La ultrasonicación y sus múltiples aplicaciones en el procesamiento de alimentos

Los ultrasonidos de potencia ofrecen múltiples posibilidades para aplicaciones eficaces y fiables de procesamiento de alimentos. Las aplicaciones más comunes en la industria alimentaria incluyen la mezcla y homogeneización, la emulsificación, la dispersión, la ruptura celular y la extracción de material intracelular, la activación o desactivación de enzimas (que depende de la intensidad de los ultrasonidos), la conservación, la estabilización, la disolución y cristalización, la hidrogenación, el ablandamiento de la carne, la maduración, el envejecimiento y la oxidación, así como la desgasificación y el secado por atomización.

A continuación, presentamos una selección de aplicaciones de los sonicadores Hielscher en el procesamiento de alimentos. Haga clic en los enlaces correspondientes para obtener información detallada sobre la aplicación que le interese.

Extracción de aromas y compuestos bioactivos mediante ultrasonidos

La extracción ultrasónica se utiliza ampliamente en la industria alimentaria para recuperar de forma eficiente compuestos bioactivos, moléculas aromáticas y proteínas mediante la aplicación de ultrasonidos de alta intensidad que mejoran la transferencia de masa y rompen las estructuras celulares. Los efectos de cavitación resultantes aumentan el rendimiento y la velocidad de extracción mientras se trabaja a bajas temperaturas, lo que ayuda a preservar los compuestos sensibles y permite un procesamiento limpio y escalable sin disolventes agresivos.

La extracción ultrasónica se utiliza habitualmente para extraer compuestos bioactivos. Entre los ejemplos destacados de extracción ultrasónica se incluyen:

 

En esta presentación le introducimos en la fabricación de extractos vegetales. Explicamos los retos de producir extractos vegetales de alta calidad y cómo un sonicador puede ayudarle a superarlos. Esta presentación le mostrará cómo funciona la extracción ultrasónica. Conocerá los beneficios que puede esperar del uso de un sonicador para la extracción y cómo integrar un extractor ultrasónico en su producción de extractos.

 

Emulsificación ultrasónica de salsas, aderezos y cremas

Al aplicar sonicación a mezclas de aceite/agua, los chefs y los científicos de alimentos consiguen emulsiones ultrafinas y estables – sin calor excesivo ni aditivos sintéticos. Desde salsas cremosas y vinagretas aterciopeladas hasta cremas sin lácteos y espumas delicadas, la cavitación ultrasónica permite controlar con precisión el tamaño de las gotas y su dispersión.
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Fermentación ultrasónica del yogur

El yogur es un producto lácteo fermentado que puede elaborarse únicamente con leche o mediante la adición de cultivos bacterianos. Las cepas de bifidobacterias (p. ej., BB-12, BB-46, B breve) son probióticos habituales utilizados para la fermentación del yogur. La cavitación ultrasónica aplicada a las células bacterianas puede provocar su destrucción y, simultáneamente, la liberación de β-galactosidasa. La β-galactosidasa es una enzima hidrolasa ampliamente utilizada en la industria del procesamiento de la leche. La fermentación asistida por ultrasonidos se acelera debido a una hidrólisis más rápida de la lactosa, resultante de la liberación de β-galactosidasa de las células de bifidobacterias inducida por ultrasonidos.
La homogeneización ultrasónica provoca la ruptura de los glóbulos de grasa de la leche y una distribución de tamaños muy finos.
La ultrasonicación puede acelerar la velocidad de fermentación (reducción del tiempo total de producción de hasta un 40%) y mejorar las características de calidad del yogur, dando lugar a una mayor viscosidad, un coágulo más firme y una textura superior.

Homogeneización ultrasónica de la leche

La leche (p. ej., de vaca, búfala, cabra o camella) es una emulsión o sistema coloidal compuesto por glóbulos de grasa láctea en un líquido de base acuosa que contiene hidratos de carbono, proteínas y minerales disueltos. Como la grasa y el agua tienden a separarse en dos fases, la leche debe homogeneizarse para obtener un producto uniforme. La homogeneización consiste en distribuir uniformemente las moléculas de grasa en el líquido de la leche. Los ultrasonidos son un método bien conocido que se utiliza en diversas aplicaciones del procesamiento de productos lácteos. El tratamiento ultrasónico de la leche produce glóbulos de grasa homogeneizados, uniformes y distribuidos de manera homogénea. La homogeneización mediante ultrasonidos de alta potencia también es eficaz para los sustitutos de la leche de origen vegetal (veganos/sin lácteos), como la leche de coco o la leche de soja.
El estudio de Sfakianakis y Tzia (2012) muestra que la homogeneización ultrasónica reduce el tamaño de los glóbulos de grasa de la leche (MFG). Las imágenes microscópicas que aparecen a continuación muestran los efectos de la sonicación sobre el tamaño de las gotas de grasa de la leche. Una amplitud baja (150 W) no produjo un efecto de homogeneización satisfactorio (Fig.2); el tamaño de los MFG y su distribución eran similares a los de la leche sin tratar (compare las fig. 1 y 2). Los ultrasonidos de amplitud media (267,5, 375 W) tuvieron un buen efecto de homogeneización; el diámetro medio de los MFG fue de 2 μm (Fig. 3, 4). Los ultrasonidos de mayor amplitud (750 W) redujeron considerablemente el tamaño de los MFG (Fig. 6), haciéndolos apenas visibles al microscopio óptico (aumento de 100x); su diámetro medio fue de 0,3 μm.

Chandrapala et al. (2012) investigaron el efecto de la ultrasonicación sobre la caseína y el calcio. Aplicaron ondas ultrasónicas (20 kHz) a muestras de leche desnatada fresca, caseína micelar reconstituida y caseína en polvo. Sonicaron las muestras hasta que los glóbulos de grasa de la leche se redujeron a aproximadamente 10 nm. El análisis de la leche sonicada muestra que el tamaño de las micelas de caseína no cambia. Durante los primeros minutos de sonicación también se produjo un pequeño aumento de la proteína soluble del suero y una disminución correspondiente de la viscosidad. El estudio determinó que las micelas de caseína son estables durante la sonicación y que la concentración de calcio soluble no se ve afectada por el tratamiento ultrasónico. [Chandrapala et al. 2012]

Cristalización ultrasónica del azúcar para confitería

La sonicación controlada permite iniciar la siembra de cristales (creación de núcleos) e influir en el crecimiento de los cristales. Bajo irradiación ultrasónica se forman cristales más pequeños y, por tanto, más numerosos. Los ultrasonidos favorecen el proceso de cristalización de dos maneras: en primer lugar, los ultrasonidos de potencia son una herramienta muy eficaz para crear una solución homogénea, que es la sustancia de partida para la cristalización. En la segunda etapa, los ultrasonidos favorecen la formación de un gran número de núcleos. Mientras que una nucleación deficiente genera un menor número de cristales grandes, una nucleación eficiente forma una gran cantidad de cristales pequeños y finos. En el campo acústico, incluso es posible iniciar la nucleación de azúcares que normalmente presentan resistencia a la cristalización (p. ej., D-fructosa, sorbitol).
La modificación ultrasónica de la cristalización resulta interesante para la formulación de caramelos, productos de confitería, cremas untables, helados, nata montada y chocolate.

Hidrogenación ultrasónica de aceites comestibles

La hidrogenación de aceites vegetales es un importante proceso industrial a gran escala. Mediante la hidrogenación, los aceites vegetales líquidos se convierten en grasas sólidas o semisólidas (p. ej., margarina). Desde el punto de vista químico, los ácidos grasos insaturados se convierten, durante la reacción de hidrogenación catalizada por transferencia de fase en sus correspondientes ácidos grasos saturados mediante la adición de átomos de hidrógeno a los dobles enlaces. Este proceso catalítico puede acelerarse mediante ultrasonicación de alta potencia. Un catalizador utilizado habitualmente es el níquel. Las grasas hidrogenadas se utilizan ampliamente como agentes de ablandamiento en productos de panadería y repostería. Una ventaja de las grasas saturadas es su menor tendencia a la oxidación y, por tanto, un menor riesgo de enranciamiento.

Licuefacción ultrasónica de la miel

Los ultrasonidos ofrecen un método no térmico eficaz para licuar los cristales de la miel y destruir las levaduras sin afectar a la calidad de la miel.
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Estabilización ultrasónica de zumos y batidos

Como técnica no térmica de procesamiento de alimentos, los ultrasonidos proporcionan un tratamiento suave pero eficaz que intensifica los sabores y estabiliza y conserva zumos, batidos, salsas y purés. Los resultados de los tratamientos ultrasónicos de zumos incluyen la mejora de los sabores, la estabilización y la conservación.
¡Lea aquí más sobre la mejora de zumos y batidos mediante ultrasonidos!
¡Lea más sobre el procesamiento ultrasónico del tomate!
¡Descubra cómo la sonicación conserva el zumo de fresa endulzado con estevia y, al mismo tiempo, mejora su perfil nutricional!

Envejecimiento ultrasónico del vino y los licores

Los ultrasonidos de potencia favorecen el tratamiento del vino y las bebidas espirituosas con madera de roble gracias a su eficaz capacidad de extracción y a la transferencia de masa significativamente intensificada entre el tejido de la madera y la bebida alcohólica.
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El proceso de fermentación del vino, el mosto, la cerveza y el sake también puede acelerarse considerablemente. ¡Se han logrado tasas de aceleración del 50% al 65%!
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Congelación de helados acelerada por ultrasonidos

Para producir helados se necesita una mezcla base. Esta mezcla se compone de leche, leche en polvo, nata, mantequilla o grasa vegetal, azúcar, materia seca, emulsionante, 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 cristales de hielo grandes. Durante este proceso se incorporan burbujas de aire muy pequeñas (el denominado proceso de aireación) para dar volumen al helado y obtener un postre frío de textura suave. En esta etapa del proceso puede aplicarse la ultrasonicación para mejorar la calidad del helado.
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. Dado que el tamaño y la distribución de los cristales de hielo son especialmente importantes para la calidad de los productos de tejido descongelados, en los helados se prefieren cristales de hielo más pequeños, porque los cristales grandes dan lugar a una textura helada y cristalina. 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 de tamaños 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 «over-run», la cantidad de aire inyectado, se dosifica – específicamente para cada receta – en proporción al volumen combinado de sólidos y agua. Por tanto, el over-run varía según las distintas formulaciones de helado y las corrientes de procesamiento. Un helado estándar presenta un over-run del 100%, lo que significa que el producto final contiene volúmenes iguales de mezcla de helado y burbujas de aire.
El uso de homogeneizadores ultrasónicos de alta potencia Hielscher proporciona una mejor calidad del helado al reducir el tamaño de los cristales de hielo y evitar la formación de incrustaciones en la superficie de congelación. Se consigue una mejor consistencia y una sensación en boca más cremosa gracias al menor tamaño de los cristales de hielo y a la mejor distribución de las burbujas de aire. Unos tiempos de congelación significativamente más cortos permiten una mayor capacidad de procesamiento y un proceso de producción más eficiente desde el punto de vista energético.

Aireación ultrasónica de masas batidas

Los productos alimentarios aireados, como el bizcocho, pueden mejorarse significativamente mediante sonicación. La aplicación de ultrasonidos de potencia durante la etapa de mezcla de la masa mejora la calidad del bizcocho al reducir su dureza y aumentar su elasticidad, cohesividad y resiliencia. En los ensayos, todos los ingredientes se mezclaron siguiendo el método «all-in», lo que significa que se añadieron simultáneamente harina integral con bajo contenido en proteínas, emulsionante, almidón de maíz, azúcar, levadura química, sal y huevos enteros frescos para preparar la masa. Antes de la sonicación, los ingredientes se mezclaron de manera uniforme para aplicar los ultrasonidos a una masa homogénea. El bizcocho aireado mediante ultrasonidos presentó menor dureza, menor gomosidad y menor masticabilidad, mientras que su elasticidad, cohesividad y resiliencia fueron ligeramente superiores a las del bizcocho de control.

Cristalización y conchado ultrasónicos del chocolate

La sonicación es bien conocida por su capacidad de extracción. La manteca de cacao puede liberarse de las células del grano de cacao mediante molienda y extracción ultrasónicas.
Los ultrasonidos son una técnica alternativa para romper los cristales de azúcar del chocolate y, por tanto, producen efectos similares a los del conchado.

Ablandamiento ultrasónico de la carne

La aplicación de ondas ultrasónicas potentes a la carne produce el ablandamiento de su estructura. Se consigue un ablandamiento significativo mediante la liberación de proteínas miofibrilares de las células musculares. Además del efecto de ablandamiento, los ultrasonidos también mejoran la capacidad de retención de agua y la cohesividad de la carne.
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Sonicación en cocinas y bares

Los procesadores ultrasónicos de alimentos también han llegado a la alta cocina. Los ultrasonicadores Hielscher son utilizados por chefs de prestigio, como Sang-Hoon Degeimbre, galardonado con dos estrellas Michelin.
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¡Para consultar recetas de cócteles elaborados mediante ultrasonidos, haga clic aquí!

 

Sonicadores para el procesamiento de alimentos kosher y halal

Hielscher Ultrasonics puede proporcionar certificación kosher o halal para sus sonicadores previa solicitud. Esto significa que los sonicadores se han fabricado y procesado de acuerdo con las estrictas directrices de estas leyes alimentarias religiosas. La certificación kosher garantiza que los sonicadores se han producido sin ningún subproducto ni derivado animal, mientras que la certificación halal verifica que los sonicadores se han manipulado de una manera acorde con los principios alimentarios islámicos.

Si necesita un sonicador Hielscher con certificación kosher o halal, póngase en contacto con nosotros y estaremos encantados de gestionar la certificación necesaria.