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Engenharia AlimentarProcessamento Geral de Alimentos

LIOFILIZAÇÃO

ESAC - Ivo Rodrigues 2008

LIOFILIZAÇÃO

Definição:A liofilização remove a água e outros solventes do produto congelado pelo processo de sublimação. A sublimação ocorre quando a água no estado sólido é convertida directamente em vapor de água, sem passar pelo estado líquido.

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LIOFILIZAÇÃOFundamentos da Liofilização:

a liofilização só pode ocorrer quando a temperatura e a pressão parcial do vapor da água forem inferiores à s do ponto triplo da água (610 Pa à temperatura de 0,01 ºC , para a água pura)

LIOFILIZAÇÃOFundamentos da Liofilização:

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LIOFILIZAÇÃO

Etapas da Liofilização:

- (Pré) Congelação (< 0ºC)- Secagem Primária (eliminada 90% da água – produto com 15% de humidade)

- Secagem Secundária (eliminada 10% da água –água ligada – produto desidratado até 2% de humidade)

LIOFILIZAÇÃO

Ciclo de Liofilização:

• Acondicionamento da matéria-primaProcesso caro, exige matéria-prima de qualidade e a aplicação de tratamentos prévios adequados,•Selecção•Limpeza (lavagem)•Inactivação enzimática (tratamento térmico ou químico)•Preparação do produto (corte p/ produtos sólidos ou pré-concentração p/ produtos líquidos)

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LIOFILIZAÇÃO


• Congelação do produto•Cristais pequenos•Temperatura tal que permita a menor quantidade possível de água por congelar•Interna (congelação evaporativa e adiabática –20% da água é eliminada) •Externa

•Convecção forçada para legumes, carnes e pescado•Leito fluidizado para legumes de pequena dimensão•Condução (em cilindros rotativos) para alimentos lí quidos•Criogénica (azoto líquido)

LIOFILIZAÇÃO


• Secagem primária•Sublimação do gelo controlando a pressão de vácuo e o aumento da temperatura (calor latente de sublimação –2840 kJ/kg)

• Secagem secundária•Eliminação da água ligada por evaporação a vácuo•Aumento da temperatura (20-60ºC)•Perigo de colapso•Até um conteúdo de água de 2%•Final controlado pela temperatura no produto ou pel o peso

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LIOFILIZAÇÃO


• Armazenamento do produto seco•Conteúdo residual de água no produto seco éum factor critico que afecta a vida do produto em armazenamento•Produtos higroscópicos•Sensibilidade à oxidação•Embalagem a vácuo ou em atmosfera protectora de azoto ou CO 2

• Re-hidratação e utilização

LIOFILIZAÇÃOCiclo de LiofilizaçãoComo Funciona um Liofilizador?

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LIOFILIZAÇÃO

Transferência de calor e de massa:

• Os perfis de temperatura e humidade no alimento, durante a liofilização, dependem dos coeficientes d e transferência de calor e de massa

• O calor é transferido até à frente de sublimação (fronteira entre produto seco e produto congelado) através da camada seca, da camada congelada ou de ambas, dependo da fonte

LIOFILIZAÇÃO

Transferência de calor e de massa:

• Quando ocorre a sublimação, o vapor de água é conduzido até à superfície por um mecanismo de transferência de massa que depende da estrutura do produto desidratado.

• O vapor de água é transferido desde a frente de sublimação, através do produto seco, atéà superfície e retirado através do vácuo

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LIOFILIZAÇÃOTransferência de calor e de massa Como Funciona um Liofilizador?

Pressão de Vapor (mBar) Temperatura (ºC)6.104 02.599 -101.034 -200.381 -300.129 -400.036 -500.011 -600.0025 -700.0005 -80

LIOFILIZAÇÃOTransferência de calor e de massa Como Funciona um Liofilizador?

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LIOFILIZAÇÃOQual o tempo de liofilização?

( )hsa TTL

Ak

dt

dQ −=

( )L

ppAp

dt

dw wh −=

( )L

pp

RT

DA

dt

dw wh

h

−=

dt

dLWWA

dt

dwt )( 0 −= ρ

dt

dQ

dt

dw

sλ1−=

Lei de Darcy

Lei de Fick

(no equilíbrio a v.t.c. = v.t.m.)

(variação da humidade na camada seca)

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

(v.t.c. na superfície de aquecimento do alimento)


( ) ( ) ( )dt

dLWWA

L

pp

RT

DA

L

ppAp

L

TTAk

dt

dwt

wh

h

wh

s

hsa −=−=−=−−= 0

)( ρλ

Substituindo na equação (5) a equação (1)…

e integrando entre os limites: t = 0, L = 0 e t = t, L = Lt …

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( )( )

( )( )

( )( ) 222

20

20

20 t

wh

tht

wh

tt

hsa

tst

L

ppD

WWRTL

ppp

WWL

TTk

WWt

−−=

−−=

−−= ρρρλ

Onde:

λs – calor latente de sublimação

Ka – condutividade térmica da fracção seca do alimento; A – área sujeita a sublimação

Ts – temperatura da superfície seca; Th – temperatura da frente de gelo

L – espessura da camada seca ; p – permeabilidade da fracção seca do alimento

ph- pressão de vapor do gelo na frente de sublimação; pw – pressão de vapor de água na sup. do produto

D – difusividade interna do vapor de água; ρ - massa especifica do produto seco

W0 – humidade inicial do produto (b.s.); Wt – humidade (b.s.) da capa seca no tempo t

LIOFILIZAÇÃOEquipamentos de Liofilização

Componentes de um liofilizador:

• Sistema de arrefecimento do produto (pode não ter)

• Equipamento para produção de vácuo• Sistema de aquecimento do produto (condução ou radiação)

• Condensador frigorífico para converter o vapor produzido em gelo

Sistemas descontínuos (pequena-média escala)

Sistemas contínuos

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LIOFILIZAÇÃOMétodos de Liofilização


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LIOFILIZAÇÃOA Liofilização é vulgarmente utilizada

na:- Indústria Farmacêutica- Indústria Alimentar

e ainda para:- Estabilização de Culturas Microbianas- Conservação de Animais para Exposição- Restauração de Livros

- etc .

LIOFILIZAÇÃOLiofilização versus Secagem em Fase Líquida

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LIOFILIZAÇÃOLiofilização versus Secagem em Fase Líquida

Vantagens:

- Produtos com estrutura inalterada, fáceis de transf ormar em pó e de dissolver, fáceis de (re)hidratar;

- Reduzidas alterações nos nutrientes, cor, aroma e g osto (alimentos) e mínima perda de actividade em materiais sensíveis a o calor (microrganismos);

- Produtos liofilizados tem melhor qualidade que os mes mos produtos desidratados por outros métodos;

- Processo não poluidor, água residual baixa (1 a 3%) , fácil de armazenar e de transportar;

LIOFILIZAÇÃOLiofilização versus Secagem em Fase LíquidaDesvantagens:

- Equipamento muito caro (3 vezes mais que em outros métodos de secagem), difícil de atingir a temperatu ra de liofilização (-60º C), bombas de vácuo muito potente s;

- Custo energético muito caro (2-3 vezes mais que em outros métodos de secagem)

- Processo muito demorado (mais do 24 horas)

- Produtos com facilidade de hidratar e frágeis pelo que devem ser cuidadosamente embalados e armazenados.

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LIOFILIZAÇÃOLiofilização versus Secagem em Fase LíquidaQuando utilizar a liofilização?

- Produtos instáveis;

- Sensível ao calor;

- Quando a rápida e completa re-hidratação é requerida;

- Produtos de elevado valor;

- Minimização do peso;

- Não é aconselhável o armazenamento em refrigeração o u congelação;

LIOFILIZAÇÃO

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LIOFILIZAÇÃO

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