de France en París. Luego en 1911 Downey Harris y Shackle desarrollaron el método de liofilización para preservar el virus de la rabia vivo, que finalmente llevó al desarrollo de la primera vacuna antirrábica.

La desecación congelante o liofilización moderna se desarrolló durante la Segunda Guerra Mundial. El suero sanguíneo que era enviado a Europa desde los Estados Unidos para el tratamiento médico de los heridos requirió refrigeración, pero debido a la falta simultánea de refrigeración y transporte, muchos de esos suministros se estropearon antes de llegar a sus destinatarios. El proceso de liofilización se desarrolló como una técnica comercial que permitió que el suero se volviera químicamente estable y viable sin tener que ser refrigerado.

Al poco tiempo, el proceso de liofilización se aplicó a la penicilina y los huesos, y se le reconoció como una técnica importante para la conservación de productos biológicos. Desde entonces, la desecación congelante se ha utilizado como técnica de conservación o procesamiento de una amplia variedad de productos, aplicándose al procesamiento de alimentos, a los productos farmacéuticos, a la restauración de documentos dañados por el agua, a la preparación de lodos de fondos fluviales para el análisis de hidrocarburos, a la fabricación de cerámicas utilizadas en las industrias de los semiconductores, a la producción de pieles sintéticas, entre otros. Adicionalmente, como el producto alimenticio liofilizado tiene significativamente menos peso respecto al alimento original, su uso se ha generalizado en el desarrollo de alimentos destinados a expediciones, ya que permite a los excursionistas y sobretodo a los astronautas llevar más cantidad de comida con menos peso y, además, con la posibilidad de reconstituirla con agua.

El desecador o liofilizador

El proceso se realiza en un equipo especial llamado muy comúnmente “liofilizador”, en el que se introduce el producto procesado listo para su secado. Algunos liofilizadores reciben el producto ya congelado (entre -40°C y -50°C) depositándolo sobre bandejas especiales dentro de la cámara y luego con la cámara herméticamente cerrada realizan el proceso de vacío. Otros realizan la congelación dentro de la misma cámara y luego realizan el vacío.

Al llegar el vacío a niveles cercanos a 0.001 atm = 0.76mm Hg se entrega calor a las bandejas donde se depositan los productos congelados. Aquí ocurre la sublimación del hielo que existe en los productos, es decir, pasa directamente de fase o estado sólido a fase o estado vapor sin pasar por líquido (como se muestra en el gráfico anterior); y ese vapor pasa por los serpentines de un condensador para convertirse nuevamente en líquido que luego será evacuado a través de un drenaje ubicado en la parte inferior de la envolvente de un condensador. Los productos que están siendo secados se mantienen en temperatura baja, hasta que toda el agua se haya sublimado. Al finalizar el proceso, los productos liofilizados son empaquetados y sellados al vacío, para luego almacenarlos en lugares secos y limpios.

Conclusión

Como se puede apreciar sobre lo tratado y explicado, la desecación congelante o liofilización presenta un método de conservación de alimentos con gran número de ventajas entre las que se destacan la calidad del producto final, la reducción en el peso del producto y la consecuente factibilidad para su transporte y almacenamiento, sin embargo, para saber si es conveniente usarlo hay que analizar el costo vs. beneficio porque la liofilización sigue siendo un proceso costoso, que involucra la inversión en equipos y un relativo alto costo energético.