6 - Liofilização

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UNIVERSIDADE ESTADUAL DE MARINGÁ 
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE ALIMENTOS 
DISCIPLINA: Operações Unitárias para a Indústria de Alimentos II 
PROFESSORA: Dra. Miriam Carla B. Ambrosio Ugri 
 
 
6 – LIOFILIZAÇÃO OU “FREEZE DRYING” 
 
6.1 – Introdução 
 
 Este tipo de secagem foi inicialmente utilizado industrialmente nos anos 1940 para 
produzir plasma seco e outros produtos derivados de sangue. Após isto, antibióticos e 
materiais biológicos foram preparados em escala industrial pelo método de liofilização. 
 A liofilização ou secagem a frio (“freeze dry”) é o mais nobre processo de 
conservação de produtos biológicos entre os conhecidos porque envolve os dois métodos 
mais confiáveis de conservação, o congelamento e a desidratação. 
 É uma técnica que tem grande aplicação para materiais termosensíveis, 
especialmente alimentos, e é capaz de remover água sem diminuir a qualidade do produto. 
 Sem conservantes ou produtos químicos, é o processo mais adequado para preservar 
células, enzimas, vacinas, vírus, leveduras, soros, derivados sangüíneos, algas, bem como 
frutas, vegetais, carnes, peixes e alimentos em geral. 
 Os produtos liofilizados não sofrem alterações de tamanho, textura, cor, sabor, 
aroma, teor de vitaminas, sais minerais, proteínas etc. e, quando conservados 
adequadamente, mesmo em temperatura ambiente, resistem intactos por muitos anos 
enquanto mantém-se disponível a qualquer momento para imediata reconstituição. 
 As bactérias não são exterminadas por este tipo de secagem, mas sua proliferação 
não é possível no material seco. Após a secagem, as atividades das enzimas são inativadas 
porque não há água no meio e as reações químicas oxidativas ou não-oxidativas ocorrem 
em pequena quantidade, trazendo um resultado satisfatório. 
 A Figura 1 apresenta um macarrão com almôndegas liofilizado e depois de 
reidratado. Nela pode-se observar que, após a reidratação, o macarrão apresentou 
característica visual bastante semelhante ao maçarão sem liofilizar. 
 Entre as vantagens que o produto obtido pela secagem seguida de congelamento a 
vácuo (liofilização) oferece, pode-se destacar a diminuição significativa de seu peso, 
tornando o alimento bem mais leve e facilitando ainda mais seu transporte e diminuindo seu 
espaço de ocupação, além da pequena perda de aroma e sabor. Algumas das maiores 
desvantagens da liofilização são o longo período de secagem e o elevado custo energético, 
que pode ser compensado pela não necessidade de manuseamento e estocagem do produto 
em local refrigerado e também quando o produto possui um alto valor agregado. 
 Extratos de café e chá, vegetais, frutas, carnes e peixes são obtidos por liofilização; 
estes produtos têm de 10 a 15% de seu peso original e não necessitam de refrigeração. O 
conteúdo de umidade dos produtos obtidos é menor do que 5% em base úmida. 
 O processo é realizado dentro de uma máquina, o liofilizador, que pode ter desde o 
tamanho de um forno de microondas doméstico (liofilizador laboratorial) até uma 
construção civil com centenas de metros quadrados (planta de liofilização de alimentos). 
 
 2 
 
(a) (b) 
Figura 1 – (a) Macarrão com almôndegas liofilizados; (b) macarrão com almôndegas 
reidratados 
 
No Brasil, a maioria dos equipamentos está localizada em indústrias farmacêuticas, 
centros de pesquisas, universidades e algumas plantas industriais de café e insumos para 
alimentos institucionais. 
 
6.2 – Fundamentos 
 
 Como a pressão de vapor do gelo é muito pequena, a liofilização necessita de 
pressões muito baixas ou de alto vácuo. Se a água está no estado puro, a liofilização ocorre 
próximo de 0°C a uma pressão de 4580µm (4,58 mmHg abs). No entanto, geralmente a 
água existe em solução ou num estado combinado, e o material deve ser congelado abaixo 
de 0°C para manter a água no estado sólido. A maioria dos processos de liofilização ocorre 
a -10°C ou numa pressão menor ou igual a 2000µm. 
 No processo de liofilização, o material original é composto por um centro de 
congelamento do material. Como o gelo sublima o plano de sublimação, que começa na 
superfície externa, desaparece e uma casca porosa do material seco permanece. O calor, 
proveniente do calor latente de sublimação do gelo (2838 kJ/kg), geralmente é conduzido 
para o centro da camada de sólido seco, enquanto que a água vaporizada é transferida 
através da camada de sólido seco. Então, as transferências de calor e de massa ocorrem 
simultaneamente. 
 Dentre os componentes essenciais do liofilizador encontram-se a câmara de vácuo, 
um condensador e a bomba de vácuo. A Figura 2 apresenta esquematicamente os principais 
componentes de um liofilizador. 
 
 3 
 
Figura 2 – Apresentação esquemática de um liofilizador. 
 
 O processo de liofilização é formado, principalmente, por dois estágios: 
(a) o congelamento do produto; e 
(b) secagem do produto pela sublimação direta do gelo sob uma determinada pressão. 
 
 O congelamento deve ser muito rápido, com o objetivo de se obter um produto com 
pequenos cristais de gelo e um estado amorfo. O estágio de secagem ocorre a baixas 
pressões com o objetivo de sublimar o gelo. 
 A Figura 3 apresenta o diagrama de fases da água no processo de liofilização e a 
Figura 4 apresenta os estágios de secagem. 
 
 
Figura 3 – Diagrama de fases da água 
 4 
 
 
Figura 4 – Estágios da Liofilização 
 
 Três importantes variáveis de projeto devem ser consideradas na liofilização: 
1 – vácuo dentro da câmara de secagem; 
2 – fluxo de energia aplicada no alimento; e 
3 – temperatura do condensador. 
 A taxa de secagem inicial é alta, uma vez que as resistências ao fluxo de massa e de 
energia sejam baixas. No entanto, acumula-se uma fina camada em torno do produto 
congelado o que causa uma diminuição da taxa de secagem conforme esta camada aumenta. 
Esta camada atua com um isolante e afeta a transferência de calor na direção da camada de 
gelo. Além disso, a transferência de massa do gelo diminui com o aumento da espessura da 
camada seca, devido à redução de difusão da interface de sublimação em direção à 
superfície do produto. 
 O processo de liofilização pode ser dividido em três estágios, como na Figura 4: 
congelamento, secagem primária e secagem secundária, os quais são apresentados a seguir. 
A - Estágio de Congelamento: esta é a primeira etapa do processo de liofilização. O 
desempenho global da liofilização depende significativamente deste estágio por causa: 
- da forma dos poros; 
- da distribuição do tamanho dos poros; 
- da conexão entre as redes de poros da camada seca formada pela sublimação da água, ou 
da substância aquosa congelada, durante a secagem primária; 
- da dependência do processo de liofilização com os cristais de gelo formados durante o 
estágio de congelamento, tendo influência, também, na consistência do produto final, cor e 
retenção de aroma. 
Os parâmetros que caracterizam as taxas de transferência de calor e de massa do 
produto da secagem nos estágios primário e secundário têm influência significativa na 
estrutura do poro do produto seco. Quando as estruturas dos cristais são pequenas e 
descontínuas, a taxa de transferência de massa do vapor d’ água para a camada seca é 
limitada. Por outro lado, se o tamanho dos dendritos dos cristais de gelo for apropriado e 
ocorre a dispersão homogênea da solução congelada, a taxa de transferência de massa do 
vapor d’água para a camada seca pode ser alta e o produto pode ser seco mais rapidamente. 
O método e a taxa de liofilização, bem como a forma da solução contida e a natureza do 
 5 
produto, são críticos no curso da liofilização porque eles afetam a taxa de secagem e a 
qualidade do produto. 
 Um congelamento lento é prejudicial para as células porque propicia a formação de 
grandes cristais de gelo que, após a sublimação da águaou da substância aquosa, podem 
causar prejuízos mecânicos à estrutura das células. 
 A temperatura de congelamento da água pura permanece constante no ponto de 
congelamento até a água ser congelada. A temperatura de congelamento dos alimentos é 
menor que a da água pura, desde que o soluto se concentre na fração de água não congelada 
e a temperatura de congelamento continue a diminuir até que a solução congele. Toda a 
massa do produto torna-se rígida no final do processo de congelamento, formando um 
eutético, formado por cristais de gelo e componentes do alimento. É necessário atingir o 
estado eutético para garantir a remoção da água somente por sublimação – sem combinar 
sublimação e evaporação. 
 
OBS: Ponto Eutético: em uma única temperatura existe uma composição que solidifica 
através do crescimento cooperativo de duas fases sólidas. Esta composição apresentará a 
menor temperatura de fusão para o sistema. 
 
B – Estágio Primário da Secagem: neste estágio a água congelada é removida por 
sublimação, e conforme o gelo sublima, formam-se poros no interior do produto que está 
sendo seco. 
 Durante este estágio, certo conteúdo de umidade presente na camada de secagem 
pode ser dessorvida. O processo de dessorção na camada de secagem pode afetar a 
quantidade de calor que chega à interface da sublimação, e, isto pode afetar a velocidade da 
sublimação na interface. O vapor d’água produzido pela sublimação da água congelada e 
pela dessorção da umidade na camada de secagem durante o estágio primário é 
transportado por difusão e fluxo convectivo através dos poros da estrutura da camada de 
secagem. Este vapor d’ água é dirigido para a câmara de secagem do liofilizador. 
 O objetivo na secagem primária é achar as condições de operação para a 
liofilização, minimizando a duração deste estágio pela maximização da velocidade de 
remoção de vapor d’ água na interface. Isto deve ser realizado sem que aconteça o 
derretimento da camada congelada. 
 
C – Estágio Secundário da Secagem: este estágio de secagem se refere à remoção da 
umidade sublimada do produto requerido. A taxa de remoção de vapor sublimado é uma 
parte importante do processo de liofilização. A água não congelada pode ser adsorvida na 
superfície cristalina do produto. Uma pequena quantidade de água adsorvida é removida 
por dessorção na camada de secagem do produto durante o estágio primário. O estágio 
secundário de secagem na liofilização começa, teoricamente, quando todo o gelo foi 
removido por sublimação. A taxa de calor deve diminuir neste momento para manter a 
temperatura do produto entre 30 e 50°C, que impedirá o colapso do material. Se uma parte 
do material sólido está muito quente, a estrutura colapsa, resultando num decréscimo da 
taxa de sublimação do gelo no produto. 
 
D – Colapso: o principal cuidado que se deve ter na operação de liofilização é manter a 
estrutura porosa do alimento que está sendo seco. A temperatura do produto deve 
permanecer abaixo de certo nível, chamado de Temperatura de Colapso. 
 6 
 Para a indústria de alimentos, principalmente aquelas que utilizam processos de 
conservação por desidratração (secagem, atomização e liofilização) ou processos a baixas 
temperaturas (congelamento), o conhecimento da temperatura de transição vítrea (Tg) e do 
mecanismo de transformação vítrea são de muito interesse. 
 Um entendimento básico da temperatura de transição vítrea em sistemas 
alimentícios começa com o Diagrama de Estado; ele é assim chamado por que não 
representa somente um diagrama de fases de equilíbrio, mas uma combinação de estado de 
equilíbrio e eventos metaestáveis ou cinéticos. 
 A temperatura de transição vítrea (Tg) não é um ponto nitidamente localizado, mas 
define o centro de uma região em torno de 20°C ou mais, na qual a transformação ocorre 
(Figura 5). Abaixo da Tg, um material está no estado vítreo que é caracterizado como um 
sólido rígido embora quebradiço. Nos sistemas vítreos, a mobilidade ou difusão das 
moléculas é praticamente inexistente. Quando a temperatura aumenta acima da Tg, o 
material vítreo torna-se mole ou borrachudo e demonstra uma considerável diminuição da 
viscosidade e um aumento da mobilidade. 
 Durante a liofilização, o colapso do material ocorre quando a matriz congelada na 
sua máxima concentração não pode suportar, por longo tempo, seu próprio peso, levando a 
mudanças estruturais. A Figura 5 apresenta alguns valores experimentais da Temperatura 
de Colapso, que tem íntima correspondência com a Tg’. Portanto, o processo de sublimação 
deve ocorrer a uma temperatura inferior a Tg’ sendo, portanto, necessária sua determinação. 
 
 
Figura 5 – Diagrama de estado esquemático de um alimento 
 
 A Tabela 1 apresenta a Temperatura de Colapso de alguns alimentos típicos. 
 
 
 
 
 
 7 
Tabela 1 – Temperatura de Colapso de alguns alimentos. 
 
 
 Existem muitas técnicas experimentais que podem ser usadas para medir a Tg’ em 
sistemas alimentícios, e algumas estão apresentadas na Tabela 2. 
 
Tabela 2 – Métodos de Medida da Temperatura de Transição Vítrea 
 
 
 Os valores de Tg e de Tg’ de compostos amorfos e alimentícios geralmente são 
determinados por Calorimetria Diferencial de Varredura (DSC); além da temperatura de 
transição vítrea, o DSC mede as temperaturas de cristalização, transição sólido-sólido, 
fusão, desidratação e desnaturação. 
 
E – Transferências de Calor e Massa Simultâneas: calor por condução, convecção e/ou 
radiação a partir da fase gasosa atinge a superfície seca e, então, é transferido por condução 
para a camada de gelo. Em alguns casos, o calor também pode ser conduzido através do 
material congelado para atingir a frente de sublimação. O tempo total de secagem deve ser 
longo o suficiente para que o conteúdo final de umidade esteja abaixo de 5% em base 
úmida para prevenir a degradação do produto final durante a estocagem. 
 8 
 Um modelo em estado estacionário será proposto para facilitar os cálculos. 
 A energia necessária para manter a sublimação é considerada igual ao fluxo radiante 
ou condutivo devido ao gradiente de temperatura entre o produto congelado e a fonte de 
energia na câmara de secagem. A água sublima abaixo do ponto tríplice (Figura 3), quando 
coexistem as três fases: sólido, líquido e gás, sob pressões menores que 627 Pa. A interface 
de sublimação está localizada acima da capa de gelo, e a eliminação da água ocorre 
próxima ou na interface de sublimação. A Figura 6 mostra os fluxos de calor e massa 
durante a secagem das fatias congeladas. 
 
 
Figura 6 – Fluxos de calor e massa durante a liofilização: (a) secagem somente de um lado; 
(b) arranjo simétrico (secagem em ambos os lados) 
 
 O fluxo de calor para a superfície do material ocorre por convecção e no sólido seco 
por condução para a superfície de sublimação (Figura 6.a). O fluxo de calor para a 
superfície é igual àquele conduzido através do sólido seco, assumindo um estado pseudo-
estacionário, é dado por: 
 
( ) ( )( )12 LL
TT
kTThq fsse
−
−
=−= (1) 
 
 9 
sendo: q – fluxo de calor (W ou J/s) 
 h – coeficiente de transferência de calor por convecção externo (W/m2.K) 
 Te – temperatura externa de vaporização do gás (°C) 
 Ts – temperatura da superfície do sólido seco (°C) 
 Tf – temperatura de sublimação da capa de gelo (°C) 
 k – condutividade térmica do sólido seco (W/m.K) 
 (L2-L1) – espessura da camada seca (m) 
 
 A condutividade térmica e a temperatura de sublimação para alguns produtos 
liofilizados são dadas na Tabela 3. 
 
Tabela 3 – Condutividade térmica e temperatura de sublimação de produtos liofilizados 
Produto k (W/mK) Produto Tsub (°C) 
Extrato de café (25%) 0,033 Café -23 
Gelatina 0,016 Camarão -18 
Leite 0,022 Ovos inteiros -17 
Maçã 0,016-0,035Maçã -7 
Pêra 0,016 Frango -21 
Peru 0,014 Salmão -29 
Cogumelos 0,010 Vitela -14 
Vitela 0,035-0,038 Cenoura -25 
 
 De maneira similar, o fluxo mássico do vapor de água a partir da frente de 
sublimação é dado por Okos et al. (1992): 
 ( )
( ) ( )ewswg
swfw
a PPkLLRT
PPD
N −=
−
−
=
12
,
 (2) 
 
sendo: Na – fluxo de vapor de água (kgmol/s.m2) 
 D’ – difusividade efetiva média do vapor para dentro da camada seca 
 R – constante dos gases ideais 
 T – temperatura média da camada seca 
 Pfw – pressão parcial do vapor de água no equilíbrio com a frente de sublimação do 
gelo (atm) 
 Psw – pressão parcial do vapor de água na superfície (atm) 
 Pew – pressão parcial do vapor de água dentro da fase gasosa externa (atm) 
 kg – coeficiente de transferência de massa externo (kgmol/s.m2.atm) 
 Rearranjando as equações (1) e (2), expressando q e Na em termos das condições 
externas de operação: 
( )





 −
+
−
=
k
LL
h
TT
q fe
121
 (3) 
e 
 10 
( )








−
+
−
=
'
121
D
LLRT
k
PP
N
g
ewfw
a (4) 
 
 As constantes h e kg são determinadas pelas velocidades do gás e as características 
do secador e, então, são constantes. Os valores de k e D’ dependem da natureza do material 
seco. Os valores de Te e Pew são dados pelas condições externas de operação. 
 O fluxo de calor e o fluxo de massa podem ser relacionados através do calor latente 
de sublimação do gelo (∆Hs) (J/kgmol) como: 
 
as NHq .∆= (5) 
 
 O valor de Pfw é determinado unicamente por Tf, desde que estejam na pressão de 
vapor de equilíbrio no gelo nesta temperatura, ou: 
 
)( ffw TfP = (6) 
 
 Combinando as equações (1) e (4) em (5) tem-se: 
 ( )
( )
( )
( )








−
+
−∆
=
−
−
'
1212 1
D
LLRT
k
PPH
LL
TTk
g
ewfwsfs
 (7) 
 
e, combinando as equações (3) e (4) em (5) tem-se: 
 
( ) ( )
( )
( )








−
+
−∆
=−
−+
'
1212 11
1
D
LLRT
k
PPH
TT
k
LL
h
g
ewfws
fe (8) 
 
 Um aumento em Te ou Ts causa um aumento na taxa de secagem. A temperatura Ts 
é limitada pelo calor sensível do material; Tf deve ser menor do que a temperatura de 
colapso do material. A sensibilidade é definida em termos das reações de degradação, 
enquanto que a temperatura de colapso é definida em termos da deformação da estrutura 
porosa da camada seca. 
 Para uma situação onde k/∆L é pequeno quando comparado a kg e D’/RT∆L, a 
temperatura fora da superfície (Ts) será encontrada antes de Ts ser obtida. Para um novo 
aumento da taxa de secagem, k deve ser aumentado. 
 Para resolver as equações dadas, ∆L está relacionado com x, que é a fração da 
umidade livre original remanescente: 
( )
2
1 LxL −=∆ (9) 
 
 11 
 A taxa de liofilização pode ser dada por: 
 






−





=
dt
dx
VM
LN
sa
a .2
 (10) 
 
sendo: L - a espessura total do produto 
 x – a espessura da camada seca 
 t – tempo 
 Ma – massa molar da água 
 Vs – volume do sólido por unidade de massa de água. Vs é dado por: 
)(1 0 ss XV ρ= , sendo que X0 é o conteúdo de umidade inicial (kgH2O/kgsólido seco) e ρs é a 
densidade do sólido seco (kg/m3). 
 Combinado as equações (3), (5), (9) e (10) tem-se, para a transferência de calor: 
 
( ) ( )fesa TTkLxhdt
dx
VM
L
−
−+
=





−
211
11
2
 (11) 
 
Similarmente para a transferência de massa: 
 
( ) ( )ewfwgsa PPDLxRTkdt
dx
VM
L
−
−+
=





−
,211
11
2
 (12) 
 
Integrando a equação (11) entre os limites de t = 0 em x1 = 1,0 e t =t em x2 = x2, a equação 
para o tempo de secagem é: 
 






+−−
−
∆
=
22
1
4
2
2
2
1
21
2 xx
xx
TTM
H
kV
L
t
fea
s
s
 (13) 
 
sendo que ∆Hs/Ma é o calor de sublimação (J/kgH2O). Quando x2 = 0, a fatia está 
completamente seca. 
 Assumindo que as propriedades físicas e os coeficientes de transferência de calor e 
de massa são conhecidos, a equação (8) pode ser usada para calcular a temperatura de 
sublimação do gelo (Tf) quando a temperatura ambiente (Te) e a pressão parcial do 
ambiente (Pew) são fixadas. Como h é muito grande, Te ≅ Ts. Na equação (8), o valor para 
usar T pode ser aproximado por ( ) 2sf TT + . 
 Uma dedução análoga foi considerada por Schwartzberg (1982) para descrever o 
processo de liofilização, no qual foi considerada a transferência de calor e de massa através 
de ambas as faces do produto (Figura 6.b). O fluxo de vapor no sistema pode ser expresso 
por: 
x
PPK
x
PPK
G cspsps
)()( **0* −
=
−
= (14) 
 
 12 
( )
dt
dx
X
XX
G fs )1( 0
0
+
−
= ρ (15) 
 
sendo: *
sP - pressão de vapor na interface de sublimação 
 P0 – pressão parcial de água na superfície 
 
*
cP - pressão no condensador e que deve ser igual a P0, a menos que não-
condensáveis sejam introduzidos no secador 
 Kp – permeabilidade da camada seca 
 ρ - densidade de uma fatia da camada congelada 
 X0 – conteúdo de umidade inicial do alimento, base seca 
 Xf – conteúdo de umidade final, base seca 
 x – espessura da camada seca 
 t – tempo de secagem 
 A primeira parte da equação (15) representa a mudança no conteúdo de água por 
unidade de volume do produto congelado. A mudança na espessura da camada seca é uma 
função do tempo, mantendo constante a área superficial. 
 A Tabela 4 apresenta valores de permeabilidade para alguns produtos liofilizados. 
 
Tabela 4 – Permeabilidade (Kp) de Alimentos Liofilizados 
Produto Kp (109 kg/m.s.µmHg) 
Café (20% de sólidos) 4,0 - 8,6 
Café (30% de sólidos) 3,0 
Leite integral 2,7 – 5,3 
Maçã 3,3 – 6,0 
Batata 1,3 
Peixe 8,7 
Banana 1,1 
Vitela 0,7 – 4,4 
Tomate (22°Brix) 2,1 
Cenoura 2,0 – 5,6 
 
 O tempo de secagem é obtido pela integração da equação (15): 
 ( )
( ) ( )0*
2
0
0
12 PP
a
XK
XX
t
sp
f
s
−+
−
= ρ (16) 
 
sendo: a - espessura de metade da fatia. 
 
6.3 – Equipamentos 
 
A – Liofilizador Tipo Bandeja 
 O liofilizador de bandeja (Figura 7) é o mais utilizado. Existe dois tipos principais 
de liofilizadores que diferem de acordo com o condensador utilizado. O condensador pode 
ser colocado dentro da câmara ou o condensador se localiza numa câmara separada sendo 
 13 
conectado por tubos. Este tipo de equipamento proporciona dificuldades em trabalhar com 
produtos farmacêuticos, como ampicilina, devido à dificuldade em manter o produto estéril. 
Porém, possui a vantagem de ser mais econômico no que diz respeito à energia. 
 
 
(a) 
 
(b) 
Figura 7 - “Freeze dryer” tipo Bandeja 
 14 
B – Liofilizador do Tipo Túnel 
 A secagem ocorre numa grande câmara de vácuo em forma de túnel, onde o produto 
a ser secado entra, na forma congelada cominuída, sobre bandejas dispostas em vagões ou 
esteiras que atravessam a câmara (Figura8). 
 Este tipo de liofilizador não trabalha simultaneamente com diferentes produtos. Seu 
sistema de refrigeração opera normalmente com amônia. O aquecimento da corrente a 
vácuo proporciona diversas vantagens como o alto calor latente de condensação e o 
controle da temperatura pela pressão. Conforme o volume da produção aumenta, aumenta-
se apenas o comprimento do túnel e introduz-se nova bomba de vácuo. 
 Este equipamento utiliza ciclos de pressão que tem como vantagem compensar o 
alto custo do equipamento. O tempo de secagem diminui 30% em comparação com 
equipamentos que trabalham a pressão constante. O ciclo de pressão introduz ondas 
triangulares e elas violam a temperatura na interface, durante a seqüência de secagem. As 
ondas de pressão causam mudanças na resistência às transferência de calor e de massa. 
Neste tipo de equipamento o produto sai no máximo com 3% de água ou substância aquosa. 
 
 
Figura 8 - Liofilizador Tipo Túnel 
 
C – Liofilização por Microondas 
 Esta modalidade de liofilizador produz altas taxas de liofilização. Tem como 
desvantagens o alto valor com relação ao preço desta forma de energia, sendo de difícil 
controle porque a água tem uma constante dielétrica maior que a do gelo e qualquer ponto 
onde tenha ocorrido fusão do gelo ocorre perda de calor, além de não existir este tipo de 
secador disponível em escala industrial. 
 
D - “VACUUM-SPRAY FREEZE DRYERS” 
 Equipamento desenvolvido especialmente para produtos como extrato de café, 
infusão de chá e leite. O produto é atomizado no topo de uma torre cilíndrica (Figura 9); o 
 15 
líquido é solidificado em pequenas partículas, onde a refrigeração é feita por uma 
serpentina que envolve a câmara. O produto desce ao fundo da torre onde é transportado 
por uma correia de aço inox que passa pelos aquecedores completando o processo de 
secagem. A planta toda opera sob um vácuo de aproximadamente 67 Pa. As partículas 
congeladas obtidas pela atomização no vácuo têm um diâmetro de 150 µm e perdem cerca 
de 15% da umidade na evaporação inicial. No caso do café há perda de sabor e aroma 
(“flavor”) neste tipo de liofilizador. 
 
 
Figura 9 - “Vacuum Spray Freeze Dryer”. 
 
E – Liofilizador Contínuo 
 As condições de operação são constantes e por isso de fácil controle, requerendo 
menor mão-de-obra e supervisão. Seu uso é muito interessante para plantas que trabalham 
com um único produto ou que a alimentação venha de um processo contínuo. Na Figura 10 
são apresentados dois tipos de liofilizadores contínuos. 
 Quando o produto granulado é agitado, uma transferência de calor mais efetiva pode 
ser obtida e uma redução do aquecimento da superfície é possível. Neste caso, ocorre 
abrasão do produto pela agitação e aumenta-se a produção de vapor d’água por unidade de 
superfície aquecida. Estes secadores contínuos são mais econômicos que os secadores em 
batelada. 
 
 16 
 
(a) (b) 
Figura 10 - Liofilizadores Contínuos – (a) Kraus-Maffei e (b) Cryo-Maid, do tipo vibratório 
 
6.4 – Aplicações 
 
 Frutas, Vegetais e Alimentos Liofilizados: pedaços de abacaxi, maçã, mamão e 
banana, entre outros, sequinhos e crocantes. Os pedaços de frutas mantêm a pigmentação e 
o formato originais. O sabor varia: o da banana e o do abacaxi, por exemplo, são 
acentuados --o segundo ainda possui acidez marcante; já o mamão, em fatias finas e secas, 
pode parecer insosso. De modo geral, os nutrientes estão todos ali; isto porque a liofilização 
faz com que o alimento perca muito menos compostos do que quando a desidratação ocorre 
por meio de exposição ao calor. Corantes e aromas também não são adicionados. 
 
 
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 Café Aglomerado Liofilizado 
 
 Fármacos Liofilizados: muitas pessoas deixam de desfrutar dos benefícios de um 
dos mais nobres produtos das abelhas, a geléia real, porque não gostam de seu sabor ou 
porque deve ser mantida sob refrigeração. A liofilização preserva todas as propriedades da 
geléia real fresca e tem a vantagem de não precisar ser armazenada a baixa temperatura. 
 
 Geléia Real Liofilizada 
 
 A formulação de hidrogéis com quitosana confirma a possibilidade de obtenção de 
hidrogéis com aspecto gelatinoso e uniforme que possam ser usados em formulações 
fitoterápicas e cosmecêuticas. O processo de liofilização foi realizado para aumentar a 
durabilidade dos hidrogéis, pois com o passar do tempo estes perderam um pouco o aspecto 
gelatinoso, por serem sensíveis as condições ambientais. Os géis liofilizados apresentaram 
aspecto esponjoso, que quando rehidratados retomam a forma semi-sólida (gel). 
 
 
 Hidrogel de Quitosana (a) in natura e (b) liofilizado 
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6.5 – Alterações nos Alimentos: 
 
 O principal efeito do congelamento está relacionado a danos causados nas células 
devido ao crescimento dos cristais de gelo. O congelamento causa insignificantes alterações 
em pigmentos, aromas e em componentes nutricionais. 
 Existem grandes diferenças na resistência aos danos durante o congelamento entre 
tecidos animais e de plantas. As carnes têm uma estrutura fibrosa mais flexível que separa 
durante o congelamento em vez de se quebrarem, sendo que sua textura não é danificada. 
Nas frutas e vegetais, a estrutura celular mais rígida pode ser danificada pelos cristais de 
gelo. A extensão dos danos depende do tamanho dos cristais e por isso da taxa de 
transferência de calor. 
 
6.6 - Bibliografia: 
 
FELLOWS, P. Food Processing Technology: Principles and Practice. USA: CRC Press, 
2nd Edition, 2000 
 
GEANKOPLIS, C.J. Transport Processes and Separation Process Principles USA: 
Pearson Education, 4th Edition, 2003 
 
IBARZ, A., BARBOSA-CÁNOVAS, G.V. Unit Operations in Food Engineering USA: 
CRC Press, 1st Edition, 2003 
 
McCABE, W.L., SMITH, J.C., HARRIOTT, P. Unit Operations of Chemical Engineering 
USA: McGraw Hill, 6th Edition, 2001 
 
SMITH, P.G. Introduction to Food Process Engineering USA: Kluwer Academic/Plenum 
Publishers, 1st Edition, 2003.