Del laboratorio a la cocina, un breve repaso a la técnica de la liofilización.

En mi personal afán por transformar la encimera de la cocina en una poyata de laboratorio, los botes de condimentos, especias y sal por botes de reactivos y/o las cacerolas, sartenes y demás utensilios en matraces, probetas y/o espátulas, era de recibo volver a hacer un repaso a otra de las técnicas (dejo aquí el recuerdo de la primera, la del baño María) que comparten laboratorios y cocinas. Quizás no sea tan habitual como la del baño María, pero sí es una técnica muy empleada en uno de los desarrollos de la tecnología alimentaria que más ha salvado vidas, la conservación de los alimentos. La técnica en cuestión no es más ni menos que la liofilización, un palabro un poco técnico, con mucha enjundia detrás pero de fácil reproduccibilidad si se cuenta con los instrumentos adecuados. Si queréis saber que es, que ciencia se esconde detrás, su desarrollo histórico, la ambigüedad de su uso entre laboratorios y cocinas y su empleo en la industria alimentaria y la nueva gastronomía o “nouvelle cousine”…Seguid leyendo! 

La liofilización, crio-deshidratación o freeze-drying (en inglés) es un tipo de deshidratación en la que se somete al alimento a bajas temperaturas y bajas presiones, hasta alcanzar el punto triple del diagrama de fases del agua (a 0,00602728 atmósferas y  0,008 °C), provocando que el contenido líquido del alimento en estado sólido pase a la forma de vapor directamente, sin pasar antes por el estado líquido (que sería lo habitual). Este proceso se conoce como sublimación, un proceso de cambio de estado de la materia, de tipo endotérmico (requiere energía adicional y se absorbe energía durante el cambio de fase) que sucede cuando se alcanzan las presiones más bajas a las cuales puede existir una materia en estado  líquido como tal. El caso contrario, la sublimación inversa, se puede observar en la formación de hielo seco, nieve o de la escarcha.La lifolización es una variante de los métodos de conservación de los alimentos por deshidratación vía secado por calor que introduce como principal mejora, el mantener la apariencia y textura de los alimentos en condiciones óptimas una vez éstas han sido rápida y eficazmente reconstituidas, sin requerir para ello de la adicción de ningún aditivo reconstituyente (azúcar, sal, etc). El primer alimento liofilizado, datado sobre el 200 a.C. se denominó como “chuño“, una especie de puré muy fino de patatas que los incas de Perú liofilizaban al disponerlos en el interior de cuevas de las regiones más altas de la cordillera de los Andes (buena combinación de bajas temperaturas y baja presión) y que luego eran fácilmente reconstituidas cuando las calentaban al sol. Esto les permitía obtener alimentos de larga duración, más allá de su disponibilidad estacional, que en muchos casos también servían como alimento de reserva. También fue conocida su carne de llama liofilizada conocida como “charqui“.  Los siguientes en liofilizar alimentos fueron monjes japones del monte Koya, quienes utilizaron el mismo procedimiento (llevar el alimento a las regiones más altas del monte, más frías y sometidas a menor presión atmosférica) para liofilizar un tipo de tofu (especie de cuajada de soja) llamado “koyadofu“. Las técnicas de liofilización de alimentos fueron perfeccionándose según iban siendo utilizadas por las distintas poblaciones y civilizaciones que las iban incorporando; caso de los vikingos del norte de Europa, quienes diseñaron el mecanismo industrial de liofilización primordial con el que trataban de conservar el bacalao o los arenques hasta un total de dos años (hoy en día sabemos que la mejor forma de conservar el bacalao y los arenques es mediante su salación). Pero sin lugar a dudas, el principal avance en cuanto a modernización de las técnicas de liofilización no vendría de la mano de la industria de la alimentación, sino de la investigación biológica y farmacéutica. El primer nombre a resaltar Richard Altmannes el de Richard Altmann, un patólogo alemán quién ideó en 1890 un método mejorado que permitía congelar, secar y reconstituir los tejidos vegetales y animales completamente por primera vez. Junto al nombre de Richard Altmann, también es necesario nombrar al que se le considera como el verdadero padre de la liofilización, el biofísico francés Jacques Arsene d’Arsonval, quien en 1906 junto con ayuda de su pupilo, Frédéric Bordas, consiguieron eliminar el agua de los tejidos mediante su destilación (aproximando el proceso al de la sublimación). Tres años más tarde, en 1909, Leon Shackell postuló que la liofilización se podía usar como técnica de conservación y/o preservación. Pero, sería en la década de los años 30, cuando se patentaron los primeros sistemas de liofilización con mejoras en los procesos de congelación y secado, en las que figuran los nombres del inventor francés, Henri Tival en 1927 y el americano, William Elser en 1934. Quien acuñó el termino de liofilización parece ser que fue el microbiólogo Alexandre Fleming en 1943. Esto dio paso a que en la época de la Segunda Guerra Mundial, la liofilización alcanzará su punto más álgido y su despegue como método de conservación de alimentos, fármacos y muestras biológicas. La necesidad acuciante de enviar plasma sanguíneo y antibióticos a los heridos de guerra, provocó que el físico americano Earl W. Flosdorf utilizara todo el conocimiento que le procedía para liofilizar suero y plasma sanguíneo que sería enviado para realizar las transfusiones sanguíneas que salvarían la vida de los combatientes de la IIGM, además de la penicilina que tantas vidas salvó una vez que se comercializó liofilizada en viales. Hoy en día las principales aplicaciones biológicas de la liofiización son: producción de vacunas víricas, cualquier fármaco inyectable (jeringas precargadas, viales de fármacos, el factor de coagulación VIII antihemofílico, interferón alfa, anticoagulante, estreptoquinasa  o el extracto alérgico del veneno de avispa), anticuerpos monoclonales para tratamientos terapeúticos, principos activos usados en la fabricación de fármacos, adicción de probióticos en alimentos funcionales, preparación de leches de continuidad, etc. Otros usos relacionados con el laboratorio son: la conservación de cepas bacterianas en microbiología y/o la conservación de reactivos químicos, proteínas, enzimas, etc Csensibles a tratamientos térmicos severos.

Todos estos avances realizados sobre la liofilización de productos biólogicos y químicos, fueron rápidamente adoptados por la industria alimentaria. La liofilización suponía mantener durante más tiempo la vida útil de los alimentos (reduce el pardeamiento enzimático, la desnaturalización de proteínas o la oxidación, entre otras) superiores al año (siempre que no se abran los recipientes herméticos donde se liofilizan), sin perder calidad en sus características nutricionales y organolépticas incluídos el sabor (que se puede ver concentrado), aromas o forma. Sin embargo, a diferencia del secado, es una técnica de conservación de coste económico moderado alto, por lo que casi siempre era/es utilizada sobre alimentos de elevado costo que son muy inestables (esto es, sensibles a los tratamientos térmicos de pasteurización) y en los que se busca una reducción de su peso (hasta un 20%) y una conservación sin necesidad de refrigeración para facilitar su transporte y almacenamiento. Quizás con respecto a este último punto, la comida espacial jugó un papel determinante en la utilización de la liofilización en la industria alimentaria (puedes leer más sobre ello aquí); a todo ello, también se debe sumar la gran utilidad de los alimentos liofilizados para la manutención de militares durante las misiones bélicas y/o de rescate humanitario. A partir de ahí, desde 1958 fue cuando empezaron a comercializarse los primeros alimentos liofilizados, destacando sobre todo el café (en 1965 Nestlé lanzó Nescafé Gold Blend, el primer café instantáneo liofilizado), las levaduras o las sopas; hoy en día, además del café, priman los snacks de frutas liofilizadas, así como verduras, aunque también podemos encontrar productos en polvo como zumos de frutas y preparados concentradosmariscos (gambas), carnes (pollo, cerdo, ternera, pavo), huevos, legumbres y cereales, patatas, pasta o incluso pescado. A destacar el proyecto de FoPo Food Power quienes están liofilizando y transformando en polvo, frutas no aptas según los estándares de comercialización evitando así el gran desperdicio alimentario a nivel mundial. 

El proceso de liofilización consta, generalmente, de 3 fases:

1ª Fase: Ultracongelación.                                                                                           Antes de la ultracongelación, según el alimento o las características de calidad del mismo, suele someterse a un pretratamiento donde se puede concentrar, reformular (añadir componentes para aumentar la estabilidad, conservar la apariencia y / o mejorar el procesamiento), aumentar su superficie de contacto (disponer en capas muy finas) o disminuir la cantidad de solventes presentes en el alimento que puedan tener una alta presión de vapor. La ultracongelación se realiza comúnmente con nitrógeno líquido, sometiendo el alimento a temperaturas entre -50ºC a -80ºC (o aquellas que garanticen no alcanzar su temperatura eutéctica para evitar la formación de coágulos) en un procesamiento rápido, para evitar la formación de cristales de hielo de gran tamaño que puedan provocar daños en las estructuras moleculares. Generalmente esta fase es la más crítica por varios motivos: grandes cristales de hielo impiden la mayor eliminación del vapor surgido durante la sublimación (fase de recocido en la que se juega con las temperaturas), se puede aumentar la viscosidad de los polímeros (hidratos de carbono, proteínas, lípidos, etc) con bajadas de temperatura muy bruscas que llevarían a introducir variaciones en el mantenimiento de las cualidades y características organolépticas del alimento o se podrían ver alteradas las velocidades de reconstitución si se provocan cambios significativos el proceso de cristalización.

2ª Fase. Sublimación o secado primario.                                                                      Consta de tres subetapas: la conductiva, la difusiva primaria y la difusiva secundaria. En la fase conductiva, se suministra calor al alimento, alrededor de 550 Kcal/Kg de producto (en el caso de que el solvente principal sea el agua) también conocido como entalpía de sublimación (entalpía de fusión + entalpía de vaporización),  a través de mecanismos de conducción, radiación (los más habituales) o fuente de microondas, MFD en sus siglas en inglés (requieren menos tiempo y parece ser que mejoran las cualidades y características organolépticas del alimento liofilizado). Al mismo tiempo, se produce una bajada de presión por medio de la aplicación de vacío, para favorecer alcanzar el punto triple y con ello permitir que hasta el 95% de total del hielo, sublime sin fundirse. Durante la fase difusiva primaria y secundaria, se elimina el agua presente en las estructures celulares y el agua intersticial, originando como resultado (siempre que la temperatura se mantenga por debajo del valor de la temperatura de transición vítrea de los principales polímeros de las células: hidratos de carbono, proteínas, lípidos,…) un alimento que conserva su volumen y tamaño original, pero su textura es más porosa y su peso bruto mucho menor. Esta estructura porosa es la que permite que se facilite su rehidratación/reconstitución posterior y la responsable de que si no se empaqueta el produto adecuadamente (por eso se envasa al vacío), se produzcan oxidaciones con más facilidad. 

 3ª Fase. Desorción o secado secundario.                                                                      En esta fase se eleva un poco más la temperatura que la usada en la fase de sublimación y se vuelve a reducir la presión, para romper cualquier interacción físico-química que se haya formado entre las moléculas de agua y el material congelado, es decir, se eliminan las moléculas de agua no congeladas y se facilita su desorción. El proceso se habrá completado cuando el contenido final de agua residual en el producto se encuentra en valores muy bajos, por debajo del 1%. Con ello se consigue reducir la difusión de aromas, pues esta disminuye sensiblemente cuando la humedad es pequeña. A la vez, el vapor de agua generado se condensa facilitando la desorción de la mayor cantidad de agua. El vacío provocado, generalmente se rompe con un gas inerte, antes de que el material se cierre herméticamente. El producto liofilizado se puede consumir directamente, se puede impregnar con algún baño complementario, o se puede reconstituir con agua caliente durante el tiempo indicado por el fabricante. 

Alternativamente surgió la conocida como liofilización atmosférica, en la que el proceso de sublimación ocurre sin al presencia de vacío. Pero los resultados no fueron los esperados. Generalmente, alimentos ricos en azúcares o agua en su composición, no liofilizan correctamente o presentan dificultades en la liofilización. Por lo demás, cualquier alimento puede ser liofilizado. El resultado es un alimento seco que puede ser utilizado además de como ingrediente por sí solo, como aditivo, emulgente, saborizante… El polvo obtenido de su molienda es soluble en la mayoría de las bebidas y liquídos lo que contribuye, junto con las otras utilidades, a que sea apreciado por las papilas gustativas. Esto es algo que los cocineros de la conocida como “nouvelle cousine” ya saben y aprovechan en sus platos, como bien os lo cuenta Juan Mari Arzak en este vídeo.

Nos falta tener un liofilizador en casa, pero por lo menos, el procedimiento ya lo conocemos. Espero que os haya entretenido y que la próxima vez que comáis algo liofilizado os acordéis que lleva mucha ciencia detrás.

¡Nos “leemos” en la próxima entrada!                                                                                 TatianaDC

Fuentes:                                                                                                                        Ramírez Navas, J.S. “Liofilización de los alimentos” Revista ReCiTeIA (2006) https://www.researchgate.net/publication/259620189_Liofilizacion_de_alimentos https://www.spscientific.com/freeze-drying-lyophilization-basics/ http://www.alimentosargentinos.gob.ar/contenido/sectores/tecnologia/Ficha_03_Liofilizados.pdf                                                                  https://www.investigacionyciencia.es/blogs/fisica-y-quimica/24/posts/la-pizza-de-em-regreso-al-futuro-em-13659                                          http://gastroculturamediterranea.com/wp-content/uploads/2016/09/Liofilizados_%C2%BFalimentos_del_futuro_.pdf                      http://www.gominolasdepetroleo.com/2011/10/que-es-la-liofilizacion.html  https://www.ecured.cu/Liofilizaci%C3%B3n                         http://www.mercerfoods.com/2017/11/01/history-of-freeze-drying/  http://www.rtve.es/alacarta/videos/para-todos-la-2/para-todos-2-nutricion-alimentos-liofilizados-deshidratados/2980619/                                              http://en.wikipedia.org/wiki/Freeze-drying http://es.wikipedia.org/wiki/Liofilizaci%C3%B3n                    http://www.europapress.es/murcia/innova-00442/noticia-innova-upct-estudia-aplicacion-productos-liofilizados-industria-constata-valia-investigacion-20090727145735.html http://www.consumer.es/seguridad-alimentaria/sociedad-y-consumo/2010/02/17/191173.php

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2 pensamientos en “Del laboratorio a la cocina, un breve repaso a la técnica de la liofilización.

    • Hola Marisa,
      Ni yo que se podían liofilizar tantos alimentos (en serio la carne, osea qué-me-es-tás-con-tan-do!), yo que me había quedado en la liofilización de las cepas bacterianas jajaja
      Gracias por tu mensaje!
      Un saludo,
      TatianaDC

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