Liofilizacija, jedinstvena metoda sušenja zamrzavanjem namirnica

Ovaj tehnološki postupak zasniva se na postupku sušenja smrzavanjem kod kojeg se voda odstranjuje sublimacijom leda iz prethodno zamrznutog proizvoda. Upravo taj proces čini liofilizaciju toliko superiornijom i savršenijom naspram drugih metoda sušenja. Ne koristi prevelike temperature koje inače uništavaju veliku količinu hranjivih tvari.

Liofilizacija se može koristiti za sušenje hrane, bioloških materijala (krv, plazma), nekih antibiotika i živih mikroorganizama.

Tijek liofilizacije se odvija u tri glavne faze:

• Smrzavanje, na vrlo niskim temperaturama (-30 °C i niže) i na brzi način
• Primarno sušenje (dehidracija) sublimacijom leda pod vakuumom
• Sekundarno sušenje (dosušivanje) do sadržaja vlage ispod 3 % s normalnim vakuum sušenjem

Veličina kristala igra najveću ulogu u prvoj fazi liofilizacije i o njoj ovisi uspješnost cijelog postupka sušenja.

Polaganim smrzavanjem dolazi do stvaranja velikih kristala leda koji mogu dovesti do pucanja stanične stijenke materijala čime se narušava kvaliteta finalnog proizvoda - liofilizata. Što je smrzavanje brže, kristali leda su manji, a njihova ukupna aktivna površina je veća što dovodi do brže i efikasnije liofilizacije.

Pravilno zamrzavanje materijala, ispod njegove trojne točke, osigurava uspješnu provedbu procesa sublimacije (druge faze).

U ovoj fazi uklanja se voda koja se nalazi u obliku leda, to je tzv. slobodna voda.

Sušenje smrzavanjem se odvija pri smanjenom (vakuum) tlaku i dodaje se toplina materijalu kako bi došlo do neposredne sublimacije kristala leda. U niti jednom trenutku ne pojavljuje se voda u tekućem stanju.

Proizvod tijekom cijelog procesa primarnog sušenja mora ostati zamrznut. Tu je potreban veliki oprez jer se kod dovođenja topline cijelo vrijeme mora održavati tako niska temperatura materijala koja rezultira ravnotežu dovedene količine topline i one potrebne za sublimaciju.

Trojna točka smatra se ona točka u kojoj se tvar nalazi u sva 3 agregatna stanja u jednom trenutku, uz održavanje termodinamičke ravnoteže. U njoj se sijeku ravnotežne krivulje svih promjena faze gdje se one nalaze u ravnoteži.

Iz faznog dijagrama je vidljivo da je za odvijanje postupka sublimacije (primarno sušenje) vrijednosti tlaka i temperature trebaju biti manje od trojne točke. Stvaranjem niskog tlaka tj. vakuuma povećavamo tlak na površini leda koji treba ispariti (iz materijala) u odnosu na tlak u okolnom prostoru.

Nakon primarnog sušenja slijedi završna faza liofilizacije gdje je uklanjanje kapilarna voda tj. zaostala voda koja tijekom smrzavanja nije prešla u led.

Ova faza se odvija pod visokim vakuumom kroz određeno vrijeme uz povećanje temperature na oko 20 - 50 °C. Pod takvim uvjetima dolazi do „pucanja“ veza između materijala i molekula vode što za posljedicu ima dodatno sušenje materijala.

Standardne metode sušenja koriste velike temperature koje utječu na smanjenje aktivnosti bioloških aktivnih komponenata. To rezultira značajnim gubitkom kvalitete konačnog proizvoda.

Također, navedene metode nemaju mogućnost potpune dehidratacije tj. mogućnost potpunog uklanjanja vode iz konačnog proizvoda. Posljedično se skraćuje rok trajanja samog proizvoda.

Prednosti liofilizacije:

• Optimalna koncentracija djelatne tvari te najbolja sačuvanost i cjelovitost fitokompleksa u pripravku.
• Biokemijski profil je gotovo jednak profilu izvorne svježe biljke, ali mnogo koncentriraniji zbog uklonjene vode.
• Potpuno očuvanje prirodne boje polazne sirovine, očuvana su i druga senzorska svojstva (miris i okus). Liofilizirane namirnice i izgledom podsjećaju na svježe plodove jer su im oblik i veličina ostali gotovo nepromijenjeni.

• Ne oštećuju se termolabilne komponente, zbog blagog taolpinskom materijala pa sušeni proizvod zadržava punu biološku vrijednost.
• Produžuje se trajnost konačnog proizvoda jer se u potpunosti uklanja voda i konačnog liofilizata.
• Minimalni gubitak hranjivih tvari poput vitamina, proteina, enzima, antioksidanata i flavonoida.
• Velika poroznost konačnog proizvoda čime se pospješuje laka i brza rehidracija uslijed čega osušeni proizvod lako upija vodu. To je bitna stavka za liofilizirane proizvode u prahu.