Aula Liofilização slide

Prévia do material em texto

1
Engenharia Alimentar
Processamento Geral de Alimentos
LIOFILIZAÇÃO
ESAC - Ivo Rodrigues 2008 
LIOFILIZAÇÃO
Definição:
A liofilização remove a água e outros 
solventes do produto congelado pelo 
processo de sublimação. 
A sublimação ocorre quando a água 
no estado sólido é convertida 
directamente em vapor de água, sem 
passar pelo estado líquido.
2
LIOFILIZAÇÃO
Fundamentos da Liofilização:
a liofilização só pode ocorrer quando a temperatura e a 
pressão parcial do vapor da água forem inferiores às do 
ponto triplo da água (610 Pa à temperatura de 0,01 ºC, 
para a água pura)
LIOFILIZAÇÃO
Fundamentos da Liofilização:
3
LIOFILIZAÇÃO
Etapas da Liofilização:
- (Pré) Congelação (< 0ºC)
- Secagem Primária (eliminada 90% da água – produto 
com 15% de humidade)
- Secagem Secundária (eliminada 10% da água –
água ligada – produto desidratado até 2% de humidade)
LIOFILIZAÇÃO
Ciclo de Liofilização:
• Acondicionamento da matéria-prima
Processo caro, exige matéria-prima de qualidade 
e a aplicação de tratamentos prévios adequados,
•Selecção
•Limpeza (lavagem)
•Inactivação enzimática (tratamento térmico ou 
químico)
•Preparação do produto (corte p/ produtos 
sólidos ou pré-concentração p/ produtos 
líquidos) 
4
LIOFILIZAÇÃO
Ciclo de Liofilização:
• Congelação do produto
•Cristais pequenos
•Temperatura tal que permita a menor quantidade 
possível de água por congelar
•Interna (congelação evaporativa e adiabática –
20% da água é eliminada) 
•Externa
•Convecção forçada para legumes, carnes e pescado
•Leito fluidizado para legumes de pequena dimensão
•Condução (em cilindros rotativos) para alimentos líquidos
•Criogénica (azoto líquido)
LIOFILIZAÇÃO
Ciclo de Liofilização:
• Secagem primária
•Sublimação do gelo controlando a pressão de vácuo e o 
aumento da temperatura (calor latente de sublimação –
2840 kJ/kg) 
• Secagem secundária
•Eliminação da água ligada por evaporação a vácuo
•Aumento da temperatura (20-60ºC)
•Perigo de colapso
•Até um conteúdo de água de 2%
•Final controlado pela temperatura no produto ou pelo 
peso
5
LIOFILIZAÇÃO
Ciclo de Liofilização:
• Armazenamento do produto seco
•Conteúdo residual de água no produto seco é
um factor critico que afecta a vida do produto em 
armazenamento
•Produtos higroscópicos
•Sensibilidade à oxidação
•Embalagem a vácuo ou em atmosfera protectora 
de azoto ou CO2
• Re-hidratação e utilização
LIOFILIZAÇÃO
Ciclo de Liofilização
Como Funciona um Liofilizador?
6
LIOFILIZAÇÃO
Transferência de calor e de massa:
• Os perfis de temperatura e humidade no alimento, 
durante a liofilização, dependem dos coeficientes de 
transferência de calor e de massa
• O calor é transferido até à frente de sublimação 
(fronteira entre produto seco e produto congelado) 
através da camada seca, da camada congelada ou de 
ambas, dependo da fonte
LIOFILIZAÇÃO
Transferência de calor e de massa:
• Quando ocorre a sublimação, o vapor de água 
é conduzido até à superfície por um 
mecanismo de transferência de massa que 
depende da estrutura do produto desidratado.
• O vapor de água é transferido desde a frente 
de sublimação, através do produto seco, até
à superfície e retirado através do vácuo
7
LIOFILIZAÇÃO
Transferência de calor e de massa 
Como Funciona um Liofilizador? 
Pressão de Vapor (mBar) Temperatura (ºC)
6.104 0
2.599 -10
1.034 -20
0.381 -30
0.129 -40
0.036 -50
0.011 -60
0.0025 -70
0.0005 -80
LIOFILIZAÇÃO
Transferência de calor e de massa 
Como Funciona um Liofilizador?
8
LIOFILIZAÇÃO
Qual o tempo de liofilização?
( )hsa TTL
Ak
dt
dQ
−=
( )
L
ppAp
dt
dw wh −
=
( )
L
pp
RT
DA
dt
dw wh
h
−
=
dt
dLWWA
dt
dw
t )( 0 −= ρ
dt
dQ
dt
dw
sλ
1
−=
Lei de Darcy
Lei de Fick
(no equilíbrio a v.t.c. = v.t.m.)
(variação da humidade na camada seca)
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(v.t.c. na superfície de aquecimento do alimento)
LIOFILIZAÇÃO
Qual o tempo de liofilização?
( ) ( ) ( )
dt
dLWWA
L
pp
RT
DA
L
ppAp
L
TTAk
dt
dw
t
wh
h
wh
s
hsa
−=
−
=
−
=
−
−= 0
)( ρλ
Substituindo na equação (5) a equação (1)…
e integrando entre os limites: t = 0, L = 0 e t = t, L = Lt …
9
LIOFILIZAÇÃO
Qual o tempo de liofilização?
( )
( )
( )
( )
( )
( ) 222
2
0
2
0
2
0 t
wh
tht
wh
tt
hsa
ts
t
L
ppD
WWRTL
ppp
WWL
TTk
WW
t
−
−
=
−
−
=
−
−
=
ρρρλ
Onde:
λs – calor latente de sublimação
Ka – condutividade térmica da fracção seca do alimento; A – área sujeita a sublimação 
Ts – temperatura da superfície seca; Th – temperatura da frente de gelo
L – espessura da camada seca ; p – permeabilidade da fracção seca do alimento
ph- pressão de vapor do gelo na frente de sublimação; pw – pressão de vapor de água na sup. do produto
D – difusividade interna do vapor de água; ρ - massa especifica do produto seco
W0 – humidade inicial do produto (b.s.); Wt – humidade (b.s.) da capa seca no tempo t
LIOFILIZAÇÃO
Equipamentos de Liofilização
Componentes de um liofilizador:
• Sistema de arrefecimento do produto (pode não ter)
• Equipamento para produção de vácuo
• Sistema de aquecimento do produto (condução ou radiação)
• Condensador frigorífico para converter o vapor 
produzido em gelo
Sistemas descontínuos (pequena-média escala)
Sistemas contínuos
10
LIOFILIZAÇÃO
Métodos de Liofilização
LIOFILIZAÇÃO
Métodos de Liofilização
11
LIOFILIZAÇÃO
Métodos de Liofilização
LIOFILIZAÇÃO
Métodos de Liofilização
12
LIOFILIZAÇÃO
Métodos de Liofilização
LIOFILIZAÇÃO
Métodos de Liofilização
13
LIOFILIZAÇÃO
A Liofilização é vulgarmente utilizada 
na:
- Indústria Farmacêutica
- Indústria Alimentar
e ainda para:
- Estabilização de Culturas Microbianas
- Conservação de Animais para Exposição
- Restauração de Livros
- etc.
LIOFILIZAÇÃO
Liofilização versus Secagem em Fase Líquida
14
LIOFILIZAÇÃO
Liofilização versus Secagem em Fase Líquida
Vantagens:
- Produtos com estrutura inalterada, fáceis de transformar em pó e de 
dissolver, fáceis de (re)hidratar;
- Reduzidas alterações nos nutrientes, cor, aroma e gosto (alimentos) e 
mínima perda de actividade em materiais sensíveis ao calor 
(microrganismos); 
- Produtos liofilizados tem melhor qualidade que os mesmos produtos 
desidratados por outros métodos;
- Processo não poluidor, água residual baixa (1 a 3%), fácil de armazenar 
e de transportar; 
LIOFILIZAÇÃO
Liofilização versus Secagem em Fase Líquida
Desvantagens:
- Equipamento muito caro (3 vezes mais que em outros 
métodos de secagem), difícil de atingir a temperatura de 
liofilização (-60º C), bombas de vácuo muito potentes; 
- Custo energético muito caro (2-3 vezes mais que em outros 
métodos de secagem) 
- Processo muito demorado (mais do 24 horas) 
- Produtos com facilidade de hidratar e frágeis pelo que devem 
ser cuidadosamente embalados e armazenados. 
15
LIOFILIZAÇÃO
Liofilização versus Secagem em Fase Líquida
Quando utilizar a liofilização?
- Produtos instáveis;
- Sensível ao calor;
- Quando a rápida e completa re-hidratação é requerida;
- Produtos de elevado valor;
- Minimização do peso;
- Não é aconselhável o armazenamento em refrigeração ou congelação;
LIOFILIZAÇÃO
16
LIOFILIZAÇÃO