La pasteurización ultrasónica es un proceso de esterilización no térmico para inactivar microbios como E. coli, Pseudomonas fluorescens, Listeria monocytogenes, Staphylococcus aureus, Bacillus coagulans, Anoxybacillus flavithermus, entre muchos otros, con el fin de evitar el deterioro microbiano y lograr la estabilidad a largo plazo de alimentos y bebidas.

Pasteurización no térmica de alimentos & Bebidas por sonicación

La pasteurización por ultrasonidos es una tecnología alternativa no térmica que se utiliza para destruir o desactivar organismos y enzimas que contribuyen al deterioro de los alimentos. La pasteurización por ultrasonidos puede utilizarse para pasteurizar alimentos enlatados, leche, productos lácteos, huevos, zumos, bebidas con bajo contenido de alcohol y otros alimentos líquidos. Los ultrasonidos por sí solos, así como combinados con condiciones de calor y presión elevados (lo que se conoce como termo-manosonicación), pueden pasteurizar eficazmente zumos, leche, productos lácteos, huevos líquidos y otros productos alimentarios. Un sofisticado tratamiento de pasteurización por ultrasonidos supera a las técnicas de pasteurización tradicionales, ya que los ultrasonidos no afectan negativamente al contenido de nutrientes ni a las características físicas de los productos alimentarios tratados. El uso de ultrasonidos o termo-manosonicación para pasteurizar productos alimentarios líquidos puede proporcionar un producto rico en nutrientes de mayor calidad que el método tradicional de pasteurización a alta temperatura y corta duración (HTST).
Estudios de investigación como el de Beslar et al. (2015) descubrieron que el tratamiento ultrasónico puede proporcionar ventajas significativas para el procesamiento de zumos, incluyendo factores de calidad mejorados, como el rendimiento, la extracción, la turbidez, las propiedades reológicas y el color, así como la vida útil.

Curvas de supervivencia de Escherichia coli (a) y Staphylococcus aureus (b) en zumo de manzana tras el tratamiento con ultrasonidos (UT) a diferentes temperaturas y tras el tratamiento térmico (HT) a las mismas temperaturas.
foto y estudio: Baboli et al. 2015

¿Cómo funciona la pasteurización ultrasónica?

La inactivación y destrucción de microbios por ultrasonidos es una técnica no térmica, lo que significa que su principio de funcionamiento principal no se basa en el calor. La pasteurización ultrasónica se produce principalmente por los efectos de la cavitación acústica. El fenómeno de la cavitación acústica / ultrasónica es conocido por sus temperaturas localmente elevadas, presiones y diferenciales respectivos, que se producen en y alrededor de las diminutas burbujas de cavitación. Además, la cavitación acústica genera fuerzas de cizallamiento muy intensas, chorros de líquido y turbulencias. Estas fuerzas destructivas causan grandes daños en las células microbianas, como la perforación y la disrupción celular. La perforación y la disrupción celulares son efectos únicos encontrados en células tratadas con ultrasonidos causados principalmente por los chorros de líquido generados por la cavitación.

La pasteurización ultrasónica se basa en la cavitación acústica y sus fuerzas de cizallamiento hidrodinámicas

Por qué la sonicación supera a la pasteurización tradicional

La industria de la alimentación y las bebidas aplica ampliamente la pasteurización convencional para inactivar o matar microbios como bacterias, levaduras y hongos con el fin de evitar el deterioro microbiano y dar a sus productos una mayor vida útil y estabilidad. La pasteurización convencional funciona mediante un tratamiento breve a temperaturas elevadas, normalmente inferiores a 100°C (212°F). La temperatura y la duración exactas suelen ajustarse al producto alimentario específico y a los microbios que deben inactivarse. La eficacia de un proceso de pasteurización se determina por la tasa de inactivación microbiana, que se mide como reducción logarítmica. La reducción logarítmica mide el porcentaje de microbios inactivados a una temperatura específica durante un tiempo específico. Las condiciones del tratamiento térmico y la tasa de inactivación microbiana están influidas por el tipo de microbios, así como por la composición del producto alimenticio. La pasteurización tradicional basada en el calor tiene varias desventajas que van desde una inactivación microbiana insuficiente, efectos negativos sobre el producto alimenticio, así como un calentamiento desigual a través del producto tratado. Un calentamiento insuficiente debido a la corta duración de la pasteurización o a una temperatura demasiado baja da lugar a una baja tasa de reducción logarítmica y al consiguiente deterioro microbiano. Un tratamiento térmico excesivo puede provocar el deterioro del producto, como sabores quemados, y una menor densidad de nutrientes debido a la destrucción de nutrientes sensibles a la temperatura.

Desventajas de la pasteurización convencional

• puede destruir o dañar nutrientes importantes
• puede provocar sabores extraños
• grandes necesidades energéticas
• Ineficaz contra patógenos resistentes al calor.
• no aplicable a todos los productos alimenticios

Pasteurización ultrasónica de productos lácteos

La sonicación, la termosonicación y la termo-manosonicación han sido ampliamente investigadas para la pasteurización de la leche y los productos lácteos. Por ejemplo, se ha descubierto que los ultrasonidos eliminan el deterioro y los patógenos potenciales a cero o a niveles aceptables según la legislación sudafricana y británica sobre la leche, incluso cuando antes del tratamiento había cargas iniciales de inóculo 5 veces superiores a las permitidas. Los recuentos de células viables de E. coli se redujeron en un 100% tras 10 minutos de ultrasonidos. Además, se demostró que los recuentos viables de Pseudomonas fluorescens se redujeron en un 100% tras 6,0 minutos y los de Listeria monocytogenes se redujeron en un 99% tras 10,0 minutos (Cameron et al. 2009).
La investigación también demostró que la termosonificación puede inactivar la Listeria innocua y las bacterias mesófilas en la leche entera cruda. Los ultrasonidos demostraron ser una tecnología viable para la pasteurización y homogeneización de la leche, presentando tiempos de procesado más cortos sin cambios importantes en el pH y el contenido de ácido láctico, junto con un mejor aspecto y consistencia en comparación con el tratamiento térmico convencional. Estos hechos son ventajosos en muchos aspectos del procesado de productos lácteos. (Bermúdez-Aguirre et al. 2009)

Pasteurización por ultrasonidos de zumos y purés de frutas

La pasteurización ultrasónica se aplicó como técnica de pasteurización alternativa eficaz y rápida para inactivar Escherichia coli y Staphylococcus aureus en el zumo de manzana. Cuando el zumo de manzana sin pulpa se procesó por ultrasonidos, el tiempo de reducción de 5 log fue de 35 s para E. coli a 60degC y de 30 s para S. aureus a 62degC. Aunque en el estudio se descubrió que el alto contenido de pulpa hacía que el ultrasonido fuera menos letal para S. aureus, mientras que no tenía ningún efecto significativo sobre E. coli, hay que tener en cuenta que no se aplicó ninguna presión. La sonicación a presiones elevadas intensifica significativamente la cavitación ultrasónica y, por tanto, la inactivación microbiana en líquidos más viscosos. El tratamiento con ultrasonidos no tuvo un efecto significativo sobre la actividad antioxidante determinada por la actividad de barrido de radicales 2,2-difenil-1-picrilhidrazilo (DPPH), pero aumentó significativamente el contenido fenólico total. El tratamiento también dio lugar a un zumo más estable y con mayor uniformidad. (cf. Baboli et al. 2020)

Inactivación ultrasónica de bacterias grampositivas y gramnegativas

En general, se sabe que las bacterias grampositivas, como Listeria monocytogenes o Staphylococcus aureus, son más resistentes que las gramnegativas y soportan tecnologías de pasteurización como PEF, HPP y mano-sonicación (MS) durante periodos de tratamiento más largos debido a que sus paredes celulares son más gruesas. Las bacterias gramnegativas tienen dos – uno externo y otro citoplasmático – membranas celulares lipídicas con una fina capa de peptidoglicano entre ellas, lo que las hace más susceptibles a la inactivación ultrasónica. Por otro lado, las bacterias grampositivas tienen una sola membrana lipídica con una pared de peptidoglicano más gruesa, lo que les confiere más resistencia frente a los tratamientos de pasteurización. Las investigaciones científicas compararon el efecto de los ultrasonidos de potencia sobre las bacterias gramnegativas y grampositivas y descubrieron que tenían un efecto inhibidor más fuerte sobre las bacterias gramnegativas. (cf. Monsen et al. 2009) Las bacterias grampositivas requieren condiciones de ultrasonidos más intensas, es decir, amplitudes más altas, temperaturas más altas, presiones más altas y/o un tiempo de sonicación más largo. Los sistemas de ultrasonidos de potencia de Hielscher Ultrasonics pueden proporcionar amplitudes muy altas y pueden funcionar a temperaturas elevadas y con reactores de celdas de flujo presurizables. Esto permite una sonicación / termo-manosonicación intensa para inactivar incluso cepas bacterianas muy resistentes.

Inactivación ultrasónica de bacterias termodúricas

Las bacterias termodúricas son bacterias que pueden sobrevivir, en mayor o menor medida, al proceso de pasteurización. Las especies de bacterias termodúricas incluyen Bacillus, Clostridium y Enterococci. "Sin embargo, la ultrasonicación al 80% de amplitud durante 10 minutos inactivó las células vegetativas de B. coagulans y A. flavithermus en la leche desnatada en 4,53 y 4,26 logs, respectivamente. Un tratamiento combinado de pasteurización (63 grados C/30 min) seguido de ultrasonidos eliminó por completo aproximadamente log 6 ufc/mL de estas células en la leche desnatada." (Khanal et al. 2014)

Equipo de pasteurización por ultrasonidos de alto rendimiento

Hielscher Ultrasonics tiene una larga experiencia en la aplicación de ultrasonidos de potencia en el sector alimentario. & industria de bebidas, así como muchas otras ramas industriales. Nuestros procesadores ultrasónicos están equipados con sonotrodos y celdas de flujo (las partes húmedas) fáciles de limpiar (limpieza in situ CIP / esterilización in situ SIP). Hielscher Ultrasonidos’ Los procesadores ultrasónicos industriales pueden ofrecer amplitudes muy elevadas. Amplitudes de hasta 200µm pueden funcionar fácilmente de forma continua en funcionamiento 24/7. Las amplitudes altas son importantes para inactivar microbios más resistentes (por ejemplo, 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 termo-manosonicación fiable y una pasteurización altamente eficaz.
Tecnología punta, alto rendimiento y un sofisticado software hacen que Hielscher Ultrasonics’ caballos de batalla fiables en su línea de pasteurización de alimentos. Con un tamaño reducido y opciones de instalación versátiles, los ultrasonidos de Hielscher pueden integrarse fácilmente en las líneas de producción existentes.
Póngase en contacto con nosotros para obtener más información sobre las características y la capacidad de nuestros sistemas de pasteurización por ultrasonidos. Estaremos encantados de hablar con usted sobre su aplicación.
En la siguiente tabla encontrará algunas indicaciones sobre la capacidad de procesamiento aproximada de nuestros sonicadores: