Procesamiento ultrasónico de proteínas para alimentos y suplementos nutricionales

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

En el procesamiento de proteínas, los ultrasonidos son más que una ayuda para la mezcla. Una sonicación debidamente controlada puede reducir el tamaño de partícula, 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 bebidas listas para consumir, concentrados proteicos, alimentos enriquecidos y formulaciones de suplementos en polvo. En un estudio publicado en 2025 (Höhme-Matthes et al.) sobre el procesamiento ultrasónico de proteínas de avena, la ultrasonicación aumentó la cantidad disuelta de concentrado proteico de avena y redujo la inestabilidad de la suspensión a medida que aumentaba la densidad de energía.

Por qué es importante el procesamiento ultrasónico de proteínas

Los fabricantes de alimentos y suplementos se enfrentan con frecuencia a dificultades como una humectación deficiente, una hidratación incompleta, sedimentación, alta viscosidad, suspensiones inestables y una funcionalidad irregular. Estos problemas adquieren aún más importancia en las formulaciones con alto contenido proteico, de origen vegetal y de etiqueta limpia.
Los ultrasonidos de alta intensidad y baja frecuencia generan cavitación acústica en los líquidos. La implosión de burbujas microscópicas crea fuerzas de cizallamiento localizadas, turbulencia y micromezcla. En los sistemas proteicos, estos efectos pueden romper aglomerados, reducir el tamaño de partícula, 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 que a menudo ofrece un mejor rendimiento en el producto acabado.

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

• Mejora de la dispersión y la hidratación
  Las proteínas en polvo suelen hidratarse de forma desigual 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 partícula
  Un menor tamaño de partícula suele asociarse con una sensación en boca más suave, un mejor comportamiento de la suspensión y un mejor acceso del agua a las superficies de las proteínas. El artículo sobre proteínas de avena concluye específicamente que los ultrasonidos son útiles para el procesamiento de proteínas vegetales a escala industrial en lo relativo a la reducción del tamaño de partícula.
• Mayor solubilidad de las proteínas
  La sonicación puede aumentar la fracción disuelta de las proteínas y mejorar la solubilidad aparente en sistemas difíciles de procesar. En el estudio sobre proteínas de avena, los autores indican que la ultrasonicación aumentó la cantidad disuelta de concentrado proteico de avena, con una solubilidad que ya era aproximadamente 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 disminuir la sedimentación y la separación de fases. El artículo adjunto indica que la ultrasonicación redujo la inestabilidad de las suspensiones de concentrado proteico de avena y que el tratamiento continuo en celda de flujo mejoró considerablemente la estabilidad de la suspensión a la misma densidad de energía.

Ejemplo: procesamiento de proteínas de avena con sonicadores Hielscher

Un estudio de 2025 sobre el procesamiento de concentrado proteico de avena caracterizó tanto la ultrasonicación por lotes como en celda de flujo utilizando equipos Hielscher. Los investigadores utilizaron un Hielscher UIP1500hdT y un Hielscher UP200St en sus experimentos. Observaron que la ultrasonicación aumentaba la cantidad disuelta de concentrado proteico de avena y, al mismo tiempo, reducía la inestabilidad de la suspensión al aumentar la densidad de energía. También observaron que la sonicación en celda de flujo permitía una mayor capacidad de procesamiento y ofrecía relevancia industrial en comparación con el diseño habitual por lotes.
El estudio concluye además que los ultrasonidos son una herramienta útil en aplicaciones de procesamiento a escala industrial para concentrados de proteínas vegetales. Destaca una mejor reducción del tamaño de partícula, una mayor estabilidad de la suspensión y la importancia de la sonicación continua en configuraciones de celda de flujo para la eficiencia del proceso y el escalado.

Ejemplo: mejora de la funcionalidad de la proteína de guisante mediante sonicación

El procesamiento ultrasónico ofrece varias ventajas claras para los sistemas de proteína de guisante: mejora la dispersabilidad y la solubilidad al descomponer los agregados y reducir el tamaño de partícula, lo que puede potenciar el rendimiento funcional en los alimentos sin perjudicar la digestibilidad ni la bioaccesibilidad de las proteínas. En las formulaciones que contienen fibra, los ultrasonidos también pueden favorecer la formación de redes de proteína–fibra útiles y, según el tipo de fibra, aumentar la viscosidad y la capacidad de desarrollar textura. En las alternativas fermentadas al yogur a base de proteína de guisante, los ultrasonidos mejoraron además la calidad del producto al reducir compuestos clave responsables de sabores y aromas indeseados, como el hexanal y el 2-pentilfurano, y aumentar compuestos aromáticos deseables propios del yogur, como el diacetilo y la acetoína, lo que los convierte en una herramienta prometedora de etiqueta limpia tanto para mejorar la funcionalidad como las características sensoriales.
(cf. Kalla-Berthold et al., 2023; Matysek et al., 2024)

Imágenes FE-SEM (aumentos: 400x y 2000x, barra de escala: 10 µm) de muestras sin tratar (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 destacables, especialmente para valorizar los residuos desgrasados de semillas de cáñamo y convertirlos en ingredientes de mayor valor. En el estudio adjunto, la extracción asistida por ultrasonidos mejoró la recuperación global de proteínas y su pureza en comparación con la extracción convencional; el mejor proceso combinado alcanzó aproximadamente un 62% de recuperación de proteínas y una pureza de aproximadamente el 76% al combinarse con un pretratamiento HPP. También mejoró la extracción de aminoácidos en los distintos aislados, lo que sugiere un mayor rendimiento nutricional, sin provocar daños visibles importantes en los patrones de bandas proteicas en SDS-PAGE. En conjunto, los resultados respaldan el uso de los ultrasonidos como un método de extracción más ecológico y eficiente que puede reducir la intensidad del procesamiento y ayudar a transformar los subproductos del cáñamo en ingredientes proteicos útiles para alimentos y productos nutracéuticos.
(cf. Cabral et al. 2023)

Ejemplo: extracción ultrasónica de hidrolizado proteico a partir de salvado de arroz

La extracción ultrasónica de hidrolizado de proteína de arroz ofrece claras ventajas funcionales, ya que los ultrasonidos mejoran la liberación de proteínas del salvado de arroz al romper las estructuras celulares y favorecer la transferencia de masa, lo que hace que la extracción sea más eficiente que los métodos convencionales. En el estudio, la extracción se optimizó satisfactoriamente con una relación sólido/líquido de 0,43, una amplitud del 48,25% y un tiempo de 29,89 minutos, y la hidrólisis enzimática asistida por ultrasonidos también favoreció la obtención de hidrolizados con una elevada bioactividad, incluida una alta actividad inhibidora de la ECA y potencial antioxidante. Los autores concluyen que los ultrasonidos son una técnica eficaz tanto para la extracción de proteínas como para acelerar la hidrólisis enzimática, lo que ayuda 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 favorecer una textura y una sensación en boca más suaves en productos proteicos líquidos, una mayor homogeneidad en suspensiones y premezclas, una menor sedimentación visible en bebidas proteicas y un rendimiento funcional más uniforme entre lotes.
• Procesamiento más eficiente
  Los ultrasonidos pueden intensificar el procesamiento al acelerar la dispersión y la hidratación y permitir un tratamiento continuo en línea. El estudio sobre proteínas de avena indica que el diseño de celda de flujo permite alcanzar mayores densidades pese a una elevada capacidad de procesamiento en términos de masa y, por tanto, puede favorecer una mayor eficiencia y una mayor relevancia industrial que un diseño habitual por lotes.
• Mayor flexibilidad de formulación
  La sonicación es útil para formulaciones de proteínas vegetales difíciles de procesar, bebidas RTD con alto contenido proteico, bases para suplementos y procesos previos a la homogeneización, la hidrólisis o el secado. El artículo señala su relevancia para bebidas vegetales, suspensiones concentradas y etapas posteriores de hidrólisis.
• Mayor potencial de escalado
  Los parámetros definidos de sonicación, como la amplitud, la intensidad, la densidad de energía, el tiempo de residencia y la contrapresión, facilitan la transferencia del proceso desde el trabajo de laboratorio hasta la producción piloto e industrial. El estudio adjunto hace especial hincapié en estos parámetros para diseñar un procesamiento continuo escalable.

Por qué aporta ventajas el uso de sonicadores Hielscher

Los sonicadores Hielscher resultan atractivos para el procesamiento de proteínas porque permiten un tratamiento ultrasónico controlado y reproducible. Para los fabricantes, la verdadera ventaja no consiste solo en generar cavitación, sino en 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 por lotes como en celda de flujo. Esto facilita el desarrollo sistemático del proceso y su escalado.
• Capacidad de funcionamiento por lotes y en celda de flujo
  Los fabricantes pueden evaluar la sonicación por lotes y después avanzar hacia el procesamiento continuo en línea. El artículo adjunto muestra 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 una capacidad de procesamiento industrial
  El estudio muestra que la contrapresión, el tiempo de residencia y el caudal másico son variables importantes en la sonicación continua. Esto es relevante para los fabricantes porque convierte el tratamiento ultrasónico en una verdadera herramienta de ingeniería de procesos, más allá de su uso como técnica de laboratorio.
• Soluciones para sistemas proteicos difíciles de procesar
  El artículo destaca que ajustar las propiedades del producto, como el tamaño de partícula, 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 trabajar con altas concentraciones de sólidos y ofrecen una combinación única de efectos físicos y químicos.

 
Aplicaciones habituales
El procesamiento ultrasónico de proteínas es relevante para

• bebidas de proteínas vegetales a base de avena, guisante, soja, arroz, haba o mezclas;
• bebidas lácteas y no lácteas enriquecidas con proteínas;
• suspensiones de suplementos nutricionales y preparados líquidos en formato shot;
• dispersiones proteicas antes de la homogeneización o emulsificación;
• y premezclas para el secado por atomización o una funcionalización posterior.

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 cuando la mezcla convencional por sí sola suele alcanzar sus límites. Al intensificar la dispersión, reducir el tamaño de partícula, aumentar las fracciones de proteína disuelta y estabilizar las suspensiones, los ultrasonidos pueden aportar ventajas medibles en la calidad del producto y la eficiencia del proceso. El estudio adjunto respalda esta conclusión para los concentrados proteicos de avena e indica que la sonicación continua en celda de flujo es especialmente prometedora para el procesamiento industrial.
Los sonicadores Hielscher ofrecen una vía práctica desde la viabilidad en el laboratorio hasta la implementación industrial. Su uso en trabajos publicados sobre procesamiento de proteínas, incluido el estudio adjunto sobre proteínas de avena, muestra cómo el tratamiento ultrasónico puede desarrollarse hasta convertirse en una etapa de producción controlada y escalable para los fabricantes de alimentos y suplementos nutricionales.

La siguiente tabla ofrece una orientación sobre la capacidad aproximada de procesamiento de nuestros ultrasonicadores:

Diseño, fabricación y asesoramiento – Calidad fabricada en Alemania

Los ultrasonicadores Hielscher son reconocidos por sus máximos estándares de calidad y diseño. Su robustez y facilidad de uso permiten integrarlos sin dificultades en instalaciones industriales. Los ultrasonicadores Hielscher soportan con facilidad condiciones adversas y entornos exigentes.

Hielscher Ultrasonics es una empresa certificada conforme a las normas ISO y hace especial hincapié en los ultrasonicadores de alto rendimiento con tecnología de vanguardia y facilidad de uso. Por supuesto, los ultrasonicadores Hielscher cumplen la normativa CE y los requisitos de UL, CSA y RoHs.

Bibliografía / Referencias

• Höhme-Matthes, L., A.Krause, F. Schulnies, S. Kleinschmidt, T. Kleinschmidt (2025): Characterization of Batch and Flow Cell Ultrasonication in the Processing of Oat Protein Concentrates to Obtain Higher Efficiency and Scalability. Journal of Food Process Engineering 48, no. 6: e70164.
• Cabral, E.M.; Zhu, X.; Garcia-Vaquero, M.; Pérez-Vila, S.; Tang, J.; Gómez-Mascaraque, L.G.; Poojary, M.M.; Curtin, J.; Tiwari, B.K. (2023): Recovery of Protein from Industrial Hemp Waste (Cannabis sativa, L.) Using High-Pressure Processing and Ultrasound Technologies. Foods 2023, 12, 2883.
• Hayta, M., Benli, B., İşçimen, E.M. et al. (2020): Optimization of antihypertensive and antioxidant hydrolysate extraction from rice bran proteins using ultrasound assisted enzymatic hydrolysis. Journal of Food Measurement and Characterization 14, 2020. 2578–2589.
• Antonio J. Vela, Marina Villanueva, Ángela García Solaesa, Felicidad Ronda (2021): Impact of high-intensity ultrasound waves on structural, functional, thermal and rheological properties of rice flour and its biopolymers structural features. Food Hydrocolloids, Volume 113, 2021.
• Kalla-Bertholdt, A.-M.; Baier, A.K.; Rauh, C. (2023): Influence of High-Intensity Ultrasound on Characteristics and Bioaccessibility of Pea Protein in Fiber-Enriched Suspensions. Foods 2023, 12, 3160.
• Julia Matysek, Anne Baier, Ann-Marie Kalla-Bertholdt, Sandra Grebenteuch, Sascha Rohn, Cornelia Rauh (2024): Effect of ultrasound and fibre enrichment on aroma profile and texture characteristics of pea protein-based yoghurt alternatives. Innovative Food Science & Emerging Technologies, Volume 93, 2024.