Procesado ultrasónico de proteínas para alimentos y suplementos nutricionales

La sonicación es una potente tecnología de proceso para mejorar la funcionalidad, dispersabilidad, solubilidad y estabilidad de las proteínas utilizadas en alimentos y suplementos nutricionales. Desde las proteínas vegetales como la avena, el guisante, la soja, el cáñamo y el arroz hasta las proteínas lácteas y las formulaciones mezcladas, los ultrasonidos de alta intensidad ayudan a los fabricantes a optimizar los sistemas proteicos para obtener un mejor comportamiento de procesamiento y un mayor rendimiento del producto.

En el procesado de proteínas, los ultrasonidos son algo más que un auxiliar de mezclado. Una sonicación correctamente controlada puede reducir el tamaño de las partículas, mejorar la hidratación y la dispersión, aumentar la fracción de proteína disuelta y mejorar la estabilidad de la suspensión. Estos efectos son especialmente relevantes para las bebidas listas para beber, los concentrados de proteínas, los alimentos enriquecidos y las formulaciones de suplementos en polvo. En un estudio publicado en 2025 (Höhme-Matthes et al.) en el que se investigaba el procesamiento ultrasónico de proteínas de avena, la ultrasonicación aumentó la cantidad disuelta de concentrado proteico de avena y disminuyó la inestabilidad de la suspensión a medida que aumentaba la densidad energética.

Por qué es importante el procesamiento ultrasónico de proteínas

Los fabricantes de alimentos y suplementos alimenticios se enfrentan con frecuencia a problemas como humectación deficiente, hidratación incompleta, sedimentación, alta viscosidad, suspensiones inestables y funcionalidad inconsistente. Estos problemas son aún más importantes en las fórmulas con alto contenido en proteínas, vegetales y de etiquetado limpio.
Los ultrasonidos de alta intensidad y baja frecuencia generan cavitación acústica en los líquidos. La implosión de burbujas microscópicas crea fuerzas de cizallamiento localizadas, turbulencias y micromezclas. En los sistemas proteicos, estos efectos pueden romper aglomerados, reducir el tamaño de las partículas, mejorar la transferencia de masa y modificar la organización física de las suspensiones ricas en proteínas. El resultado es un sistema proteico más fácil de procesar y, a menudo, con mejores resultados en el producto final.

Cómo la sonicación mejora el procesamiento de proteínas en la industria alimentaria

• Mejor dispersión e hidratación
  Las proteínas en polvo suelen hidratarse de forma irregular y formar aglomerados. La sonicación ayuda a desaglomerar las partículas y favorece una humectación más uniforme, lo que puede acortar los tiempos de hidratación y mejorar la manipulación posterior.
• Reducción del tamaño de partículas
  La reducción del tamaño de las partículas se asocia frecuentemente con una sensación en boca más suave, un mejor comportamiento en suspensión y un mejor acceso del agua a las superficies de las proteínas. El documento sobre la proteína de avena concluye específicamente que los ultrasonidos son útiles para el procesamiento de proteínas vegetales a escala industrial en lo que respecta a la disminución del tamaño de las partículas.
• Mayor solubilidad de las proteínas
  La sonicación puede aumentar la fracción disuelta de proteínas y mejorar la solubilidad aparente en sistemas difíciles. En el estudio sobre la proteína de avena, los autores informan de que la ultrasonicación aumentó la cantidad disuelta de concentrado de proteína de avena, con una solubilidad ya unas tres veces mayor a una densidad de energía de 200 J/mL.
• Mayor estabilidad de la suspensión
  Al mejorar la dispersión y reducir las fracciones de partículas no disueltas, los ultrasonidos ayudan a reducir la sedimentación y la separación de fases. El artículo subido informa de que la ultrasonicación disminuyó la inestabilidad de las suspensiones de concentrado de proteínas de avena y que el tratamiento continuo con celdas de flujo mejoró fuertemente la estabilidad de la suspensión con la misma densidad de energía.

Ejemplo: Procesado de proteínas de avena con sonicadores Hielscher

Un estudio realizado en 2025 sobre el procesamiento de concentrado de proteína de avena caracterizó tanto la ultrasonicación por lotes como la ultrasonicación en celda de flujo utilizando equipos Hielscher. Los investigadores utilizaron un Hielscher UIP1500hdT y un Hielscher UP200St en sus experimentos. Descubrieron que la ultrasonicación aumentaba la cantidad disuelta de concentrado de proteína de avena al tiempo que disminuía la inestabilidad de la suspensión con el aumento de la densidad de energía. También descubrieron que la sonicación en celda de flujo permitía un mayor rendimiento y ofrecía relevancia industrial en comparación con el diseño común por lotes.
El estudio concluye además que los ultrasonidos son una herramienta útil en aplicaciones de procesos a escala industrial para concentrados de proteínas vegetales. Destaca la mejora de la reducción del tamaño de las partículas, la mayor estabilidad de las suspensiones y la importancia de la sonicación continua en configuraciones de celdas de flujo para la eficacia y la ampliación del proceso.

Ejemplo: La sonicación mejora la funcionalidad de la proteína del guisante

El procesamiento por ultrasonidos ofrece varias ventajas claras para los sistemas de proteína de guisante: mejora la dispersabilidad y la solubilidad al romper los agregados y reducir el tamaño de las partículas, lo que puede reforzar el rendimiento funcional en los alimentos sin dañar la digestibilidad o la bioaccesibilidad de las proteínas. En las formulaciones que contienen fibra, los ultrasonidos también pueden promover la formación de una red útil de proteína-fibra y, dependiendo del tipo de fibra, aumentar la viscosidad y la capacidad de crear textura. En las alternativas de yogur fermentado a base de proteína de guisante, los ultrasonidos mejoraron aún más la calidad del producto al reducir los principales compuestos de mal sabor, como el hexanal y el 2-pentilfurano, y aumentar los compuestos aromáticos deseables similares a los del yogur, como el diacetilo y la acetoína, lo que los convierte en una prometedora herramienta de etiquetado limpio para la mejora tanto funcional como sensorial.
(cf. Kalla-Berthold et al., 2023; Matysek et al., 2024)

Imágenes FE-SEM (aumentos de 400x y 2000x, barra de escala: 10 µm) de las muestras no tratadas (UT) y
muestras de proteína de guisante (PP) tratadas con ultrasonidos (T).
Estudio e imagen: ©Kalla-Berthold et al., 2023

Ejemplo: Ventajas de la proteína de cáñamo tratada con ultrasonidos

La extracción ultrasónica de proteínas de cáñamo ofrece varias ventajas notables, especialmente para la valorización de residuos de semillas de cáñamo desgrasadas en ingredientes de mayor valor. En el estudio cargado, la extracción asistida por ultrasonidos mejoró la recuperación general de proteínas y la pureza en comparación con la extracción convencional, con el mejor proceso combinado alcanzando alrededor del 62% de recuperación de proteínas y alrededor del 76% de pureza cuando se combina con un pretratamiento HPP. También mejoró la extracción de aminoácidos en los aislados, lo que sugiere un mejor rendimiento nutricional, evitando al mismo tiempo daños visibles importantes en los patrones de bandas de proteínas en SDS-PAGE. En general, los resultados apoyan el uso de ultrasonidos como método de extracción más ecológico y eficiente que puede reducir la intensidad de procesamiento y ayudar a convertir los subproductos del cáñamo en ingredientes proteínicos útiles para la alimentación y los nutracéuticos.
(cf. Cabral et al. 2023)

Ejemplo: Extracción por ultrasonidos de hidrolizado de proteínas de salvado de arroz

La extracción ultrasónica de hidrolizado de proteína de arroz ofrece claras ventajas funcionales porque los ultrasonidos mejoran la liberación de proteínas del salvado de arroz al alterar las estructuras celulares y mejorar la transferencia de masa, lo que hace que la extracción sea más eficiente que los enfoques convencionales. En el estudio, la extracción se optimizó con éxito a una relación sólido/líquido de 0,43, 48,25% de amplitud y 29,89 minutos, y la hidrólisis enzimática asistida por ultrasonidos también apoyó la generación de hidrolizados con una fuerte bioactividad, incluyendo una alta actividad inhibidora de la ECA y potencial antioxidante. Los autores concluyen que el ultrasonido es una técnica eficaz no sólo para la extracción de proteínas, sino también para acelerar la hidrólisis enzimática, ayudando a convertir el salvado de arroz en ingredientes proteicos bioactivos de mayor valor.
(cf. Hayta et al., 2020)

Ventajas para los fabricantes de alimentos y suplementos

• Mejor calidad del producto
  La sonicación puede contribuir a suavizar la textura y la sensación en boca de los productos proteínicos líquidos, a mejorar la homogeneidad de las suspensiones y premezclas, a reducir la sedimentación visible en las bebidas proteínicas y a obtener un rendimiento funcional más uniforme en todos los lotes.
• Tratamiento más eficaz
  Los ultrasonidos pueden intensificar el procesado acelerando la dispersión y la hidratación y permitiendo un tratamiento continuo en línea. El estudio sobre la proteína de avena señala que el diseño de celda de flujo permite densidades más altas a pesar del alto rendimiento de masa y, por tanto, puede soportar una mayor eficiencia y una mayor relevancia industrial que un diseño por lotes común.
• Mayor flexibilidad de formulación
  La sonicación es útil para formulaciones complejas de proteínas vegetales, bebidas RTD ricas en proteínas, bases de suplementos y procesos previos a la homogeneización, la hidrólisis o el secado. El artículo destaca la importancia de las bebidas vegetales, los purines y las fases posteriores de hidrólisis.
• Mayor potencial de ampliación
  Los parámetros de sonicación definidos, como la amplitud, la intensidad, la densidad de energía, el tiempo de residencia y la contrapresión, favorecen la transferencia del proceso del trabajo de laboratorio a la producción piloto e industrial. El estudio subido hace especial hincapié en estos parámetros para diseñar un procesamiento continuo escalable.

Por qué es beneficioso utilizar los sonicadores de Hielscher

Los sonicadores Hielscher resultan atractivos para el procesamiento de proteínas porque permiten un tratamiento por ultrasonidos controlado y reproducible. Para los fabricantes, la verdadera ventaja no es solo generar cavitación, sino generarla en condiciones definidas y escalables.

• Parámetros de sonicación controlados
  Los sistemas Hielscher utilizados en el estudio permitieron a los investigadores trabajar con amplitudes, intensidades y densidades de energía definidas tanto en modo discontinuo como en modo de celda de flujo. Esto facilita el desarrollo y la ampliación sistemáticos del proceso.
• Capacidad para lotes y células de flujo
  Los fabricantes pueden evaluar la sonicación por lotes y luego pasar al tratamiento continuo en línea. El documento cargado demuestra que la sonicación continua en celda de flujo puede superar al tratamiento por lotes en estabilidad de la suspensión y relevancia industrial.
• Diseño de procesos para el rendimiento industrial
  El estudio demuestra que la contrapresión, el tiempo de residencia y el flujo másico son variables importantes en la sonicación continua. Esto es importante para los fabricantes porque convierte el tratamiento por ultrasonidos en una verdadera herramienta de ingeniería de procesos y no sólo en una técnica de laboratorio.
• Soporte para sistemas de proteínas difíciles
  El documento subraya que adaptar las propiedades del producto, como el tamaño de las partículas, la estabilidad de la suspensión, la solubilidad y la viscosidad, es de gran importancia para las suspensiones de origen vegetal. También señala que los sonicadores ocupan poco espacio, pueden manejar altas concentraciones de sólidos y ofrecen una combinación única de efectos físicos y químicos.

 
Aplicaciones típicas
El procesamiento ultrasónico de proteínas es importante para

• Bebidas de proteínas vegetales a base de avena, guisantes, soja, arroz, habas o mezclas;
• bebidas lácteas y no lácteas enriquecidas con proteínas;
• suspensiones de complementos nutricionales e inyecciones líquidas;
• dispersiones proteínicas antes de la homogeneización o emulsificación;
• y premezclas para el secado por pulverización o la posterior funcionalización.

Los ultrasonidos como tecnología escalable de procesamiento de proteínas

La sonicación ayuda a los fabricantes de alimentos y suplementos a mejorar la funcionalidad de las proteínas allí donde la mezcla convencional por sí sola suele alcanzar sus límites. Al intensificar la dispersión, reducir el tamaño de las partículas, aumentar las fracciones de proteínas disueltas y estabilizar las suspensiones, los ultrasonidos pueden aportar beneficios cuantificables en la calidad del producto y la eficacia del proceso. El estudio cargado respalda esta posición en el caso de los concentrados proteínicos de avena e indica que la sonicación de flujo continuo por celdas es especialmente prometedora para el procesamiento industrial.
Los sonicadores de Hielscher ofrecen una vía práctica para pasar de la viabilidad en laboratorio a la aplicación industrial. Su uso en trabajos publicados sobre procesamiento de proteínas, incluido el estudio sobre la proteína de avena, muestra cómo el tratamiento ultrasónico puede convertirse en una etapa de producción controlada y escalable para los fabricantes de alimentos y suplementos nutricionales.

En la siguiente tabla encontrará algunas indicaciones sobre la capacidad de procesamiento aproximada de nuestros sonicadores:

Diseño, fabricación y consultoría – Calidad Made in Germany

Los ultrasonidos de Hielscher son conocidos por sus elevados estándares de calidad y diseño. Su robustez y fácil manejo permiten una integración sin problemas de nuestros ultrasonidos en las instalaciones industriales. Los ultrasonidos de Hielscher soportan sin problemas las condiciones más duras y los entornos más exigentes.

Hielscher Ultrasonics es una empresa con certificación ISO y pone especial énfasis en los ultrasonidos de alto rendimiento con tecnología punta y facilidad de uso. Por supuesto, los ultrasonidos de Hielscher cumplen la normativa CE y los requisitos de UL, CSA y RoHs.

Literatura / Referencias