Fermentación de Kombucha mejorada por ultrasonidos

La kombucha es una bebida fermentada que contiene té, azúcar, bacterias, levadura y, a menudo, una pequeña cantidad de zumo, fruta o especias como aromatizante. La kombucha, así como los zumos fermentados y los zumos de verduras, son conocidos por sus efectos positivos para la salud, ya que refuerzan la microbiota y el sistema inmunitario. La ultrasonicación controlada mejora la producción de kombucha y otras bebidas fermentadas de varias maneras: Los ultrasonidos pueden estimular el crecimiento de levaduras y bacterias durante la fermentación; extraer polifenoles, flavonoides y aromas de frutas, verduras y hierbas; y también se aplican como método de pasteurización no térmica para la reducción de microbios antes del envasado. Los ultrasonidos de Hielscher se pueden controlar con precisión y ofrecen la intensidad de ultrasonidos más adecuada para cada paso del tratamiento en la producción de bebidas fermentadas.

Kombucha y bebidas fermentadas

El Kombucha se produce mediante la fermentación de té azucarado utilizando un "cultivo simbiótico de bacterias y levaduras" (SCOBY), también llamado comúnmente "madre".” o "hongo del té”. La variedad y la proporción de las poblaciones microbianas en una SCOBY pueden variar considerablemente. El componente de levadura generalmente incluye Saccharomyces cerevisiae, junto con otras especies de Zygosaccharomyces, Candida, Kloeckera/Hanseniaspora, Torulaspora, Pichia, Brettanomyces/Dekkera, Saccharomyces, Lachancea, Saccharomycoides, Schizosaccharomyces y Kluyveromyces; el componente bacteriano incluye casi siempre Komagataeibacter xylinus (antes Gluconacetobacter xylinus), que fermenta los alcoholes producidos por las levaduras en ácido acético y otros ácidos, aumentando la acidez y limitando el contenido de etanol.
Del mismo modo, otras bebidas fermentadas, como los zumos de frutas y verduras fermentados, se inoculan con bacterias y levaduras.
Un tratamiento con ultrasonidos puede mejorar la eficiencia de la fermentación y las características de calidad de la bebida fermentada, incluyendo el contenido de nutrientes y el sabor.

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Biorreactor ultrasónico con sonda ultrasónica de 2000 vatios para mejorar los procesos de fermentación, por ejemplo, para la producción de kombucha y otras bebidas fermentadas.

Biorreactor ultrasónico para la estimulación del crecimiento de bacterias y levaduras. La estimulación ultrasónica de los microorganismos permite mejorar los procesos de fermentación.

¿Cómo mejora el ultrasonido la fermentación del Kombucha?

  • Una fermentación más eficaz
  • Extracción de compuestos nutricionales (por ejemplo, polifenoles, flavonoides, etc.)
  • Extracción de compuestos aromáticos
  • Conservación, estabilización microbiana

Fermentación de Kombucha intensificada por ultrasonidos

Se sabe que las ondas de ultrasonido estimulan el crecimiento de bacterias y levaduras. Por lo tanto, una sonicación suave y controlada de los cultivos de kombucha (SCOBY, también conocido como hongo del té, hongo del té u hongo de Manchuria) puede promover el proceso de fermentación y conducir a un mayor rendimiento de kombucha en un tiempo de fermentación acelerado.
La fermentación estimulada por ultrasonidos muestra una mayor permeabilización de las membranas y, por tanto, una mayor transferencia de masa. El tratamiento sonomecánico mediante ondas de ultrasonido perfora las paredes celulares y las membranas plasmáticas de los microorganismos (proceso denominado sonoporación). Algunas células pueden incluso romperse. Estas células rotas liberan factores que promueven el crecimiento, como vitaminas, nucleótidos, aminoácidos y enzimas, que podrían estimular el crecimiento de las bacterias intactas celularmente, así como de las que tienen la membrana comprometida.
El tratamiento ultrasónico previo a la fermentación, así como en las fases de retardo y logarítmica, mostró los efectos más destacados en la estimulación del crecimiento bacteriano.

El tratamiento ultrasónico de los microorganismos puede estimular su crecimiento, mejorando así los procesos de fermentación posteriores. (gráfico adaptado de Michal Komoniczak)

La estimulación ultrasónica del crecimiento microbiano es más eficaz cuando los ultrasonidos se aplican antes de la fermentación o en las fases de retardo y log.

Estimulación por ultrasonidos de la fermentación del zumo de manzana

Ultrasonidos tipo sonda para la extracción y fermentación de zumos de frutas y verduras.La investigación demostró que el tratamiento con ultrasonidos en las fases lag y logarítmica durante la fermentación del zumo de manzana promovió el crecimiento microbiano e intensificó la biotransformación del ácido málico en ácido láctico. Por ejemplo, después de la sonicación en la fase de retardo durante 0,5 horas, el recuento microbiano y el contenido de ácido láctico en las muestras tratadas con ultrasonidos a 58,3 W/L alcanzaron 7,91 ± 0,01 Log CFU/mL y 133,70 ± 7,39 mg/L, que fueron significativamente más altos que los de las muestras no sonicadas. Además, la ultrasonicación en las fases lag y logarítmica tuvo influencias complejas en el metabolismo de los fenólicos de la manzana, como el ácido clorogénico, el ácido cafeico, la procianidina B2, la catequina y el ácido gálico. Los ultrasonidos pudieron afectar positivamente a la hidrólisis del ácido clorogénico en ácido cafeico, a la transformación de la procianidina B2 y a la descarboxilación del ácido gálico. El metabolismo de los ácidos orgánicos y los aminoácidos libres en las muestras sonicadas se correlacionó estadísticamente con el metabolismo fenólico, lo que implica que el ultrasonido puede beneficiar la derivación fenólica al mejorar el metabolismo microbiano de los ácidos orgánicos y los aminoácidos. (cf. Wang et al., 2021)

Fermentación de la leche de soja mejorada por ultrasonidos

El equipo de investigación de Ewe et al. (2012) investigó los efectos de los ultrasonidos en la eficiencia metabólica de cepas de lactobacilos (Lactobacillus acidophilus BT 1088, L. fermentum BT 8219, L. acidophilus FTDC 8633, L. gasseri FTDC 8131) durante la fermentación de la leche de soja. Se observó que el tratamiento ultrasónico permeabilizó las membranas celulares de las bacterias. Las membranas celulares permeabilizadas dieron lugar a una mejor internalización de los nutrientes y a una posterior mejora del crecimiento (P ≺ 0,05). Las mayores amplitudes y duraciones del tratamiento de sonicación promovieron el crecimiento de los lactobacilos en la leche de soja, con recuentos viables superiores a 9 log UFC/mL. Las actividades específicas de β-glucosidasa intracelular y extracelular de los lactobacilos también se vieron potenciadas (P ≺ 0,05) por la ultrasonicación, lo que condujo a un aumento de la bioconversión de las isoflavonas en la leche de soja, especialmente de la genistina y la malonil genistina en genisteína. Los resultados de este estudio muestran que el tratamiento con ultrasonidos en las células de lactobacilos promueve (P ≺ 0,05) la actividad β-glucosidasa de las células en beneficio de una mayor (P ≺ 0,05) bioconversión de los glucósidos de isoflavona en agliconas bioactivas en la leche de soja. (cf. Ewe et al., 2012)

La ultrasonicación perfora las membranas celulares de los lactobacilos, lo que favorece la absorción de nutrientes y el crecimiento de los lactobacilos en la leche de soja. Esto dio lugar a una mayor actividad de la enzima b-glucosidasa durante la fermentación.

Micrografías electrónicas de barrido de lactobacilos sin tratamiento (A) y de lactobacilos tratados con ultrasonidos al 60% de amplitud durante 3 minutos (B). Círculos que muestran células rotas y células con poros.
(Estudio e imágenes: ©Ewe et al., 2012)

Extracción de compuestos nutricionales y sabores en Kombucha y bebidas fermentadas

El té fermentado, los zumos y las bebidas vegetales, por ejemplo, el zumo de manzana o de moras fermentado o las kombuchas con infusión de frutas, se benefician de forma significativa del tratamiento con ultrasonidos en cuanto a sabor y nutrientes. Las ondas de ultrasonido alteran las estructuras celulares de los materiales vegetales y liberan compuestos intracelulares como aromas, polifenoles, antioxidantes y flavonoides. Al mismo tiempo, la homogeneización por ultrasonidos proporciona una bebida uniformemente dispersa y emulsionada que evita la separación de fases y ofrece un aspecto atractivo para los consumidores. A continuación puede ver un ejemplo de una kombucha de bayas de espino amarillo tratada por ultrasonidos sin separación de fases en comparación con una versión no tratada.
Más información sobre la extracción de sabores y nutrientes por ultrasonidos.

La ultrasonicación de alta intensidad se introduce en los reactores bioquímicos para mejorar los procesos de fermentación.

Biorreactor ultrasónico con 4x UIP4000hdT para mejorar los procesos de fermentación

Ultrasonido para la conservación del Kombucha

Homogeneizador ultrasónico en línea para la pasteurización de zumos, productos lácteos y huevos líquidosEl tratamiento con ultrasonidos puede influir en los microbios estimulándolos o inactivándolos. También las enzimas se ven afectadas por la sonicación: Los ultrasonidos pueden cambiar las características de las enzimas, los sustratos y sus reacciones. Estos efectos de los ultrasonidos de baja frecuencia se utilizan en el procesamiento de alimentos como alternativa no térmica para pasteurizar alimentos y bebidas. La sonicación ofrece la ventaja de controlar con precisión los parámetros del proceso, como la amplitud, el tiempo, la temperatura y la presión, lo que permite una inactivación selectiva de los microorganismos. La inactivación de la carga microbiana en la kombucha y las bebidas fermentadas permite aumentar la vida útil y la estabilidad del producto. La reducción de los microbios y las enzimas facilita la distribución comercial debido a la prolongación de la vida útil del producto final. La ultrasonicación es un método de pasteurización no térmico, que ya se utiliza en el procesamiento comercial de alimentos, como la pasteurización de zumos. Especialmente a amplitudes más altas, los ultrasonidos inactivan las bacterias y las levaduras al dañar las paredes celulares. El resultado es un crecimiento microbiano más lento o detenido. Por ejemplo, Kwaw et al. (2018) investigaron el ultrasonido como estrategia de pasteurización no térmica para el jugo de moras fermentado con ácido láctico. El zumo de moras fermentado tratado con ultrasonidos tenía un mayor contenido de compuestos fenólicos (1700,07 ± 2,44 μg/mL) que el control, un zumo de moras fermentado sin tratar. "Entre los tratamientos individuales no térmicos, la ultrasonización causó una significativa (p < 0.05) en las propiedades fenólicas y antioxidantes del jugo de morera fermentado con ácido láctico en comparación con el tratamiento con luz pulsada". (Kwaw et al., 2018) Mientras que la kombucha es una bebida conocida por sus cultivos de vida, se puede utilizar una reducción controlada de los microbios con el fin de prolongar la vida útil de las bebidas de kombucha distribuidas comercialmente. La pasteurización térmica regular mata todas las levaduras y bacterias vivas que normalmente están presentes en la kombucha y son uno de los principales factores de sus efectos beneficiosos para la salud. La pasteurización por ultrasonidos es un método de conservación no térmico, que puede utilizarse para reducir el recuento de microbios o eliminar los microorganismos por completo. Esto significa que los productores comerciales pueden aplicar los ultrasonidos a amplitudes más bajas y durante periodos más cortos para reducir el número de bacterias y levaduras sin eliminarlos por completo. De este modo, los cultivos vivos siguen presentes en la kombucha, aunque en menor número, de modo que se mejora la vida útil y los tiempos de almacenamiento.

Resultados científicamente probados en el Kombucha tratado con ultrasonidos

Dornan et al. (2020) investigaron los efectos de los ultrasonidos de baja frecuencia en la kombucha elaborada con bayas de espino amarillo utilizando el procesador de ultrasonidos UIP500hdT. El equipo de investigación pudo demostrar múltiples efectos beneficiosos de la ultrasonicación en la preparación de bayas de espino amarillo y la posterior fermentación de la kombucha.

Extracción ultrasónica de bayas de espino amarillo

Las bayas frescas enteras de espino amarillo (también conocidas como sanddorne; H. rhamnoides cv. Sunny) se hicieron puré con una batidora Vitamix durante 2 minutos. Se añadió un volumen de dH2O igual al 30% del volumen original del puré y se mezcló. Se aplicaron ultrasonidos (90 W, 20 kHz, 10 min) a 200 mL del puré diluido utilizando un Procesador de ultrasonidos UIP500hdT (Hielscher Ultrasonics, Alemania). El tiempo de tratamiento se eligió para optimizar los nutrientes y mantener la muestra en estado fresco. Los resultados de la extracción por ultrasonidos demuestran un aumento significativo (P ≺ 0,05) del 10% en el rendimiento de extracción de la pulpa (de 19,04 ± 0,08 a 20,97 ± 0,29%) y del 7% en la semilla (de 14,81 ± 0,08 a 15,83 ± 0,28%). Este aumento del rendimiento del aceite pone de manifiesto la funcionalidad de la sonicación como tecnología eficaz y ecológica para maximizar el valor de la materia prima. La extracción por ultrasonidos de las bayas de espino amarillo dio lugar a un mayor rendimiento de aceite y a una reducción del tiempo de procesamiento, del consumo de energía y de la necesidad de evitar disolventes peligrosos.

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Homogeneización por ultrasonidos del Kombucha de bayas de espino amarillo

La kombucha de bayas de espino amarillo (sanddorne) tratada con ultrasonidos mostró una estabilidad del producto significativamente mejorada. En el día 21 de almacenamiento, la kombucha de bayas sonicada seguía siendo homogénea. El hecho de que no se observara ninguna sinéresis en la kombucha de bayas sonicada durante todo el estudio (21 días, véase la imagen de abajo) demuestra que el ultrasonido por sí solo es una técnica de emulsión eficaz capaz de producir la estabilidad del producto y de evitar la separación de fases.

La ultrasonificación mejora la estabilidad de la kombucha de bayas de mar.

Puré de espino amarillo (P) sin y con tratamiento de ultrasonidos (P+US) el día 0 y el 21.
Estudio y foto:©Dornan et al., 2020.

Ultrasonido para detener la fermentación

Se elaboraron cuatro muestras de kombucha: K (kombucha), K+US (kombucha + ultrasonido), K+S (kombucha + sacarosa) y K+S+US (kombucha + sacarosa + ultrasonido). Todas las muestras se prepararon con 200 mL de puré de espino amarillo (P) o P+US y 12,5 g de SCOBY. K consistía en P y SCOBY. K+US consistía en P+US y SCOBY. K+S consistía en P, 15,0 g de sacarosa y SCOBY. K+S+US: P+US, 15,0 g de sacarosa y SCOBY. Todas las muestras se dejaron fermentar en un lugar oscuro a temperatura ambiente durante cinco días. Se aplicó un segundo tratamiento de sonicación (90 W, 20 kHz, 10 min) a K+US y K+S+US para detener la fermentación en el día 5.

Efectos de la conservación por ultrasonidos en el Kombucha

En la kombucha de espino cerval de mar, la sonicación redujo la carga microbiana inicial en 2,6 log UFC/mL, deteniendo así el proceso de fermentación en un momento determinado para evitar la sobrefermentación. Además, la reducción microbiana controlada ayuda a aumentar la vida útil y la estabilidad del producto final, lo que facilita la distribución comercial de la kombucha.
Más información sobre la ultrasonicación como método no térmico de pasteurización de zumos

Resultados generales del Kombucha tratado con ultrasonidos

La ultrasonicación disminuyó la carga microbiana inicial en 2,6 log UFC/mL, aumentó el valor ORAC en un 3% y aumentó el índice de solubilidad en agua (WSI) en un 40% (de 6,64 a 9,29 g/g) sin sinéresis. Los resultados de este estudio sugieren que la aplicación de ultrasonidos puede mejorar la funcionalidad fenólica durante la fermentación y es capaz de disminuyendo la sinéresis, aumentando el rendimiento del aceite, disminuyendo la carga microbiana y aumentando el ORAC con una mínima pérdida de calidad nutricional. (cf. Dornan et al., 2020)

Equipo de ultrasonidos para mejorar la elaboración de Kombucha

Hielscher Ultrasonics diseña, fabrica y distribuye ultrasonidos de alto rendimiento, biorreactores de ultrasonidos y accesorios para mejorar los procesos de fermentación, extracción y pasteurización utilizados en los alimentos & fabricación de bebidas. Los sistemas de procesamiento de alimentos por ultrasonidos de Hielscher se utilizan para múltiples aplicaciones, siendo una tecnología segura, fiable y rentable para producir alimentos y bebidas de alta calidad. La instalación y el funcionamiento de todos los procesadores por ultrasonidos de Hielscher son sencillos: Requieren poco espacio y se pueden adaptar fácilmente a las instalaciones de procesamiento existentes.
Hielscher Ultrasonics tiene una larga experiencia en la aplicación de ultrasonidos de potencia en el sector alimentario. & industria de las 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 Ultrasonics’ Los procesadores industriales de ultrasonidos pueden ofrecer amplitudes muy elevadas. Las amplitudes de hasta 200µm pueden funcionar fácilmente de forma continua en funcionamiento 24/7. El ajuste preciso de las amplitudes y la opción de cambiar entre amplitudes bajas y altas son importantes para estimular o inactivar microorganismos. De este modo, el mismo ultrasonido puede utilizarse para estimular los microbios que aumentan la fermentación o para inactivar los microorganismos para la pasteurización.
La tecnología más avanzada, el alto rendimiento y el sofisticado software hacen que Hielscher Ultrasonics’ caballos de batalla fiables en su proceso de fermentación de alimentos. Gracias a su reducido tamaño y a sus versátiles opciones de instalación, los ultrasonidos de Hielscher pueden integrarse fácilmente en las líneas de producción existentes.

Estandarización de procesos con Hielscher Ultrasonics

Los ultrasonidos de Hielscher pueden controlarse a distancia a través de un navegador. Los parámetros de sonicación se pueden supervisar y ajustar con precisión a los requisitos del proceso.Los productos de calidad alimentaria deben ser producidos de acuerdo con las Buenas Prácticas de Manufactura (BPM) y bajo especificaciones de procesamiento estandarizadas. Los sistemas de extracción digital de Hielscher Ultrasonics vienen con un software inteligente, que facilita la configuración y el control del proceso de sonicación con precisión. El registro automático de datos escribe todos los parámetros del proceso de ultrasonido, como la energía de ultrasonido (energía total y neta), la amplitud, la temperatura, la presión (cuando se montan sensores de temperatura y presión) con la fecha y la hora en la tarjeta SD incorporada. Esto le permite revisar cada lote procesado por ultrasonido . Al mismo tiempo, se garantiza la reproducibilidad y la alta calidad del producto de forma continua.
Hielscher Ultrasonics’ Los procesadores industriales de ultrasonidos pueden ofrecer amplitudes muy altas. Amplitudes de hasta 200µm pueden ser fácilmente ejecutadas de forma continua en funcionamiento 24 horas al día, 7 días a la semana. Para amplitudes aún mayores, se dispone de sonotrodos ultrasónicos personalizados. La robustez de los equipos de ultrasonidos de Hielscher permite un funcionamiento ininterrumpido en entornos de trabajo pesado y exigentes.
Póngase en contacto con nosotros para saber más 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:

Volumen del lote Tasa de flujo Dispositivos recomendados
1 a 500 mL 10 a 200 mL/min. UP100H
10 a 2000 mL 20 a 400 mL/min. UP200Ht, UP400St
0,1 a 20 L 0,2 a 4 L/min UIP2000hdT
10 a 100 L 2 a 10 L/min UIP4000hdT
n.a. 10 a 100 L/min UIP16000
n.a. mayor Grupo de UIP16000

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Literatura / Referencias

Información interesante

Fermentación del Kombucha

El termino “kombucha” así como el proceso de producción de la kombucha no está regulado legalmente. Esto significa que muchas bebidas fermentadas se venden como bebida de kombucha, pero en el sentido tradicional “kombucha” es una bebida de té fermentado. La kombucha se elabora añadiendo el cultivo de kombucha en un caldo de té azucarado. El azúcar sirve como nutriente para la SCOBY que permite que las bacterias y la levadura crezcan en el líquido azucarado. Las bacterias del ácido acético de la kombucha son aeróbicas, lo que significa que necesitan oxígeno para su crecimiento y actividad. Durante la fermentación, se produce una conversión bioquímica que convierte la sacarosa en fructosa y glucosa. La fructosa y la glucosa se convierten posteriormente en ácido glucónico y ácido acético. Además, la kombucha contiene enzimas y aminoácidos, polifenoles y otros ácidos orgánicos que varían según los preparados. Otros componentes específicos son el etanol, el ácido glucurónico, el glicerol, el ácido láctico, el ácido úsnico, las vitaminas B y la vitamina C. El contenido de alcohol de la kombucha suele ser inferior al 0,5%, ya que la cepa bacteriana Komagataeibacter xylinus convierte el etanol en ácidos (como el ácido acético). Sin embargo, una fermentación prolongada aumenta el contenido de alcohol. La sobrefermentación genera altas cantidades de ácidos similares al vinagre. Las bebidas de kombucha suelen tener un valor de pH de aproximadamente 3,5.


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