O papel da tecnologia de vácuo na liofilização

Existem várias formas de prolongar a durabilidade de alimentos. Um dos métodos mais antigos, além da defumação e da salga, é a secagem – método utilizado muito antes da congelação, da fervura ou do embalamento a vácuo. A liofilização é uma extensão moderna dos métodos de secagem tradicionais para proteger alimentos da deterioração por mais tempo. Este processo só é possível graças à tecnologia de vácuo moderna, uma vez que a liofilização de alimentos é feita sob vácuo.

Onde é utilizada?

A liofilização é adequada para frutas e bagas, bem como para carne ou legumes cozidos. As ervas e especiarias também são preservadas através da liofilização, removendo toda a água destes produtos, exceto uma pequena percentagem. O alimento liofilizado mais conhecido é provavelmente o café solúvel (instantâneo). Muitas refeições prontas, que só são dissolvidas em água a ferver para preparação sob a forma de granulado ou em pó, foram liofilizadas. Em princípio, os alimentos também podem ser secos de forma mais simples, por exemplo, através da desidratação. No entanto, isso tem a desvantagem de alterar a estrutura e a aparência dos alimentos. Além disso, os aromas podem reagir com o oxigénio atmosférico, o que tem influência no sabor.

Durante a liofilização, a estrutura permanece inalterada e as células secas podem absorver facilmente água novamente durante a preparação. Através da secagem sob vácuo, os aromas são em grande parte preservados.

Processo da liofilização

A liofilização (Fig. 1) é um processo puramente físico, baseado no princípio da sublimação. Devido ao vácuo na câmara de secagem, a água congelada é sublimada formando vapor de água. O gelo não passa pelo estado "líquido" e passa diretamente do estado "sólido" para o "gasoso".

Antes do processo de secagem propriamente dito, o produto, quer se trate de bagas, peças de fruta ou extrato de café, tem de ser congelado numa câmara frigorífica. Para isso, o produto é espalhado sobre bandejas que são colocadas diretamente ou em carrinhos na câmara de refrigeração. O produto congelado é então colocado na câmara de secagem propriamente dita (Fig. 2).

Em alguns liofilizadores, o arrefecimento ocorre diretamente na câmara de secagem. Também são utilizados liofilizadores para processos contínuos na transformação de alimentos.

Depois da refrigeração, o processo de secagem propriamente dito decorre na câmara hermética, reduzindo a pressão do ar na câmara através de uma bomba de vácuo até atingir um vácuo de 1 a 0,5 mbar. Nesse momento, o processo de evaporação da água congelada começa de -50 a -40° C. O vapor de água é aspirado da câmara de secagem pela bomba de vácuo, para um condensador a jusante. Neste "adsorsor frio" refrigerado até pelo menos -70 °C, o vapor de água é sublimado e condensado sob a forma de gelo na serpentina de arrefecimento. A maioria da humidade é extraída do produto neste passo de processo, chamado de secagem primária.

Durante a sublimação, a energia térmica é extraída da câmara de secagem. Isto significa que a temperatura na câmara reduzir-se-ia durante este processo. Para evitar isso, a câmara tem de ser aquecida. É necessário ter atenção para assegurar que apenas seja adicionada a energia térmica equivalente àquela que é extraída da água sob a forma de energia de sublimação, a fim de manter uma temperatura constante ou permitir um ligeiro aumento da temperatura até -20° C.

Para a maioria dos bens alimentares, a secagem primária é seguida imediatamente por uma secagem secundária. Isto envolve a extração mais forte da humidade residual do produto, reduzindo o nível de vácuo para 0,01 mbar ou menos e elevando a temperatura acima do ponto de congelação. Em seguida, a câmara de secagem é ventilada até alcançar a pressão atmosférica e o produto seco com um teor de água de um a quatro por cento é removido para o processamento subsequente. O ar seco ou um gás inerte são utilizados para a ventilação, para impedir que o produto seco absorva humidade do ar ambiente.

Especificações físicas

O processo de liofilização depende essencialmente destes parâmetros (Fig. 3):
Naturalmente, os produtos e as suas propriedades também desempenham um papel importante. Por este motivo, os testes serão realizados em instalações piloto antes da liofilização industrial ou antes da secagem de grandes quantidades de produto.

Tecnologia de vácuo para a liofilização

A liofilização requer um fornecimento de vácuo fiável e ajustável com precisão. Dois tipos de geração de vácuo foram comprovados em liofilizadores industriais para bens alimentares:


Qual dos dois sistemas de vácuo é mais adequado depende do tamanho da instalação de secagem, dos produtos a secar e dos parâmetros físicos já mencionados.

Sistema de vácuo com bombas de vácuo de palhetas rotativas e um acelerador de vácuo

As bombas de vácuo de palhetas rotativas são lubrificadas com óleo e atingem uma pressão final de até 0,1 milibar.

Para gerar um nível de vácuo mais alto e ter um caudal suficientemente elevado na gama de funcionamento inferior a 1 milibar, é aconselhável utilizar o chamado acelerador de vácuo.

Isto tem a vantagem de conseguir um nível de vácuo de até < 0,001 milibar. Além disso, uma combinação de bombas de vácuo de palhetas rotativas e aceleradores de vácuo pode ter um design mais preciso para o tamanho do liofilizador e é ainda mais eficaz em termos de energia do que uma grande bomba de vácuo de palhetas rotativas simples.

Por fim, um especialista em vácuo pode calcular a combinação de bombas mais eficaz. Graças à vasta gama de tamanhos de bombas de vácuo de palhetas rotativas e aceleradores de vácuo, a Busch Vacuum Solutions pode oferecer sempre o sistema de vácuo certo para cada tamanho de liofilizador.

Sistema de vácuo com bombas de vácuo de parafuso e acelerador de vácuo

As bombas de vácuo de parafuso funcionam a seco, ou seja, sem óleo, e atingem uma pressão final de até 0,01 milibar.

Também é preferível um sistema de vácuo com uma bomba de vácuo de parafuso juntamente com um acelerador de vácuo a uma solução com uma única bomba de vácuo.

As bombas de vácuo de parafuso podem ser equipadas com um motor com variador de frequência para que o caudal se adapte automaticamente aos respetivos requisitos do passo do processo durante a liofilização.

Como selecionar a melhor tecnologia de vácuo para o seu processo?

Geralmente, deve ser consultado um especialista em vácuo ao selecionar a tecnologia de vácuo e o seu dimensionamento. O especialista estará sempre em condições de oferecer a solução mais económica e tecnicamente sensata.

Há décadas que a Busch Vacuum Solutions produz soluções de vácuo para a liofilização de bens alimentares e produtos farmacêuticos. Para além da tecnologia de vácuo, a Busch também oferece todos os dispositivos de monitorização, medição e deteção para todo o processo.

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