Liofilizacja, czyli suszenie mrozem, jest jedną z najszybciej rozwijających się metod konserwowania różnych produktów. W gospodarstwach domowych lub małych firmach najczęściej liofilizuje się produkty sezonowe, takie jak owoce, jagody i warzywa – umożliwia to przechowywanie ich w zimnych porach roku bez utraty ich składników odżywczych. W rzeczywistości produkty liofilizowane mogą być przechowywane znacznie dłużej – nawet do 25 lat
Jak działa liofilizacja
Konwencjonalny proces liofilizacji składa się z 3 głównych etapów: zamrażania, suszenia pierwotnego i suszenia wtórnego. Najpierw produkty są zamrażane w temperaturze około -80 °C, aby stały się twarde i aby woda w nich zawarta mogła utworzyć kryształki lodu. Kryształki lodu powstałe podczas suszenia wstępnego są usuwane poprzez sublimację (przekształcenie lodu w gaz w celu uniknięcia postaci ciekłej). Podczas procesu kontrolowane jest ciśnienie, temperatura i czas, aby zapobiec kruszeniu się lub roztopieniu produktów. Pod koniec suszenia wstępnego produkt może nadal zawierać od 15 do 20% wilgoci, która jest usuwana podczas suszenia wtórnego. Proces ten jest przeprowadzany w próżni z ciągłym wzrostem temperatury w celu aktywacji desorpcji wody i osiągnięcia wymaganej zawartości wilgoci w produkcie. Zazwyczaj wszystkie produkty są zamrażane w ciągu kilku godzin, a suszenie trwa do kilku dni.
Porównując produkty liofilizowane z produktami przygotowanymi w inny sposób do długotrwałego przechowywania, okres trwałości wynosi:
- produkty liofilizowane – do 25 lat;
- produkty suszone – do 4 lat;
- produkty w puszkach – do 3 lat;
- produkty mrożone – do 2 lat.
Historia liofilizacji
Jacques-Arsène d’Arssonval, który przez całe życie interesował się elektrofizjologią, i jego asystent, Frédéric Bordas, wynaleźli proces liofilizacji w 1906 roku w laboratorium biofizyki Uniwersytetu Paryskiego Collège de France. W 1911 r. Downey Harris i Shackle, pracujący w laboratorium fizjologii na Uniwersytecie Saint Louis, opracowali metodę liofilizacji w celu zachowania wirusa wścieklizny (The Journal of Infectious Diseases, tom 8, wydanie 1, 3 stycznia 1911 r., str. 47-49). Ich praca ostatecznie doprowadziła do opracowania pierwszej szczepionki przeciwko wściekliźnie.
Nowoczesna metoda liofilizacji została opracowana podczas II wojny światowej. Wyzwania związane z transportem składników krwi ze Stanów Zjednoczonych do Europy w celu pomocy rannym było wówczas szczególnie istotne. Brak odpowiedniego chłodzenia podczas transportu oznaczał, że znaczna część ładunku psuła się po drodze. W tym celu opracowano proces liofilizacji, który pomógł zachować stabilność chemiczną i żywotność składników krwi. Od tego czasu liofilizacja jest stosowana jako metoda konserwacji lub obróbki różnych materiałów.
Co można liofilizować?
Liofilizacja jest stosowana do różnych produktów mięsnych, takich jak wieprzowina, jagnięcina, kurczak i wołowina. Liofilizowane są również owoce morza, ryby, owoce, jagody, kawa, płatki śniadaniowe, żywność instant lub mieszanki dla niemowląt. Liofilizacja jest również szeroko stosowana do konserwowania jogurtu, sera, twarogu, mleka w proszku, a nawet kurzych jaj. Liofilizacji można poddać dowolne warzywa: marchew, ziemniaki, kapustę, cebulę, czosnek, grzyby lub zioła. Wstępne instrukcje dotyczące liofilizacji produktów są podawane przez producentów w dokumentach towarzyszących i specyfikacjach liofilizatorów.
Warto zaznaczyć, że jeśli produkt został przygotowany metodą liofilizacji, należy go odpowiednio zapakować. Takie produkty muszą być przechowywane w wyjątkowo szczelnych opakowaniach. Jest to bardzo ważne, ponieważ w powietrzu znajduje się pewna ilość wilgoci, która jeśli dostanie się do produktu, będzie miała na niego negatywny wpływ. Mogą to być plastikowe puszki, torby, opakowania tetra pak, puszki metalowe i tym podobne. Opakowania produktów liofilizowanych muszą być próżniowe. W przypadku woreczków, podczas pakowania zamiast powietrza wtryskiwany jest do nich gaz obojętny. W takim przypadku w opakowaniu nie będzie wilgoci i nie będą zachodzić procesy utleniania. Dlatego po wyjęciu z komory suszącej produkty należy natychmiast szczelnie zapakować.
Czy żywność liofilizowana jest zdrowa?
Liofilizowane owoce, warzywa i jagody zachowują prawie 100% różnych substancji biologicznie czynnych. Zachowują również swoją pierwotną objętość i nabierają specyficznej chrupiącej i puszystej konsystencji. Liofilizacja jest jednym z najlepszych sposobów na zachowanie aktywności korzystnych związków roślinnych i składników odżywczych, przy jednoczesnym zachowaniu koloru, smaku i tekstury. Dlatego technika ta jest szeroko stosowana w produkcji żywności o wysokiej wartości.
Badania pokazują, że w porównaniu z innymi metodami suszenia, liofilizacja jest najbardziej skuteczna w zachowaniu przeciwutleniaczy, antocyjanów, flawonoidów i kwasu askorbinowego lub witaminy C. Przeciwutleniacze są korzystnymi związkami, które pomagają zwalczać szkodliwe skutki stresu oksydacyjnego w organizmie człowieka. Są to również związki odpowiedzialne za właściwości zdrowotne większości owoców i warzyw.
Jednakże, choć liofilizacja może czasami nawet zwiększyć stężenie fitochemikaliów w owocach, w zależności od owocu może też działać odwrotnie. Ponadto, biorąc pod uwagę, że zmniejszona aktywność wody hamuje wzrost większości bakterii, drożdży i pleśni, usunięcie zawartości wody w produkcie pomaga przedłużyć okres przydatności do spożycia żywności. Jest to szczególnie ważne w przypadku świeżej żywności roślinnej, która nie jest dostępna przez cały rok.
Wybór sprzętu do liofilizacji
Wszystkie procesy liofilizacji są przeprowadzane w liofilizatorach. Producenci sprzętu do liofilizacji rozróżniają 5 typów tych urządzeń:
- Liofilizatory laboratoryjne. Są one przeznaczone dla małych laboratoriów.
- Liofilizatory pilotowe. Te liofilizatory są przeznaczone do laboratoriów na większą skalę, opracowywania produktów i produkcji o niskiej wydajności.
- Liofilizatory przemysłowe. Są to liofilizatory o dużej pojemności przeznaczone do liofilizacji żywności w dużych przedsiębiorstwach.
- Małe liofilizatory. Polecane są rolnikom i małym firmom produkcyjnym.
- Liofilizatory domowe. Są to liofilizatory do użytku domowego.
Liofilizatory domowe
Mają niewielką pojemność, dostosowaną do potrzeb rodziny. Te liofilizatory cieszą się ostatnio sporym zainteresowaniem, gdyż coraz więcej osób prowadzi zdrowy tryb życia i chce się odpowiednio odżywiać. Przy zakupie takiego liofilizatora producenci oferują możliwość dokupienia szczelnych torebek, pochłaniaczy tlenu oraz zgrzewarki do torebek. Pomoże to szybko i sprawnie zapakować przygotowane produkty.
Małe liofilizatory dla małych firm
Ostatnio dużą popularnością cieszą się małe liofilizatory. Farmy jagodowe, nawet przy uprawie roślin zaawansowanych odmian, nadal produkują dużo produktów „drugiego gatunku”. W większości przypadków takie produkty są sprzedawane po niższych cenach i ze stratą. Dzięki liofilizatorowi można z powodzeniem sprzedawać takie produkty. Produkty liofilizowane nadają się również do sprzedaży na rynkach zagranicznych ze względu na łatwość transportu i warunków przechowywania.
Biorąc pod uwagę wszystkie szanse i zagrożenia, plantatorzy owoców i jagód często decydują się na produkcję liofilizatów jako kolejną działalność gospodarczą. Oczywiście wymaga to znacznych inwestycji i dużej dozy uporu. Pomimo pozornie łatwych kwestii technicznych, wymagana jest również duża wiedza praktyczna. W końcu każdy produkt, owoc czy jagoda jest inny, a ich liofilizacja ma swoją specyfikę.
Ci, którzy działają w branży od lat, mają do opowiedzenia nie tylko historie sukcesu. Wiele osób zapewne mierzyło się z wyzwaniem, kiedy nawet prawidłowo wykonana liofilizacja nie dała pożądanego rezultatu, a poświęcony czas i energia poszły na marne. Tak więc, jak w każdej dziedzinie, biznes liofilizacyjny ma swoje plusy i minusy. Produkcja produktów liofilizowanych może być naprawdę świetnym pomysłem na biznes, ale przed jego podjęciem należy rozważyć możliwe koszty, zakres prac i możliwości uniknięcia sezonowości.
Ważne jest, aby pamiętać, że start-upy mają dostęp do wsparcia Unii Europejskiej lub preferencyjnej pożyczki biznesowej. W regionach oddalonych od dużych miast istnieje duża okazja do skorzystania ze wsparcia na rozpoczęcie działalności na obszarach wiejskich. Istnieje również możliwość uzyskania dostępu do finansowania w ramach instrumentu wsparcia samozatrudnienia, który jest zapewniany przez Urząd Pracy.
Możliwe wady liofilizacji
Liofilizacja może być doskonałym sposobem konserwowania wielu produktów spożywczych. Należy jednak wziąć pod uwagę pewne potencjalne wady:
- Chociaż zmniejszenie zawartości wody w produkcie ogranicza rozwój drobnoustrojów, mikroorganizmy chorobotwórcze w żywności niepoddanej obróbce cieplnej mogą przetrwać proces suszenia i utrzymywać się podczas przechowywania. W takim przypadku mogą one powodować choroby przenoszone przez żywność. Dlatego też produkty spożywcze wymagające obróbki cieplnej przed spożyciem należy poddać takiej obróbce przed liofilizowaniem.
- Pomimo zachowania zawartości przeciwutleniaczy w żywności, wysoka porowatość produktów liofilizowanych pozwala na łatwe przedostawanie się do nich tlenu, co może zwiększać utlenianie lub degradację związków bioaktywnych. W takim przypadku produkt może stracić swoją wartość.
Gdzie jeszcze stosuje się liofilizację?
Liofilizacja jest obecnie szeroko stosowana w wielu dziedzinach naszego życia. Tak więc przemysł spożywczy nie jest jego głównym obszarem zastosowania. Bardzo często metodę tę wykorzystuje się także w przemyśle farmaceutycznym. Warto również wspomnieć, że liofilizacja jest obecnie aktywnie wykorzystywana w działalności naukowej na całym świecie. Na przykład jest aktywnie wykorzystywana do stabilizacji lub przechowywania różnych materiałów biologicznych. Ponadto dzięki tej metodzie naukowcy mogą przywrócić wiele materiałów uszkodzonych w wyniku pożaru lub narażenia na wilgoć. Mogą to być cenne dokumenty, starożytne artefakty lub książki.
Metoda liofilizacji jest już również dość szeroko stosowana w kwiaciarstwie. Może być wykorzystywana do tworzenia różnorodnych konserwowanych płatków, pięknych suszonych kwiatów lub roślin ozdobnych.
Źródła:
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC7022747/
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC7397248/
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/29952268/
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC7022254/
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/33401832/
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6133870/
https://biotechno.ru/about_company/articles/liofilnaya-sushka-istoriya-printsip-tsena/
Zdjęcia poglądowe © Canva.