Liofilización en Colombia Ahora o Nunca !
La Liofilización es la mejor técnica de estabilización de productos perecederos. Requerimos en Colombia personas y/o empresas que presten servicio a terceros a razón de 200 toneladas seco mes.
Jorge Rivera
22 de July · 6777 palabras.
22 de July · 6777 palabras.
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馃晿 Resumen
Colombia tiene una gran variedad de frutas, verduras y otros alimentos que pueden presentar problemas de deterioro y almacenamiento por falta de manejo de postcosecha. La liolilizaci贸n ofrece una excelente alternativa para mejorar la calidad de los productos y prolongar su vida 煤til en el mercado.
Actualmente, el pa铆s solo utiliza m茅todos convencionales de deshidrataci贸n, pero existen otros m茅todos m谩s eficientes que son muy populares en otros lugares del mundo.
A pesar de contar con dos empresas dedicadas a la liolilizaci贸n, hay una necesidad de capacitaci贸n de personal y expansi贸n en equipos.
Los productos con baja actividad acuosa son ideales para este proceso, ya que se conservan por m谩s tiempo, no pierden sus propiedades y su peso se reduce, lo que disminuye el costo de transporte en un 90%.
La liolilizaci贸n es una buena oportunidad para agregar valor a los productos agropecuarios en Colombia.
1.Principios b谩sicos de criobiolog铆a
2.Liofilizaci贸n
3.Ventajas y desventajas del congelamiento fuera del liofilizador
4.Consejos para cargar el liofilizador
5.Bibliograf铆a
Colombia es un pa铆s rico en flora y fauna de la cual en la primera encontramos grandes variedades de frutas, verduras, flores y dem谩s vegetales que pese a ser cultivados todo el a帽o presentan problemas en algunos casos por la falta de manejo de postcosecha en cuanto a su deterioro y su almacenamiento debe darse en condiciones que involucren una cadena de fr铆o, o deben ser transformados inmediatamente.
Est谩 muy claro el tema de que sin ciencia y tecnolog铆a Colombia no va para ning煤n sitio, es as铆 como la liofilizaci贸n en un escenario como el nuestro presenta una extraordinaria alternativa en cuanto al aumento del valor agregado de los productos agropecuarios, con una consecuente prolongaci贸n en el tiempo de vida 煤til de los mismos.
En el pa铆s actualmente nos quedamos en el tema de la deshidrataci贸n convencional, que si bien es cierto es un extraordinario m茅todo, en otras latitudes conocen los otros m茅todos que son aquellos a los que apuntan el mercado local y el del exterior.
El pa铆s cuenta con dos empresas medianamente grandes que le apuntaron al tema de la liofilizaci贸n, quienes permanecen totalmente colmadas de trabajo en t茅rminos que no tienen ya capacidad ociosa y requieren expandirse y la federaci贸n de cafeteros que posee los equipos m谩s grandes del mundo dedicados exclusivamente a la producci贸n de caf茅 liofilizado.
Se requiere personal capacitado y equipos que sean capaces de transformar el producto fresco inicial en otro de similares caracter铆sticas, pero libre de uno de los factores que m谩s permiten la contaminaci贸n que es el agua. Los productos de escasa actividad acuosa tienen unas ventajas comparativas extraordinarias gracias a que se preservan m谩s en el tiempo, no pierden sus propiedades y su peso se reduce de tal forma que al ser transportado un producto terminado el precio del flete se reduce en un 90 por ciento que es aproximadamente la misma reducci贸n que se da en promedio en la mayor铆a de productos.
Los productos obtenidos por liofilizaci贸n son limpios porque el m茅todo impuesto por efectos de bajas temperaturas y bajas presiones permite la asepsia casi completa de estos...esto sumado a la liofilizaci贸n de productos ecol贸gicos donde el valor agregado obtenido ser谩 el doble.
Quien sepa liofilizar -liofilizaci贸n es estar en capacidad de manejar cepas bacterianas, concentrarlas y liofilizarlas especialmente en el manejo de los productos l谩cteos, biol贸gicos, bacterias,etc, mejorando la calidad de los productos finales- podr谩 en el 谩rea de biotecnolog铆a agr铆cola deshidratar semillas, quienes gracias a su totipotencia al ser hidratadas volver谩n a "activarse",en el 谩rea de alimentos la liofilizaci贸n ser谩 煤til en la elaboraci贸n de productos tales como tratamientos celulares embrionarios, producci贸n de alimentos secos en pasta o en polvo con vida 煤til de varios a帽os sin perder sus propiedades f铆sicas, qu铆micas, organol茅pticas y conservando esencialmente sabores olores y principios activos.En el campo de la farmacolog铆a el estudiante de liofilizaci贸n estar谩 en capacidad de realizar concentraciones de microorganismos 煤tiles para el ser humano,especialmente en la producci贸n de vacunas, sueros en polvo etc.
Uno de los problemas que siempre ha preocupado a los investigadores y cientificos es el de la labilidad que presentan gran n煤mero de productos biologicos, quimicos, alimenticios, etc, que al ser facilmente desnaturalizables, no permiten su conservaci贸n sin que sus cualidades originales sean alteradas.
Una serie de factores influyen en la alteraci贸n de dichas sustancias tales como microorganismos, el agua, las enzimas, el oxigeno, la temperatura, etc los diferentes procedimientos empleados para la conservacion de sustancias labiles est谩n muy lejos de llegar a la perfeccion que seria la supresi贸n de todos los factores externos e internos que las afecten.
El ideal, ser铆a poder conservar un producto y encontrarlo absolutamente id茅ntico en el momento, sea cual sea el tiempo transcurrido, para ello es necesario conservar su integridad f铆sica y la composici贸n qu铆mica, de los mas m铆nimos componentes, sino tambi茅n mantener el inicial reparto de estas sustancias en la masa que los contiene y en el caso de los tejidos animales o vegetales, respetar escrupulosamente su armoniosa arquitectura celular.
La liofilizaci贸n es la que nos brinda mayores ventajas en la conservaci贸n de los productos l谩biles por lo cual al someter a un producto a este m茅todo obtenemos las siguientes ventajas.
-la temperatura a la cual es sometido el producto est谩 por debajo de aquella a la que muchas sustancias inestables sufren cambios qu铆micos
-debido a la baja temperatura a la que se opera ,la perdida de constituyentes vol谩tiles es minima.
-gracias a que todo el proceso se realiza bajo congelamiento total del producto, no se produce formaci贸n de espuma ni burbujas, lo que desnaturalizar铆a las prote铆nas de este.
el soluto permanece uniformemente disperso y distribuido sin sufrir concentraci贸n ni tendencia a la coagulaci贸n.
-el producto final liofilizado se presenta id茅ntico al producto que ingreso ,salvo ser una estructura presentada como un armaz贸n s贸lido sumamente poroso ,ocupando pr谩cticamente el mismo espacio y volumen, por lo cual este producto queda completamente desmenuzable debido a su estructura porosa libre de agua.,debido a esto la solubilidad es r谩pida y completa.
-debido a su minima actividad acuosa el producto logra una gran estabilidad dif铆cilmente alcanzada por otro m茅todo de desecaci贸n.
-no hay cambios enzim谩ticas, en todo el proceso lo que proporciona entre otras cosas una excelente microbiolog铆a.
-otra ventaja enorme es que dado que la liofilizaci贸n se realiza bajo vac铆o todo el tiempo la cantidad de oxigeno presente es nula, por lo que los constituyentes f谩cilmente oxidables quedan protegidos.
Esto se resume en una estabilidad 贸ptima, buena y r谩pida solubilidad, conservaci贸n ilimitada, r谩pida disponibilidad de uso entre otras, f谩cil almacenamioento, fletes reducidos entre otras muchas ventajas.
La liofilizaci贸n surgi贸 de la necesidad .fue utilizada hace siglos por incas y vikingos que requer铆an comida hipercalorica, muy liviana e imputrescible, para sus grandes recorridos y sus incursiones militares.
Los incas aprovechaban el altiplano con sus noches heladas y su insolaci贸n diurna, para transformar la papa que llevaban en sus mochilas convirti茅ndose en chuno y la carne de llama en charqui, quienes posiblemente fueron los primeros productos liofilizados de la historia.
Los vikingos, con monta帽as mas bajas y el sol mas oblicuo, liofilizaban el arenque con menos perfecci贸n "la naci贸n de buenos aires, articulo la liofilizaci贸n algo que vale la pena conocer, Dr. Agust铆n Saavedra"
Acerc谩ndonos mas a nuestros d铆as los cient铆ficos bordas y d鈥瞐rsonval en 1906 de Francia y shackell americano en 1909 descubren la aplicaci贸n b谩sica del principio de la sublimaci贸n, donde se dan a la tarea de describir un peque帽o y elemental aparato de liofilizaci贸n de laboratorio.
A帽os mas tarde se vio venir la aplicaci贸n industrial de la liofilizaci贸n en los trabajos de Ew.flosdorf y s mudd, que trabajando en la escuela de medicina de Pensilvania liofilizan los primeros productos para uso cl铆nico a gran escala principalmente sueros y plasma humano.
Los bancos de sangre americanos, empiezan a producir industrialmente plasma humano liofilizado para el ejercito debido al 茅xito de la conservaci贸n del plasma por liofilizaci贸n ,esta t茅cnica aplicada que arranco se utilizo para la producci贸n de penicilina y diversos antibioticos,enzimas,sueros y vacunas a fin de prolongar su vida terap茅utica.
De all铆 en adelante la evoluci贸n de la liofilizaci贸n ha sido restringida al uso farmac茅utico ,hace pocas d茅cadas aplicada al mejoramiento de la solubilidad y sus presentaciones de caf茅 en Colombia y brasil .
Especialmente en Colombia se destaca la familia Forero quienes conocen los beneficios de los tratamientos celulares embrionarios (pato, cordero, etc)
Pocas universidades en el pa铆s se dan a la terea de incluir la t茅cnica y pocas personas conocen los productos y mucho menos conocen de que se trata el proceso y que ocurre al interior de un equipo.
Estamos hablando de un descubrimiento mas no de una invenci贸n de hace mas de un siglo y la aplicaci贸n y el conocimiento no se ha difundido, las pocas empresas que existen son millonarias y realmente son proyectos que requieren mucho dinero pero son altamente realizables.
A帽os despu茅s ya en los dos mil en Venezuela se re煤nen cient铆ficos con un fin filantr贸pico y crean una sociedad la ISL-FD de la cual soy miembro y estoy creando el capitulo colombiano junto con la doctora 脕ngela Gaviria. Dicha sociedad internacional con sede actual en los Estados Unidos con cerca de dos mil miembros desea ac谩 en la regi贸n promover eventos t茅cnico relacionados con el tema de la liofilizaci贸n, potenciar programas t茅cnico cient铆ficos en colombia, incorporar la tem谩tica en alg煤n programa educacional entre otras cosas.
La liofilizaci贸n como podemos darnos cuenta e s tan antigua como la tierra misma, descubierta hace cerca de ciento dos a帽os y aun estamos discutiendo si la aplicamos o no.
Para mi juicio es el mejor m茅todo de conservaci贸n (estabilizaci贸n) de biol贸gicos.
Actualmente no hay una normativa sobre los productos liofilizados, lo que nos indica que los que trabajemos sobre ella seremos los que impondremos las normas.
Principios b谩sicos de criobiolog铆a
Dra. Irene Boiso.
Servicio de medicina de la reproducci贸n. Departamento de obstetricia y ginecolog铆a.
Institut dexeus. Barcelona
El objetivo de la criopreservacion es el mantenimiento de la viabilidad y funcionalidad celular.
La criopreservacion de material biol贸gico ocurre en soluci贸n acuosa en diferentes solutos presentes .las propiedades fisicoqu铆micas que rigen a los eventos a los cuales esta sometida la soluci贸n durante la congelaci贸n deriva de la concentraci贸n de solutos disuelta en ella.siendo el punto de congelaci贸n de la soluci贸n inversamente proporcional a la concentraci贸n de solutos presentes en ella.
Cuando una suspensi贸n celular es enfriada y alcanza entre -5 grados cent铆grados y menos 10 se forman n煤cleos de hielo distribuidos aleatoriamente en el medio extracelular que dar谩n lugar a regiones en fase cristalina .el hielo del espacio extracelular coexiste con el agua liquida interna de la c茅lula gracias a la membrana que constituye la barrera que detiene la cristalizaci贸n interna.
Extracelularmente se forma hielo puro dejando los solutos mas concentrados en la fracci贸n liquida a medida que el cambio progresa .de esta forma las c茅lulas deben deshidratarse para mantener el equilibrio om贸tico en un medio extracelular cada vez mas hipert贸nico.
Al tener un proceso de enfriamiento programado llegamos al punto eutectico donde la fase liquida remanente y los solutos solidifican.
Al haber un congelamiento lento se puede presentar el sobreenfriamiento estado en el que la suspensi贸n alcanza temperaturas por debajo de su punto de cristalizaci贸n manteni茅ndose en estado liquido .el agua intracelular sobrenfriada sale en respuesta a la diferencia del potencial de los medios extra e intercelular.
Para evitar da帽os en el sobreenfriamiento se induce la nucleaci贸n de cristales a una temperatura ligeramente superior que la de nucleaci贸n espont谩nea de la soluci贸n.
La velocidad con la que desciende la temperatura es muy r谩pida, la c茅lula no alcanza a deshidratarse igual de r谩pido y puede llegar a la temperatura de nucleaci贸n, el agua remanente se congela formando hielo intracelular.si la velocidad de enfriamiento es muy lenta la deshidrataci贸n ser谩 extrema llegando al colapso celular.
Con una velocidad adecuada de enfriamiento la c茅lula se deshidratara y concentrara intracelularmente antes de alcanzar la temperatura de nucleaci贸n, de manera que la posibilidad de congelaci贸n intracelular y consecuente da帽o celular se minimizara.esto dar铆a como resultado una optima supervivencia celular.
Hablamos de criobiolog铆a en liofilizaci贸n porque las temperaturas a las cuales vamos a trabajar rayan algunas veces en las de criocongelacion, adem谩s cualquier producto que vayamos a estabilizar por este m茅todo debe someterse a un precongelamiento que es el paso inicial del proceso de liofilizaci贸n.
Y es all铆 donde tener nociones de criobiolog铆a nos va a ayudar porque el secreto de la obtenci贸n de un buen producto liofilizado es la congelaci贸n inicial, adem谩s el producto que vamos a congelar esta compuesto por muchas mol茅culas diferentes que se van a congelar a diferentes temperaturas por lo cual hay que encontrar una que las cobije a todas y de una forma r谩pida para evitar cristalizaciones, da帽o celular (en caso que el producto contenga c茅lulas), etc.
En la mayor铆a de los m茅todos utilizados para deshidrataci贸n o desecaci贸n de productos interviene el calor, temperaturas que si bien no son excesivas, pueden dar como resultado final algo diferente en su composici贸n que lo que cargamos inicialmente, aunque su aspecto exterior sea el mismo.
Todos los equipos y las t茅cnicas de deshidrataci贸n son validas, pero debemos elegir una que se acomode a nuestras necesidades y a las del producto que queremos obtener.
Al involucrar calor en un proceso alteramos mol茅culas poni茅ndolas a vibrar algunas veces muy r谩pidamente y podemos destruir la arquitectura del producto ,esto no estar铆a tan mal si no destruy茅ramos su composici贸n qu铆mica .para lo estudiosos de la qu铆mica y la bioqu铆mica ,no es lo mismo una cantidad de amino谩cidos sueltos ,que una prote铆na completa.
Todas las enzimas son prote铆nas, pero no todas las prote铆nas son enzimas dec铆a un profesor de los andes, pues bueno los amino谩cidos libres por si solos no son prote铆nas, ocurre que cuando sometemos un producto a temperaturas altas, lo deshidratamos, pero al no conocer las propiedades t茅rmicas, estamos muchas veces, rompiendo prote铆nas en sus componentes que son estos a.a y al terminar el proceso el producto obtenido es otro diferente al que inicialmente cargamos.
Esto no implica que este hablando mal de los otros m茅todos de deshidratacion, pero evaluemos si queremos tener un est谩ndar de producto al cual le hagamos trazabilidad desde el inicio, hasta el consumidor final.
Caemos much铆simas veces en el error que todo lo sometido a calor es bueno.
Para quienes quieren atar un proceso productivo a una transformaci贸n de producto industrialmente por un m茅todo que de sobretodo estabilidad hay para mi entender dos m茅todos de los cuales yo defiendo el primero que son
1- Liofilizaci贸n
2- Deshidrataci贸n por tonel de secado por microondas al vac铆o y la segunda aun en fase experimental (bueno ya arrancando) la cual nos puede brindar mayor cantidad de producto en menor cantidad de tiempo gracias a ser de carga continua y a tener unos ciclos demasiado cortos .parece estupendo este m茅todo.
Cuando calentamos algo en el microondas nos sorprendemos que los recipientes no se derriten, no se calientan, pero lo que deseamos consumir sale a una temperatura agradable al paladar, porque ocurre esto?
Ya existen empresas enormes de mucho renombre que est谩n apostando por esta tecnolog铆a y han dise帽ado t煤neles espectaculares con resultados finales excelentes, a costos menores gea Niro y otros ya dise帽an estos t煤neles, pregunto de esto tan bueno si dan tanto?
Las microondas se introducen en los productos y ponen a vibrar las mol茅culas lo que genera el calentamiento ,especialmente en los productos de actividades de agua altas, donde el libre camino molecular que vamos a ver mas adelante permite que por el recorrido de estas mol茅culas vibren ,se estrellen y den como resultado un aumento en la temperatura del producto.
El t煤nel no requiere precongelamiento, es aqu铆 donde yo empezar铆a desde mi punto de vista a defender mi apreciado m茅todo .el numero uno.
Para toda actividad como lo coloque en los diez mandamientos de las bpm hay que realizar protocolos, de siembra, de cosecha, de postcosecha, de recepcion, de precongelamiento, de introducci贸n, de todo, aunque conozco el m茅todo del t煤nel, me quedo corto en el dise帽o de un protocolo; que me ayuda cada vez mas a defender repito la liofilizaci贸n.
La temperatura es la medici贸n del grado de agitaci贸n molecular de los cuerpos .la energ铆a interna de un cuerpo aumenta al aumentar su agitaci贸n molecular, es decir su temperatura
Calor es el paso o tr谩nsito de la energ铆a interna de un cuerpo caliente a uno fr铆o
fri贸 es el paso de la energ铆a interna desde un cuerpo m谩s fri贸 a uno m谩s caliente.
Todo se pasa, todo se cede, se pierde, pero no se tiene.
Un cuerpo tiene energ铆a interna, no calor.
El calor y el fri贸 se refieren a cantidad, la temperatura a calidad.
El calor o el fri贸 son una manifestaci贸n de la energ铆a y la temperatura es la manifestaci贸n de esta forma de energ铆a.
El calor se mide en calor铆as, siendo una calor铆a, el calor necesario para elevar la temperatura de un gramo de agua desde los 14.5 grados cent铆grados a los 15.5 grados cent铆grados
el fr铆o se mide en frigor铆as, siendo la cantidad de calor que es necesario quitar a un gramo para disminuir su temperatura de 1 grado cent铆grado a cero grados cent铆grados
Calor sensible es aquel que se da a un cuerpo para que aumente su temperatura, es apreciable en el term贸metro.
Calor latente es el calor necesario para trasformar un cuerpo de un estado a otro sin modificar su temperatura.
Equilibrio t茅rmico de la materia
se sabe que el agua necesita calor latente de vaporizaci贸n para que cambie de un estado l铆quido al estado gaseoso a una misma temperatura.este fen贸meno continuar谩 hasta que desaparezca la 煤ltima gota de agua l铆quida o hasta que el ambiente que la rodea est茅 saturado con el vapor de agua emitido.
Mientras el ambiente no est茅 saturado, el l铆quido se ir谩 evaporando y el calor latente de vaporizaci贸n, lo obtendr谩 de la temperatura ambiente y del mismo l铆quido, por lo que la temperatura del mismo disminuir谩 sensiblemente, hasta que el equilibrio t茅rmico sea reestablecido.para romper este equilibrio es preciso aportar calor exterior al sistema y para acelerar el proceso de valorizaci贸n se precisa de un sistema que retire este vapor emitido, siendo todos estos cambios reversibles.
Tensi贸n de vapor.
Toda sustancia l铆quida tiene la tendencia a pasar al estado de vapor .esta tendencia viene representada por la tensi贸n de vapor, produci茅ndose una evaporaci贸n en la superficie externa del l铆quido.
Para una sustancia el valor de la tensi贸n de vapor var铆a en funci贸n de la temperatura y crece al aumentar esta.
La evaporaci贸n se convierte en ebullici贸n, cuando el aumento de la temperatura provoca que la tensi贸n de vapor llegue a su valor m谩ximo.
Ac谩 vemos el caso del porqu茅 en las cuerdas la ropa se seca, si en ning煤n momento se ha llegado a la temperatura de ebullici贸n del agua.
A la temperatura de ebullici贸n, la tensi贸n de vapor del l铆quido es igual a la presi贸n del medio ambiente.
Esta tensi贸n depende de la presi贸n y disminuye con esta, as铆 el agua hierve a menor cantidad de grados en un sitio de mayor altitud.
una sustancia se encuentra saturada con otra cuando es imposible disolver m谩s cantidad de la segunda en la primera, as铆 el aire cuando se satura de agua ya no acepta m谩s cantidad ,desprendi茅ndose el exceso por condensaci贸n en forma de agua .
Los principios b谩sicos que regulan la liofilizaci贸n, reposan en el diagrama del punto triple del agua.
El diagrama permite deducir el cambio de los estados del agua de s贸lido a vapor, sin pasar por el estado l铆quido, El punto de equilibrio corresponde a las coordenadas de 0,008 grados cent铆grados y 4,6 torriecellis de presi贸n que es donde coexisten las tres fases en equilibrio.
En la Liofilizaci贸n nos interesan estas tres curvas, ya que en la primera fase el producto se congela, debi茅ndose evitar su fus铆贸n durante todo el proceso ya que instant谩neamente y debido al vac铆o existente el producto se evaporar铆a .En una segunda fase el producto helado sublima y el vapor de agua emitido, se solidifica en la pared del condensador.
Este diagrama se cumple con agua pura y deja de seguirse ciando se trata de un sistema de m谩s de un componente, en el que adem谩s de la presi贸n y la temperatura entra en juego la concentraci贸n del soluto en relaci贸n con al solvente, de tal forma que el punto triple ver谩 desplazado a valores de temperatura y presiona inferiores a los del agua pura.
El producto que nosotros vamos a liofilizar corresponde a uno que tiene bastantes componentes, si obtenemos esta gr谩fica con el agua pura miremos los valores de presi贸n y temperaturas en cada uno de estos componentes por lo que deber铆amos obtener varias gr谩ficas por un solo producto.
Vemos ac谩 que es un proceso complejo que implica congelaci贸n y tiene bastantes variables de las cuales mencionamos hasta ahora, presi贸n, temperatura, concentraci贸n de solutos.
La soluci贸n que congela totalmente, constituye la mezcla eutectica y la temperatura a la que se lleva a cabo, es el punto eut茅ctico .La presi贸n del vapor total de un sistema ene el que no se ha alcanzado el eut茅ctico, es el resultado de la suma de las presiones parciales de cada uno de los componentes.
Por debajo del eut茅ctico cuando ambas sustancias est谩n en estado solid贸, cada una conserva su tensi贸n de vapor caracter铆stica a su temperatura, sin influenciarse mutuamente.
Es indispensable en liofilizaci贸n en la que el hielo debe pasar a vapor por sublimaci贸n, es prerrequisito enfriar por debajo del eut茅ctico para que toda el agua est茅 totalmente cristalizada y como segundo que por aporte externo de calor铆as, se alcance la temperatura correspondiente al punto de fus铆贸n, sin antes haber logrado la total sublimaci贸n del hielo.
Pero milagrosamente existen sustancias de carga que pueden elevar el punto eut茅ctico de soluciones que lo tienen muy bajo, con la adici贸n de ciertas sustancias.
Si se pasa de de ciertos l铆mites de temperatura y presi贸n se puede provocar fus铆贸n intersticial con lo que el producto se desnaturalizar谩 e incluso puede llegar a destruirse completamente.
El secado primario de todo producto a liofilizar debe hacerse en estado s贸lido exclusivamente por sublimaci贸n que sabemos que es el paso del estado s贸lido al estado de vapor sin pasar por el estado l铆quido.
Con el fin de garantizar una perfecta congelaci贸n es importante conocer el punto eut茅ctico de la soluci贸n a liofilizar, con ello determinar la temperatura m铆nima en que todos sus componentes se han congelado totalmente.La temperatura del material congelado tiene que ser controlado cuidadosamente durante la sublimaci贸n.
Debemos tener cuidado con el congelamiento porque si de alguna manera quedan l铆quidos o agua intersticial durante la sublimaci贸n puede provocarse lo siguiente.
Alteraci贸n qu铆mica o enzim谩tica de la sustancia tratada
P茅rdida de agentes arom谩ticos vol谩tiles debido a evaporaci贸n libre
P茅rdida de part铆culas de polvo seco, arrastradas por el vapor de agua del l铆quido en ebullici贸n.
Formaci贸n de espuma en toda o parte de la masa, cuando la fusi贸n intersticial es grande.
Por eso el secado primario debe realizarse en estado s贸lido, exclusivamente por sublimaci贸n.
En fr铆o y con determinados valores de presi贸n un l铆quido puede ebullir desnaturalizando los componentes principales del producto.
Recapitulemos, la Liofilizaci贸n es un m茅todo de conservaci贸n, deshidrataci贸n, estabilizaci贸n de productos de alguna actividad de acuosa por intermedio de temperaturas bajas y vac铆o.
Esto es lo importante, en ning煤n momento vamos a someter a nuestro producto, soluci贸n etc. a temperaturas altas que afecten sus componentes, siendo la primera parte de esta Liofilizaci贸n que la vemos de nuevo m谩s adelante la congelaci贸n previa.
Todo liofilizador es un equipo de refrigeraci贸n, sumado a un equipo de vac铆o, es recomendable aparte del Liofilizador tener un equipo de congelaci贸n o Freezer que llegue a temperaturas inferiores a los cuarenta grados bajo cero y r谩pidamente a fin de realizar un precongelamiento excelente, que en s铆 es quien nos determina la calidad del producto.
Si pensamos en la liofilizaci贸n de embriones de pato por ejemplo cuyo procedimiento tiene una extracci贸n del "feto del animal ",una homogenizaci贸n, una congelaci贸n y una posterior liofilizaci贸n completa .y no congelamos adecuadamente el producto dentro de los viales o frascos ,encontraremos al final del proceso unos poros demasiado grandes que aparte de no permitir la buena rehidrataci贸n posterior dar谩n un producto visualmente defectuoso ,con unos poros demasiado grandes ,dando una p茅sima apariencia.
Insisto es important铆simo la congelaci贸n y recomiendo esta freezer aparte del Liofilizador, adem谩s porque en procesos continuos de carga y descargue del equipo, permitir谩n en todo momento ganarle algunas horas al proceso.
Importante:
Determinar por los m茅todos conocidos el punto eut茅ctico del producto, sin eso es imposible replicar los procesos, debido a que cada vez que realicemos un batch de producci贸n estamos al final del proceso presentando productos diferentes.
Los m茅todos m谩s conocidos para la determinaci贸n del punto eut茅ctico son:
-las medidas de resistividad que consisten en estudiar las desviaciones de conductividad el茅ctrica de un sistema ,durante su congelaci贸n y descongelaci贸n ,ya que la resistencia de una soluci贸n acuosa ,cambia y aumenta a medida que la soluci贸n se va enfriando.A煤n cuando el producto de la impresi贸n de estar completamente s贸lido ,continua subiendo la resistencia al seguir bajando la temperatura .Solamente cuando el producto est谩 completamente solidificado ,no habr谩 m谩s cambios en la resistencia y hemos descubierto de esta forma el punto eut茅ctico de la sustancia o producto a Liofilizar.
-Otra forma de hallar el punto eut茅ctico es el An谩lisis t茅rmico diferencial que permite conocer la evoluci贸n de la temperatura de un sistema complejo, durante su congelaci贸n y posterior calefacci贸n, tomando como referencia su disolvente, que generalmente es el agua destilada.
Cuando se use la conductividad o resistividad como medio para examinar las propiedades el茅ctricas de una soluci贸n, debe tenerse cuidado de que la medici贸n sea hecha a una frecuencia igual o mayor de 100 Hz para impedir la polarizaci贸n de los electrodos.
Solamente habr谩 posibilidades de reproducci贸n de procesos ,cuando estamos en capacidad de tener una planta piloto con un peque帽o Liofilizador ,un freezer y un espacio con equipos para que determinemos las propiedades t茅rmicas del producto.Esto no es costoso y basados en datos seguros que nos v谩 a proporcionar este laboratorio piloto ,dediqu茅monos a pensar en agrandar el proyecto. Que obviamente es realizable.Les recomiendo profundizar punto triple del agua y estos m茅todos de determinaci贸n del punto eut茅ctico.
En un soluci贸n precongelada, ubicada en el interior de una c谩mara a la cual se le efect煤a un vac铆o suficiente, para que la presi贸n de esta c谩mara se mantenga por debajo de la presi贸n saturante del hielo a la temperatura en que se encuentra el producto, se empezar谩 a producir una lenta y segura sublimaci贸n del hielo, desprendi茅ndose vapor de agua.
Esta es la CLAVE DE LA LIOFILIZACION la sublimaci贸n conocida por todos como el paso de s贸lido a vapor, sin pasar por el estado l铆quido.
Por esta raz贸n un producto no debe llegar a temperaturas de fusiones, y mucho menos se va a desnaturalizar o a perder propiedades, porque todo el proceso es realizado en fr铆o "extremo".
Un fr铆o que permite generar unas presiones diferenciales que son las que en 煤ltimas va a extraerle el agua al producto.
Mayor ser谩 la sublimaci贸n del hielo cuando mayor sea la diferencia de presiones entre producto y componentes del equipo.
Para los f铆sicos e ingenieros del ramo es bien conocido que existen tablas similares a la anterior en las cuales la temperatura tiene una correspondencia en valores de presi贸n especialmente en micrones, los cuales aparecen en la tabla comparativa de presiones.
Ejemplo
Grados centg......Micrones
0 ...........................4579
-1 .........................4000
-3...................... ...3500
-7 .........................2500
-65....................... 4
-80....................... 0,4
-100 .....................0,011
1 micr贸n corresponde a 10 a la menos tres torr
1micron=0.001 mm Hg
Estas equivalencias nos permiten conocer al interior del equipo que ocurre y lo verificamos con los vacu贸metros para entender que una presi贸n corresponde a determinada temperatura y viceversa.
De esta forma un operario controla presiones y temperaturas mediante vacu贸metros y termocupla, de tal suerte que en ning煤n momento de la operaci贸n permitan llegar producto a presiones o temperaturas cr铆ticas.
Como sabemos la atm贸sfera es la masa de aire que envuelve la superficie de la tierra, a causa de su peso (peso por unidad de superficie) sobre la tierra y los objetos que se encuentran en ella.
Al subir (altura metros sobre el nivel del mar) o separarnos de la superficie terrestre llegamos a niveles de disminuci贸n de la presi贸n de aire, hasta llegar a niveles en los que el valor de esta magnitud es pr谩cticamente nulo.
Se calcula que en las zonas m谩s cerca del planeta que por cada diez, metros de altura la presi贸n disminuye aproximadamente un torricelli.
As铆, si a nivel del mar la presi贸n es de 760 Torr, a 600 mts es de 707, a 1000 mts es de 674 y a mil kil贸metros es de 10 a la menos doce Torr.
Vamos viendo que en la medida que se entiendan estos conceptos comprendemos en el caso de los Incas como la comida se preservaba, debido a las alturas, en donde a mayor altura, mayor fr铆o y menor presi贸n, lo cual son los dos factores indispensables para que ocurra la sublimaci贸n.
Presi贸n absoluta es aquella que parte del cero absoluto o (o mm de Hg)
En la presi贸n relativa el cero se mide a partir del valor de la presi贸n atmosf茅rica por lo tanto el valor absoluto ser谩 -1 at Esta presi贸n relativa se usa cuando se manejan gases comprimidos a presiones superiores a la atmosf茅rica.
Vac铆o.
Debe entenderse como la reducci贸n de la presi贸n atmosf茅rica, se utiliza para su medici贸n las mismas unidades de la presi贸n atmosf茅rica solo que con signo negativo.
La definici贸n acad茅mica de vac铆o es el espacio libre de materia, cosa que no es posible, lo cual llevar谩 a definir en un sentido pr谩ctico al vac铆o como un espacio lleno de un gas a una presi贸n inferior a la presi贸n atmosf茅rica.
El vac铆o suele dividirse en
Vac铆o grueso o bajo vac铆o
Vac铆o medio especialmente 煤til en Liofilizaci贸n va entre 1 y 10 a la menos tres Torricellis.
Alto vac铆o
Ultra alto vac铆o
Libre camino Molecular
Es la distancia promedio, que una mol茅cula puede recorrer antes de chocar con otra, desvi谩ndose de su trayectoria a una presi贸n y temperaturas determinadas.
Siendo este libre camino molecular inversamente proporcional a la presi贸n.
La formulaci贸n del producto es quiz谩s el paso mas importante en el proceso de
Liofilizaci贸n
Existen Muchas formulaciones, pero entre ellas hay que hacer 茅nfasis en:
1 formulaciones que pueden ser liofilizadas f谩cilmente para producir una pastilla porosa con estabilidad a largo plazo, que tiene el mismo volumen de la formulaci贸n congelada
2 Otras formulaciones con las cuales hay grandes dificultades para producir un producto liofilizado estable donde la concentraci贸n del principio activo es minima y el soporte de pastilla porosa es m铆nimo es muy complicado de lograr ser reproducibles.
La cantidad del ingrediente activo de una f贸rmula puede variar desde tener varios gramos o tener mil茅simos de gramo donde se complica la obtenci贸n de un producto final, aunque la cantidad del ingrediente activo no implica que el proceso sea reproducible. (Jennings seminario de Liofilizaci贸n 1993)
Algunos f贸rmulas farmac茅uticas y de diagn贸stico requieren de un acondicionamiento previo que les brindar谩 una estabilizaci贸n para la obtenci贸n de un buen producto final, En el caso de la Liofilizaci贸n de organismos vivos puede llevar a la desnaturalizaci贸n y destrucci贸n de la muestra.
Para evitar los da帽os se introducen en la formulaci贸n sustancias de mediano peso molecular de car谩cter org谩nico como por ejemplo el glicerol y fructosa que evitan que las presiones osm贸ticas da帽inas que se generan durante la congelaci贸n destruyan la f贸rmula.
Igual para proporcionar estabilidad a la f贸rmula se pueden introducir compuestos inorg谩nicos cuya aplicaci贸n debe ser cuidadosa porque puede alterar el punto eut茅ctico de la f贸rmula a Liofilizar cuando liofilizamos en viales y permitimos una desecaci贸n excesiva y el producto final a煤n en c谩mara puede desbordarse de los recipientes donde se encuentra, pudi茅ndose arrastrar ingredientes activos al interior del tubo del vac铆o, perdi茅ndose la proporci贸n de la formulaci贸n.
En otros casos como el que nos ocupa que es el de la s谩bila Los s贸lidos totales pueden ser incrementados mediante la adici贸n de agentes de relleno no reactivos que hagan volumen.
El primer paso del proceso de liofilizaci贸n es establecer una formulaci贸n reproducible, es decir, en la cual exista un control cuidadoso sobre la composici贸n qu铆mica y las concentraciones de los constituyentes activos e inactivos.
La palabra clave en la preparaci贸n de un producto a liofilizar es la reproducibilidad. Un producto liofilizado reproducible debe comenzar con una formulaci贸n reproducible.
La liofilizaci贸n puede ser definida como un proceso de estabilizaci贸n en el cual el material primero es congelado y entonces la concentraci贸n del solvente, com煤nmente el agua, es reducida mediante sublimaci贸n y desorci贸n, a niveles que no sostendr谩n m谩s el crecimiento biol贸gico o las reacciones qu铆micas (Dr Thommas Jennings seminario 1993 ISL-FD).
La liofilizaci贸n es un proceso de estabilizaci贸n en el cual la formulaci贸n es congelada primeramente, es decir, hay una separaci贸n del solvente y los solutos y luego la concentraci贸n del solvente, com煤nmente el agua, se reduce primero mediante sublimaci贸n (secado primario) y despu茅s mediante desorci贸n (secado secundario) hasta niveles que no sostendr谩n m谩s el crecimiento biol贸gico o las reacciones qu铆micas.(Dr Thommas Jennings seminario 1993 ISL-FD)
OTRA DEFINICI脫N
Por liofilizaci贸n entendemos la desecaci贸n efectuada a baja temperatura, de un producto previamente congelado, logr谩ndose la sublimaci贸n del hielo bajo vac铆o. Es por lo tanto, e! paso directo de hielo (s贸lido) a gas (vapor), sin que en ning煤n momento aparezca el agua en su estado l铆quido.
El t茅rmino liofilizaci贸n, se refiere a una de las propiedades m谩s espec铆ficas de los productos secados por esta t茅cnica.La gran avidez por el agua o los solventes, qu茅 posee el producto seco, formando una estructura sumamente porosa que se rehidrata r谩pidamente (Lyo: solvente; Philo: amigo).
A - C谩mara
B - Condensador
C - grupo de vac铆o
D - Compresor frigor铆fico
E - Grupo calefactor
El producto 芦P禄 congelado previamente, es colocado en la c谩mara de desecaci贸n 芦A禄, la cual se mantiene a una temperatura 芦t禄 inferior a la del punto de congelaci贸n, del producto. Se efect煤a el vac铆o en la c谩mara, de tal manera que la presi贸n 芦Po禄 medida en la c谩mara sea inferior 谩 la presi贸n 芦p禄 del vapor saturante del hielo a la temperatura 芦t禄. A partir de este momento, se producir谩 la sublimaci贸n lenta del hielo, con emisi贸n continuada de vapor .El producto 芦p禄 se ir谩 desecando progresivamente.
Para evitar que el vapor de agua contamine el grupo productor del vac铆o, se intercala un condensador 芦B禄, mantenido a una temperatura 芦t"禄 inferior a 芦t禄. Si llamamos 芦P"禄a la presi贸n obtenida en el condensador, el vapor de agua se condensar谩 en la pared del condensador, si la temperatura de este 芦t"禄 es tal que la presi贸n de vapor de agua saturante del hielo a la temperatura 芦t"禄 es inferior a la presi贸n 芦p"禄. Tendremos por lo tanto, la relaci贸n de presiones: P" menor que Po menor que P
Las diferentes etapas que nos llevan desde una materia prima generalmente en estado l铆quido, a la obtenci贸n de producto final son las siguientes.
-preparaci贸n del material dependiendo si se lleva a cabo a granel o en dosis unitarias, se requieren recipientes adecuados para las necesidades del proceso, sean viales o bandejas.
En el trabajo a granel utilizamos bandejas en acero inoxidable, no aluminio de fondo plano y de laterales bajos.
Cuando se trabaja en dosis unitarias se utilizan los viales de vidrio tipo 1 ojala 谩mbar en sustancias que reaccionen con la luz, tapones de caucho para liofilizaci贸n, no los convencionales que no est谩n dise帽ados para soportar fr铆os y presiones extremas.
Las operaciones de liofilizaci贸n deben ser realizadas en sitios de atmosfera controlada en lo posible con una humedad relativa que no exceda el 40%. Si esto no es posible hay que retirar la humedad ambiental.
En el caso de la liofilizaci贸n de l铆quidos, la velocidad de llenado del vial o de la bandeja debe ser controlada, para no permitir que el producto al verterse genere espuma y tambi茅n con el fin de evitar que las paredes del vial o de la bandeja se impregnen porque una de las cosas que vende en liofilizaci贸n es la presentaci贸n del producto.
-congelaci贸n
Esta es previa y obligatoria en todo proceso de liofilizaci贸n .debe efectuarse en equipos especiales, teniendo en cuenta que si lo realizamos en freezers o congeladores a parte del liofilizador, podemos controlar mas el proceso y en el caso de realizar muchos batch de producci贸n al mes le ganamos tiempo al proceso congelando en otro equipo especifico para este trabajo.
La congelaci贸n despu茅s de una buena formulaci贸n es la garant铆a de hacer procesos repetibles, por eso hay que poner especial 茅nfasis en lograrla de la mejor manera.
Cuando necesitamos liofilizar l铆quidos que en su interior poseen un principio activo que no se homogeniza f谩cilmente en el solvente, requiere de congelarse en agitaci贸n, motivo por el cual las congelaciones deben ser de especial cuidado, porque entre otras cosas, la presentaci贸n final del producto depende de lo bien o mal que se haya congelado.
Ventajas y desventajas del congelamiento fuera del liofilizador
Ventajas
Permite independizar la congelaci贸n de la liofilizaci贸n
Facilita organizaci贸n de trabajo en sala est茅ril especialmente para operaciones de llenado, independientemente de la duraci贸n del proceso.
Permite mayor rendimiento del liofilizador, al introducir a este el producto ya congelado, solo siempre y cuando la velocidad de descongelaci贸n del condensador sea r谩pida para el inicio de una nueva operaci贸n.
DESVENTAJAS
El empleo de congeladores independientes, posee el inconveniente de implicar una manipulaci贸n del producto suplementaria, con los riesgos de fusi贸n parcial de este durante su traslado, peligro de contaminaci贸n, dificultad en manipular las bandejas enfriadas a temperaturas muy bajas.
CONSEJOS PARA CARGAR EL LIOFILIZADOR
Realizarlo de forma escalonada y con intervalos de tiempo a fin de dejar un margen para que se recupere la temperatura de las placas y as铆 obtener el producto un descenso r谩pido de su temperatura de forma similar en toda la muestra.
Acelerar la congelaci贸n con circulaci贸n forzada de aire por ventilaci贸n para hacer descender r谩pidamente la temperatura de la c谩mara.
TIEMPOS DE CONGELACI脫N
Estos tiempos dependen de:
Cantidad de producto
La naturaleza propia del producto
La concentraci贸n del mismo
Su acondicionamiento.
La temperatura que puede aportar el equipo
El sistema de transferencia de fr铆o hasta el producto.
Tipos de placas en los equipos.
Encontramos placas delgadas que son enfriadas transmiten al producto las frigor铆as por radiaci贸n t茅rmica
Otras placas en su interior tienen serpentines de fluido diat茅rmico transmiten el fr铆o al producto por contacto
PAPEL DEL VAC脥O
Para la eliminaci贸n de las 煤ltimas trazas de agua, es preciso restablecer un vac铆o elevado, cerrando la inyecci贸n de aire en la c谩mara, ya que en esta fase no se precisa un gran aporte de calor铆as, y normalmente con las que proporciona la radiaci贸n es suficiente, y por contra, es indispensable que el libre camino medio de las mol茅culas de agua emitidas por el producto sea lo suficientemente grande para que sean f谩cilmente eliminadas y alcancen la pared fr铆a del condensador, lo que implica que el vac铆o sea el m谩ximo posible.
La experiencia demuestra que un vac铆o del orden de los 10-2 Torr. es suficiente para la mayor铆a de productos. Un vac铆o m谩s elevado presenta problemas t茅cnicos constructivos del aparato, muy costosos y correlativos a una temperatura del condensador muy baja y su aplicaci贸n por un largo espacio de tiempo, puede provocar problemas de retrodifusi贸n del aceite de las bombas de vac铆o, que puede contaminar al producto ya liofizado.
La temperatura final admitida por el producto seco, acostumbra a ser superior a la temperatura admitida en su fase l铆quida, por lo que normalmente puede elevarse 茅sta al valor necesario a fin de reducir el tiempo de secado final. T茅ngase en cuenta que una temperatura final excesivamente baja puede provocar al producto seco, una r谩pida absorci贸n de la humedad ambiental de la sala, si 茅sta no se encuentra bajo condiciones de humedad controlada.
Bibliograf铆a
Manual de Liofilizaci贸n telstar a帽o 1970
Curso de Liofilizaci贸n On Line docente Dr Jorge Rivera www.agro20.com
Seminario de Liofilizaci贸n Dr. Thommas Jennings a帽o 1993.
Lider Tecnico en America Latina de Liofilizacion de Cima Industries Inc
Movil en Colombia 3112128296
Skype.liofilizaciononline1
[email protected]
