La Liofilización es la mejor técnica de estabilización de productos perecederos. Requerimos en Colombia personas y/o empresas que presten servicio a terceros a razón de 200 toneladas seco mes.

 
1.Principios básicos de criobiología
2.Liofilización
3.Ventajas y desventajas del congelamiento fuera del liofilizador
4.Consejos para cargar el liofilizador
5.Bibliografía

Colombia es un país rico en flora y fauna de la cual en la primera encontramos grandes variedades de frutas, verduras, flores y demás vegetales que pese a ser cultivados todo el año presentan problemas en algunos casos por la falta de manejo de postcosecha en cuanto a su deterioro y su almacenamiento debe darse en condiciones que involucren una cadena de frío, o deben ser transformados inmediatamente.

Está muy claro el tema de que sin ciencia y tecnología Colombia no va para ningún sitio, es así como la liofilización en un escenario como el nuestro presenta una extraordinaria alternativa en cuanto al aumento del valor agregado de los productos agropecuarios, con una consecuente prolongación en el tiempo de vida útil de los mismos.

En el país actualmente nos quedamos en el tema de la deshidratación convencional, que si bien es cierto es un extraordinario método, en otras latitudes conocen los otros métodos que son aquellos a los que apuntan el mercado local y el del exterior.

El país cuenta con dos empresas medianamente grandes que le apuntaron al tema de la liofilización, quienes permanecen totalmente colmadas de trabajo en términos que no tienen ya capacidad ociosa y requieren expandirse y la federación de cafeteros que posee los equipos más grandes del mundo dedicados exclusivamente a la producción de café liofilizado.

Se requiere personal capacitado y equipos que sean capaces de transformar el producto fresco inicial en otro de similares características, pero libre de uno de los factores que más permiten la contaminación que es el agua. Los productos de escasa actividad acuosa tienen unas ventajas comparativas extraordinarias gracias a que se preservan más en el tiempo, no pierden sus propiedades y su peso se reduce de tal forma que al ser transportado un producto terminado el precio del flete se reduce en un 90 por ciento que es aproximadamente la misma reducción que se da en promedio en la mayoría de productos.

Los productos obtenidos por liofilización son limpios porque el método impuesto por efectos de bajas temperaturas y bajas presiones permite la asepsia casi completa de estos...esto sumado a la liofilización de productos ecológicos donde el valor agregado obtenido será el doble.

Quien sepa liofilizar -liofilización es estar en capacidad de manejar cepas bacterianas, concentrarlas y liofilizarlas especialmente en el manejo de los productos lácteos, biológicos, bacterias,etc, mejorando la calidad de los productos finales- podrá en el área de biotecnología agrícola deshidratar semillas, quienes gracias a su totipotencia al ser hidratadas volverán a "activarse",en el área de alimentos la liofilización será útil en la elaboración de productos tales como tratamientos celulares embrionarios, producción de alimentos secos en pasta o en polvo con vida útil de varios años sin perder sus propiedades físicas, químicas, organolépticas y conservando esencialmente sabores olores y principios activos.En el campo de la farmacología el estudiante de liofilización estará en capacidad de realizar concentraciones de microorganismos útiles para el ser humano,especialmente en la producción de vacunas, sueros en polvo etc.

Uno de los problemas que siempre ha preocupado a los investigadores y cientificos es el de la labilidad que presentan gran número de productos biologicos, quimicos, alimenticios, etc, que al ser facilmente desnaturalizables, no permiten su conservación sin que sus cualidades originales sean alteradas.

Una serie de factores influyen en la alteración de dichas sustancias tales como microorganismos, el agua, las enzimas, el oxigeno, la temperatura, etc los diferentes procedimientos empleados para la conservacion de sustancias labiles están muy lejos de llegar a la perfeccion que seria la supresión de todos los factores externos e internos que las afecten.

El ideal, sería poder conservar un producto y encontrarlo absolutamente idéntico en el momento, sea cual sea el tiempo transcurrido, para ello es necesario conservar su integridad física y la composición química, de los mas mínimos componentes, sino también mantener el inicial reparto de estas sustancias en la masa que los contiene y en el caso de los tejidos animales o vegetales, respetar escrupulosamente su armoniosa arquitectura celular.

La liofilización es la que nos brinda mayores ventajas en la conservación de los productos lábiles por lo cual al someter a un producto a este método obtenemos las siguientes ventajas.

-la temperatura a la cual es sometido el producto está por debajo de aquella a la que muchas sustancias inestables sufren cambios químicos

-debido a la baja temperatura a la que se opera ,la perdida de constituyentes volátiles es minima.

-gracias a que todo el proceso se realiza bajo congelamiento total del producto, no se produce formación de espuma ni burbujas, lo que desnaturalizaría las proteínas de este.

el soluto permanece uniformemente disperso y distribuido sin sufrir concentración ni tendencia a la coagulación.

-el producto final liofilizado se presenta idéntico al producto que ingreso ,salvo ser una estructura presentada como un armazón sólido sumamente poroso ,ocupando prácticamente el mismo espacio y volumen, por lo cual este producto queda completamente desmenuzable debido a su estructura porosa libre de agua.,debido a esto la solubilidad es rápida y completa.

-debido a su minima actividad acuosa el producto logra una gran estabilidad difícilmente alcanzada por otro método de desecación.

-no hay cambios enzimáticas, en todo el proceso lo que proporciona entre otras cosas una excelente microbiología.

-otra ventaja enorme es que dado que la liofilización se realiza bajo vacío todo el tiempo la cantidad de oxigeno presente es nula, por lo que los constituyentes fácilmente oxidables quedan protegidos.

Esto se resume en una estabilidad óptima, buena y rápida solubilidad, conservación ilimitada, rápida disponibilidad de uso entre otras, fácil almacenamioento, fletes reducidos entre otras muchas ventajas.

La liofilización surgió de la necesidad .fue utilizada hace siglos por incas y vikingos que requerían comida hipercalorica, muy liviana e imputrescible, para sus grandes recorridos y sus incursiones militares.

Los incas aprovechaban el altiplano con sus noches heladas y su insolación diurna, para transformar la papa que llevaban en sus mochilas convirtiéndose en chuno y la carne de llama en charqui, quienes posiblemente fueron los primeros productos liofilizados de la historia.

Los vikingos, con montañas mas bajas y el sol mas oblicuo, liofilizaban el arenque con menos perfección "la nación de buenos aires, articulo la liofilización algo que vale la pena conocer, Dr. Agustín Saavedra"

Acercándonos mas a nuestros días los científicos bordas y d′arsonval en 1906 de Francia y shackell americano en 1909 descubren la aplicación básica del principio de la sublimación, donde se dan a la tarea de describir un pequeño y elemental aparato de liofilización de laboratorio.

Años mas tarde se vio venir la aplicación industrial de la liofilización en los trabajos de Ew.flosdorf y s mudd, que trabajando en la escuela de medicina de Pensilvania liofilizan los primeros productos para uso clínico a gran escala principalmente sueros y plasma humano.

Los bancos de sangre americanos, empiezan a producir industrialmente plasma humano liofilizado para el ejercito debido al éxito de la conservación del plasma por liofilización ,esta técnica aplicada que arranco se utilizo para la producción de penicilina y diversos antibioticos,enzimas,sueros y vacunas a fin de prolongar su vida terapéutica.

De allí en adelante la evolución de la liofilización ha sido restringida al uso farmacéutico ,hace pocas décadas aplicada al mejoramiento de la solubilidad y sus presentaciones de café en Colombia y brasil .

Especialmente en Colombia se destaca la familia Forero quienes conocen los beneficios de los tratamientos celulares embrionarios (pato, cordero, etc)

Pocas universidades en el país se dan a la terea de incluir la técnica y pocas personas conocen los productos y mucho menos conocen de que se trata el proceso y que ocurre al interior de un equipo.

Estamos hablando de un descubrimiento mas no de una invención de hace mas de un siglo y la aplicación y el conocimiento no se ha difundido, las pocas empresas que existen son millonarias y realmente son proyectos que requieren mucho dinero pero son altamente realizables.

Años después ya en los dos mil en Venezuela se reúnen científicos con un fin filantrópico y crean una sociedad la ISL-FD de la cual soy miembro y estoy creando el capitulo colombiano junto con la doctora Ángela Gaviria. Dicha sociedad internacional con sede actual en los Estados Unidos con cerca de dos mil miembros desea acá en la región promover eventos técnico relacionados con el tema de la liofilización, potenciar programas técnico científicos en colombia, incorporar la temática en algún programa educacional entre otras cosas.

La liofilización como podemos darnos cuenta e s tan antigua como la tierra misma, descubierta hace cerca de ciento dos años y aun estamos discutiendo si la aplicamos o no.

Para mi juicio es el mejor método de conservación (estabilización) de biológicos.

Actualmente no hay una normativa sobre los productos liofilizados, lo que nos indica que los que trabajemos sobre ella seremos los que impondremos las normas.

Principios básicos de criobiología
Dra. Irene Boiso.

Servicio de medicina de la reproducción. Departamento de obstetricia y ginecología.
Institut dexeus. Barcelona

El objetivo de la criopreservacion es el mantenimiento de la viabilidad y funcionalidad celular.

La criopreservacion de material biológico ocurre en solución acuosa en diferentes solutos presentes .las propiedades fisicoquímicas que rigen a los eventos a los cuales esta sometida la solución durante la congelación deriva de la concentración de solutos disuelta en ella.siendo el punto de congelación de la solución inversamente proporcional a la concentración de solutos presentes en ella.

Cuando una suspensión celular es enfriada y alcanza entre -5 grados centígrados y menos 10 se forman núcleos de hielo distribuidos aleatoriamente en el medio extracelular que darán lugar a regiones en fase cristalina .el hielo del espacio extracelular coexiste con el agua liquida interna de la célula gracias a la membrana que constituye la barrera que detiene la cristalización interna.

Extracelularmente se forma hielo puro dejando los solutos mas concentrados en la fracción liquida a medida que el cambio progresa .de esta forma las células deben deshidratarse para mantener el equilibrio omótico en un medio extracelular cada vez mas hipertónico.

Al tener un proceso de enfriamiento programado llegamos al punto eutectico donde la fase liquida remanente y los solutos solidifican.

Al haber un congelamiento lento se puede presentar el sobreenfriamiento estado en el que la suspensión alcanza temperaturas por debajo de su punto de cristalización manteniéndose en estado liquido .el agua intracelular sobrenfriada sale en respuesta a la diferencia del potencial de los medios extra e intercelular.

Para evitar daños en el sobreenfriamiento se induce la nucleación de cristales a una temperatura ligeramente superior que la de nucleación espontánea de la solución.

La velocidad con la que desciende la temperatura es muy rápida, la célula no alcanza a deshidratarse igual de rápido y puede llegar a la temperatura de nucleación, el agua remanente se congela formando hielo intracelular.si la velocidad de enfriamiento es muy lenta la deshidratación será extrema llegando al colapso celular.

Con una velocidad adecuada de enfriamiento la célula se deshidratara y concentrara intracelularmente antes de alcanzar la temperatura de nucleación, de manera que la posibilidad de congelación intracelular y consecuente daño celular se minimizara.esto daría como resultado una optima supervivencia celular.

Hablamos de criobiología en liofilización porque las temperaturas a las cuales vamos a trabajar rayan algunas veces en las de criocongelacion, además cualquier producto que vayamos a estabilizar por este método debe someterse a un precongelamiento que es el paso inicial del proceso de liofilización.

Y es allí donde tener nociones de criobiología nos va a ayudar porque el secreto de la obtención de un buen producto liofilizado es la congelación inicial, además el producto que vamos a congelar esta compuesto por muchas moléculas diferentes que se van a congelar a diferentes temperaturas por lo cual hay que encontrar una que las cobije a todas y de una forma rápida para evitar cristalizaciones, daño celular (en caso que el producto contenga células), etc.

En la mayoría de los métodos utilizados para deshidratación o desecación de productos interviene el calor, temperaturas que si bien no son excesivas, pueden dar como resultado final algo diferente en su composición que lo que cargamos inicialmente, aunque su aspecto exterior sea el mismo.

Todos los equipos y las técnicas de deshidratación son validas, pero debemos elegir una que se acomode a nuestras necesidades y a las del producto que queremos obtener.

Al involucrar calor en un proceso alteramos moléculas poniéndolas a vibrar algunas veces muy rápidamente y podemos destruir la arquitectura del producto ,esto no estaría tan mal si no destruyéramos su composición química .para lo estudiosos de la química y la bioquímica ,no es lo mismo una cantidad de aminoácidos sueltos ,que una proteína completa.

Todas las enzimas son proteínas, pero no todas las proteínas son enzimas decía un profesor de los andes, pues bueno los aminoácidos libres por si solos no son proteínas, ocurre que cuando sometemos un producto a temperaturas altas, lo deshidratamos, pero al no conocer las propiedades térmicas, estamos muchas veces, rompiendo proteínas en sus componentes que son estos a.a y al terminar el proceso el producto obtenido es otro diferente al que inicialmente cargamos.

Esto no implica que este hablando mal de los otros métodos de deshidratacion, pero evaluemos si queremos tener un estándar de producto al cual le hagamos trazabilidad desde el inicio, hasta el consumidor final.

Caemos muchísimas veces en el error que todo lo sometido a calor es bueno.

Para quienes quieren atar un proceso productivo a una transformación de producto industrialmente por un método que de sobretodo estabilidad hay para mi entender dos métodos de los cuales yo defiendo el primero que son

1- Liofilización

2- Deshidratación por tonel de secado por microondas al vacío y la segunda aun en fase experimental (bueno ya arrancando) la cual nos puede brindar mayor cantidad de producto en menor cantidad de tiempo gracias a ser de carga continua y a tener unos ciclos demasiado cortos .parece estupendo este método.

Cuando calentamos algo en el microondas nos sorprendemos que los recipientes no se derriten, no se calientan, pero lo que deseamos consumir sale a una temperatura agradable al paladar, porque ocurre esto?

Ya existen empresas enormes de mucho renombre que están apostando por esta tecnología y han diseñado túneles espectaculares con resultados finales excelentes, a costos menores gea Niro y otros ya diseñan estos túneles, pregunto de esto tan bueno si dan tanto?

Las microondas se introducen en los productos y ponen a vibrar las moléculas lo que genera el calentamiento ,especialmente en los productos de actividades de agua altas, donde el libre camino molecular que vamos a ver mas adelante permite que por el recorrido de estas moléculas vibren ,se estrellen y den como resultado un aumento en la temperatura del producto.

El túnel no requiere precongelamiento, es aquí donde yo empezaría desde mi punto de vista a defender mi apreciado método .el numero uno.

Para toda actividad como lo coloque en los diez mandamientos de las bpm hay que realizar protocolos, de siembra, de cosecha, de postcosecha, de recepcion, de precongelamiento, de introducción, de todo, aunque conozco el método del túnel, me quedo corto en el diseño de un protocolo; que me ayuda cada vez mas a defender repito la liofilización.

La temperatura es la medición del grado de agitación molecular de los cuerpos .la energía interna de un cuerpo aumenta al aumentar su agitación molecular, es decir su temperatura

Calor es el paso o tránsito de la energía interna de un cuerpo caliente a uno frío

frió es el paso de la energía interna desde un cuerpo más frió a uno más caliente.

Todo se pasa, todo se cede, se pierde, pero no se tiene.

Un cuerpo tiene energía interna, no calor.

El calor y el frió se refieren a cantidad, la temperatura a calidad.

El calor o el frió son una manifestación de la energía y la temperatura es la manifestación de esta forma de energía.

El calor se mide en calorías, siendo una caloría, el calor necesario para elevar la temperatura de un gramo de agua desde los 14.5 grados centígrados a los 15.5 grados centígrados

el frío se mide en frigorías, siendo la cantidad de calor que es necesario quitar a un gramo para disminuir su temperatura de 1 grado centígrado a cero grados centígrados

Calor sensible es aquel que se da a un cuerpo para que aumente su temperatura, es apreciable en el termómetro.

Calor latente es el calor necesario para trasformar un cuerpo de un estado a otro sin modificar su temperatura.

Equilibrio térmico de la materia

se sabe que el agua necesita calor latente de vaporización para que cambie de un estado líquido al estado gaseoso a una misma temperatura.este fenómeno continuará hasta que desaparezca la última gota de agua líquida o hasta que el ambiente que la rodea esté saturado con el vapor de agua emitido.

Mientras el ambiente no esté saturado, el líquido se irá evaporando y el calor latente de vaporización, lo obtendrá de la temperatura ambiente y del mismo líquido, por lo que la temperatura del mismo disminuirá sensiblemente, hasta que el equilibrio térmico sea reestablecido.para romper este equilibrio es preciso aportar calor exterior al sistema y para acelerar el proceso de valorización se precisa de un sistema que retire este vapor emitido, siendo todos estos cambios reversibles.

Tensión de vapor.

Toda sustancia líquida tiene la tendencia a pasar al estado de vapor .esta tendencia viene representada por la tensión de vapor, produciéndose una evaporación en la superficie externa del líquido.

Para una sustancia el valor de la tensión de vapor varía en función de la temperatura y crece al aumentar esta.

La evaporación se convierte en ebullición, cuando el aumento de la temperatura provoca que la tensión de vapor llegue a su valor máximo.

Acá vemos el caso del porqué en las cuerdas la ropa se seca, si en ningún momento se ha llegado a la temperatura de ebullición del agua.

A la temperatura de ebullición, la tensión de vapor del líquido es igual a la presión del medio ambiente.

Esta tensión depende de la presión y disminuye con esta, así el agua hierve a menor cantidad de grados en un sitio de mayor altitud.

una sustancia se encuentra saturada con otra cuando es imposible disolver más cantidad de la segunda en la primera, así el aire cuando se satura de agua ya no acepta más cantidad ,desprendiéndose el exceso por condensación en forma de agua .

Los principios básicos que regulan la liofilización, reposan en el diagrama del punto triple del agua.

El diagrama permite deducir el cambio de los estados del agua de sólido a vapor, sin pasar por el estado líquido, El punto de equilibrio corresponde a las coordenadas de 0,008 grados centígrados y 4,6 torriecellis de presión que es donde coexisten las tres fases en equilibrio.

En la Liofilización nos interesan estas tres curvas, ya que en la primera fase el producto se congela, debiéndose evitar su fusíón durante todo el proceso ya que instantáneamente y debido al vacío existente el producto se evaporaría .En una segunda fase el producto helado sublima y el vapor de agua emitido, se solidifica en la pared del condensador.

Este diagrama se cumple con agua pura y deja de seguirse ciando se trata de un sistema de más de un componente, en el que además de la presión y la temperatura entra en juego la concentración del soluto en relación con al solvente, de tal forma que el punto triple verá desplazado a valores de temperatura y presiona inferiores a los del agua pura.

El producto que nosotros vamos a liofilizar corresponde a uno que tiene bastantes componentes, si obtenemos esta gráfica con el agua pura miremos los valores de presión y temperaturas en cada uno de estos componentes por lo que deberíamos obtener varias gráficas por un solo producto.

Vemos acá que es un proceso complejo que implica congelación y tiene bastantes variables de las cuales mencionamos hasta ahora, presión, temperatura, concentración de solutos.

La solución que congela totalmente, constituye la mezcla eutectica y la temperatura a la que se lleva a cabo, es el punto eutéctico .La presión del vapor total de un sistema ene el que no se ha alcanzado el eutéctico, es el resultado de la suma de las presiones parciales de cada uno de los componentes.

Por debajo del eutéctico cuando ambas sustancias están en estado solidó, cada una conserva su tensión de vapor característica a su temperatura, sin influenciarse mutuamente.

Es indispensable en liofilización en la que el hielo debe pasar a vapor por sublimación, es prerrequisito enfriar por debajo del eutéctico para que toda el agua esté totalmente cristalizada y como segundo que por aporte externo de calorías, se alcance la temperatura correspondiente al punto de fusíón, sin antes haber logrado la total sublimación del hielo.

Pero milagrosamente existen sustancias de carga que pueden elevar el punto eutéctico de soluciones que lo tienen muy bajo, con la adición de ciertas sustancias.

Si se pasa de de ciertos límites de temperatura y presión se puede provocar fusíón intersticial con lo que el producto se desnaturalizará e incluso puede llegar a destruirse completamente.

El secado primario de todo producto a liofilizar debe hacerse en estado sólido exclusivamente por sublimación que sabemos que es el paso del estado sólido al estado de vapor sin pasar por el estado líquido.

Con el fin de garantizar una perfecta congelación es importante conocer el punto eutéctico de la solución a liofilizar, con ello determinar la temperatura mínima en que todos sus componentes se han congelado totalmente.La temperatura del material congelado tiene que ser controlado cuidadosamente durante la sublimación.

Debemos tener cuidado con el congelamiento porque si de alguna manera quedan líquidos o agua intersticial durante la sublimación puede provocarse lo siguiente.

Alteración química o enzimática de la sustancia tratada

Pérdida de agentes aromáticos volátiles debido a evaporación libre

Pérdida de partículas de polvo seco, arrastradas por el vapor de agua del líquido en ebullición.

Formación de espuma en toda o parte de la masa, cuando la fusión intersticial es grande.

Por eso el secado primario debe realizarse en estado sólido, exclusivamente por sublimación.

En frío y con determinados valores de presión un líquido puede ebullir desnaturalizando los componentes principales del producto.

Recapitulemos, la Liofilización es un método de conservación, deshidratación, estabilización de productos de alguna actividad de acuosa por intermedio de temperaturas bajas y vacío.

Esto es lo importante, en ningún momento vamos a someter a nuestro producto, solución etc. a temperaturas altas que afecten sus componentes, siendo la primera parte de esta Liofilización que la vemos de nuevo más adelante la congelación previa.

Todo liofilizador es un equipo de refrigeración, sumado a un equipo de vacío, es recomendable aparte del Liofilizador tener un equipo de congelación o Freezer que llegue a temperaturas inferiores a los cuarenta grados bajo cero y rápidamente a fin de realizar un precongelamiento excelente, que en sí es quien nos determina la calidad del producto.

Si pensamos en la liofilización de embriones de pato por ejemplo cuyo procedimiento tiene una extracción del "feto del animal ",una homogenización, una congelación y una posterior liofilización completa .y no congelamos adecuadamente el producto dentro de los viales o frascos ,encontraremos al final del proceso unos poros demasiado grandes que aparte de no permitir la buena rehidratación posterior darán un producto visualmente defectuoso ,con unos poros demasiado grandes ,dando una pésima apariencia.

Insisto es importantísimo la congelación y recomiendo esta freezer aparte del Liofilizador, además porque en procesos continuos de carga y descargue del equipo, permitirán en todo momento ganarle algunas horas al proceso.

Importante:

Determinar por los métodos conocidos el punto eutéctico del producto, sin eso es imposible replicar los procesos, debido a que cada vez que realicemos un batch de producción estamos al final del proceso presentando productos diferentes.

Los métodos más conocidos para la determinación del punto eutéctico son:

-las medidas de resistividad que consisten en estudiar las desviaciones de conductividad eléctrica de un sistema ,durante su congelación y descongelación ,ya que la resistencia de una solución acuosa ,cambia y aumenta a medida que la solución se va enfriando.Aún cuando el producto de la impresión de estar completamente sólido ,continua subiendo la resistencia al seguir bajando la temperatura .Solamente cuando el producto está completamente solidificado ,no habrá más cambios en la resistencia y hemos descubierto de esta forma el punto eutéctico de la sustancia o producto a Liofilizar.

-Otra forma de hallar el punto eutéctico es el Análisis térmico diferencial que permite conocer la evolución de la temperatura de un sistema complejo, durante su congelación y posterior calefacción, tomando como referencia su disolvente, que generalmente es el agua destilada.

Cuando se use la conductividad o resistividad como medio para examinar las propiedades eléctricas de una solución, debe tenerse cuidado de que la medición sea hecha a una frecuencia igual o mayor de 100 Hz para impedir la polarización de los electrodos.

Solamente habrá posibilidades de reproducción de procesos ,cuando estamos en capacidad de tener una planta piloto con un pequeño Liofilizador ,un freezer y un espacio con equipos para que determinemos las propiedades térmicas del producto.Esto no es costoso y basados en datos seguros que nos vá a proporcionar este laboratorio piloto ,dediquémonos a pensar en agrandar el proyecto. Que obviamente es realizable.Les recomiendo profundizar punto triple del agua y estos métodos de determinación del punto eutéctico.

En un solución precongelada, ubicada en el interior de una cámara a la cual se le efectúa un vacío suficiente, para que la presión de esta cámara se mantenga por debajo de la presión saturante del hielo a la temperatura en que se encuentra el producto, se empezará a producir una lenta y segura sublimación del hielo, desprendiéndose vapor de agua.

Esta es la CLAVE DE LA LIOFILIZACION la sublimación conocida por todos como el paso de sólido a vapor, sin pasar por el estado líquido.

Por esta razón un producto no debe llegar a temperaturas de fusiones, y mucho menos se va a desnaturalizar o a perder propiedades, porque todo el proceso es realizado en frío "extremo".

Un frío que permite generar unas presiones diferenciales que son las que en últimas va a extraerle el agua al producto.

Mayor será la sublimación del hielo cuando mayor sea la diferencia de presiones entre producto y componentes del equipo.

Para los físicos e ingenieros del ramo es bien conocido que existen tablas similares a la anterior en las cuales la temperatura tiene una correspondencia en valores de presión especialmente en micrones, los cuales aparecen en la tabla comparativa de presiones.

Ejemplo

Grados centg......Micrones
0 ...........................4579
-1 .........................4000
-3...................... ...3500
-7 .........................2500
-65....................... 4
-80....................... 0,4
-100 .....................0,011
1 micrón corresponde a 10 a la menos tres torr
1micron=0.001 mm Hg

Estas equivalencias nos permiten conocer al interior del equipo que ocurre y lo verificamos con los vacuómetros para entender que una presión corresponde a determinada temperatura y viceversa.

De esta forma un operario controla presiones y temperaturas mediante vacuómetros y termocupla, de tal suerte que en ningún momento de la operación permitan llegar producto a presiones o temperaturas críticas.

Como sabemos la atmósfera es la masa de aire que envuelve la superficie de la tierra, a causa de su peso (peso por unidad de superficie) sobre la tierra y los objetos que se encuentran en ella.

Al subir (altura metros sobre el nivel del mar) o separarnos de la superficie terrestre llegamos a niveles de disminución de la presión de aire, hasta llegar a niveles en los que el valor de esta magnitud es prácticamente nulo.

Se calcula que en las zonas más cerca del planeta que por cada diez, metros de altura la presión disminuye aproximadamente un torricelli.

Así, si a nivel del mar la presión es de 760 Torr, a 600 mts es de 707, a 1000 mts es de 674 y a mil kilómetros es de 10 a la menos doce Torr.

Vamos viendo que en la medida que se entiendan estos conceptos comprendemos en el caso de los Incas como la comida se preservaba, debido a las alturas, en donde a mayor altura, mayor frío y menor presión, lo cual son los dos factores indispensables para que ocurra la sublimación.

Presión absoluta es aquella que parte del cero absoluto o (o mm de Hg)

En la presión relativa el cero se mide a partir del valor de la presión atmosférica por lo tanto el valor absoluto será -1 at Esta presión relativa se usa cuando se manejan gases comprimidos a presiones superiores a la atmosférica.

Vacío.

Debe entenderse como la reducción de la presión atmosférica, se utiliza para su medición las mismas unidades de la presión atmosférica solo que con signo negativo.

La definición académica de vacío es el espacio libre de materia, cosa que no es posible, lo cual llevará a definir en un sentido práctico al vacío como un espacio lleno de un gas a una presión inferior a la presión atmosférica.

El vacío suele dividirse en
Vacío grueso o bajo vacío
Vacío medio especialmente útil en Liofilización va entre 1 y 10 a la menos tres Torricellis.
Alto vacío
Ultra alto vacío
Libre camino Molecular
Es la distancia promedio, que una molécula puede recorrer antes de chocar con otra, desviándose de su trayectoria a una presión y temperaturas determinadas.
Siendo este libre camino molecular inversamente proporcional a la presión.

La formulación del producto es quizás el paso mas importante en el proceso de

Liofilización
Existen Muchas formulaciones, pero entre ellas hay que hacer énfasis en:

1 formulaciones que pueden ser liofilizadas fácilmente para producir una pastilla porosa con estabilidad a largo plazo, que tiene el mismo volumen de la formulación congelada

2 Otras formulaciones con las cuales hay grandes dificultades para producir un producto liofilizado estable donde la concentración del principio activo es minima y el soporte de pastilla porosa es mínimo es muy complicado de lograr ser reproducibles.

La cantidad del ingrediente activo de una fórmula puede variar desde tener varios gramos o tener milésimos de gramo donde se complica la obtención de un producto final, aunque la cantidad del ingrediente activo no implica que el proceso sea reproducible. (Jennings seminario de Liofilización 1993)

Algunos fórmulas farmacéuticas y de diagnóstico requieren de un acondicionamiento previo que les brindará una estabilización para la obtención de un buen producto final, En el caso de la Liofilización de organismos vivos puede llevar a la desnaturalización y destrucción de la muestra.

Para evitar los daños se introducen en la formulación sustancias de mediano peso molecular de carácter orgánico como por ejemplo el glicerol y fructosa que evitan que las presiones osmóticas dañinas que se generan durante la congelación destruyan la fórmula.

Igual para proporcionar estabilidad a la fórmula se pueden introducir compuestos inorgánicos cuya aplicación debe ser cuidadosa porque puede alterar el punto eutéctico de la fórmula a Liofilizar cuando liofilizamos en viales y permitimos una desecación excesiva y el producto final aún en cámara puede desbordarse de los recipientes donde se encuentra, pudiéndose arrastrar ingredientes activos al interior del tubo del vacío, perdiéndose la proporción de la formulación.

En otros casos como el que nos ocupa que es el de la sábila Los sólidos totales pueden ser incrementados mediante la adición de agentes de relleno no reactivos que hagan volumen.

El primer paso del proceso de liofilización es establecer una formulación reproducible, es decir, en la cual exista un control cuidadoso sobre la composición química y las concentraciones de los constituyentes activos e inactivos.

La palabra clave en la preparación de un producto a liofilizar es la reproducibilidad. Un producto liofilizado reproducible debe comenzar con una formulación reproducible.

La liofilización puede ser definida como un proceso de estabilización en el cual el material primero es congelado y entonces la concentración del solvente, comúnmente el agua, es reducida mediante sublimación y desorción, a niveles que no sostendrán más el crecimiento biológico o las reacciones químicas (Dr Thommas Jennings seminario 1993 ISL-FD).

La liofilización es un proceso de estabilización en el cual la formulación es congelada primeramente, es decir, hay una separación del solvente y los solutos y luego la concentración del solvente, comúnmente el agua, se reduce primero mediante sublimación (secado primario) y después mediante desorción (secado secundario) hasta niveles que no sostendrán más el crecimiento biológico o las reacciones químicas.(Dr Thommas Jennings seminario 1993 ISL-FD)

OTRA DEFINICIÓN

Por liofilización entendemos la desecación efectuada a baja temperatura, de un producto previamente congelado, lográndose la sublimación del hielo bajo vacío. Es por lo tanto, e! paso directo de hielo (sólido) a gas (vapor), sin que en ningún momento aparezca el agua en su estado líquido.

El término liofilización, se refiere a una de las propiedades más específicas de los productos secados por esta técnica.La gran avidez por el agua o los solventes, qué posee el producto seco, formando una estructura sumamente porosa que se rehidrata rápidamente (Lyo: solvente; Philo: amigo).

A - Cámara
B - Condensador
C - grupo de vacío
D - Compresor frigorífico
E - Grupo calefactor

El producto «P» congelado previamente, es colocado en la cámara de desecación «A», la cual se mantiene a una temperatura «t» inferior a la del punto de congelación, del producto. Se efectúa el vacío en la cámara, de tal manera que la presión «Po» medida en la cámara sea inferior á la presión «p» del vapor saturante del hielo a la temperatura «t». A partir de este momento, se producirá la sublimación lenta del hielo, con emisión continuada de vapor .El producto «p» se irá desecando progresivamente.

Para evitar que el vapor de agua contamine el grupo productor del vacío, se intercala un condensador «B», mantenido a una temperatura «t"» inferior a «t». Si llamamos «P"»a la presión obtenida en el condensador, el vapor de agua se condensará en la pared del condensador, si la temperatura de este «t"» es tal que la presión de vapor de agua saturante del hielo a la temperatura «t"» es inferior a la presión «p"». Tendremos por lo tanto, la relación de presiones: P" menor que Po menor que P

Las diferentes etapas que nos llevan desde una materia prima generalmente en estado líquido, a la obtención de producto final son las siguientes.

-preparación del material dependiendo si se lleva a cabo a granel o en dosis unitarias, se requieren recipientes adecuados para las necesidades del proceso, sean viales o bandejas.

En el trabajo a granel utilizamos bandejas en acero inoxidable, no aluminio de fondo plano y de laterales bajos.

Cuando se trabaja en dosis unitarias se utilizan los viales de vidrio tipo 1 ojala ámbar en sustancias que reaccionen con la luz, tapones de caucho para liofilización, no los convencionales que no están diseñados para soportar fríos y presiones extremas.

Las operaciones de liofilización deben ser realizadas en sitios de atmosfera controlada en lo posible con una humedad relativa que no exceda el 40%. Si esto no es posible hay que retirar la humedad ambiental.

En el caso de la liofilización de líquidos, la velocidad de llenado del vial o de la bandeja debe ser controlada, para no permitir que el producto al verterse genere espuma y también con el fin de evitar que las paredes del vial o de la bandeja se impregnen porque una de las cosas que vende en liofilización es la presentación del producto.

-congelación

Esta es previa y obligatoria en todo proceso de liofilización .debe efectuarse en equipos especiales, teniendo en cuenta que si lo realizamos en freezers o congeladores a parte del liofilizador, podemos controlar mas el proceso y en el caso de realizar muchos batch de producción al mes le ganamos tiempo al proceso congelando en otro equipo especifico para este trabajo.

La congelación después de una buena formulación es la garantía de hacer procesos repetibles, por eso hay que poner especial énfasis en lograrla de la mejor manera.

Cuando necesitamos liofilizar líquidos que en su interior poseen un principio activo que no se homogeniza fácilmente en el solvente, requiere de congelarse en agitación, motivo por el cual las congelaciones deben ser de especial cuidado, porque entre otras cosas, la presentación final del producto depende de lo bien o mal que se haya congelado.

Ventajas y desventajas del congelamiento fuera del liofilizador
Ventajas

Permite independizar la congelación de la liofilización

Facilita organización de trabajo en sala estéril especialmente para operaciones de llenado, independientemente de la duración del proceso.

Permite mayor rendimiento del liofilizador, al introducir a este el producto ya congelado, solo siempre y cuando la velocidad de descongelación del condensador sea rápida para el inicio de una nueva operación.

DESVENTAJAS

El empleo de congeladores independientes, posee el inconveniente de implicar una manipulación del producto suplementaria, con los riesgos de fusión parcial de este durante su traslado, peligro de contaminación, dificultad en manipular las bandejas enfriadas a temperaturas muy bajas.

CONSEJOS PARA CARGAR EL LIOFILIZADOR
Realizarlo de forma escalonada y con intervalos de tiempo a fin de dejar un margen para que se recupere la temperatura de las placas y así obtener el producto un descenso rápido de su temperatura de forma similar en toda la muestra.

Acelerar la congelación con circulación forzada de aire por ventilación para hacer descender rápidamente la temperatura de la cámara.

TIEMPOS DE CONGELACIÓN

Estos tiempos dependen de:
Cantidad de producto
La naturaleza propia del producto
La concentración del mismo
Su acondicionamiento.
La temperatura que puede aportar el equipo
El sistema de transferencia de frío hasta el producto.
Tipos de placas en los equipos.
Encontramos placas delgadas que son enfriadas transmiten al producto las frigorías por radiación térmica
Otras placas en su interior tienen serpentines de fluido diatérmico transmiten el frío al producto por contacto

PAPEL DEL VACÍO

Para la eliminación de las últimas trazas de agua, es preciso restablecer un vacío elevado, cerrando la inyección de aire en la cámara, ya que en esta fase no se precisa un gran aporte de calorías, y normalmente con las que proporciona la radiación es suficiente, y por contra, es indispensable que el libre camino medio de las moléculas de agua emitidas por el producto sea lo suficientemente grande para que sean fácilmente eliminadas y alcancen la pared fría del condensador, lo que implica que el vacío sea el máximo posible.

La experiencia demuestra que un vacío del orden de los 10-2 Torr. es suficiente para la mayoría de productos. Un vacío más elevado presenta problemas técnicos constructivos del aparato, muy costosos y correlativos a una temperatura del condensador muy baja y su aplicación por un largo espacio de tiempo, puede provocar problemas de retrodifusión del aceite de las bombas de vacío, que puede contaminar al producto ya liofizado.

La temperatura final admitida por el producto seco, acostumbra a ser superior a la temperatura admitida en su fase líquida, por lo que normalmente puede elevarse ésta al valor necesario a fin de reducir el tiempo de secado final. Téngase en cuenta que una temperatura final excesivamente baja puede provocar al producto seco, una rápida absorción de la humedad ambiental de la sala, si ésta no se encuentra bajo condiciones de humedad controlada.

Bibliografía
Manual de Liofilización telstar año 1970

Curso de Liofilización On Line docente Dr Jorge Rivera www.agro20.com

Seminario de Liofilización Dr. Thommas Jennings año 1993.








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