La liofilización es un proceso físico complejo que permite extraer el agua de un producto manteniendo sus propiedades y estructura interna. Esto hace posible que el producto pueda ser reconstituido fácilmente a su estado original mediante la adición de agua.
La liofilización: definición y propósito
En productos farmacéuticos, la presencia de agua suele ser la principal causa de degradación a lo largo del tiempo. Por ello, secar los productos puede alargar su vida útil. Sin embargo, los métodos de secado convencionales a menudo alteran la estructura del producto, impidiendo su reconstitución completa.
Cómo funciona el proceso de liofilización
El proceso de liofilización se basa en tres principios fundamentales:
- Congelación del producto: Se solidifica el contenido de agua.
- Sublimación del agua: El agua pasa directamente de sólido a gas mediante la aplicación de vacío y control de temperatura.
- Evitar fases líquidas: Al no existir agua líquida durante el proceso, se previene la alteración y degradación de la estructura del producto.
Este método asegura que los productos mantengan su forma, composición y eficacia, algo crítico en aplicaciones farmacéuticas y biotecnológicas.
Mercado y crecimiento de la liofilización
Según el informe de Mordor Intelligence, el mercado de equipos y servicios de liofilización experimentará un crecimiento significativo en los próximos años.
A nivel global, se ha registrado un crecimiento sostenido superior al 6% anual en las instalaciones de liofilización farmacéutica.
- Crecimiento exponencial del sector biotecnológico.
- Auge de los productos biológicos, que en su mayor parte requieren liofilización.
- Próxima caída de patentes de numerosos productos biológicos.
- Investigación y desarrollo de nuevas moléculas, claramente enfocada a productos biológicos.
- Crecimiento de las formulaciones inyectables que en gran parte requieren liofilización.
- Crecimiento de los servicios CMO de liofilización para satisfacer la creciente demanda.
- Avances técnicos que permiten eliminar o reducir limitaciones operativas de la liofilización.
Ventajas de la liofilización
- Mínimo daño/pérdida de la actividad.
- Baja humedad residual.
- Larga vida del producto.
- Conservación sin precauciones especiales.
- Fácil reconstitución.
- Posibilidad de fabricación estéril.
- Dosificación precisa.
Desventajas de la liofilización
- Inversión del equipo elevada.
- Costes elevados de funcionamiento.
- Proceso de larga duración.
Productos que se pueden liofilizar
- Productos farmacológicos.
- Antibióticos.
- Antitoxinas.
- Bacterias/Virus.
- Enzimas.
- Cultivos.
- Reactivos.
- Tejidos.
- Vacunas.
- Hormonas.
Productos que no se pueden liofilizar
- Productos aceitosos no congelables.
- Productos con alto grado de disolventes orgánicos.
- Productos ricos en azúcares.
- Productos que formen “piel” capa superior impermeable.
- Células afectadas por el vacío y la sublimación.
¿Cuáles son los retos de los sistemas de liofilización?
- Alta inversión y altos costes de mantenimiento.
- Altos costes de puesta en marcha, comissioning y validación.
- Procesos de fabricación largos.
- Compatibilización de la producción farmacéutica con otras producciones como suplementos alimenticios o incluso algunos tipos de cosméticos.
Fortalezas de la liofilización
- Crecimiento sostenido y constante de las instalaciones de liofilización.
- Método más efectivo de conservación a muy largo plazo de productos farmacéuticos y complementos de la salud.
Oportunidades de la liofilización
- Crecimiento de los productos biológicos.
- PYMES del sector biológico que demandan servicios de liofilización CMO y CDMO.
- Crecimiento de los productos estériles.
- Caída de patentes de biológicos y estériles.
Debilidades de la liofilización
- Altos precios de instalación, cualificación, operación y mantenimiento.
- Tiempos de operación muy largos que ocupan varios turnos de trabajo por lote.
Amenazas de la liofilización
Sistemas alternativos de secado más económicos y con tiempos de operación más cortos
- Secado por atomización
- Secado por precipitación
Liofilización de alimentos: ¿Cómo funciona y para qué sirve?
La liofilización es un proceso de conservación que implica la eliminación del agua contenida en los alimentos mediante congelación y posterior sublimación en condiciones de vacío. Este método permite que el agua pase directamente del estado sólido (hielo) al estado gaseoso, evitando la fase líquida. Como resultado, se obtienen productos que mantienen su estructura, sabor, color y valor nutricional casi intactos, facilitando su rehidratación y prolongando significativamente su vida útil. Este proceso también es conocido como el concepto de liofilización, un término técnico que define cómo se realiza la conservación mediante la sublimación del agua.
Beneficios de la liofilización en la conservación de alimentos
La liofilización ofrece múltiples beneficios en la conservación de alimentos:
- Preservación de nutrientes: Al realizarse a bajas temperaturas, se conservan aproximadamente el 95% de las vitaminas y minerales, manteniendo el valor nutricional del alimento.
- Mantenimiento de propiedades organolépticas: Los alimentos liofilizados conservan su sabor, aroma, color y textura originales.
- Larga vida útil: Al eliminar hasta el 99% de la humedad, se inhibe el crecimiento de microorganismos y enzimas, permitiendo que los productos se conserven en óptimas condiciones durante períodos que pueden alcanzar hasta 25 años.
- Reducción de peso y volumen: La eliminación casi total del agua reduce significativamente el peso y tamaño de los alimentos, facilitando su transporte y almacenamiento.
- Rehidratación eficiente: Los productos liofilizados pueden rehidratarse de forma rápida y sencilla, recuperando sus características originales y facilitando su preparación y consumo.
Etapas de la Liofilización
El proceso de liofilización consta de tres etapas fundamentales que deben ejecutarse bajo condiciones precisas de temperatura, vacío y tiempo para preservar las características físico-químicas del producto. Estas etapas son: congelación, sublimación (secado primario) y eliminación del agua residual (secado secundario o desorción). Cada fase cumple una función crítica en la estabilización del producto, especialmente en el sector farmacéutico y biotecnológico, donde la conservación de la actividad biológica es esencial.
Congelación
La congelación es la primera etapa del proceso de liofilización y consiste en reducir la temperatura del producto por debajo de su punto eutéctico o temperatura de transición vítrea (Tg). Generalmente el liofilizador debe tener una capacidad de congelar el producto de 10 a 15ºC por debajo de la temperatura de punto eutéctico o Tg de la solución a liofilizar. El objetivo es solidificar el agua contenida en la muestra para posteriormente facilitar su eliminación por sublimación sin que aparezcan fases líquidas durante el proceso.
Durante esta etapa, se forman cristales de hielo que afectan directamente la porosidad del producto final. Una congelación rápida tiende a generar cristales pequeños, mientras que una congelación más lenta produce cristales más grandes y canales porosos más definidos, lo cual puede facilitar la sublimación. La elección del perfil de congelación debe realizarse cuidadosamente, ya que impacta directamente en la estructura, el tiempo de secado y la estabilidad del producto liofilizado.
Sublimación (Secado primario)
Una vez que el producto está completamente congelado, se inicia la fase de sublimación o secado primario. Esta etapa consiste en producir vacío en la cámara de liofilización por debajo del punto triple del agua y aplicar una fuente de calor controlada para inducir el cambio de fase del hielo directamente a vapor, sin pasar por el estado líquido (Sublimación)
El vapor generado es removido del sistema y capturado en un condensador de frío profundo. Esta fase puede representar hasta el 90% del tiempo total del ciclo de liofilización, ya que se requiere una evaporación controlada que evite el colapso del producto por aumento de temperatura. La velocidad de sublimación está condicionada por la presión de vacío, la temperatura de las bandejas, la conductividad térmica del producto congelado y la resistencia al flujo del vapor de agua.
Eliminación del agua (Secado secundario o desorción)
Aunque la mayor parte del agua es eliminada durante la sublimación, una fracción permanece en forma de agua ligada, atrapada a nivel molecular. Esta cantidad residual debe eliminarse mediante un aumento gradual de la temperatura (habitualmente entre 20 °C y 30 °C), manteniendo el vacío, en un proceso conocido como secado secundario o desorción.
El objetivo de esta etapa es reducir la humedad residual a niveles inferiores al 1–2%, garantizando la estabilidad fisicoquímica del producto durante su almacenamiento a largo plazo. Esta fase es particularmente crítica en productos farmacéuticos y biológicos, donde la presencia de agua remanente puede catalizar reacciones de degradación.
La ventaja fundamental de la liofilización respecto a otros métodos de secado, es que no altera la estructura molecular del producto, preservando todas sus características físico-químicas y permite una rápida reconstrucción sin pérdida de propiedades ni degradación.
¿Qué diferencia hay entre liofilizado y deshidratado?
Aunque tanto la liofilización como la deshidratación son métodos de conservación que buscan eliminar el agua de los alimentos, existen diferencias clave entre ambos:
El proceso
- Liofilización: Consiste en congelar el alimento y luego, en condiciones de vacío, sublimar el hielo directamente a vapor sin pasar por el estado líquido.
- Deshidratación: Implica la aplicación de calor para evaporar el agua presente en el alimento, generalmente a través de secado al aire caliente o al sol.
La conservación de nutrientes
- Liofilización: Preserva alrededor del 95% del valor nutricional, ya que las bajas temperaturas minimizan la pérdida de vitaminas y minerales.
- Deshidratación: Puede conservar aproximadamente el 60% del valor nutricional, debido a que el calor empleado puede degradar ciertos nutrientes sensibles, como algunas vitaminas.
La calidad del producto final
- Liofilización: Mantiene la forma, color, sabor y textura originales del alimento, permitiendo una rehidratación que recupera casi por completo sus características frescas.
- Deshidratación: Puede alterar la textura y el sabor, resultando en productos más duros o gomosos, y la rehidratación no siempre devuelve al alimento su estado original.
En Montajes Delsaz, junto con nuestra filial AUXSER, podemos asesorarte en todo el proceso de liofilización: definición y selección de equipos de liofilización, ingeniería conceptual, básica y de detalle, instalación del liofilizador y de las zonas y servicios auxiliares, mantenimiento y reparación, retrofit y mejora de equipos existentes, preparación y optimización de recetas.
