Liofilización de alimentos

Abstract

En el presente trabajo se realizó una revisión bibliográfica del tema de la liofilización. Se parte desde un recuento histórico y su relación con los alimentos. Se definió conceptos importantes relacionados con la liofilización y sus aplicaciones; se expuso los principios que rigen a la liofilización, la estructura general del equipo, las variables de proceso y la tecnología utilizada para liofilizar alimentos; y se presentó las investigaciones más importantes de los grupos de investigación. El proceso de liofilización en alimentos se ha considerado como el mejor método de deshidratación que además de conservar las características organolépticas y nutritivas de los alimentos le otorga un valor agregado aproximado del 1200%.

Full text

LIOFILIZACIÓN
Juan Sebastián Ramírez Navas

LIOFILIZACIÓN DE ALIMENTOS
Autor:
JUAN SEBASTIÁN RAMÍREZ NAVAS
UNIVERSIDAD DEL VALLE
CALI – COLOMBIA
2006

RAMÍREZ N., JUAN SEBASTIÁN
LIOFILIZACIÓN DE ALIMENTOS
ReCiTeIA - v.6 n.2
Para consultas o comentarios, ponerse en contacto con:
Juan Sebastián Ramírez Navas
e-mail: juansebastian_r@hotmail.com
Las opiniones expresadas no son necesariamente opiniones de ReCiTeIA, de sus órganos o
de sus funcionarios.
Edición:
2006 © ReCiTeIA.
Cali – Valle – Colombia
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SEMINARIO II LIOFILIZACIÓN
Tabla de Contenidos
LIOFILIZACIÓN 1
RESUMEN 1
1. INTRODUCCIÓN 1
2. GENERALIDADES 2
2.1. DEFINICIÓN DE LIOFILIZACIÓN 2
2.2. REVISIÓN HISTÓRICA 3
2.3. APLICACIONES 4
3. PROCESO DE LA LIOFILIZACIÓN 5
3.1. SIMBOLOGÍA 6
3.2. ETAPAS DE LA LIOFILIZACIÓN 8
3.2.1. Congelación 10
3.2.2. Secado Primario por sublimación del hielo 11
3.2.3. Secado Secundario 13
3.2.4. Almacenamiento del producto seco en condiciones controladas 14
3.3. LIOFILIZACIÓN ATMOSFÉRICA 14
3.4. MODELOS MATEMÁTICOS EN LA LIOFILIZACIÓN 15
3.4.1. Ecuaciones de diseño y modelos matemáticos de la liofilización 15
3.5. VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LA LIOFILIZACIÓN 19
3.6. EVOLUCIÓN DEL PROCESO Y EQUIPOS 20
3.6.1. Partes Generales del equipo de Liofilización 21
3.6.2. Clases de equipos 22
3.6.3. Industrias de liofilización destacadas 23
4. ESTADO DEL ARTE 24
5. CONCLUSIONES 30
6. BIBLIOGRAFÍA 31
6.1. CITAS BIBLIOGRÁFICAS 31

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Juan Sebastián Ramírez Navas 1
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“Estado del Arte”
Ingeniero Químico Juan Sebastián Ramírez Navas1
Universidad del Valle
Programa Doctoral en Ingeniería con énfasis en Ingeniería de Alimentos.
RESUMEN
En el presente trabajo se realizó una revisión bibliográfica del tema de la liofilización. Se
parte desde un recuento histórico y su relación con los alimentos. Se definió conceptos
importantes relacionados con la liofilización y sus aplicaciones; se expuso los principios
que rigen a la liofilización, la estructura general del equipo, las variables de proceso y la
tecnología utilizada para liofilizar alimentos; y se presentó las investigaciones más
importantes de los grupos de investigación.
El proceso de liofilización en alimentos se ha considerado como el mejor método de
deshidratación que además de conservar las características organolépticas y nutritivas de
los alimentos le otorga un valor agregado aproximado del 1200%.
DESCRIPTORES: Liofilización / Historia de la Liofilización / Modelos matemáticos de la
liofilización / Equipos para liofilizar / Grupos y trabajos de investigación
1. INTRODUCCIÓN
La liofilización es un proceso de conservación mediante sublimación utilizado con el fin de
reducir las pérdidas de los componentes volátiles o termo-sensibles. Es el más noble
proceso de conservación de productos biológico conocido, porque aúna los dos métodos
más fiables de conservación, la congelación y la deshidratación. Sin conservantes o
productos químicos, es el proceso más adecuado para preservar células, enzimas,
vacunas, virus, levaduras, sueros, derivados sanguíneos, algas, así como frutas,
vegetales, carnes, peces y alimentos en general. En este proceso de secado los
productos obtenidos no se ven alterados en sus propiedades y se rehidratan fácilmente.
(J. de D. Alvarado 1979; Krokida 1998; J. de D. Alvarado 1996; J. S. Ramírez y J.
Cañizares 2003).
Un proceso rudimentario de liofilización fue inventado por los incas para la fabricación del
chuño (papa liofilizada) y charqui (carne de llama), 200 años a. C y aprovechado
posteriormente por los vikingos para la conservación del pescado arenque. A mitad del
1 Juansebastian_r@hotmail.com

LIOFILIZACIÓN SEMINARIO II
2 Juan Sebastián Ramírez Navas
siglo XIX reaparece en escena este procedimiento por la necesidad de conservación de
tejidos animales y vegetales debido a los trabajos de Pasteur y otros científicos. En 1943
el profesor Alexander Fleming le atribuyó formalmente el nombre de liofilización a éste
proceso.
Durante el Segunda Guerra Mundial la liofilización se desarrolló comercialmente al ser
utilizada para conservar plasma sanguíneo trabajo realizado por Greaves, Henaff y
Flosdorf, y para la preparación de los primeros antibióticos de penicilina por Chain. (L.
Rey 1975) Desde los años 70’s más de 400 diferentes alimentos se liofilizan y
comercializan.
La liofilización no altera la estructura físico-química del material, pero permite su
conservación indefinida sin cadena de frío, con menos del 15% de humedad y alta
estabilidad microbiológica (J. de D. Alvarado 1996). A diferencia de lo que ocurre en el
secado por calor, con la liofilización en alimento el encogimiento es mínimo, el aspecto, la
textura, el sabor y el aroma no se pierden, se intensifican y se mantienen las
características nutricionales (Charm 1981; Yanovsky 2003). Es ideal para conservar
productos alimenticios, farmacéuticos y biológicos, que no deben calentarse ni siquiera a
temperaturas moderadas. (C. J. Geankoplis 1999)
Si para un investigador liofilizar es extraer más del 95 por ciento de agua, para un
comerciante significa: llevar diez veces más mercancía, pero sin unidad frigorífica; stocks
de frutas y hortalizas sin gastos de conservación, y valor agregado local,
aproximadamente del 1200% más.
R. I. N. Greaves (1954) manifestó claramente que “aunque el péndulo oscila a favor de la
liofilización, ha surgido un cierto misticismo alrededor de esta técnica”. El misticismo
proviene de la falta de conocimiento básico o entendimiento fundamental de los principios
relacionados a la liofilización. (citado por: T. A. Jennings 1993)
La finalidad de éste trabajo es realizar una revisión bibliográfica del tema de la liofilización
a nivel nacional e internacional, comenzando con un recuento histórico del tema y su
relación con los alimentos, definiendo conceptos importantes relacionados con la
liofilización, estudiando los principios que la rigen, la estructura general del equipo, las
variables de proceso de la liofilización y la tecnología utilizada actualmente para liofilizar
alimentos y los grupos de investigación con sus investigaciones más importantes.
2. GENERALIDADES
2.1. DEFINICIÓN DE LIOFILIZACIÓN
T.A. Jennings (1993) define a la liofilización como un proceso de estabilización en el cual
el material primero se congela y se concentra el solvente, comúnmente el agua,
reduciéndolo mediante sublimación y desorción, a niveles que no sostendrán más el
crecimiento biológico o las reacciones químicas. Consta de tres fases: sobrecongelación,
desecación primaria y desecación secundaria.

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Juan Sebastián Ramírez Navas 3
Los investigadores de INVAP 2 en el proyecto LIAL (2001) definen a la liofilización como
una forma de desecado en frío, que sirve para conservar sin daño a los materiales
biológicos. El producto se conserva con muy bajo peso y a temperatura ambiente,
manteniendo estables todas sus propiedades al rehidratarse.
J. de D. Alvarado (1996) estableció que cuando se deshidrata y utiliza congelación y
vacío, el proceso se denomina liofilización; cuando se trabaja en congelación sin uso de
vacío, se denomina liofilización atmosférica. (citado por: J. S. Ramírez y J. Cañizares
2003)
C. E. Orrego A (2003) definió a la Liofilización como un proceso de secado mediante
sublimación que se ha desarrollado con el fin de reducir las pérdidas de los compuestos
responsables del sabor y el aroma en los alimentos, los cuales se afectan en gran medida
durante los procesos convencionales de secado.
2.2. REVISIÓN HISTÓRICA
El frío es utilizado desde tiempos inmemoriales para la conservación de alimentos J. de D.
Alvarado (1996). Proceso empleado por primera vez por incas y posteriormente por los
vikingos, con el fin de obtener comida hipercalórica, ultraliviana e imputrescible para sus
tropas militares.
La tecnología de liofilización tiene sus raíces en la refrigeración. También podría llamarse
crío-desecación en razón de su fase inicial de congelación. El termino desecación se
refiere a la deshidratación del producto y crío significa “frío” en griego. La crío-desecación
fue o desarrollada en 1904 por físicos franceses. (E. W. Flosdorf And S. Mudd, 1935; E.
W. Flosdorf And A. C. Kimball, 1939; Yanovsky, 2003; V. Fournier, 2006).
Una referencia histórica más cercana a nuestros tiempos fueron los primeros trabajos de
Louis Pasteur y otros investigadores durante la segunda mitad del siglo XIX, intentando
realizar estudios metódicos de la naturaleza de material virulento, observaron la
necesidad de innovar las técnicas de secado con el fin de preservarlo sin destruirlo.
También resultó claro que se necesitaban medios para hacer más lentas las reacciones
químicas de modo que pudieran ser estudiadas durante un período de tiempo o
empleadas posteriormente bajo ciertas condiciones controladas. La conservación de
bacterias, virus u otros microorganismos fueron su primera aplicación (E. W. Flosdorf And
A. Kimball 1939; T.A. Jennings 1993)
Los trabajos de secado a bajas temperatura realizados antes de 1905 no incluían el uso
de vació, ya que las bombas de vacío mecánicas no estaban disponibles en aquella
época, fueron Benedict y Manning (1905) quienes la introdujeron en el proceso de
liofilización.
2 Grupo de investigación que pertenece a la empresa Nutripac SA, y su ingeniería, por ahora única en
el planeta, desarrollada por la firma nuclear y espacial Invap SE de Río Negro gracias a créditos del
Fondo Nacional de Tecnología (Fontar) y avales de la provincia de Chubut en Argentina.

LIOFILIZACIÓN SEMINARIO II
4 Juan Sebastián Ramírez Navas
A finales de la década de 1930 resultó significativa la producción a gran escala de
productos liofilizados. A través de toda la Segunda Guerra Mundial y en la posguerra, la
fabricación de plasma de sangre seco, fue quizás el primer uso real de la tecnología de
liofilización como un proceso productivo comercial. Otro producto liofilizado a gran escala
fue la penicilina. E. W. Flosdorf y S. Mudd (1935 – 1940) revolucionaron la liofilización
publicando diversos artículos sobre aspectos del proceso de liofilización y sus mejoras
basados en la liofilización de éstos productos. (citados por: L. Rey 1975; T. A. Jennings
1993).
Aunque E. W. Flosdorf y S. Mudd (1935) introdujeron el termino liofilizar no fue sino hasta
1943 que el profesor Alexander Fleming propuso formalmente el término liofilización, que
proviene de los términos “luen” o “solvente” y “phileo” o “amigo”, en griego. (E. W. Flosdorf
And S. Mudd, 1935; E. W. Flosdorf And A. C. Kimball, 1939; V. Fournier, 2006)
En 1958 se aplicó al sector alimentario y por ser una técnica costosa se enfocó a pocos
alimentos, como la leche, las sopas, los huevos, la levadura, los zumos de frutas y el café.
La única compañía en Latinoamérica que desarrolla esta tecnología es Liotécnica Ltda. en
San Pablo, que construyó sus propios liofilizadores a partir de 1970, siendo a la fecha la
única que liofiliza alimentos (fig. 1) diversos desde México a la Antártida, con una
capacidad de producción de más de doce millones de raciones diarias de alimentos
dirigidos en su mayoría al mercado institucional de Brasil, y cuya representación en la
Argentina estuvo a cargo de Nutripac S.A. (fig. 2) Recién veinticinco años después del
trabajo del Dr. Cuper, el Dr. Jorge Yanovsky, Presidente de Polychaco SAIC, aplicando
sus conocimientos en biotecnología y en la liofilización de productos farmacéuticos,
retomó el desarrollo estratégico de la liofilización de alimentos en la Argentina. (Campos
M.S., et al. 2000)
Figura 1. Alimentos Deshidratados Figura 2. Nutripac S.A.
2.3. APLICACIONES
Por regla general, la liofilización da lugar a productos alimenticios de más alta calidad que
con cualquier método de secado. El factor principal es la rigidez estructural que se
preserva en la sustancia congelada cuando se verifica la sublimación. Esto evita el
colapso de la estructura porosa después del secado. Al añadir agua posteriormente, el

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Juan Sebastián Ramírez Navas 5
producto rehidratado retiene la mayor parte de su estructura original. La liofilización de
materiales biológicos y alimenticios también tiene la ventaja de que conserva su sabor o
aroma. Las temperaturas bajas que se emplean reducen al mínimo las reacciones de
degradación que casi siempre ocurren en los procesos comunes de secado. Sin embargo,
el secado por congelación es una forma de deshidratación de alimentos bastante costosa,
debido a la velocidad lenta de secado y a la necesidad de usar vacío. (C. J. Geankoplis
1999)
La primera aplicación de la liofilización reportada por R. Altman (1890), quien utilizó un
sistema similar a la liofilización, fue la preservación de tejidos animales. B. W. Hammer
(1911), comprobó la posibilidad de preservar bacterias utilizando el método de Shackell.
L. A. Roger (1914), reportó el uso del proceso de liofilización para preparar grandes
cantidades de ácido láctico; y en 1958 se aplicó al sector alimentario enfocándose
solamente a unos pocos alimentos, como la leche, las sopas, los huevos, la levadura, los
zumos de frutas o el café. Oscar Cuper (1965), aplicó la liofilización a diferentes
alimentos, (carnes, frutos de mar, hortalizas, infusiones). J. Alvarado (1979), aplicó los
principios de liofilización atmosférica (sin vacío), a diferentes variedades de papa.
La mayor aplicación de la liofilización está en el campo farmacéutico (comprimidos,
tejidos, plasma, sueros y otros productos biológicos), en la industria química para preparar
catalizadores, seguida del secado de materiales orgánicos como madera, flores,
preservación de animales (taxidermia), preservación de documentos y libros antiguos y
finalmente está el campo de los alimentos, siendo una de las empresas más importantes
Nutripac S.A. con sus plantas en Brasil, Argentina y México.
Los alimentos liofilizados han tenido un gran auge en proyectos multinacionales con el fin
de preparar productos para astronautas, montañistas y comandos militares, pero en la
actualidad el mercado se está ampliando al comensal común, gracias a las firmas
alimentarias que descubrieron los liofilizados por su sabor intenso, su consistencia
crocante y su carácter novedoso.
3. PROCESO DE LA LIOFILIZACIÓN
T. A. Jennings (1993) reportó que el primer paso del proceso de liofilización debe ser el
establecimiento de una formulación o un producto reproducible, es decir, en la cual exista
un control cuidadoso sobre la composición química y las concentraciones de los
constituyentes activos e inactivos. Considerando los medios a través de los cuales las
propiedades físicas, ópticas y eléctricas pueden ser usadas para determinar si la
naturaleza de la formulación cae dentro de límites predeterminados. El punto clave en la
preparación de un producto a liofilizar es la reproducibilidad. Un producto liofilizado
reproducible debe comenzar con una formulación reproducible o una composición
conocida.
El conocimiento de la formulación o composición del producto a liofilizar es el paso más
importante del proceso. La naturaleza, tiempo y gasto del proceso de liofilización son
directamente dependientes de la naturaleza química y física del producto, su impacto
sobre el proceso de secado y sobre la naturaleza del producto final no es frecuentemente

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6 Juan Sebastián Ramírez Navas
bien entendido. La disminución del costo de la liofilización es un paso inmediato que se
logrará mediante una reducción de la temperatura en la operación. Para atender este
objetivo, la comprensión a profundidad de la transferencia simultanea de calor y masa del
proceso es probablemente una condición sin igual (T.A. Jennings 1993; S. Khalloufi, J. L.
Robert y C. Ratti 2004).
T. A. Jennings (1993) indica que existen conocimientos previos de vital importancia:
• En lo relacionado a la composición o formulación del producto es conveniente conocer
el o los ingredientes activos y los constituyentes del producto, con la finalidad de
analizar sus límites de concentración y propiedades tales como color, conductividad,
índice de refracción, turbidez, etc., que al liofilizar podrían cambiar.
• También es muy importante el agua contenida en el producto a liofilizar, por la
formación de los cristales de hielo durante la congelación, el súper-enfriamiento, el
grado de cristalización y la conductividad del hielo.
• En lo referente a los cambios de fase se debe determinar que tan homogéneo o
heterogéneo son sus componentes y cuales son las variables de estado intensivas.
• Otros conceptos que deben manejarse adicionalmente son el análisis térmico, análisis
térmico diferencial (ATD) Y análisis electrotérmico.
Con éstos se puede comenzar el proceso de estudio y profundización de conocimientos a
cerca de la liofilización con mayor éxito. Además en lo relacionado al proceso es
importante definir:
• El tipo de congelación empleado
• La tecnología de vacío aplicada.
• Las características del equipo, así como sus limitaciones, y
• Las características texturales y otras propiedades del producto a obtener.
3.1. SIMBOLOGÍA
Tabla 1. Nomenclatura
SÍMBOLO DESCRIPCIÓN
a2 Difusividad térmica de la zona 2 (m2/s)
A Área de la sección transversal del cristal de hielo
A Área expuesta al secado, m2 (Ec 21)
B Constante (0.81)
0
1
C
y
0
2
C
Constantes numéricas a T = T0 (adimensional y ºC, respectivamente)
ice
P
C
y
liq
P
C
Son las capacidades caloríficas del hielo y el agua líquida superfría,
respectivamente
dp Tamaño del cristal de hielo (m)
d(?Ho)/dt Velocidad de calor liberado por la formación de hielo
dn/dt
Velocidad/unidad de área a la cual las moléculas de gas se desadsorben desde
una superficie dada
D Difusividad de vapor de agua en aire, m2/s
D’ Difusividad promedio efectiva en la capa seca en m2/s
Da Coeficiente de difusión másica del soluto

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SÍMBOLO DESCRIPCIÓN
g Constante gravitacional
G(t) Flujo de vapor
h Coeficiente de transferencia de calor (W/m2k)
h(t) Altura alcanzada por el líquido
ht Coeficiente total de transporte de calor, W/(m2*°C)
Hw Humedad de saturación del aire a temperatura de superficie, (g H2O/g ss)
Ha Humedad del aire, (g H2O/g ss)
?H Entalpía (J/kg)
?Ho Energía liberada durante la formación de la capa de hielo
?Hf Calor de fusión del hielo (79.7 cal/g)
?Hs Calor específico de una sustancia (0.45 calorías/ºc).
?Hv Calor de vaporización del agua a 273.2 K y está dado como 595.4 cal/g
?Hd Energía de desorción
?Hs/MA Es el calor de sublimación en J/kg H20.
k Conductividad térmica del sólido seco en W/m·K (Ec 1)
k Constante de la velocidad de congelación del frente (m2/s) (Ec 7)
kg Coeficiente externo de transferencia de masa en kg·mol/s·m2·atm
k" Función pre-exponencial
km* Coeficiente de transporte de masa (kD*), kg/(m2*s)
kd Conductividad térmica de la capa seca (W/mK)
kD* Coeficiente de transporte de masa (km*), kg/(m2*s)
KP Permeabilidad del vapor de agua en la zona seca, KP=KMW/RT
?L = (L2 – L1)
Espesor de la capa seca en m
m Masa de hielo expresada en gramos
M Peso molecular de la sustancia en gramos
M’ Peso molecular, kg/mol
M1 Contenido de humedad inicial
M2 Contenido de humedad final en la capa seca
Mw Peso molecular del agua
MPlank Dimensiones características de la ecuación de Plank
NA Flujo específico del vapor de agua en kg mol/s m2
N Constante en la ecuación de Plank
NH Número adimensional
psw Presión parcial del vapor de agua en la superficie en atm
pew Presión parcial del vapor de agua en la fase total externa del gas en atm
pfw
Presión parcial del vapor de agua en equilibrio con el plano congelado de
sublimación en atm
PA Presión en el ambiente de la cámara
P0 Presión de vapor del agua en la superficie exterior de la muestra
PS Presión del vapor de agua en la superficie de sublimación
Pv Presión de vapor de equilibrio en la superficie del hielo (en mtorr).
q Flujo específico de calor en W (J/s)
r Radio del poro
R Constante universal de los gases
RG Constante de los gases
s Posición inicial del frente de congelación
t Tiempo
td Tiempo de secado (s)
tC Tiempo de congelación (s)
T Temperatura (ºc, K)

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8 Juan Sebastián Ramírez Navas
SÍMBOLO DESCRIPCIÓN
T Temperatura promedio en la capa seca (Ec 2)
Tsup Temperatura de la superficie en grados Kelvin
Tmcs Temperatura media de la capa seca
T0 Temperatura de referencia (ºC, K)
Te Temperatura externa del gas en ºC
Ts Temperatura de la superficie del sólido seco en ºC
Tf Temperatura del plano de sublimación o capa congelada en ºC
TI Temperatura de congelación ºC
TII Temperatura inicial ºC
Tm Temperatura inicial de congelación ºC
Ta Temperatura ambiental ºC
TA Temperatura absoluta media, K
(Ta-Tw) Diferencia entre la temperatura del aire y la temperatura de superficie en el frente
de secado, (0.5°C), °C
x Humedad, g (Ec 21)
x Espesor del alimento
Z Distancia entre el borde de la placa y el frente de sublimación
Griegos
? Es la tensión superficial
?=?2/?1 Radio de congelación y descongelación
? Viscosidad del fluido
? Ángulo de contacto del liquido
?S Temperatura superficial (ºc)
?i Temperatura del frente de sublimación (ºc)
? Calor latente de sublimación, J/kg
?ff Conductividad térmica del alimento congelado (W/mk)
?S Calor latente de sublimación (J/kg)
?ice Densidad del hielo
? Densidad del liquido (kg/m3)
? Densidad de la muestra congelada (kg/m3)
? Densidad del alimento seco (kg/m3)
t0 Tiempo de relajación del proceso a T=T0 (h)
t Tiempo de relajación del proceso (h)
d Distancia de difusión, m
3.2. ETAPAS DE LA LIOFILIZACIÓN
La liofilización involucra varias etapas (Fig. 3):
• Congelación (y acondicionamiento en algunos casos) a bajas temperaturas
• Secado por sublimación del hielo (o del solvente congelado) del producto congelado,
generalmente a muy baja presión (Fig. 4), generalmente se estudia en dos etapas, a
saber: etapa primaria de y secundaria de secado.
• Almacenamiento del producto seco en condiciones controladas.
En la liofilización el material original está construido por un núcleo central de material
congelado. A medida que el hielo se sublima, el plano de sublimación, que se inicia en la
superficie exterior, penetra al interior dejando atrás una corteza porosa de material ya

SEMINARIO II LIOFILIZACIÓN
Juan Sebastián Ramírez Navas 9
seco. El calor para el calor latente de sublimación del hielo, equivalente a 2838 kJ/kg
(1220 btu/lbf), procede por conducción a través de la corteza de material seco. En algunos
casos, también se conduce a través de la capa congelada desde la parte posterior. El
vapor de agua que se forma se transfiere a través de la capa de material seco. El agua
congelada se sublima a menos 0ºC y a una presión de 627 Pa o menos. Por consiguiente,
las transferencias de calor y de masa se verifican simultáneamente. (M. R. Okos, et al
1992; C. J. Geankoplis 1999; P. Fellows 2000)
Durante este proceso hay absorción de calor y hay que evitar que la mezcla supere la
temperatura eutéctica, a fin de que durante todo el proceso permanezca en estado sólido.
Procediendo de este modo los productos orgánicos termolábiles conservan sus
propiedades indefinidamente y recuperan su forma y estado primitivo al hidratarlos. En los
estudios biológicos la liofilización supone el poder conservar indefinidamente cepas de
bacterias y virus sin necesidad de resiembras, etc.
Figura 3. Pasos del proceso de liofilización Figura 4. Diagrama de fases del agua y
sistemas de secado
En el secado mediante la liofilización se distinguen tres fases o etapas que se
esquematizan en la figura 4 (C. E. Orrego A 2003). Cuando en el proceso de liofilización
comienza el calentamiento empieza a formarse un frente de sublimación o interfase entre
la capa seca y la capa congelada de la muestra el cual avanza progresivamente, y, para
un determinado instante, a una temperatura de interfase le corresponde una determinada
Presión de saturación. La transferencia de masa ocurre por la migración de vapores a
través de la capa seca de la muestra bajo la acción de una diferencia de presión, esta
transferencia es alta cuando la diferencia de presión es grande
Generalmente, al liofilizar adecuadamente un material se puede almacenar por períodos
muy largos con reducciones muy bajas de sus características organolépticas, físicas,
químicas y biológicas.
En la figura 5 se ilustra el proceso de liofilización de un material. El calor transferido desde
la fase gaseosa por conducción, convección o radiación, llega a la superficie seca y se
transfiere por conducción hasta la capa congelada. En algunos casos, el calor también
pasa a través del material congelado para llegar al plano de sublimación. El tiempo total
de secado debe ser lo suficientemente largo como para que el contenido final de
humedad sea inferior al 5% en peso, y evitar así la degradación del producto final durante
su almacenamiento. Las temperaturas máximas que se alcanzan en alimentos secos y

LIOFILIZACIÓN SEMINARIO II
10 Juan Sebastián Ramírez Navas
productos congelados deben ser bastante bajas para mantener la degradación a un
mínimo. (C. J. Geankoplis 1999)
El proceso más común de liofilización se basa en que los gases que rodean al material
suministran a la superficie del sólido el calor de sublimación necesario. Después, el calor
se transfiere por conducción a través del material seco hasta la superficie congelada. En
la figura 6 se muestra el modelo simplificado de Sandall y colaboradores (H. H. Steinour
1944; C. J. Geankoplis 1999).
En la figura 6 el flujo específico de calor a la superficie del material se verifica por
convección, y una vez en el sólido seco, por conducción hasta la superficie de
sublimación. El flujo de calor a la superficie es igual al que pasa por el sólido seco,
suponiendo un estado seudo estacionario. Los perfiles de temperatura y humedad en el
interior del alimento durante la liofilización dependen de las velocidades de transferencia
de masa y calor. El calor se transfiere a través del frente de sublimación o línea frontera
entre las fases congelada y seca del producto. Dependiendo de la fuente de calor la
transferencia podrá ser a través de la capa congelada, la capa seca o ambas. (M. R.
Okos, et al 1992; C. J. Geankoplis 1999; P. Fellows 2000; C. E. Orrego A 2003)
Figura 5. Transferencia de calor y de
masa en el secado por congelación Figura 6.
Modelo para el frente de hielo en
retroceso en el secado por congelación
3.2.1. Congelación
C. E. Orrego A (2003), indica que cada producto debe congelarse de una manera tal que
garantice que sufrirá pocas alteraciones en el proceso posterior de sublimación. Se debe
conocer con precisión:
• La temperatura en la que ocurre la máxima solidificación
• La velocidad óptima de enfriamiento
• La temperatura mínima de fusión incipiente
Se busca que el producto ya congelado tenga una estructura sólida sin intersticios en los
que haya líquido concentrado para propiciar que todo el secado ocurra por sublimación.
En los alimentos se pueden obtener distintas mezclas de estructuras luego de la
congelación que incluyen cristales de hielo, eutécticos, mezclas de eutécticos y zonas
vítreas amorfas. Estas últimas son propiciadas por la presencia de azúcares, alcoholes,
cetonas, aldehídos y ácidos, así mismo como por las altas concentraciones de sólidos en
el producto inicial. (C. E. Orrego A 2003)

SEMINARIO II LIOFILIZACIÓN
Juan Sebastián Ramírez Navas 11
Debido a que el agua en ese estado vítreo está aún en forma líquida, la presión de vapor
del agua en el vidrio, según la Ley de Raoult, tenderá a ser menor que la del hielo a la
misma temperatura. Como resultado de la baja velocidad de evaporación del agua, el
sistema vítreo puede fundirse cuando la temperatura aumenta, es decir, la movilidad del
agua será mayor que cero, sin implicar ninguna cantidad significativa de calor de fusión.
(B. Luyet, 1960 y L. Rey, 1977). Aunque lo antes señalado sugiere que las soluciones de
azúcar forman sistemas vítreos, aún es más importante darse cuenta que la región
intersticial en casi todas las formulaciones de múltiples componentes es vítrea por
naturaleza. (T. A. Jennings, 1993)
La congelación de un producto puede tener efectos dañinos debido a la concentración de
las sales o azucares en la región intersticial de la matriz. Si el crecimiento del hielo en la
formulación es relativamente lento, entonces el ingrediente activo, por ejemplo proteínas,
en el fluido intersticial está expuesto por largos períodos a una solución electrolítica
concentrada, bajo esas condiciones, las proteínas se desnaturaliza o se vuelve inservibles
para el uso final pretendido. En las células, la formación de una solución de sal
concentrada, causará un incremento de la presión osmótica, el exceso del agua que
ingresa a la célula destruye la membrana. La reducción del tiempo de exposición a una
solución electrolítica concentrada se logra mediante una congelación rápida del producto.
Así, el método de congelación es un elemento importante en la liofilización de algunos
productos. (D. Griff y W. Rightsel, 1964; T. A. Jennings, 1993; V. Pujol et al; 1996)
3.2.1.1. Porosidad del producto
La difusión de vapor aumenta con la porosidad, razón por la cual la lenta velocidad de
congelación del producto provoca rápida velocidad de secado ya que los cristales
formados son voluminosos y se transforman en poros después de la sublimación. Los
cristales formados durante la congelación son más pequeños en cuanto mayor es el
extracto seco inicial. Por lo tanto, la velocidad de liofilización disminuye cuando aumenta
el extracto seco del producto (Mafart 1994; L. V. Coral A., M. A. Mora G. y K. B. Muñoz G.
2005)
3.2.1.2. Mecanismo de transferencia de calor durante el equilibrio de la
congelación.
El flujo de calor (q) a través de una sustancia sólida se ilustra en la Figura 3. El flujo de
calor (q) puede ser obtenido mediante la ecuación (1)
( ) ( )
essf
k
qhTTTT
L
=−=−
∆
Ec (1)
3.2.2. Secado Primario por sublimación del hielo
El proceso de secado como tal puede ocurrir o no a bajas presiones pero en tales
condiciones es mucho más eficiente el proceso difusivo. El paso de hielo a vapor requiere
gran cantidad de energía que suministrada en alto vacío pues la interfase de secado se
mueve hacia el interior de la muestra y el calor tiene que atravesar capas congeladas
(sistemas liofilizados en bandeja, sin granular) o secas (en granulados), generándose un

LIOFILIZACIÓN SEMINARIO II
12 Juan Sebastián Ramírez Navas
considerable riesgo de fusión del material intersticial o quemar la superficie del producto
que ya está seco. (C. E. Orrego A 2003)
Sublimación es la condensación directa de vapor a sólido. Un proceso de sublimación
significa un procedimiento mediante el cual una sustancia sufre una transición de éstas o
una combinación de ellas. El proceso de sublimación es mucho más eficiente a presiones
mínimas debido a que el agua se extrae por un impulso originado por el gradiente de
presión total (J. de D. Alvarado 1996; R. Perry 1997)
La sublimación se utiliza para materiales que no se pueden purificar con facilidad
mediante las operaciones unitarias mejor conocidas. Se ha observado un interés creciente
por la separación de mezclas de componentes volátiles mediante métodos de sublimación
(Gillot y Goldberger, 1969). Mafart (1994) reportó que esta primera etapa generalmente
dura de 10 a 15 minutos. (L. V. Coral A., M. A. Mora G. y K. B. Muñoz G. 2005)
Figura 7. Etapas del proceso de liofilización
Las tres fases que se distinguen en la figura 7 son (C. E. Orrego A 2003):
Fase 1: Llamada etapa conductiva. Inicialmente, por el calentamiento de la muestra, la
velocidad de sublimación crece rápidamente hasta llegar a un máximo. El tiempo para
agotar esta fase es relativamente corto; en ella se lleva a cabo la mayor parte de
remoción de agua del producto (entre un 75-90 %), siendo el mecanismo preponderante
la transferencia de calor por conducción.
Fase 2: Primera etapa difusiva. Muestra un descenso importante de la velocidad de
sublimación debido a la formación de una capa porosa de material seco que opone
resistencia creciente al flujo de calor y al vapor a medida que procede el secado.
Fase 3: Segunda etapa difusiva. La velocidad de sublimación continúa decreciendo de
forma que se aproxima a cero. Esto debido a que el calor necesario para retirar el agua
ligada es más alto que el calor de sublimación. Puesto que la difusividad de los aromas
disminuye sensiblemente cuando la humedad es pequeña es posible en esta etapa
incrementar la temperatura de la calefacción y del producto hasta valores del orden de
50ºC, dependiendo del material que se trate.

SEMINARIO II LIOFILIZACIÓN
Juan Sebastián Ramírez Navas 13
Como en todo proceso de secado, coexisten los fenómenos de transferencia de masa y
calor, la curva de transferencia de calor en función del tiempo se obtiene multiplicando la
cantidad de agua sublimada por su correspondiente calor de sublimación o desorción.
En la transferencia de calor y masa se combinan la acción de la temperatura y los
gradientes de presión como fuerzas impulsoras, que deben vencer las resistencias
puestas por el espesor de la muestra y sus características físicas. El espesor es
importante: mientras este es más delgado hay menor resistencia para que el flujo de calor
y masa pase a través de la muestra.
3.2.2.1. Mecanismo de transferencia de calor y masa durante la sublimación.
La transferencia de calor se hace por conducción - convección gaseosa y radiación (o una
combinación de ambos mecanismos) siendo esta última la preponderante cuando se
opera a muy baja presión. (C. E. Orrego A 2003)
El flujo específico de masa del vapor de agua que proviene del plano de sublimación se
obtiene mediante la ecuación (2):
( ) ( )
Afwswgswew
D'
Nppkpp
RTL
=−=−
∆
Ec (2)
Los coeficientes h y k
g están determinados por las velocidades del gas y las
características del secador y, por tanto, son constantes. Las condiciones externas de
operación dictan los valores de Te y pew La naturaleza del material procesado determina
los valores de k y D'.
A medida que aumenta T
e y, por tanto, T
s, con objeto de incrementar la velocidad de
secado, se pueden alcanzar dos límites. Primero, la temperatura de la superficie exterior
Ts, no puede llegar avalores muy altos, debido a la posibilidad de deterioro térmico. En
segundo lugar, la temperatura T
f se debe mantener bastante por debajo del punto de
fusión. Cuando k/?L es pequeño en comparación con kg y D’/RT ?L, al aumentar el valor
de T
s, el primer límite es la temperatura de la superficie externa. Para incrementar la
velocidad de secado, es necesario aumentar k. Por consiguiente, se considera que el
proceso esta controlado por la transferencia de calor. La mayor parte de los procesos
de liofilización que se usan en la práctica están controlados por la transferencia de calor
(G. J. Kynch 1952; C. J. Geankoplis, 1999)
3.2.3. Secado Secundario
La humedad remanente en el producto después del proceso de secado primario se
absorbe por el material o se adsorbe por la superficie del mismo (T. A. Jennings, 1993).
3.2.3.1. Mecanismo de remoción de agua en el secado secundario.
La velocidad de desorción de un gas desde una superficie puede ser expresada como:

LIOFILIZACIÓN SEMINARIO II
14 Juan Sebastián Ramírez Navas
d
H
RT
dn k"exp
dt
−∆



=⋅ Ec (3)
De la Ec (3) muestra que la velocidad de desorción se incrementará exponencialmente
con la temperatura cuando ?Hd no varía significativamente con ésta. La velocidad de
desorción es también muy dependiente de la energía de desorción, o sea, a medida que
la energía aumenta, la velocidad de desorción disminuye exponencialmente (T. A.
Jennings, 1993).
3.2.4. Almacenamiento del producto seco en condiciones controladas
Los productos liofilizados y adecuadamente empacados, pueden ser guardados por largos
periodos de tiempo ya que en buena medida retienen las propiedades físicas, químicas,
biológicas y organolépticas de sus estados frescos. La liofilización, reduce las pérdidas de
calidad debidas a deterioro por reacciones químicas, causado por degradación enzimática
y no enzimática. Sin embargo, la oxidación de lípidos, inducida por los bajos niveles de
humedad a los que lleva el producto durante el secado, es un problema a considerar para
los productos liofilizados. Las reacciones de oxidación de lípidos se controlan, empacando
los productos liofilizados en recipientes impermeables al oxígeno. La degradación no
enzimática es evitada por la rápida transición de alto a bajo contenido de humedad. El uso
de rangos bajos de temperatura también evita la desnaturalización de proteínas en los
productos liofilizados. (C. E. Orrego A 2003)
3.3. LIOFILIZACIÓN ATMOSFÉRICA
Meryman (1959) demostró la posibilidad de secar productos congelados sin necesidad de
vacío. Estableció que el gradiente de presiones de vapor es el que facilita el paso del
agua entre el frente de secado y la zona seca. El proceso corresponde a la liofilización
atmosférica.
Lewin y Mateles (1962) obtuvieron resultados satisfactorios, en pruebas preliminares de
liofilización sobre zanahorias, guisantes (arvejas) y carne de pollo.
Sinnamon y colaboradores (1968), trabajaron con manzanas, reportaron de lo extenso
del proceso de secado, si se desea obtener humedades inferiores al 15%.
Heldman y Hohner (1974), en base a pruebas experimentales de liofilización atmosférica
y al desarrollo de un modelo matemático, concluyeron que el principal limitante económico
se debe a su baja velocidad de secado, controlada por la difusión molecular de vapor de
agua en la estructura seca del producto.
Schmidt y colaboradores (1977), liofilizaron zanahorias en cubos, observaron una
disminución del tamaño y desarrollaron un modelo matemático para calcular las curvas de
secado.

SEMINARIO II LIOFILIZACIÓN
Juan Sebastián Ramírez Navas 15
Heldman (1977) mostró que el mayor potencial para hacer practicable el secado por
liofilización atmosférica es la aproximación a lechos fluidizados intentada por Maléela y
colaboradores (1970).
Charm (1981) manifiesta que las bases que gobiernan la liofilización atmosférica son
similares a las del secado convencional por aire. (citado por: J. de D. Alvarado 1996)
J. S. Ramírez y J. Cañizares (2003) liofilizaron dos variedades de papa concluyendo que
de las características de la matriz sólida dependía del tiempo de secado.
Alvarado (1979); (citado por: J. de D. Alvarado 1996; J. S. Ramírez y J. Cañizares 2003)
concluyó que la liofilización atmosférica está controlada principalmente por el mecanismo
de transferencia de masa desde la superficie del producto hacia el aire. (trabajo realizado
a la papa característica de Guatemala).
3.4. MODELOS MATEMÁTICOS EN LA LIOFILIZACIÓN
M. Pardo B. (2002) reporta que:
• Los modelos clásicos se han enfocado sobre la cinética de sublimación
• Existen algunos modelos de cinética de desorción de agua no congelada
• Se conocen modelos de cinética de congelación y de cristalización.
• Existen teorías que explican de manera cualitativa la retención de volátiles.
• Faltan modelos que cuantifiquen la retención de aromas.
• Se requieren modelos integrador que vincule la formación de cristales con las
velocidades de remoción de agua y de volátiles.
3.4.1. Ecuaciones de diseño y modelos matemáticos de la liofilización
A continuación se presenta las ecuaciones de diseño y los modelos matemáticos que
rigen la liofilización
El flujo de calor (q) puede ser expresado como (C. J. Geankoplis 1983; M. R. Okos, et al
1992; C. J. Geankoplis 1999) mediante la ecuación (4).
( ) ( )
essf
k
qhTTTT
L
=−=−
∆
Ec (4)
Sandall y colaboradores han ensayado el modelo en comparación con datos reales de
secado por congelación (H. H. Steinour 1944). El modelo logra predecir satisfactoriamente
los tiempos de secado para la eliminación del 65 a 90% del agua total inicial (H. H.
Steinour 1944, G. J. Kynch 1952). La temperatura T
f de la interfase de sublimación
permanece casi constante. Sin embargo, durante la eliminación del restante 10 a 3.5% de
agua restante la velocidad de secado disminuyó notablemente y el tiempo real fue
bastante mayor al que se predijo teóricamente para este periodo. (C. J. Geankoplis, 1999)

LIOFILIZACIÓN SEMINARIO II
16 Juan Sebastián Ramírez Navas
Se ha determinado que la conductividad térmica efectiva k del material seco varía de
manera apreciable con la presión total y con el tipo de gas presente. Además, el tipo de
material afecta al valor de k (H. H. Steinour 1944, G. J. Kynch 1952). La difusividad
efectiva D' del material seco está en función de la estructura del material, de la difusividad
de Knudsen y de la difusividad molecular (G. J. Kynch 1952; C. J. Geankoplis, 1999)
La transferencia de calor a través del hielo será dependiente del grosor que tiene el
mismo, mientras que la transferencia a través de la interfase hielo-líquido será
inversamente dependiente de la capa (líquida). M. Jacob (1949) señaló que el perfil de
temperatura a través de la interfase hielo-líquido no es lineal. La nueva capa de hielo
puede ser obtenida a partir de la ecuación 5. (T. A. Jennings, 1993):
o
icef
H
AH
∆
λ=
ρ∆
Ec (5)
La velocidad de formación de hielo puede ser expresada por la ecuación (6). (T. A.
Jennings, 1993):
(
)
o
icef
dH
d1
dtAHdt
∆
λ=ρ∆ Ec (6)
El tamaño del cristal de hielo formado (B. Woinet, J. Andrieu, M. Laurent y S.G. Min 1998)
se obtiene mediante la ecuación (7):
1
2
aIIm
p2mI a2
16DTT kk
dsFF
kaTT 2D2a
−
⋅−
=⋅⋅⋅
⋅−γγ
Ec (7)
D. Chevalier, A. Le Bail, M. Ghoul (2000), presenta el modelo para calcular el tiempo de
congelación en liofilización, mediante la ecuación 10.
( )
plankplank
cafff
HMM
1
tNTTh4
∆⋅ρ⋅

=+

⋅−λ

Ec (8)
El flujo específico de masa del vapor de agua que proviene del plano de sublimación se
obtiene mediante la ecuación (9): (C. J. Geankoplis 1983; M. R. Okos, et al 1992; C. J.
Geankoplis 1999)
( ) ( ) ( )
Afwswgswew
21
D'
Nppkpp
RTLL
=−=−
− Ec (9)
El flujo de vapor de agua que sale del frente de sublimación es, desde la transferencia de
masa a través de la capa seca o entre la superficie y el ambiente de la cámara para
estado estacionario se obtiene mediante la ecuación (10): (C. E. Orrego A 2003)

SEMINARIO II LIOFILIZACIÓN
Juan Sebastián Ramírez Navas 17
( ) ( ) ( )
P
S0g0A
K
GtPPkPP
Z
=−=− Ec (10)
Si las moléculas de agua que salen de la superficie no sufren ninguna colisión gas-gas
que les cause retornar a la superficie del hielo, entonces la velocidad de sublimación se
obtiene mediante la ecuación (11): (RSub) sería (T. A. Jennings, 1993):
1/2
21
Subv
sup
M
R58.3Pgcms
T−−


=⋅⋅⋅⋅




Ec (11)
La presión de vapor de equilibrio del hielo Pv está relacionada con la distribución de la
energía de las moléculas de agua en la superficie de la capa desordenada, a cierta
temperatura T. La presión de vapor puede ser aproximada a partir de una versión
modificada de la ecuación Clausius-Clapeyron, se obtiene mediante la ecuación (12): (T.
A. Jennings, 1993):
[ ]
5Hs
13 kNT
v273.1
P=3.397x10exp mTorr
T
∆




⋅⋅

 Ec (12)
La velocidad total de sublimación del vapor de agua desde una superficie de hielo
contenida en una matriz isotérmica es la suma de las velocidades de todas las superficies
de hielo. La energía requerida para sublimar una cantidad de hielo, a una temperatura T’ y
donde T’ < 273.2 K, se obtiene mediante la ecuación (13): (T. A. Jennings, 1993):
?H = m?Hs (273.1 – T’) - m?Hf + m?Hv cal. Ec (13)
De lo anterior puede verse que el calor de sublimación (?H) crecerá en magnitud a
medida que la temperatura se reduce.
La velocidad de desorción de un gas desde una superficie se obtiene mediante la
ecuación (14): (T. A. Jennings, 1993)
d
H
RT
dn k"exp
dt
−∆



=⋅ Ec (14)
El tiempo de liofilización se puede calcular mediante varios modelos:
Modelo presentado por C. J. Geankoplis (1983). (Citado por: M. R. Okos, et al 1992; C. J.
Geankoplis 1999) el tiempo de liofilización se obtiene mediante la ecuación (15):
( ) ( )
fwew
ASg
RT1xL
L1dx1 pp
2MVdtk2D'

−

−+=−





Ec (15)

LIOFILIZACIÓN SEMINARIO II
18 Juan Sebastián Ramírez Navas
Al integrar la Ec (20) entre los límites de t = 0 cuando x1 = 1.0, y t = t cuando x2 = x2, la
ecuación para el tiempo de secado hasta x
2 es la siguiente, cuando h es muy grande
(resistencia externa despreciable) (C. J. Geankoplis 1983), el tiempo de liofilización se
obtiene mediante la ecuación (16):
( )
222
S12
12
ASef
LHxx
txx
4kMVTT22

⋅∆
=−−+

⋅⋅⋅⋅−

Ec (16)
Modelo presentado por Karel (1974) (citado por: Fellows 2000), el tiempo de liofilización
se obtiene mediante la ecuación (17):
(
)
( )
2
12S
ddsi
xMM
t8k
⋅ρ⋅−λ
=⋅⋅θ−θ Ec (17)
Williams y colaboradores (1950) diseñaron un modelo matemático (WLF) con el fin de
determinar el tiempo de colapso por relajación de productos liofilizados, utilizado por G.
Levi y M. Karen (1995) con gran efectividad y mínimo porcentaje de error, mediante la
ecuación (18):
(
)
( )
0
1mcs0
0
02mcs0
CTT
log
CTT
⋅−
τ=
τ+−
Ec (18)
M. C. Heller, J. F. Carpenter, and T. W. Randolph (1998) modelo termodinámico para
predecir las separaciones de fase en formulaciones crío-concentradas de Proteína
Liofilizada, mediante la ecuación (19):
( )
( )
(
)
ff
iceliq
TT
PP
0iceliq
ice1PP
TT
CC
TGHTSCCdTTdT
T
−
µ−µ=∆=∆−∆=−−
∫∫
Ec (19)
Modelo de Lucas Washburn para rehidratar frutas liofilizadas (Kuek Tze Lee, Mohammed
Farid, Sing Kiong Nguang 2004) mediante la ecuación (20):
2
dh(t)rcosrg
dt4h(t)8
⋅γ⋅θ⋅⋅ρ
=−
⋅⋅η⋅η
Ec (20)
asumiendo que la estructura de alimento es simple, contiene poros individuales, que el
flujo es unidireccional y constante, el flujo newtoniano con mínimos efectos sobre el
alimento.
La ecuación (21) sirve para calcular el valor de los coeficientes de transporte de masa y
calor, km* y ht, respectivamente. Integrándola permite determinar el tiempo de secado.

SEMINARIO II LIOFILIZACIÓN
Juan Sebastián Ramírez Navas 19
( ) ( )
*t
mwaaw
hA
x
kAHHTT
t
⋅
∆=⋅−=−
∆λ
Ec (21)
El número adimensional (NH), ecuación (22), según lo indicado por Heldman y Hohner
(1974), es análogo al número de Biot, y permite definir las condiciones en las cuales el
proceso es controlado por el mecanismo de transferencia de masa interna, que ocurre
cuando este número es mayor que 100*109. Valores menores indican que el mecanismo
predominante es la transferencia de masa superficial. (J. de D. Alvarado 1996; J. S.
Ramírez y J. Cañizares 2003)
**
DD
He
kkP(RG)(TA)
NDBDM'
⋅δ⋅δ⋅⋅
== ⋅⋅ Ec (22)
Alvarado (1979) reportó 8,75x109 trabajos realizados a la papa característica de
Guatemala e indica que los datos analizados señalan, en una gran extensión, que la
liofilización atmosférica es controlada principalmente por el mecanismo de transferencia
de masa desde la superficie del producto hacia el aire. (citado por: J. de D. Alvarado
1996; J. S. Ramírez y J. Cañizares 2003)
Con el desarrollo tecnológico, las técnicas de simulación son cada día más utilizadas
como un medio preliminar para la evolución de la liofilización. En la literatura, se ha
acertado varios modelos teóricos interesantes de fenómenos de transferencia de calor y
materia durante la liofilización, como los citados anteriormente. Sin embargo, solamente
algunos utilizan los parámetros de ajuste para validar las simulaciones con los
experimentos dados. (S. Khalloufi, J. L. Robert y C. Ratti 2004; N.K. Sharma y C.P. Arora
1993; A.I. Liapis y J.M. Marchello 1984; M.J. Millman, I.A. Liapis y J.M. Marchello 1985; H.
Sadikoglu, A.I. Liapis y O.K. Crosser 1998; P. Sheehany A.I. Liapis 1998) De otra parte los
resultados de estos modelos no son comparables con los dados experimentalmente. (S.
Khalloufi, J.L. Robert y C. Ratti 2004; A.I. Liapis y R. Bruttini 1995; J.A. Nastaj 1991
3.5. VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LA LIOFILIZACIÓN
La principal ventaja de esta técnica es la calidad superior del producto final. Sin embargo,
visto el costo del proceso, la liofilización queda generalmente reservada para productos
con un alto valor agregado, semejantes a los productos farmacéuticos o alimentos para
bebes y ciertas especies. Una de las causas de este elevado costo es la longevidad del
producto procesado. En efecto, la baja presión del proceso y la débil conductividad de los
productos liofilizados (debido a la textura porosa) afectan de manera significativa y
negativa la transferencia de calor y de masa y por consecuencia la duración de la
operación de deshidratación. En la actualidad, varios estudios a escala de laboratorio y
planta piloto se realizan con el fin de obtener una mejor comprensión de los detalles de la
liofilización (Y Sagara y J. Ichiba 1994; A. I. Liapis, M. J. Pikaly R. Bruttini 1996; E. Wolffy
H. Gubert 1998; S. Khalloufi 2001; S. Khalloufi, J-L Robert y C. Ratti 2004).

LIOFILIZACIÓN SEMINARIO II
20 Juan Sebastián Ramírez Navas
P. Fellows (2000), presentó un cuadro de diferencias entre el secado convencional y la
liofilización.
Tabla 2. Diferencias entre el secado convencional y la liofilización
SECADO CONVENCIONAL LIOFILIZACIÓN
Recomendado para obtener alimentos secos
(verduras y granos)
Recomendado para la mayoría de los alimentos
pero se ha limitado a aquéllos que son difícil de
secar a través de otros métodos
Es poco satisfactorio para carne Recomendado para carnes crudas y cocidas
Rango de Temperatura 37 – 93ºC Temperaturas debajo del punto congelación
Presiones atmosféricas Presiones reducidas (27–133 Pa)
Se evapora el agua de la superficie del alimento Se sublima el agua del frente de congelación
Movimiento de solutos y lo que causa algunas
veces endureciendo Movimiento mínimo de solutos
Las tensiones en alimentos sólidas causan daño
estructural y encogimiento Cambios estructurales o encogimiento mínimos
Rehidratación incompleta o retardada Rehidratación completo o rápido
Partículas porosas secas tienen a menudo una
densidad más alta que el alimento original
Partículas porosas secas tienen una densidad
más baja que el alimento original
Olor y sabor frecuentemente anormal Olor y sabor normalmente intensificado
Color frecuentemente más oscuro Color normal
Valor nutritivo reducido Nutrientes retenidos en gran porcentaje
Costos generalmente bajos
Costos generalmente altos, aproximadamente
cuatro veces más que el secado convencional
Fuente: P. Fellows (2000)
M. Pardo B. (2002) reportó varias ventajas sobre el proceso de liofilización: previene daño
térmico, los volátiles diferentes del agua son retenidos, el producto se reconstituye y el
encogimiento es despreciable. Y cómo desventajas reportó: largos tiempos de
procesamiento, alto consumo de energía, costo de inversión inicial alto, alto precio del
producto final.
En síntesis ofrece ventajas tan importantes como la conservación y transporte fácil de los
productos, la ausencia de temperaturas altas, la inhibición del crecimiento de
microorganismos, o la recuperación de las propiedades del alimento al añadirle el
volumen de agua que en un principio tenía.
3.6. EVOLUCIÓN DEL PROCESO Y EQUIPOS
Nonhebel y Moss (1971) clasificaron a los secadores en equipos de funcionamiento
continuo y estacionario. Según el mecanismo de operación, y considerando el fenómeno
de transferencia de calor, se los divide en equipos basados en conducción, convección,
infrarrojos y dieléctricos. De acuerdo a las características del equipo, existen secadores
de bandejas, túnel, cilindros rotatorios, lechos fluidizados, neumáticos y por aspersión. En
la actualidad, la liofilización posibilita aumentar 12 veces el valor de los alimentos. (J. de
D. Alvarado 1996; M. A. Nonhebel y A. A. H. Moss 1971; J. de D. Alvarado 1979; J. S.
Ramírez y J. Cañizares 2003)

SEMINARIO II LIOFILIZACIÓN
Juan Sebastián Ramírez Navas 21
3.6.1. Partes Generales del equipo de Liofilización
En la Figura 8 se ilustra un esquema de un liofilizador típico, con un condensador externo.
Éste tiene tres componentes principales: la cámara de secado, el condensador y el
sistema de vacío. La función básica del liofilizador es crear el entorno necesario para el
proceso de liofilización. Esta sección, en general, no se ocupará de la operación de este
equipo, sino del efecto que diversos componentes en los secadores pueden tener sobre el
proceso. (T. A. Jennings, 1993)
Los equipos de pequeña escala, tipo planta piloto o de laboratorio constan exactamente
de las mismas partes representadas en la fig. 8. con la diferencia que se ha integrado
todas estas en un solo equipo.
Figura 8. Esquema general de un sistema de liofilización
3.6.1.1. Cámara del liofilizador
La cámara del secador sirve al proceso de liofilización mediante las siguientes funciones:
(a) proporcionar un entorno limpio y a veces estéril para el proceso; y (b) proporcionar las
temperaturas y presiones necesarias para congelar y secar el producto.
3.6.1.2. Condensador
La principal función del condensador es eliminar los vapores condensables antes de que
entren en el sistema de bombeo de vacío.
3.6.1.3. Sistema de vacío

LIOFILIZACIÓN SEMINARIO II
22 Juan Sebastián Ramírez Navas
El sistema de vacío, según se muestra en la Figura 8, está conectado a la cámara del
condensador y su función es proporcionar las presiones necesarias para las fases de
secado primario y secundario. Los dos rasgos principales de un sistema de vacío que
requieren consideración son la tubería de comunicación con el condensador y la
naturaleza de la bomba de vacío.
3.6.1.4. Instrumentación
La instrumentación asociada con liofilizador es de gran importancia. El logro de un óptimo
producto requiere un sistema de control que reproduzca el proceso de liofilización,
siempre que esté dentro de los límites del equipamiento y de un sistema de recolección
de datos que verifique la consistencia del proceso.
3.6.2. Clases de equipos
En el mercado comercial se puede conseguir equipos de laboratorio (ver Fig. 9 – 10), para
planta piloto (ver Fig. 11) e industria (ver Fig. 12), de variadas especificaciones (ver tabla
3)
Figura 9. Liofilizador para laboratorio Figura 10. Liofilizador para laboratorio
Figura 11. Liofilizador Planta piloto Figura 12. Liofilizador Industrial

SEMINARIO II LIOFILIZACIÓN
Juan Sebastián Ramírez Navas 23
Tabla 3. Especificaciones de los equipos de liofilización
DESCRIPCIÓN LABORATORIO
PILOTO INDUSTRIA
Bomba de vacío 6 m3/h 18 – 35 m3/h
Capacidad de condensador 6 – 10 kg 15 – 30 kg 30-300kg
Temperatura de condensador
-50ºC -50 a -80 ºC -75ºC
Superficie * (# de estantes) 0.33 m2*(3) 0.48 – 1.8 m2 * (3 - 5) 2-12m2 * (5-8)
3.6.3. Industrias de liofilización destacadas
A nivel nacional tenemos la empresa de Café liofilizado y actualmente la empresa del
Doctor Mauricio Pardo, profesor de la Universidad de la Sabana en Bogotá. Además de
varias farmacéuticas que tienen equipos piloto de liofilización o de pequeña escala, pero
que no alcanzan una magnitud significativa como los citados a continuación.
Figura 13. La planta LIAL usa chorros de vapor
supersónicos para crear vacío, una idea que
fracasó en la industria alimenticia inglesa en
los años ’60, pero que pudieron reflotar con todo
éxito gracias a nuestro origen tecnológico
nuclear
Figura 14. La puerta de la enorme cámara de
vacío de la planta LIAL a punto de
cerrarse. Esta instalación de Gaiman ha
resultado tan efectiva, sencilla, robusta y
económica que INVAP está empezando a
exportar llave en mano instalaciones parecidas
Existen varias empresas a nivel mundial dedicadas a la liofilización: LioBras (fármacos y
alimentos) en Brasil; Commercial Freeze Dry (alimentos) en el Reino Unido; HULL an SP
Industries brand (fármacos) en Estados Unidos; Botanique Preservation, Inc (material
botánico y taxidermia) en Estados Unidos; Nutripac S. A. (Fig. 13, 14) en Brasil, Argentina
y México (fármacos, alimentos)
En las innovativas plantas liofilizadoras de INVAP de Nutripac S. A. (Fig. 15) el vacío se
realiza por medio de eyectores de vapor, sin bombas ni trampas frías. Los eyectores son
equipos pasivos, de operación sencilla y escaso mantenimiento, activados por vapor. Para
instalar un equipo liofilizador de INVAP no se necesita una fábrica altamente equipada:
sólo hay que tener gas natural, electricidad y agua.

LIOFILIZACIÓN SEMINARIO II
24 Juan Sebastián Ramírez Navas
Figura 15. La planta LIAL ya construida y en operaciones. Rinde 1,8 toneladas diarias de producto
liofilizado, tiene un costo energético muy inferior al de una planta convencional y no produce ningún
consumo de repuestos para bombas de vacío, ya que carece de ellas
4. ESTADO DEL ARTE
Según lo indicado por Talburt (1975), J. de D. Alvarado (1979), los incas desarrollaron un
proceso rudimentario de liofilización para la fabricación del chuño, 200 años a.C., a partir
de papas (Solanum tuberosum) y el charqui, la carne de llama, los primeros liofilizados de
la historia (fig.14), éstas eran congeladas por las frías temperaturas de montaña durante
la noche, aprovechando las nieves andinas, y descongeladas en el día para extraer el
agua por la baja presión atmosférica de las altitudes. El proceso se repetía hasta obtener
un producto estable de baja humedad que con otros cultivos eran almacenados sobre las
alturas de montaña encima de Machu Picchu (fig.15). La técnica también fue desarrollada
por los vikingos (fig. 16), aprovechando las bajas temperaturas en el invierno, pero con
montañas más bajas y sol más oblicuo, liofilizaron el tipo de pescado arenque (fig. 17) con
menos perfección.
Figura 16. Chuño y charqui Figura 17. Machu Picchu
También podría llamarse crío-desecación en razón de su fase inicial de congelación. El
termino desecación refiere a la deshidratación del producto y crío significa “frío” en griego.
La crío-desecación fue inventada en 1904 por físicos franceses. Aunque E. W. Flosdorf y
S. Mudd (1935) introdujeron el termino liofilizar no fue sino hasta 1943 que el profesor

SEMINARIO II LIOFILIZACIÓN
Juan Sebastián Ramírez Navas 25
Alexander Fleming propuso formalmente el término liofilización, que proviene de los
términos “luen” o “solvente” y “phileo” o “amigo”, en griego. (E. W. Flosdorf And S. Mudd,
1935; E. W. Flosdorf And A. C. Kimball, 1939; V. Fournier, 2006)
Figura 18. Vikingos Figura 19. Arenque
R. Altman (1890) conservó tejidos animales por un procedimiento similar a la liofilización,
reportó que era posible secar tejidos a una temperatura cercana a -20º C, no informó la
presión utilizada. Éste se anticipó a su época.
Benedict y Manning (1905), informaron del secado de materiales provenientes de
animales en un equipo con una bomba química de vacío, que trabajaba desplazando el
aire de la cámara mediante la evaporación de éter etilo, posteriormente se conectaba la
cámara de secado a una vasija que contenía ácido sulfúrico concentrado, así que al
disolverse el éter etilo en el ácido se producía en el sistema una presión subatmosférica.
Reportan que esta técnica no fue muy eficiente para pruebas con gelatina, tomándoles
dos semanas para reducir su contenido de humedad hasta el 20% en peso (citado por: T.
A. Jennings 1993).
L. F. Shackell (1909), (Citado por: E. W. Flosdorfy A. C. Kimball 1939; G. Heller 1940; G.
K. K. Link et al 1941; T. A. Jennings 1993), agregó una bomba mecánica de vacío a un
equipo de secado similar al usado por Benedict y Manning, redujó la presión en la cámara
por fdebajo de 1 Torr en pocos minutos. Usó una trampa de ácido sulfúrico para los
vapores condensados antes de que entraran a la bomba de vacío. Su sistema estaba
compuesto de una cámara de secado, un condensador de vapor de agua y el sistema de
vacío; esencialmente los componentes principales de los equipos actuales de liofilización.
Fue el pionero en trabajar con alimentos, demostrando que las carnes, frutas y vegetales
podían ser secados mientras estuvieran en estado congelado.
B.W.Hammer (1911) empleo el método y el equipo de liofilización diseñado por L. F.
Shackell (1909) para liofilizar bacterias. También L.A. Roger (1914) liofilizó cultivos de
bacilos, que al ser rehidratados produjeron ácido láctico, lo que permitió trabajar a gran
escala a partir de éstos liofilizados. Swift (1921 - 1937), (Citado por: E. W. Flosdorf y A. C.
Kimball 1939; G. Heller 1940), liofilizó muestras de estreptococos y neumococos en el
estado original de virulencia.

LIOFILIZACIÓN SEMINARIO II
26 Juan Sebastián Ramírez Navas
E.W. Flosdorf y S. Mudd (1935 – 1940), Mejoraron el proceso de secado mediante
liofilización empleando fármacos y tejido animal, definieron las mejores condiciones de
proceso para plasma sanguíneo y antibióticos. Sus mejoras rigen el proceso de
liofilización actual.
Con el equipo de liofilización mejorado por Flosdorf and Mudd (1935), Siler y
colaboradores (1936) conservaron varios cultivos de S-58 (Eberthella typhosa) para ser
evaluados años después. Liofilizar cultivos sirvió principalmente para tener material para
la preparación de vacunas (E. W. Flosdorf y A. C. Kimball 1939). Similarmente, Welch,
Borman, y Mickle (1939) usaron el equipo de liofilización para conservar Klebsiella
pneumoniae.
En 1958 la liofilización se aplicó al sector alimentario y por ser una técnica costosa se
enfocó solo a algunos alimentos como la leche, las sopas, los huevos, la levadura, los
zumos de frutas o el café. (J.S. Ramírez y J. Cañizares 2003).
H. T. Meryman (1959 - 1966). Demostró la posibilidad de secar varios productos
alimenticios congelados sin necesidad de vacío, reportó que la velocidad de secado de un
alimento a liofilizar es función de la temperatura de hielo y el gradiente de presión de
vapor entre el sitio de formación de vapor de agua y el medio secante, este proceso es el
llamado liofilización atmosférica (H. E. Wistreich Y J. A. Blake 1962; M. Mumenthaler and
H. Leuenberger 1990; J. de D. Alvarado 1996; J. S. Ramírez y J. Cañizares 2003).
J. R. King (1959) liofilizó tres clases de polen (hibridos de Lilium – Pinus Taeda L.) y los
almaceno en vacío por 50 – 194 días a -20ºC y 5ºC. Basó su trabajo en el realizado por
Pfeiffer (1955). Observó que el polen se mantuvo estable 26 y 39 días después de
liofilizarlo.
H. E. Wistreich Y J. A. Blake (1962) liofilizaron carne de res a -15ºC y a 33 mmHg con el
fin de estudiar azeótropos de agua y tolueno (10.7% - 89.3%), concluyeron que la
composición del azeótropo varia en función de la temperatura y no afecta la estructura
íntima de la carne.
Oscar Cuper (1965), realizó un estudio de la aplicación de la tecnología de liofilización a
los alimentos, llegando a la conclusión de su trascendental importancia estratégica con
alta probabilidad de aplicación en carnes, frutos de mar, hortalizas, infusiones, etc. (citado
por: M. S. Campos et al. 2000).
Para explicar la retención de compuestos volátiles durante la liofilización Thijssen H. -
Rulkens W (1968), desarrolló la teoría “selective diffusivity” y Flink, J. (1975) desarrolló la
teoría “micro-region entrapment” (citado por: J. M. Pardo B 2002).
R. T. Hanlin (1972) liofilizó hongos a -20ºC, observó que las esporas cafés de
ascomicetas no sufrieron daño, mientras que las ascoesporas de Sordaria sufrieron
colapso. En su trabajo recomienda el método de liofilización para preservar productos
botánicos y para estudios de taxidermia.
J. Alvarado (1979), aplicó los principios de liofilización atmosférica a diferentes variedades
de papa con el fin de realizar ensayos de almacenamiento (de 10 a 15ºC durante periodos

SEMINARIO II LIOFILIZACIÓN
Juan Sebastián Ramírez Navas 27
de 5 a 7 días, de 4.4ºC para periodos de 4 a 5 mese) observó que temperaturas menores
no son necesarias y resultan contradictorias en el almacenaje, concluyó que la liofilización
atmosférica es una alternativa a la liofilización tradicional, conservando sus
características y propiedades nutricionales (citado por: Ramírez J.S., Cañizares J. 2003).
J. Kelly (1980) diseñó un sistema de alto vacío a bajo costo, mejoró la cámara de
sublimación, el aislamiento de ésta y el sistema de cierre de su puerta. No reportó
información sobre la eficiencia del nuevo diseño.
W-Y Kuu, J. Mcshane, J. Wong (1995), determinaron los coeficientes de transferencia de
masa durante la liofilización de fármacos usando un modelo computacional y la técnicas
de estimación de parámetro para minimizar esfuerzos experimentales, usaron las
ecuaciones de transferencia de calor y de masa establecidos por Pikal como las
ecuaciones ejemplares, los parámetros los establecieron por mínimos cuadrados
mediante el algoritmo de Powell, utilizaron FORTRAN como software para desarrollar la
determinación de parámetros. Al ser un modelo computacional no se tiene una ecuación
matemática.
Guy Levi & Marcus Karen (1995), determinaron la variación del volumen del liofilizado
debido al colapso que sufre la estructura íntima durante el proceso material
(carbohidratos) mediante temperaturas de transición vítrea, para cuantificar la retención
del aroma, endurecimiento y pegajosidad, capacidad del rehidratación y distribución de
humedad final. Relacionaron dicho cambio estructural contra el modelo de Williams-
Landel-Ferry (WLF). Los resultados indican una dependencia entre el colapso del
material y la temperatura de transición vítrea.
V. Pujol et al (1996) estudiaron la Influencia del uso de aditivos en la liofilización del
antígeno de superficie recombinante del virus de la hepatitis B, estudiaron tres ciclos de
liofilización, la temperatura de congelación fue -50ºC en todos los casos; las temperaturas
de desorción del agua residual fueron 25ºC y 30ºC respectivamente, usaron dextrosa,
maltosa, sacarosa, cloruro de magnesio y trehalosa como aditivos, concluyeron que los
valores de actividad del liofilizado no mostraron diferencias respecto a los valores
iniciales, el porcentaje de humedad residual de los liofilizados fue menor del 2%.
W.J. Mascarenhasa, H.U. Akayavby, M.J. Pikal, (1997), diseñaron un modelo
computacional para el análisis de la liofilización mediante la formulación de elementos
finitos utilizando el método de Lagrangian-Eulerian, el modelo calcula la variación tiempo
de secado, la presión parcial de vapor de agua, la temperatura, y la concentración de
agua, para la etapa primaria y secundaria del proceso. Presentan ejemplos que valida al
modelo y demuestra aplicaciones representativas de tales cálculos. Al ser un modelo
computacional no se tiene una ecuación matemática.
D. Mastrocola, M. Dalla Rosa & R. Massini (1997), cuantificaron las variaciones
fisicoquímicas (contenido de agua, actividad de agua, firmeza) y de transferencia de masa
de fresas liofilizadas al rehidratarlas con soluciones azucaradas de diferentes
concentraciones desde 5 hasta 60 minutos, determinaron el tiempo de rehidratación y las
características en función de la actividad del agua y la concentración de las soluciones
reconstituyentes.

LIOFILIZACIÓN SEMINARIO II
28 Juan Sebastián Ramírez Navas
B. Woinet, J. Andrieu, N, M. Laurent & S.G. Min (1997), liofilizaron un gel de gelatina y
observaron y analizaron con un software de análisis de imágenes el tamaño de cristal
formado al congelar el gel y determinaron la suma de solutos iónicos tiene una gran
influencia en el tamaño de cristal, validaron un modelo matemático.
L. A. Gioielli et al (1998), comprobaron las mínimas alteraciones estructurales en polvos
liofilizados de grasa de Babassu sometidos a tratamiento térmico, compararon sus
resultados con mezclas de ésta grasa con leche, agua y un aceite comercial, demostraron
que la estabilidad térmica depende de la calidad del producto liofilizado.
M. C. Heller, J. F. Carpenter, and T. W. Randolph (1998), aplicaron con éxito un modelo
termodinámico para predecir las separaciones de fase en formulaciones crío-
concentradas de Proteína Liofilizada, el modelo se basó en el cálculo del potencial
químico, concluyeron que en la liofilización la sensibilidad de los coeficientes viriales del
modelo no sufrían mayor alteración.
D. Chevalier, A. Le Bail, M. Ghoul (2000), determinaron la importancia de la relación
diámetro del alimento – tamaño del cristal en la primera etapa de la liofilización, indicaron
que la tasa de congelación se relaciona con el diámetro según una ley de poder,
liofilizaron un gel de gelatina para realizar su estudio.
Mohammed Farid (2000), realizó un estudio comparativo entre los procesos de
liofilización, secado y congelado con el fin de unificar la teoría de análisis de frontera móvil
(MBA).
P.J.A. Sobral, V.R.N. Telis, A.M.Q.B. Habitante, A. Sereno (2001), obtuvieron diagramas
de fase para persimmon3 mediante calorimetría diferencial de barrido (DSC), lo hicieron
para liofilizado con alta, media y baja humedad.
D. L. Teagarden, D. S. Baker (2001), evaluaron sistemas co-solventes y no acuosos,
utilizados principalmente en liofilización de productos farmacéuticos inyectables,
determinaron el incremento de la tasa de solubilidad y de la estabilidad del producto.
J. M. Pardo B (2002) estudio la retención de aromas durante la liofilización de extractos de
café, concluyó que la retención de volátiles decrece con el aumento en la concentración
inicial de sólidos; la interacción de los volátiles con la matriz que los contiene y su
solubilidad tienen mayor influencia en la retención que el tamaño molecular; la pérdida de
volátiles es mayor durante la etapa de sublimación e indicó que un modelo basado en
difusión no puede predecir esta tendencias.
I. Andriot, J-L Le Quéré, E. Guichard (2003), estudiaron la relación de composición entre
café liofilizado y el obtenido tradicionalmente, analizaron la relación método – tiempo,
concluyeron que la liofilización permitía la mayor retención de volátiles y sabor que el
método tradicional.
S. Khalloufi, J-L. Robert et C. Ratti (2004) realizaron estudios sobre la simulación
matemática de la cinética de la liofilización, utilizaron el método numérico de elementos
3 (Diospyros kaki L.) Fruta producida en Brasil de gran importancia industrial.

SEMINARIO II LIOFILIZACIÓN
Juan Sebastián Ramírez Navas 29
finitos de Newton Raspón para resolver un problema no lineal. Validaron su modelo
matemático con datos de manzana y papa liofilizada. No presentan el modelo obtenido.
A. Nussinovitch, N. Jaffe, M. Gillilov (2004), examinaron la posibilidad de evaluar
productos comestibles modificando una técnica que fue sugerida por el científico checo
Korcak hace 65 años, para los estudios en los campos de geografía y cartografía. Con
este estudio se logró analizar la estructura posorosa e identificarla independientemente
del producto, además de convertirse este estudio en una herramienta simple para
desarrollo del producto. Trabajaron con agar, concentrado de naranja y puré de platano.
Kuek Tze Lee, Mohammed Farid, Sing Kiong Nguang (2004), modelizaron
matemáticamente las características de rehidratación de aguacate, kiwi, manzana,
plátano y patata liofilizados. Generalizaron el modelo para utilizarlo satisfactoriamente en
otras frutas.
K.H. Gan, R. Bruttini, O.K. Crosser, A.I. Liapis (2004), estudiaron el proceso de
transferencia de calor en liofilizadores proporcionando un método cuantitativo para usarse
en el análisis, optimización y manejo del proceso de la liofilización.
R. Chakraborty, A.K. Saha, P. Bhattacharya (2005), modelaron y simularon los
parámetros de sensibilidad en liofilización de alimentos utilizando regresiones múltiples
con el software MATLAB. En el modelo semi-determinístico se involucró parámetros
operacionales: temperatura del radiador y presión de la cámara, no se incluyó difusividad
eficaz y difusividad de Knudsen por la dificultad para ser evaluadas.
Maria Saarelaa, et al (2005), Estudiaron la estabilidad y funcionalidad de probióticos
obtenidos de células de Bifidobacterium liofilizado durante el almacenamiento en jugo y
leche, concluyendo que la estabilidad es mínima en un medio adverso y que la
crioprotección del producto liofilizado es un tema para ser estudiado.
Andrea Hawe, Wolfgang Frieß (2006), analizaron la conducta fisicoquímica de mannitol en
formulaciones de albúmina de suero humanas liofilizado y determinaron la estabilidad del
producto liofilizados respecto al producto amorfo en almacenamiento.
P. Jensen, J.B. Jensen (2006), modelaron la dinámica del vacío en maderas liofilizadas y
la impregnación PEG, basando el modelo en los principios básicos de transferencia de
masa y calor. Éste modelo computacional puede usarse como una herramienta para el
desarrollo de equipo del liofilización diseñados para objetos de madera.
G. Zárate, M. E. Nader-Macias (2006), liofilizaron lactobacilos probióticos vaginales,
analizando la incidencia producida por excipientes farmacéuticos y crioprotectores
después de 15 meses de realizado el proceso, concluyendo que de la selección del
excipiente depende el tiempo de vida útil del producto.
A. Schoug, J. Olsson, J. Carlfors, J. Schnürer, S. Hakansson (2006), estudiaron los
efectos de la liofilización de Lactobacillus coryniformis Si3 sobre la concentración de
sacarosa, densidad de la célula, y la proporción de supervivencia de la célula congelada y
propiedades del termo-físicas, determinando una co-dependencia entre la proporción

LIOFILIZACIÓN SEMINARIO II
30 Juan Sebastián Ramírez Navas
congelada e ingredientes de la formulación e indicaron un sistema complejo y la
necesidad de usar herramientas estadísticas para descubrir interacciones importantes.
D.D. Varner, C.C. Love, Y.H. Choi, S. Teague, J.A. Thompson, K. Hinrichs (2006),
estudiaron el efecto de liofilización múltiple sobre la calidad de la cromatina en esperma
del semental. Indicaron que la cromatina de esperma de semental es tolerante a la
liofilización y ofrece una alternativa potencial para el almacenamiento a largo plazo de
esperma sin pérdida de integridad genética.
Luanda G. Marques, Maria C. Ferreira, José T. Freire (2006), estudiaron el proceso de
liofilización de acerola4 analizando varios parámetros de calidad, como actividad de agua
(aw), temperatura de transición de vidrio (Tg), cantidad de Vitamina C, encogimiento y
capacidad de rehidratación, observaron que la fruta lioflizada puede reconstituirse
fácilmente, y los parámetros nutritivos importantes se conserva en el proceso. Informaron
que se conservó mejor la Vitamina C de frutas en una fase intermedia a la maduración
Wassim Abdelwahed, Ghania Degobert, Hatem Fessi (2006), Estudiaron el Impacto de
templado en el proceso secado de nanocapsulas liofilizadas. Mostraron que las
nanocapsulas de PCL (poli–e–caprolictona) podrían liofilizarse sin ninguna modificación
de sus propiedades en presencia de dos crío-protectores. El templado de suspensiones
del nanocapsulas podrían acelerar la proporción de sublimación sin ninguna modificación
de tamaño de la nanocapsulas en caso de utilizar éstos dos crío-protectores.
B. Ndoye, F. Weekers, B. Diawara, A. Tidiane Guiro, P. Thonart (2006), Estudiaron la
supervivencia y preservación después del proceso liofilización de bacterias termo-
resistentes concluyendo que su preservación aumenta con el uso de crío-protectores
(manitol). Indicaron que las células liofilizadas podrían conservarse a 4ºC durante por lo
menos 6 meses sin pérdida de viabilidad.
Las Patentes a nivel mundial más importantes relacionadas con la liofilización,
presentadas hasta el momento, son:
• Patentes de E.U. 1,324,716; 1,324,717; 1,464,844; 1,987,301; 2,214,838; 2,252,052;
2.310,188; 2,499,255; 2,583,013; 2,607,440; 2,608.472; 2,628.892; 2,676,092;
2,737,439; 2,740,527; 2,742,342; 2,743,169.
• Patentes alemanas 1,016,236 y 1,017,141.
• Patentes británicas 142,902; 173,789; 447,759; 644,941; 700,143.
• Patente francesa 948,039
5. CONCLUSIONES
Históricamente el proceso de liofilización se ha considerado el mejor método de
conservación de productos de diversa naturaleza: farmacéutico (comprimidos, tejidos,
plasma, sueros y otros productos biológicos), catalizadores, materiales orgánicos
(madera, flores, animales), alimentos y otros.
4 (Glabra de Malpighia L.) Fruta producida en Brasil de gran importancia en investigación.

SEMINARIO II LIOFILIZACIÓN
Juan Sebastián Ramírez Navas 31
Al liofilizar alimentos, además de conservar las características organolépticas y nutritivas,
se le otorga un valor económico agregado aproximado del 1200%.
Al realizar una revisión de los modelos matemáticos se concluye de la necesidad de
desarrollar modelos matemáticos integradores que vincule la formación de cristales del
producto con las velocidades de remoción de agua y de volátiles.
La investigación del proceso de liofilización de alimentos ha sido poco estudiada por su
alto costo, pero se incentiva al desarrollo de trabajos en esta área del conocimiento.
6. BIBLIOGRAFÍA
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