Eficiencia y calidad superiores en la producción de leches de frutos secos con ultrasonidos

Las leches de frutos secos y las alternativas vegetales a la leche constituyen un segmento alimentario en crecimiento. Para la producción de leches de frutos secos y productos vegetales análogos a la leche, la extracción y la homogeneización ultrasónicas han demostrado grandes ventajas frente a las técnicas convencionales. Los ultrasonidos de alta potencia aumentan el rendimiento, la estabilidad del producto, el contenido de nutrientes y la eficiencia global del procesamiento.

Mayor rendimiento de las leches de frutos secos con ultrasonidos de potencia

La extracción ultrasónica es un método reconocido por su fiabilidad y alta eficiencia para aumentar el rendimiento de extracción de aceites, proteínas, polisacáridos y micronutrientes de origen vegetal. Por ello, la sonicación se utiliza en la producción de sustitutos vegetales de la leche, por ejemplo, a partir de almendras, anacardos, coco, avellanas, cacahuetes, sésamo, soja, chufa, avena, arroz, cáñamo, guisantes, pistachos, nueces, amaranto o quinoa. Las materias primas de las leches de frutos secos y otras alternativas vegetales a la leche suelen ser costosas, y un mayor rendimiento de extracción de estas materias primas reduce los costes de producción y mejora la eficiencia productiva.

¿Cómo aumenta el rendimiento la extracción ultrasónica?

El principio de funcionamiento de la extracción ultrasónica es la cavitación acústica. El mecanismo de intensificación de la extracción mediante ultrasonidos de baja frecuencia y alta intensidad se atribuye principalmente al fenómeno de la cavitación acústica. Cuando las burbujas de cavitación colapsan sobre la superficie del material vegetal, la erosión y la sonoporación rompen la matriz de las células vegetales –como las de frutos secos, semillas, legumbres y hojas macerados–, lo que provoca la destrucción de la estructura celular y la liberación de sustancias intracelulares como proteínas, lípidos, polisacáridos, fibras, vitaminas, minerales y compuestos fitoquímicos. La transferencia de masa, intensificada de este modo, facilita la liberación de moléculas como proteínas, lípidos, polisacáridos y compuestos fitoquímicos.
Las fuerzas de cizallamiento generadas por los ultrasonidos mejoran la penetración del disolvente en la matriz celular de la materia vegetal y la permeabilidad de las membranas celulares, respectivamente. (Tenga en cuenta que el término disolvente se utiliza en un sentido amplio e incluye cualquier líquido, por ejemplo, el agua). Estos mecanismos de los ultrasonidos de potencia son responsables de la considerable intensificación del proceso que se logra al aplicar la ultrasonicación a la extracción de productos alimentarios a partir de materias primas vegetales. Puesto que la cavitación ultrasónica genera fuerzas tan intensas, produce una ruptura celular y una mezcla muy eficaces a escala macroscópica y microscópica. Además, mejora significativamente la penetración del disolvente, la disolución de compuestos bioactivos y la transferencia de masa. Esto hace que la extracción asistida por ultrasonidos sea muy eficaz y permita obtener rendimientos de extracción superiores en un tiempo de procesamiento breve.

Mayor estabilidad de las leches de frutos secos con ultrasonidos

La ultrasonicación de alta intensidad y baja frecuencia es un método eficaz y fiable para mejorar tanto la estabilidad física de las suspensiones como la estabilidad microbiológica de los productos alimentarios, por ejemplo, las leches de frutos secos y otros sustitutos de la leche.

Mayor estabilidad fisicoquímica de las leches de frutos secos mediante ultrasonidos

Los ultrasonidos de alta potencia, ampliamente utilizados para la homogeneización y emulsificación de productos alimentarios, son una técnica no térmica muy eficiente para producir alimentos de gran homogeneidad y estabilidad a largo plazo. La homogeneización ultrasónica reduce el diámetro de las gotas de grasa hasta un tamaño diminuto y uniforme, y dispersa de manera homogénea las partículas sólidas, como almidones, azúcares y fibras. De este modo, la homogeneización ultrasónica mejora significativamente la estabilidad fisicoquímica de las leches de frutos secos y otras leches vegetales, evitando la separación de fases no deseada.
Lu et al. (2019) investigaron los efectos de la ultrasonicación de alta potencia en la leche de coco. El tratamiento por sonicación redujo el tamaño de las partículas de la leche de coco y homogeneizó la distribución de gotas y sólidos en el sistema. En comparación con la leche de coco emulsionada mecánicamente, el tratamiento ultrasónico mostró un efecto significativo sobre la uniformidad del sistema de emulsión (p < 0,05). Además, se observó que la sonicación favorecía el encapsulamiento de la amilosa en la enzima amilasa en la capa interfacial.
Iswarin and Permadi (2012) investigaron cómo afecta la ultrasonicación al diámetro de las gotas de bebidas a base de leche de coco, estudiando diversas combinaciones de intensidad ultrasónica. El procesamiento ultrasónico redujo el diámetro de las gotas, y la reducción de tamaño aumentó con una mayor intensidad ultrasónica.

Mayor estabilidad microbiológica de las leches de frutos secos mediante ultrasonidos

Se ha demostrado que la ultrasonicación reduce la carga microbiana en productos lácteos, zumos de frutas y otros alimentos líquidos. Por ello, la pasteurización ultrasónica también se ha incorporado al proceso de conservación de las alternativas a la leche para mejorar la estabilidad microbiológica de los sustitutos de la leche elaborados con frutos secos y otras materias primas vegetales.
Iorio et al. (2019) estudiaron la inactivación ultrasónica de Escherichia coli O157:H7 y Listeria monocytogenes en leche de almendras y pudieron demostrar que la pasteurización ultrasónica causa daños subletales a los patógenos, lo que prolonga la vida útil. Por ejemplo, el tratamiento de pasteurización ultrasónica redujo significativamente el nivel de E. coli O157:H7 de 5,12 a 3,81 log CFU/mL y disminuyó la tasa de crecimiento (µmax) (de 1,19 a 0,79 (log CFU/mL)/día).

Mayor contenido de nutrientes mediante la extracción ultrasónica de leches de frutos secos

Los micronutrientes, como las vitaminas, los polifenoles y los antioxidantes, se encuentran dentro de la matriz celular de las plantas. Para liberar estos micronutrientes de manera eficiente, se requiere una ruptura celular completa y una micromezcla intensa entre la materia celular y el disolvente. Como se ha descrito anteriormente, la extracción ultrasónica es muy eficiente para desintegrar las células y liberar lípidos, proteínas, polisacáridos, fibras y compuestos fitoquímicos de la matriz celular. La extracción ultrasónica es un método muy eficiente para aislar la totalidad de los compuestos fitoquímicos del material vegetal mediante un proceso de extracción rápido. La aplicación de ultrasonidos de alta potencia produce intensos efectos de cavitación, perturbaciones / turbulencias y corrientes de líquido de alta velocidad que arrastran los compuestos fitoquímicos desde el interior celular. Al tratarse de un método de extracción no térmico, el uso de la ultrasonicación evita la degradación térmica de estos micronutrientes sensibles.

Cinética del contenido fenólico total (expresado en eq mg Naringenin/g de almendras) con y sin sonicación utilizando el UIP1000hdT. La extracción ultrasónica aumentó el contenido fenólico total en un 258 %.
Los datos son las medias ± SD, n = 3. Con ultrasonidos (amarillo) frente a sin ultrasonidos (naranja).
Gráfico y estudio: Tabib et al., 2020

Eficiencia superior en la producción de leches de frutos secos con ultrasonidos

Un mayor rendimiento, un mejor perfil nutricional y una menor duración del procesamiento son solo algunas de las ventajas que explican la eficiencia superior del procesamiento ultrasónico de leches de frutos secos y bebidas no lácteas. El bajo consumo energético, las reducidas necesidades de mantenimiento y el funcionamiento 24/7 son otros factores que contribuyen a la excepcional eficiencia global del procesamiento ultrasónico. Los homogeneizadores ultrasónicos de alto rendimiento de Hielscher pueden funcionar 24/7 en condiciones de trabajo exigentes y procesar grandes volúmenes en modo de flujo continuo. Los procesadores ultrasónicos de Hielscher ofrecen una eficiencia energética global excepcional. Su robustez y sus reducidas necesidades de mantenimiento también mantienen bajos los costes operativos.

Qué dice la investigación sobre el procesamiento ultrasónico de alimentos

«Los ultrasonidos han experimentado un auge sin reservas en la última década. Han encontrado aplicación en la industria de zumos de frutas y bebidas gracias a sus múltiples efectos deseados. La tecnología es económica, sencilla, fiable y respetuosa con el medio ambiente, y muy eficaz para conservar zumos con características de calidad mejoradas.» (Dolas et al., 2019)

«La sonicación es una tecnología emergente que puede mejorar la calidad de los alimentos y reducir la pérdida de nutrientes.» (Cheok et al., 2013)

Procesadores ultrasónicos de alimentos para la producción industrial de leches de frutos secos

Hielscher Ultrasonics diseña, fabrica y distribuye sistemas de procesamiento ultrasónico de alimentos de alto rendimiento para la producción industrial continua de leches de frutos secos –como las de anacardo, almendra, avellana, nuez, cacahuete y coco– y sustitutos vegetales de la leche –como los de arroz, soja, espelta, avena, sésamo, semillas de lino, guisante y leche de chufa fermentada–.
El procesamiento ultrasónico de alimentos ofrece grandes ventajas por ser un método no térmico y puramente mecánico que mejora los productos finales, reduce el tiempo de procesamiento y es más respetuoso con el medio ambiente.
Los sistemas de procesamiento ultrasónico de alimentos de Hielscher se utilizan en numerosas aplicaciones y constituyen una tecnología segura, fiable y rentable para producir alimentos y bebidas de alta calidad. La instalación y el funcionamiento de todos los procesadores ultrasónicos de Hielscher son sencillos: requieren poco espacio y pueden incorporarse fácilmente a las instalaciones de procesamiento existentes.
Hielscher Ultrasonics cuenta con una amplia experiencia en la aplicación de ultrasonidos de potencia en la industria de alimentos y bebidas, así como en muchos otros sectores industriales. Nuestros procesadores ultrasónicos están equipados con sonotrodos y celdas de flujo –las partes en contacto con el líquido– de fácil limpieza (limpieza in situ CIP / esterilización in situ SIP). Los procesadores ultrasónicos industriales de Hielscher Ultrasonics pueden proporcionar amplitudes muy altas. Es posible trabajar fácilmente con amplitudes de hasta 200 µm de forma continua en funcionamiento 24/7. Las amplitudes altas son importantes para lograr una distribución homogénea de las partículas e inactivar los microorganismos más resistentes, por ejemplo, las bacterias grampositivas. Para amplitudes aún mayores, se dispone de sonotrodos ultrasónicos personalizados. Todos los sonotrodos y reactores ultrasónicos de celda de flujo pueden funcionar a temperaturas y presiones elevadas, lo que permite una termomanosonicación fiable –sonicación combinada con temperatura y presión elevadas– y una extracción y estabilización muy eficaces.
La tecnología de vanguardia, el alto rendimiento y el software avanzado convierten a los equipos de Hielscher Ultrasonics en herramientas de trabajo fiables para su línea de extracción, homogeneización y pasteurización de alimentos. Gracias a su reducido espacio de instalación y sus versátiles opciones de montaje, los ultrasonicadores de Hielscher pueden integrarse o incorporarse fácilmente a las líneas de producción existentes.
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La siguiente tabla ofrece una orientación sobre la capacidad aproximada de procesamiento de nuestros ultrasonicadores: