Lyophilisation

Définition

La lyophilisation (ou cryodéshydratation) est la dessiccation d'une substance à une température comprise entre 54 et 72 °C, suivie d'une sublimation dans le vide de la glace qui s'est formée. Cette déshydratation est généralement utilisée pour conserver un aliment périssable ou fabriquer un matériau.

Une lyophilisation de fruits :

La lyophilisation est réalisée par un lyophilisateur domestique. L'appareil fournit la chaleur supplémentaire nécessaire pour gonfler et faciliter le processus de lyophilisation.

Explications

La lyophilisation fonctionne en gelant le matériau puis en réduisant la pression environnante pour permettre à l'eau gelée dans le matériau de se sublimer directement de la phase solide à la phase gazeuse, sans passer par l'état liquide. Pour accélérer le processus de cycle de congélation-sublimation qui est possible d'éliminer pratiquement toute l'eau libre contenue dans le produit original, ils sont utilisés, mais en préservant la structure moléculaire de la substance lyophilisée.

La lyophilisation est essentiellement une technique de préservation de substances, y compris de la matière biologique, basée sur la déshydratation par sublimation (passage direct de la phase solide à la phase gazeuse) à basse température et sous vide : les solvants volatiles sont éliminés et seuls les solides restent comme, par exemple, une artémie comme aliment larvaire.

Elle est principalement utilisée dans l'industrie alimentaire pour la conservation des aliments et dans l'industrie pharmaceutique pour conserver les médicaments, bien qu'elle puisse également être utilisée pour fabriquer des matériaux tels que l'aérogel ou pour rendre le transport de certains produits plus pratique en raison de la réduction de poids. C'est une technique assez coûteuse et lente par rapport aux méthodes de séchage traditionnelles, mais elle se traduit par des produits de meilleure qualité, car, en n'utilisant pas de chaleur, elle empêche considérablement les pertes nutritionnelles et organoleptiques. ✅ La lyophilisation est particulièrement utile pour les produits thermosensibles.

Processus

Les étapes du processus de lyophilisation sont :

1. Phase 1 : appelée étape conductrice. Initialement, en chauffant l'échantillon, le taux de sublimation augmente rapidement jusqu'à un maximum. Le temps nécessaire pour épuiser cette phase est relativement court; La majeure partie de l'eau est éliminée du produit (entre 75 et 90 %), le mécanisme prédominant étant le transfert de chaleur par conduction.
2. Phase 2 : Premier stade diffusif. Il montre une diminution significative de la vitesse de sublimation en raison de la formation d'une couche poreuse de matériau sec qui s'oppose à une résistance croissante au flux de chaleur et à la vapeur au fur et à mesure du séchage.
3. Phase 3 : Deuxième étape diffusive. La vitesse de sublimation continue de diminuer pour se rapprocher de zéro. En effet, la chaleur nécessaire pour éliminer l'eau liée est supérieure à la chaleur de sublimation. La diffusivité des arômes diminuant significativement lorsque l'humidité est faible, il est possible à ce stade d'augmenter la température du chauffage et du produit à des valeurs de l'ordre de 50 °C, selon le matériau considéré.

Cas des cryoprotecteurs

Selon l'utilisation prévue, la lyophilisation peut utiliser un certain nombre de substances auxiliaires qui améliorent la qualité du produit, notamment des cryoprotecteurs.

La lyophilisation des protéines à partir d'une solution aqueuse peut entraîner une modification de la conformation de la protéine. Lorsque l'enveloppe d'hydratation de la protéine est séchée, les groupes fonctionnels de la protéine interagissent avec d'autres substances au lieu des molécules d'eau. Ces modèles de liaison alternatifs peuvent endommager la protéine. Ajouter au maximum 1 % (p/p) de polyéthylène glycol (PEG) dans la solution à sécher peut efficacement empêcher cela : le PEG est stocké avec ses groupements hydroxyles selon le mécanisme d'hydratation préférentielle sur les protéines et remplace ainsi l'enveloppe d'hydratation dans la solution, ce qui permet de conserver la conformation native. Pendant le processus de séchage, le PEG reste lié à la protéine et la protège des interactions nocives avec des molécules étrangères.

Exemple avec la pomme de terre

La lyophilisation des pommes de terre est traditionnellement utilisée dans les pays d'origine de la pomme de terre pour détoxifier les aliments, tant qu'aucune variété d'alcaloïdes sans race n'est disponible. Le produit des pommes de terre lyophilisées est appelé Chuño dans les Andes.

Les pommes de terre des hauts plateaux du Pérou et de la Bolivie sont exposées au gel à environ -10 °C pendant une longue période et couvertes de paille pendant la journée. Après un certain temps, elles sont à nouveau arrosées et congelées.

En rapport avec "lyophilisation"

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