Come funziona la liofilizzazione?

Uno dei metodi di conservazione più avanzati è la liofilizzazione, nota anche come essiccazione per congelamento. A differenza del metodo di essiccazione convenzionale, che prevede l'uso del calore per evaporare l'acqua, la liofilizzazione consiste innanzitutto nel congelare il prodotto e successivamente nel sublimare il ghiaccio, ossia nel trasformare direttamente l'acqua congelata in vapore senza passare per lo stato liquido. Questo trattamento delicato preserva la struttura originale, il colore, il valore nutrizionale e il sapore del prodotto, senza necessità di refrigerazione, per molti anni. Presso la Jiangsu Bolaike Refrigeration Science and Technology Development Co., Ltd abbiamo sviluppato apparecchiature per la liofilizzazione da oltre 20 anni. Di seguito è riportata una descrizione passo-passo del funzionamento della liofilizzazione.

1. Fase di congelamento: trasformazione dell'umidità in ghiaccio solido

La congelazione è la fase iniziale del processo di liofilizzazione. Il sistema di refrigerazione raffredda il prodotto abbassando rapidamente la temperatura della camera a vuoto a una temperatura inferiore alla temperatura eutettica del prodotto, generalmente fino a una temperatura di -40 ^o °C o inferiore. A questa temperatura tutta l’umidità presente nel prodotto sarà sotto forma di cristalli di ghiaccio solidi. La velocità e l’uniformità della congelazione sono fattori importanti. Una congelazione lenta genera cristalli di ghiaccio di grandi dimensioni, che possono danneggiare le pareti cellulari, lasciando una consistenza irregolare e spugnosa. Una congelazione rapida ed uniforme, invece, produce cristalli di ghiaccio piccoli, in grado di preservare la struttura cellulare originale del prodotto. I liofilizzatori prodotti da Jiangsu Bolaike vantano sistemi di refrigerazione di alta gamma, che garantiscono un’ottima uniformità di congelazione su tutti i ripiani, consentendo di ottenere risultati di elevata qualità in ogni lotto. La durata di questa fase è generalmente compresa tra 1 - e 4 ore, a seconda del contenuto idrico del prodotto e della dimensione del lotto.

2. Essiccazione primaria (Sublimazione): Rimozione del ghiaccio sotto vuoto

Quando il prodotto è completamente congelato, la pompa a vuoto viene attivata e la pressione viene ridotta quasi al vuoto (vicino a 100 Pa). Le piastre vengono quindi riscaldate. L'acqua congelata (ghiaccio) sublima in queste condizioni di bassa pressione, ossia si trasforma direttamente in vapore acqueo, senza fondersi. Il sistema a vuoto estrae il vapore dalla camera e lo condensa sulle serpentine del condensatore freddo (ancora più fredde del prodotto, solitamente tra -50 ^o C e -85 ^o C). La maggior parte dell’umidità, generalmente il 90-95% del contenuto totale di acqua, viene rimossa in questa fase di essiccazione primaria. Il prodotto non si restringe, indurisce né perde la sua struttura, poiché non è presente acqua liquida. La temperatura e la pressione dei sistemi Jiangsu Bolaike sono controllate rigorosamente per ottenere la massima velocità di sublimazione senza far fondere il prodotto. L’essiccazione primaria è la fase più lunga, che può durare fino a 12 -- 24 ore.

3. Secondaria Essicazione (Desorbimento): Rimozione dell’acqua legata

Dopo la fase iniziale di essiccazione, il prodotto finale contiene ancora un certo numero di molecole d’acqua legate che non si sono trasformate in ghiaccio. Queste rimangono associate grazie all’attrazione esercitata dai solidi presenti nel prodotto sulle molecole stesse. L’essiccazione secondaria comporta un aumento della temperatura della scaffalatura (solitamente +20 ^o C a +50 ^o °C) e il mantenimento del vuoto. Questa energia aggiuntiva rompe i legami nelle molecole, consentendo così l’evaporazione (desorbimento) del restante contenuto idrico dal prodotto. Il processo di essiccazione secondaria riduce al minimo l’umidità residua complessiva al 1–4%, a seconda del prodotto. È proprio questo contenuto di umidità estremamente basso a conferire ai prodotti liofilizzati una straordinaria durata a scaffale di 20–30 anni, senza l’uso di conservanti. La durata normale dell’essiccazione nella fase secondaria è di 4 -8 ore. I controllori logici programmabili (PLC) di Jiangsu Bolaike effettuano automaticamente il passaggio dall’essiccazione primaria a quella secondaria, in base agli indicatori di temperatura e pressione del prodotto, garantendo così un output costante senza intervento dell’operatore.

4. Il Condensatore e sistemi a vuoto: supporto alla sublimazione

La liofilizzazione è possibile grazie a due sistemi di supporto. Il condensatore, costituito da una serie di serpentine refrigerate all'interno di una camera secondaria, è anch'esso azionato dal sistema di refrigerazione. La temperatura nel condensatore viene mantenuta fino a -40 ^o C e -85 ^o C ancora più bassa rispetto a quella del prodotto. Quando il vapore acqueo esce dalla camera del prodotto, si trasforma immediatamente in ghiaccio sulle serpentine del condensatore. Il condensatore impedisce al vapore acqueo di raggiungere la pompa da vuoto e danneggiarla. Il sistema a vuoto (pompa di spurgo e/o pompa ad alto vuoto) viene utilizzato per rimuovere i gas non condensabili (aria, azoto) presenti nella camera, al fine di mantenere la bassa pressione richiesta dalla sublimazione. Al termine del ciclo, il ghiaccio viene fuso e il condensatore viene riscaldato per consentirne lo svuotamento. Jiangsu Bolaike sviluppa sistemi a vuoto e condensatori ad alta efficienza energetica che riducono i tempi di ciclo e il consumo di energia elettrica. Nei nostri liofilizzatori industriali è inoltre integrata la funzione di sbrinamento con gas caldo, per accelerare il recupero del condensatore tra un lotto e l’altro.

Conclusione

La liofilizzazione avviene in tre fasi: congelamento (trasformazione dell'umidità in ghiaccio), essiccazione primaria (sublimazione del ghiaccio sotto vuoto) e essiccazione secondaria (rimozione dell'acqua legata). Il vapore acqueo viene trattenuto dal condensatore e la bassa pressione è garantita dal sistema a vuoto. Questa procedura naturale e non invasiva preserva colore, nutrienti e sapore per decenni, senza necessità di refrigerazione. Jiangsu Bolaike vanta oltre 20 anni di esperienza, è certificata ISO9001 e CE, possiede più di 56 brevetti nazionali e produce liofilizzatori per i settori domestico, laboratoristico, farmaceutico e alimentare. Contattateci per maggiori informazioni o per prenotare una visita in fabbrica a Changzhou, Cina.