Producción de helados mejorada mediante ultrasonidos

La aplicación de ultrasonidos de potencia tiene varios efectos beneficiosos en la producción de helados de alta calidad. Las principales ventajas de la sonicación incluyen la reducción del tamaño de los cristales y la aceleración de la congelación del helado. De este modo, el tratamiento por ultrasonidos mejora la calidad y la percepción sensorial del consumidor, al tiempo que reduce los costes de producción.

Efectos de los ultrasonidos en la fabricación de helados

La producción de helados requiere un procesamiento sofisticado para obtener un producto alimenticio dulce de alta calidad que satisfaga las exigencias de los clientes. La complejidad de las etapas de procesamiento se debe principalmente a que el helado es uno de los alimentos más complejos: es tanto una espuma como una emulsión. Contiene cristales de hielo y una mezcla líquida no congelada. Los ultrasonidos de alta potencia aplicados durante la fabricación de helados pueden favorecer la nucleación de los cristales de hielo para acelerar el proceso de transferencia de calor y masa que acompaña a la congelación. De este modo, la sonicación reduce el tamaño de los cristales y acorta el tiempo de congelación en la producción de helados. La investigación de Mortazavi y Tabatabaie demostró que el tiempo de congelación durante el procesamiento del helado podía reducirse aproximadamente un 30% mediante una sonicación de 20 min.

Producción de helados y ventajas de los ultrasonidos

Para producir helados se necesita una mezcla base. Esta mezcla consta de leche, leche en polvo, nata, mantequilla o grasa vegetal, azúcar, materia seca, un emulsionante, un estabilizante y aditivos como frutas, frutos secos, aromas y colorantes. Esta mezcla especial debe homogeneizarse y pasteurizarse; después se agita lentamente durante el proceso de congelación para evitar la formación de grandes cristales de hielo. Durante este proceso se incorporan burbujas de aire muy pequeñas –el denominado proceso de aireación– para espumar el helado y obtener un postre frío de textura suave. El tratamiento por ultrasonidos favorece la distribución uniforme de todos los ingredientes de la mezcla de helado y, al mismo tiempo, contribuye a la pasteurización. ¡Lea aquí más sobre la pasteurización por ultrasonidos de alimentos líquidos!
Posteriormente, se aplica el tratamiento por ultrasonidos durante la etapa de congelación en la producción de helados. Los ultrasonidos favorecen la nucleación y el crecimiento de los cristales de hielo, lo que acelera significativamente el proceso de congelación. Al mismo tiempo, la sonicación reduce el tamaño de los cristales de hielo, de modo que se obtienen cristales uniformemente pequeños. Esto confiere al helado una textura suave y una agradable sensación en boca –ambos atributos de calidad muy valorados por los consumidores–.

Etapas de la producción de helados

La fabricación de helados consta de cinco etapas:

1. preparación de la mezcla de helado
2. homogeneización, pasteurización y maduración de la mezcla de helado
3. congelación y aireación
4. conformado y moldeado
5. endurecimiento y envasado

Etapas de la producción de helados.
Fuente: Dairy Processing Handbook. Publicado por Tetra Pak Processing Systems AB, Lund, Suecia. p.387.

Congelación del helado favorecida por ultrasonidos

Durante el proceso de congelación se forman cristales a partir de agua sobreenfriada. La morfología de los cristales de hielo desempeña un papel importante en las propiedades texturales y físicas de los alimentos congelados y semicongelados. El tamaño y la distribución de los cristales de hielo tienen especial importancia para la calidad de los productos con estructura tisular una vez descongelados; en el caso del helado, se prefieren cristales de hielo más pequeños porque los cristales grandes dan lugar a una textura helada. La nucleación es el factor más importante para controlar la distribución del tamaño de los cristales durante la cristalización. Por ello, la velocidad de congelación suele ser el parámetro utilizado para controlar el tamaño y la distribución del tamaño de los cristales de hielo en el helado. Durante el batido y la congelación se inyecta aire para conseguir la textura suave del helado. El denominado «overrun», la cantidad de aire inyectado, se ajusta –específicamente para cada receta– en proporción al volumen combinado de sólidos y agua. Así, el overrun varía según las distintas formulaciones de helado y los flujos de procesamiento. El helado estándar presenta un overrun del 100%, lo que significa que el producto final consta de volúmenes iguales de mezcla de helado y burbujas de aire.
El uso de los procesadores de ultrasonidos de alto rendimiento de Hielscher permite obtener un helado de mejor calidad al favorecer la cristalización, reducir el tamaño de los cristales de hielo y evitar la formación de incrustaciones en la superficie de congelación. La reducción del tamaño de los cristales de hielo y la mejora de la distribución de las burbujas de aire permiten conseguir una mejor consistencia y una sensación en boca más cremosa. Una congelación significativamente más rápida, con una reducción del tiempo de congelación de aproximadamente un 30%, permite aumentar la capacidad del proceso y mejorar la eficiencia energética de la producción.

Demostrado científicamente: mejora de la calidad del helado mediante sonicación

Aslan y Dogan (2021) investigaron los efectos de la sonicación en la producción de helados utilizando el sonicador de sonda UP400St de Hielscher (véase la imagen de la izquierda). Los resultados de la investigación demostraron que los ultrasonidos favorecen la reducción del tamaño de las partículas gracias a la cavitación. Se constató que la sonicación mejora la calidad del helado y de los productos alimenticios congelados al producir cristales de hielo de menor tamaño. Puesto que los cristales de hielo confieren al helado una sensación en boca única, es muy importante obtener los cristales más pequeños posibles durante el proceso de congelación para evitar una estructura granulosa y lograr la suavidad y la blandura deseadas del helado. Este estudio también concluyó que la homogeneización ultrasónica proporciona una emulsión bien dispersa. La evaluación de las características sensoriales y del sabor por un panel de consumidores demostró que la homogeneización ultrasónica del helado ayuda a satisfacer las preferencias de los consumidores gracias a unos cristales de hielo más pequeños y a la agradable sensación en boca asociada a ellos.
(cf. Aslan and Dogan, 2021)

Procesadores ultrasónicos de alimentos de alto rendimiento para la producción de helados

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 piezas en contacto con el producto– de fácil limpieza (limpieza in situ CIP / esterilización in situ SIP).
Los sonicadores industriales de Hielscher Ultrasonics pueden proporcionar amplitudes muy elevadas en funcionamiento continuo 24/7. El control preciso de la amplitud, desde intensidades suaves hasta altas, es importante para ajustar con precisión el proceso de sonicación a las características del producto que se desean obtener con la formulación del helado.
Con procesadores ultrasónicos de alimentos de todos los tamaños, Hielscher ofrece sistemas fiables para el tratamiento por lotes y en continuo de productos alimenticios y bebidas, incluidos los helados. Mientras que los modelos de sonicador UP400ST (400 vatios) o UIP1000hdT (1000 vatios) ofrecen suficiente capacidad de procesamiento para una pequeña heladería artesanal, una planta industrial de fabricación de helados instalará los modelos de sonicador de gran capacidad UIP6000hdT (6000 vatios) o UIP16000hdT (16.000 vatios).
La tabla siguiente ofrece una orientación sobre la capacidad de procesamiento aproximada de nuestros equipos ultrasónicos:

Bibliografía / Referencias

• Mortazavi, A. and Tabatabaie, F. (2008): Study of Ice Cream Freezing Process after Treatment with Ultrasound. World Appl. Sci. J 4, 188-190.
• Aslan Türker, Duygu; Dogan, Mahmut (2021): Effects of ultrasound homogenization on the structural and sensorial attributes of ice cream: optimization with Taguchi and data envelopment analysis. Journal of Food Measurement and Characterization 15, 2021, 1-11.
• Vildan Akdeniz, A. Sibel Akalın (2019): New approach for yoghurt and ice cream production: High-intensity ultrasound. Trends in Food Science & Technology, Volume 86, 2019. 392-398.
• Petzold, G. and Aguilera, J. M. (2009): Ice Morphology: Fundamentals and Technological Applications in Foods. Food Biophysics Vol.4, No. 4, 378-396.
• Dairy Processing Handbook. Published by Tetra Pak Processing Systems AB, S-221 86 Lund, Sweden. p.387.