Il ruolo della tecnologia del vuoto nella liofilizzazione

Esistono diversi modi per prolungare la conservabilità degli alimenti. Uno dei metodi più antichi appartenenti all'affumicatura e alla salatura è l'essiccazione, che è stata utilizzata per molto tempo, prima ancora dell'introduzione del congelamento, della bollitura o del confezionamento sottovuoto. La liofilizzazione è una moderna estensione dei più tradizionali metodi di essiccazione, utilizzata per preservare più a lungo gli alimenti dal deterioramento. Questo processo è reso possibile solo grazie alla moderna tecnologia del vuoto, principio base della liofilizzazione.

Dove viene utilizzato?

La liofilizzazione è adatta per frutta e bacche, ma anche per carne o verdure cotte. Anche le erbe e le spezie vengono conservate attraverso la liofilizzazione, rimuovendo da questi prodotti solo una piccola percentuale di acqua. L'alimento liofilizzato più conosciuto è probabilmente il caffè solubile (istantaneo). Molti piatti pronti, che vengono solo sciolti in acqua bollente per la preparazione poiché sono in granuli o in polvere, sono stati liofilizzati. In linea di principio, gli alimenti possono essere essiccati anche in modo più semplice, per esempio attraverso l'essiccazione. Tuttavia, ciò comporta lo svantaggio di modificare la struttura e l'aspetto dell'alimento. Inoltre, gli aromi possono reagire con l'ossigeno atmosferico, con conseguenti effetti sul gusto.

Durante la liofilizzazione, la struttura rimane invariata e le cellule essiccate possono facilmente assorbire nuovamente l'acqua durante la preparazione. Grazie all'essiccazione sotto vuoto, gli aromi vengono in gran parte preservati.

Processo di liofilizzazione

La liofilizzazione (Fig. 1) è un processo puramente fisico che sfrutta il principio della sublimazione. Grazie al vuoto presente nella camera di essiccazione, l'acqua congelata sublima in vapore acqueo. Il ghiaccio salta lo stato "liquido" e diventa direttamente "gassoso" a partire da quello "solido".

Prima del processo di essiccazione effettivo, il prodotto, che si tratti di bacche, pezzi di frutta o estratto di caffè, deve essere surgelato in una camera di raffreddamento. A tal fine, il prodotto viene distribuito su vassoi che vengono poi collocati direttamente nella camera di raffreddamento o su carrelli. Il prodotto congelato viene quindi collocato nella camera di essiccazione vera e propria. (Fig. 2).

In alcuni liofilizzatori, il raffreddamento avviene direttamente nella camera di essiccazione. Nella trasformazione di prodotti alimentari vengono utilizzati anche i liofilizzatori per processi continui.

Dopo il raffreddamento, l'effettivo processo di essiccazione ha luogo nella camera ermetica, riducendo la pressione dell'aria della camera tramite una pompa per vuoto, fino alla generazione di vuoto da 1 a 0,5 mbar. Il processo di evaporazione dell'acqua congelata ha inizio quando la temperatura si trova tra i -50 °C e i -40 °C. Il vapore acqueo viene aspirato fuori dalla camera di essiccazione dalla pompa per vuoto, che lo riversa in un condensatore a valle. In questa "trappola di ghiaccio", raffreddata ad almeno -70 °C, il vapore acqueo sublima e si condensa come ghiaccio sulla bobina di raffreddamento. La maggior parte dell'umidità viene rimossa dal prodotto in questo passo del processo, chiamato essiccazione primaria.

Durante la sublimazione, l'energia termica viene inoltre estratta dalla camera di essiccazione, con conseguente riduzione della temperatura nella camera stessa durante il processo. Il passo successivo consiste nel riscaldare la camera. Bisogna fare attenzione a garantire che venga aggiunta solo tanta energia termica quanta ne viene presa dall'acqua come energia di sublimazione; ciò permette di mantenere la temperatura costante o di ottenere un leggero aumento della stessa fino a -20 °C.

Per la maggior parte dei prodotti alimentari e delle bevande, l'essiccazione primaria è immediatamente seguita da quella secondaria. Ciò comporta la rimozione dell'umidità residua più fortemente legata dal prodotto abbassando il livello di vuoto a 0,01 mbar o meno e aumentando la temperatura al di sopra del punto di congelamento. La camera di essiccazione viene quindi ventilata a pressione atmosferica, e il prodotto essiccato con un contenuto di acqua di 1-4% viene rimosso per proseguire con l'ulteriore processo di lavorazione. Per la ventilazione si utilizza aria secca o gas inerte, così da evitare che il prodotto essiccato assorba umidità dall'aria ambiente.

Parametri fisici

Il processo di liofilizzazione dipende essenzialmente da questi parametri (Fig. 3):
Naturalmente, anche i prodotti e le loro proprietà ricoprono un ruolo importante. Per questo motivo, prima di procedere alla liofilizzazione industriale o all'essiccazione di grandi quantità di prodotto, si effettueranno esperimenti all'interno di impianti pilota.

Tecnologia del vuoto per la liofilizzazione

La liofilizzazione richiede un'alimentazione del vuoto affidabile e regolabile con precisione. Nel campo dei liofilizzatori industriali per i prodotti alimentari e le bevande si sono affermati due tipi di generazione del vuoto:


Quale dei due sistemi per vuoto sia il più adatto dipende dalle dimensioni dell'impianto di essiccazione, dai prodotti da essiccare e dai parametri fisici già menzionati.

Sistema per vuoto con pompe per vuoto rotative a palette e booster per vuoto

Le pompe per vuoto rotative a palette sono lubrificate a olio e raggiungono una pressione assoluta nominale pari a 0,1 millibar.

Per generare un livello di vuoto superiore e disporre di una capacità di aspirazione sufficientemente elevata nel campo di lavoro inferiore a 1 millibar, è consigliabile utilizzare un cosiddetto booster per vuoto.

Il vantaggio è che si ottiene un livello di vuoto <0,001 millibar. Inoltre, la combinazione di una pompa per vuoto rotativa a palette e di un booster per vuoto può essere progettata in modo più preciso in base alle dimensioni del liofilizzatore ed è ancora più efficiente dal punto di vista energetico rispetto a un'unica pompa per vuoto rotativa a palette di grandi dimensioni.

Infine, un esperto del vuoto può calcolare la combinazione di pompe più efficace. Busch Vacuum Solutions è sempre in grado di offrire il sistema per vuoto giusto per ogni dimensione di liofilizzatore grazie all'ampia gamma di dimensioni delle pompe per vuoto rotative a palette e dei booster per vuoto.

Sistema per vuoto con pompe per vuoto a vite e booster per vuoto

Le pompe per vuoto a vite funzionano a secco, ovvero senza olio, e raggiungono una pressione assoluta nominale fino a 0,01 millibar.

Anche un sistema per vuoto con una pompa per vuoto a vite combinato con un booster per vuoto è preferibile a una soluzione con un'unica pompa per vuoto.

Le pompe per vuoto a vite possono essere dotate di un motore a controllo di frequenza, di modo che la capacità di aspirazione si adatti automaticamente ai rispettivi requisiti del passo del processo durante la liofilizzazione.

Come scegliere la migliore tecnologia del vuoto per il vostro processo?

In genere, per la scelta della tecnologia del vuoto e il suo dimensionamento, è necessario consultare un esperto del settore. L'esperto sarà sempre in grado di offrire la soluzione più economica e tecnicamente sensata.

Busch Vacuum Solutions produce da decenni soluzioni per vuoto destinate alla liofilizzazione di prodotti alimentari e bevande e a prodotti farmaceutici. Oltre alla tecnologia del vuoto, Busch offre anche tutti i dispositivi di monitoraggio, misurazione e rilevamento per il processo completo.

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