LA LIOFILIZACIÓN ANDINA

La deshidratación o eliminación del agua es una de las principales formas de solucionar un antiguo e importante problema del hombre: la conservación de alimentos y productos biológicos. La gran mayoría de las reacciones químicas relacionadas con la vida y que originan la descomposición de los alimentos se producen en medio acuoso y, reduciendo la cantidad y actividad del agua, se retardan las reacciones, pudiendo llegar a detenerlas totalmente.

El uso del calor para eliminar el agua de un alimento no es adecuado por la gran cantidad de energía calorífica que requiere vaporizar agua y por los efectos que se producen en el alimento: se descomponen algunos compuestos y se vaporizan otros, perdiéndose parte de los nutrientes, sabor y consistencia.

La liofilización es una técnica que permite realizar la deshidratación al vacío y en frío. Se basa en un fenómeno observado en las altas montañas: el hielo se evapora sin pasar por el estado líquido (se sublima). El desecado de un alimento por sublimación del agua que contiene, tiene la virtud de mantener al máximo sus propiedades organolépticas y nutritivas. El producto obtenido se llama "liófilo" (del griego lio: solvente; y philo: amante o afinidad) que significa "que ama las disoluciones", indicando la facilidad con que puede volverse a hidratar y recuperar su estado original.

En 1928 se descubrió la penicilina pero fracasaron todos los intentos por aislarla del medio acuoso en que se encontraba, porque durante el proceso se perdía la actividad antibiótica (ver Tema 15 de AQV). Su aislamiento se logró mediante la liofilización (técnica novedosa en ese entonces) y recién en 1943 pudo ser industrializada y usada en gran escala. Alrededor de 1960, comenzó a liofilizarse una gran variedad de productos, se fabricaron alimentos para montañistas, astronautas, militares y luego productos farmacéuticos.

La liofilización consiste en introducir el producto a tratar en una cámara hermética y hacerle rápidamente el vacío, lo que provoca una disminución de la temperatura y el congelamiento del agua contenida en el material. Luego se calienta suavemente, manteniendo el vacío, para que el hielo “sublime”.

Las sustancias volátiles o termosensibles (que le otorgan el sabor y olor al alimento) no son afectadas por el proceso, ya que se trabaja a temperaturas y presiones reducidas. Lo más importante es que el porcentaje de humedad del producto final es tan bajo que goza de elevada estabilidad microbiológica y no requiere de refrigeración ni aditivos para su conservación. Como se puede extraer más del 95% del agua del material, se logra también una gran economía en el transporte, ya que se puede cargar mayor cantidad de alimentos sin necesidad de refrigeración.

Al finalizar el proceso, el alimento se convierte en una estructura rígida que conserva la forma y el volumen pero su peso es reducido y, por su fragilidad, requiere ser protegido de una inadecuada manipulación. Al rehidratarlo recuperara la textura, aroma, sabor y características originales.

En la actualidad, se liofilizan alimentos (sopas, café, frutas, verduras, carnes), gran variedad de hierbas aromáticas (eneldo, perejil, etc.). También se utiliza para conservar plasma, sueros, hormonas, leche materna y productos farmacéuticos (antibióticos, vacunas, enzimas, vitaminas, antídotos, etc.). Su única desventaja es que es un proceso caro, por la costosa maquinaria y la mano de obra utilizadas. También se está usando en gastronomía para lograr productos de una apariencia, textura y sabores nunca antes logrados.

Se considera que la liofilización tiene sus orígenes en las zonas andinas del Imperio Inca (a más de 4000 m.s.n.m.), donde las noches son muy frías y el aire es muy seco y enrarecido (la presión atmosférica es baja, lo que equivale a un poco de vacío). Los pobladores de esas zonas elaboran un producto llamado "chuño" que es la papa deshidratada. Las papas, de preferencia pequeñas, son dejadas a la intemperie para que se congelen por las bajas temperaturas de la noche. Al día siguiente, el sol y el viento seco producen la sublimación del agua y al aplastar las papas se extrae más agua. Este proceso de congelación-descongelación-aplastamiento se repite hasta obtener el producto seco.

BIBLIOGRAFÍA

http://www.alimentosargentinos.gov.ar/contenido/sectores/tecnologia/ficha_03_liofilizados.pdf

http://www.ms.gba.gov.ar/sitios/laboratorio/files/2012/08/LIOFILIZACION.pdf

http://www.imchef.org/que-es-la-liofilizacion/

Q.F. JUAN JOSÉ LEÓN CAM <jjleon@lamolina.edu.pe>

Departamento de Química. U. Nacional Agraria La Molina. PERÚ.

PENICILINA Y LIOFILIZACIÓN

La historia de las penicilinas se inicia en 1928 cuando el bacteriólogo escocés Alexander Fleming dejó en su laboratorio, expuestas al aire, placas de cultivo inoculadas con Staphylococcus aureus. Luego de varios días, las placas se habían contaminado con hongos, pero notó que en las zonas donde éste se desarrolló no había crecido Staphylococcus, atribuyendo este hecho a una sustancia producida por el hongo, que mataba las bacterias.

Fleming reprodujo el hongo sobre otras placas Petri y comprobó que no todos los microbios eran afectados. Así, el estreptococo, el estafilococo, el bacilo de la difteria y el del ántrax eran afectados por el hongo, pero el bacilo del tifus no lo era. Después de consultar varios libros, Fleming opinó que se trataba de un hongo del tipo Penicillum, pero ¿cuál de ellos? Consultó con un joven micólogo que decidió, erróneamente, que era Penicillum rubrum.

Dos años más tarde, Thom, un reputado micólogo estadounidense, identificó el hongo como Penicillum notatum, indicando que había sido descrito por primera vez por el farmacéutico sueco Westling. Al averiguar las mejores condiciones para el desarrollo y conservación del hongo, notó que ligeras variaciones de éstas inutilizaban su misterioso compuesto que, antes de ser aislado y caracterizado, fue bautizado con el nombre de “Penicilina”.

En 1929 el joven S. Craddock y el Dr. Ridley, dos médicos investigadores, aficionados a la química, realizaron el primer intento por aislar y purificar la penicilina. La masa oscura obtenida al extraer el caldo de cultivo, se descomponía al cabo de unos días en el refrigerador, perdiendo todo su poder antibiótico. Unas semanas después, Ridley y Craddock se dieron por vencidos. Era evidente que se necesitaba el concurso de un químico y, además, bueno.

Otro intento de purificación fue realizado a fines de 1930 por el inglés Harold Raistrick, uno de los  mejores químicos de la época, el químico Clutterbuck y el bacteriólogo Lowell. Ellos consiguieron extraer el pigmento amarillo, pero carecía de actividad antibacteriana. Después de varios intentos, el equipo abandonó la investigación porque la escurridiza penicilina siempre desaparecía. En 1934, el químico Holt hizo un nuevo intento de purificación que resultó infructuoso por la nueva descomposición de la penicilina. Parecía no haber solución con las técnicas de la época y Fleming estaba a punto de abandonar el proyecto hasta que se cruzó con Chain y Florey.

Ernst Boris Chain, joven químico alemán que, luego de doctorarse, se desplazó al Reino Unido cuando los nazis tomaron el poder en Alemania (1933), y formó parte del equipo de Frederick G. Hopkins (Premio Nobel de Medicina, 1922). Dos años después aceptó unirse al equipo multidisciplinar dirigido por el farmacólogo australiano Howard Walter Florey. Chain consideró que se necesitaba de los métodos empleados con las enzimas, que él conocía bien. Pensó, erróneamente, que la penicilina debía ser una enzima y, como tal, sus soluciones perdían su actividad al concentrarlas por evaporación.

En esos años (1939), ya se disponía de la liofilización, una técnica nueva basada en un fenómeno observado en las cimas de las altas montañas: el hielo se sublima sin fundirse. Después de varios intentos infructuosos, Chain logró penicilina casi pura con el uso de la liofilización. Por este trabajo, Fleming, Florey y Chain compartieron el Premio Nóbel de Medicina en 1945. La estructura de la penicilina fue determinada por Dorothy Crowfoot Hodgkin (1946) y su síntesis fue lograda en 1964 por el equipo de John Sheehan.

La penicilina revolucionó el tratamiento de varias infecciones, como fiebre escarlata, neumonía, gonorrea y las causadas por bacterias del género Staphylococcus que, hasta ese entonces, no podían ser tratadas. Hacia 1943 ya se producía en gran escala y fue extensamente aplicada durante la II Guerra Mundial, permitiendo que el índice de mortandad de los soldados fuera de sólo 3,9 % cuando en la I Guerra Mundial había sido de 39 %.

Este antibiótico, ahora llamado “Penicilina G” o “Bencil-penicilina”, pertenece a una amplia clase de “antibióticos β-lactámicos” caracterizados por tener un anillo β-lactámico (4 átomos), unido a un sustituyente (R-CONH-). Según la naturaleza de R, existen cientos de análogos de diversa actividad biológica.

Las cefalosporinas son otro grupo de antibióticos “β-lactámicos”. La  primera cefalosporina se obtuvo en 1948 del hongo Cephalosporium acremonium y su estructura se determinó en 1961. Generalmente su acción antibacteriana es menor que la de las penicilinas. La actividad de penicilinas y cefalosporinas se debe a su capacidad de desactivar la transpeptidasa, una enzima de las bacterias, indispensable para la síntesis de sus paredes celulares. Con una pared incompleta o muy débil, la célula bacteriana muere. Algunas mutaciones bacterianas producen enzimas nuevas, que catalizan la ruptura del anillo β-lactámico de los antibióticos y éstos pierden su actividad antibacteriana (resistencia al antibiótico).

BIBLIOGRAFÍA

-         “Acido Clavulánico y cefamicina C”.- Quimica Nova. Vol 32, # 8, pág. 2142-2150 (2009).

-         “Evolución histórica de algunas técnicas de trabajo en la química de productos naturales”.- Anales químicos 2008, 104(3), 224-233.- Real Sociedad Española de Química.

Q.F. Juan J. León Cam <jjleon @ lamolina.edu.pe>

Dpto. de Química.- U. Nacional Agraria La Molina