Wstęp
Tytułowa liofilizacja to rzadko spotykane pojęcie. Jednak większość ludzi je kojarzy. Kiedyś słyszało. Wie lub nie, że ma to jakiś związek z astronautami. Jednak w większości przypadków na pewno nie potrafią dokładnie opisać co to tak naprawdę jest. W tym artykule zostanie przybliżone to niebanalne pojęcie.
Trochę historii
Człowieka ma wiele potrzeb. Jedną z nich jest regularne spożywanie posiłków.
Przez, tą konieczność pojawia się wiele problemów, z którym przez tysiące lat ludzie starali się sprostać. Pierwszym z nich był problem pozyskania żywności. Doskwierał on ludziom pierwotnym żywiącym się głowinie tym, co znaleźli. W momencie odkrycia, iż mięso również nadaje się do spożycia zwiększyli ilości rodzajów spożywanego jedzenia, co ułatwiło do niego dostęp. W późniejszych wiekach pomijając rozwój sposobu przygotowania posiłków, ludzie zaczęli wieść osiadły tryb życia. Przyniosło to kolejny problem dotyczący trudności w zabezpieczeniu żywności przed zepsuciem na dłuższy okres czasu. Obróbka termiczna starczała tylko na krótki okres czasu. W średniowieczu niektóre produkty takie jak mięsa i ryby obtaczano soli oraz przechowywano w zimnych piwnicach, co znacznie przedłużało jego przydatność do spożycia. Nie było to jednak najlepsze rozwiązanie, gdyż kamienne lodówki ograniczały zasięg przemieszczania się ich właścicieli, gdyż w tamtych czasach zagęszczenie ludności było znacznie mniejsze, przez co również i łatwy dostęp do żywności, który można było od nich nabyć. W 1810 roku w ramach otwartego zlecenia francuskiej armii paryski cukiernik Nicolas F. Appert podczas licznych eksperymentów odkrył, że gotując szklane słoje, w wodzie, uszczelniają się, a żywności w nich zawarta nie ulega zepsuciu przez dłuży czas. Tak postały pierwsze konserwy, które później ewoluowały do metalowych puszek. W ten sposób podróżowanie na większe odległości stało się łatwiejsze. Jednak przyszedł czas, w którym człowiek przestał podróżować po ziemi, gdzie jest w stanie zdobyć jedzenie, a celem jego podróży stała się próżnia. Miejsce to wymagało posiadania zapasów żywności na cały czas w nim spędzony. Ten kolejny problem również został rozwiązany przez wynalezienie liofilizacji.
Liofilizacja aktualnie
Pierwszej liofilizacji dokonywali w czasach starożytnych, Inkowie w Peru. Zamrażali warzywa przez pozostawienie po zmierzchu w wyższych partiach gór. O poranku zbierali już mrożonki, które znosili niżej by jak najszybciej pod wpływem słońca i niskiego ciśnienia odparowała z nich woda. Tak przetworzone warzywo stawało się lżejsze, przez co również łatwiejsze w przenoszeniu. Pomysł ten podchwycili ludzie produkujący pożywieni dla astronautów. Dotychczasowe posiłki pochodziły z tubek lub były w kostkach, które były suche i niesmaczne. Posiłki poddane procesowi liofilizacji były pełnowartościowe i smaczne. Aktualnie liofilizacja jest używana nie tylko przez astronautów, ale również przez wiele innych dziedzinach. W przemyśle spożywczym proces ten przebiega następująco. Posiłki są zamrażane w temperaturze – 50oC. Powstała lodowa bryła jest poddawana procesowi sublimacji. Woda zawarta w żywności bez jego rozmrażania zmieniała stan ze stałego w gazowy. Następnie posiłki zostają osuszane w temperaturze około 40-50oC, czego efektem jest poziom ich wilgotności na poziomie 1-2 %. Pakując je do hermetycznych wielowarstwowych foliowych toreb mogą być przechowywane wiele lat nadal zdatne do spożycia. Aby zjeść taki produkt należy go zmieszać z gorącą wodą, jednak są także produktu które można zalać również zimną wodą. Dzięki temu liofilizacji można poddawać nie tylko surowe produkty, ale również gotowe dania, które wracają do swojego pierwotnego stanu po dodaniu ekwiwalentu odparowanej wody. Tego typu produkty znajdują swoje zainteresowanie nie tylko wśród astronautów, ale również wśród wielu sportowców. W ten sposób przygotowane produkty są dla nich bardzo atrakcyjne, gdyż nie zawierając w sobie substancji konserwujących zachowują w prawie w całości swój naturalny kształt, kolor oraz wartości odżywcze. Dodatkowo proces produkcji niszczy większość zanieczyszczeń biologicznych, a brak wody uniemożliwia rozwój niepożądanej mikroflory. Dużą wadą tego typu żywności jest wysoki koszt energetyczny jej produkcji. Aby zliofilizować żywność maszyna musi pracować intensywnie od 24 do nawet 72 godzin. Koszt suszenia sublimacyjnego w porównaniu do suszenia tradycyjnego może być większy nawet osiem razy. Mimo to liofilizacja cieszy się, co raz większym zainteresowaniem wśród przedsiębiorców, a także zwykłych ludzi, którzy chcieliby mieć tego typu maszyny w domu. Dzieje się to za sprawą prac nad zastąpieniem zasilania liofilizatora przez prąd elektryczny na alternatywne źródło energii. Między innymi, dlatego, iż duże firmy inwestując w te nowoczesne maszyny, są w stanie zminimalizować koszty niezbędnego do procesu liofilizacji prądu przez wytwarzanie własnej energii na przykład wykorzystując do tego celu panele słoneczne. W ten sposób zyski dla firm zwiększają się nie tylko dzięki zwiększającemu się zainteresowaniu produktami liofilizowanymi, ale również przez oszczędności na eksploatacji tej maszyny.
Liofilizacja w przemyśle farmaceutycznym
Kolejną dziedziną, która używa liofilizacji to farmaceutyka. Liofilizacji używa się w niej do produkcji tabletek rozpuszczających się w ustach. Utrwala się dzięki niej substancje wrażliwe na wysokie temperatury. Liofilizowane antybiotyki, białka enzymów, szczepionki zwiększają okres swoje przydatności. Wysuszone bakterie i wirusy nadają się do badania po dłuższym okresie. Również próbki i materiał biologiczny poddane temu procesowi są konserwowane, a różne substancje są w ten sposób przygotowywane do badań. Jednak mimo podobnych zastosowań jak przemyśle spożywczym, liofilizacja wykorzystywana w farmaceutyce różni się w pewnym zakresie. Jedną z nich jest ta, iż proces ten jest przeprowadzany podciśnieniem. Dodatkowo może się on różnic od siebie w zależności od tego, jaka substancja jest mu poddawana ze względu na jej strukturę.
Na przykład, gdy zamrażana jest woda, wystarczy osiągnąć temperaturę nieznacznie poniżej 0oC, natomiast w przypadku wystąpienia w H2O innych substancji temperatura do jej zamrożenia będzie niższa w zależności od rodzaju tej substancji. Również czas potrzebny do przeprowadzenia liofilizacji jest zależny od struktury zamrażanej substancji. Różni się on w zależności od między innymi ilości wody, lepkości substancji oraz obecności substancji niekrystalicznych.
Podsumowanie
Liofilizacja jest starym odkryciem, o którym przypomnieliśmy sobie stosukowo niedawno. Jej zastosowań jest bardzo wiele, a nowe obszary życia, w których może być zastosowana czekają na jej przystosowanie do nich. Trwające prace nad zmniejszeniem energii elektrycznej potrzebnej liofilizatorowi do pracy lub zastąpieniem prądu alternatywnym źródłem energii. Pozostaje czekać, aż liofilizacja zawita do domu każdego człowieka, jako jedna z podstawowych funkcji lodówki.
Źródła:
https://wynalazki.andrej.edu.pl/index.php/wynalazki/24-k/287-konserwa
http://www.akademiadobregosmaku.sggw.pl/zywnosc-dla-kosmonautow/
https://www.ceneria.pl/informacje/co-to-jest-liofilizacja-i-jakie-sa-zalety-zywnosci- liofilizowanej,9825
https://pl.wikipedia.org/wiki/Liofilizacja
http://www.aptekarzpolski.pl/2015/06/08-2015-liofilizacja/
https://www.gea.com/pl/stories/freeze-drying-fundamentals.jsp
