Z znanjem do boljšega zdravja

Liofilizacija – sušenje z zamrzovanjem

29. 08. 2022
Sušenje z zamrzovanjem (angl. freeze drying) oziroma liofiliziacija se je začela že leta 1890. Pomembna prelomnica za liofilizacijo je bila druga svetovna vojna, ko je bil liofilizacijski postopek razvit kot komercialna tehnika, ki je omogočila, da sta krvna plazma in penicilin postala kemično stabilna in sposobna preživeti brez hlajenja. V petdesetih in šestdesetih letih prejšnjega stoletja so zamrzovalno sušenje začeli uporabljati kot večnamensko orodje, tako za farmacevtske izdelke kot za predelavo hrane.

Princip, na katerem je osnovana liofilizacija: iz predhodno zamrznjenega živila se voda v obliki ledu ekstrahira s sublimacijo, t. j. z neposrednim prehodom iz trdnega v plinsko stanje. Sublimacija se izvaja tako, da se zamrznjeno živilo izpostavi delovanju toplote ob ustreznem vakuumu, kjer se ekstrakcija vode vrši »in situ«. Tlak je nadzorovan s pomočjo parcialnega  vakuuma. S sublimacijo ledu ne pride do migracije topnih sestavin (sladkorjev, kislin, aminokislin, mineralnih soli itd.) proti površini živila. Na ta način je izključen nastanek tvorbe trde površinske skorje oziroma »kože«, ki zavira proces dehidracije in običajno predstavlja mesto najintenzivnejših procesov razkroja. Razen tega je onemogočena aglomeracija molekul beljakovin, ker se molekule vode izločijo iz trdne strukture, ki se počasi spreminja v fino porozno strukturo. Z uporabo nizkih temperatur so tudi precej zavrte kemične reakcije.

Živila, ki jih nameravamo liofilizirati, je treba najprej zamrzniti (pri temperaturah med -30 in -40⁰C). Sicer pa liofilizacija ni samo dehidracija s sublimacijo. Pri  postopku liofilizacije se voda v proizvodu ekstrahira v dveh fazah:

1. V stadiju sublimacije ali t.i. primarne dehidracije se ekstrahira voda, ki je v materialu v obliki ledu; to je predvsem t.i. prosta voda. S segrevanjem predhodno zamrznjenega proizvoda pride do neposredne sublimacije kristalov ledu, ne da bi se sploh pojavila voda v tekočem stanju. Ob tem »izginevanju« kristalov ledu se zamrznjeni material postopoma dehidrira ne da bi občutno spremenil obliko; dobi pa fino porozno strukturo.

2. V stadiju  izotermne desorbcije ali t. i. sekundarne dehidracije se ekstrahira še kapilarna voda ali voda, ki se ni izločila v obliki ledu. Ta voda se ekstrahira s segrevanjem proizvoda na 30 do 60⁰C potem, ko so izginili tudi zadnji sledovi ledu. Segrevanje pri omenjenih temperaturah se vrši določen čas pod vakuumom.

 

Glede na trajanje postopka in pogojev, pod katerimi se je vršila liofilizacija ostane v izdelku še določena količina vode, ki predstavlja »preostalo vodo« in ravno količina te vode neposredno pogojuje trajnost liofiliziranega izdelka.

Obstojnost liofiliziranih izdelkov pa je neposredno vezana tudi na ustrezno pakiranje oziroma embalažo. Večina teh proizvodov je zelo občutljivih na kombinirani vpliv svetlobe, kisika in vode. Zaradi nizke vsebnosti vode (v povprečju 1-2%) in precejšnje poroznosti so liofilizirani izdelki izredno  higroskopični in podvrženi oksidaciji. Zato je treba uporabljati le embalažo, ki je nepropustna za vlago, kisik in svetlobo, razen če gre le za  zelo omejeno časovno obdobje konzerviranja.

S prehranskega stališča imajo liofilizirani izdelki določene prednosti pred živili, pridobljenimi z drugimi metodami dehidracije. V liofiliziranih živilih so v znatni meri ohranjene organoleptične lastnosti (tekstura, barva, okus, aroma). V teku sublimacije ledu se lahkohlapne sestavine (arome) ne izgubijo v večji meri.  Največja prednost konzerviranja z liofilizacijo pa je v ohranjanju biološke vrednosti živila (vitamini, minerali, aminokisline). To je osnovna prednost liofilizacije pred ostalimi metodami konzerviranja.

Liofilizirano in ustrezno kondicionirano živilo, v embalaži, ki je nepropustna za kisik in vlago, je lahko obstojno nekaj let do desetletij. Seveda pa na odpornost liofiliziranih izdelkov vpliva predvsem količina preostale vode.

Ker imajo liofilizirani izdelki fino porozno strukturo, se zelo lahko rehidrirajo oz. rekonstruirajo. Preden liofilizirano živilo uporabimo, mora vpiti naravno količino vode, da se sestavni deli celice ponovno vrnejo v svoje prvotno stanje. Meso in ribe rekonstruiramo (rehidriramo) z namakanjem v hladni vodi, sadje in zelenjavo pa lahko v vroči ali vreli vodi (pri tem seveda izgubijo vitamine).