Extração e conservação ultrassónicas

A extração e a conservação ultrassónicas utilizam ultrassons de potência para a desintegração de estruturas celulares (lise). A rutura das células por ultrassons resulta numa extração altamente eficiente de compostos intracelulares, bem como na inativação microbiana. Devido às suas numerosas vantagens, a sonicação é amplamente utilizada para a extração e a conservação na indústria alimentar. Saiba mais sobre os benefícios da extração ultrassónica e do processamento de alimentos!

Ultrassons de potência para a extração e a conservação de alimentos e materiais botânicos

Extração ultrassónica: A extração ultrassónica é um processo que utiliza ondas sonoras de alta frequência para extrair compostos de diversos materiais, como plantas, frutas e produtos hortícolas. O processo envolve a utilização de ondas ultrassónicas para criar bolhas de alta pressão num material líquido ou semissólido, que colapsam rapidamente, gerando calor e pressão intensos que provocam a rutura das paredes celulares do material e libertam os compostos desejados.

O princípio de funcionamento da extração e da conservação ultrassónicas

O princípio fundamental da extração ultrassónica baseia-se no fenómeno conhecido como cavitação acústica. Quando um líquido é exposto a ondas ultrassónicas de alta intensidade e baixa frequência (aprox. 20 kHz), são geradas ondas de pressão que criam minúsculas bolhas de vácuo no líquido. Estas bolhas aumentam de tamanho à medida que a intensidade dos ultrassons aumenta e, quando atingem um determinado tamanho, colapsam de forma súbita e violenta, gerando uma onda de choque e libertando energia sob a forma de calor e pressão.
Este processo provoca a rutura mecânica das paredes celulares, libertando os compostos desejados do material para o solvente líquido. Os compostos libertados podem então ser separados do solvente através de técnicas de separação convencionais, como a filtração ou a centrifugação.

 
Conservação ultrassónica: A conservação ultrassónica baseia-se nos mesmos efeitos de cavitação que a extração ultrassónica. Para a conservação, aplicam-se ultrassons de potência para prolongar o prazo de validade de alimentos perecíveis, utilizando ondas sonoras de alta frequência para inibir o crescimento de microrganismos que causam a deterioração. O processo envolve a exposição dos alimentos a ondas ultrassónicas que provocam a rutura das paredes celulares de bactérias, leveduras e bolores, levando à sua destruição ou inibição.
Este processo provoca a rutura mecânica das paredes celulares dos microrganismos, levando à sua destruição ou inibição. As ondas ultrassónicas podem também aumentar a permeabilidade das membranas celulares, permitindo que conservantes e outros agentes antimicrobianos penetrem e eliminem os microrganismos de forma mais eficaz.
A conservação ultrassónica é preferida aos métodos tradicionais de conservação porque oferece várias vantagens, como um tempo de processamento mais curto, maior eficiência e a capacidade de preservar as propriedades e os sabores naturais dos alimentos. É utilizada numa vasta gama de produtos alimentares, como molhos, sumos, produtos lácteos, ovos e carne, para prolongar o seu prazo de validade e garantir a sua segurança.

A técnica de extração e conservação ultrassónicas é preferida aos métodos tradicionais de extração e conservação porque oferece várias vantagens, como taxas de extração mais elevadas, excelente qualidade do produto, maior rendimento, tratamento não térmico puramente mecânico e a capacidade de extrair uma gama mais ampla de compostos. É utilizada numa vasta gama de indústrias, como a alimentar e de bebidas, a farmacêutica e a cosmética.

Extração ultrassónica de proteínas e enzimas

Em particular, a extração de enzimas e proteínas armazenadas em células e partículas subcelulares é uma aplicação única e eficaz dos ultrassons de alta intensidade, uma vez que a extração, por um solvente, de compostos orgânicos contidos no interior de plantas e sementes pode ser significativamente melhorada. Por conseguinte, os ultrassons têm um benefício potencial na extração e no isolamento de novos componentes potencialmente bioativos, por exemplo, a partir de fluxos de subprodutos não utilizados gerados nos processos atuais. Os ultrassons podem também ajudar a intensificar os efeitos do tratamento enzimático e, assim, reduzir a quantidade de enzima necessária ou aumentar o rendimento dos compostos relevantes que podem ser extraídos.

Extração ultrassónica de lípidos e proteínas

A sonicação é frequentemente utilizada para melhorar a extração de lípidos e proteínas de sementes de plantas, como a soja (por exemplo, farinha ou soja desengordurada) ou outras sementes oleaginosas. Neste caso, a destruição das paredes celulares facilita a prensagem (a frio ou a quente) e, desse modo, reduz o óleo ou a gordura residual na torta de prensagem.

A influência da extração ultrassónica contínua no rendimento de proteína dispersa foi demonstrada por Moulton et al. A sonicação aumentou progressivamente a recuperação de proteína dispersa à medida que a relação flocos/solvente passou de 1:10 para 1:30. O estudo mostrou que os ultrassons são capazes de peptizar a proteína de soja a praticamente qualquer capacidade de processamento comercial e que a energia de sonicação necessária era a mais baixa quando se utilizavam suspensões mais espessas.

Isolamento ultrassónico de compostos fenólicos e antocianinas

Enzimas como as pectinases, celulases e hemicelulases são amplamente utilizadas no processamento de sumos para degradar as paredes celulares e melhorar a extraibilidade do sumo. A rutura da matriz da parede celular também liberta componentes, como compostos fenólicos, para o sumo. Os ultrassons melhoram o processo de extração e, por conseguinte, podem levar a um aumento da recuperação de compostos fenólicos, alcaloides e sumo, habitualmente retidos na torta de prensagem.

Os efeitos benéficos do tratamento ultrassónico na libertação de compostos fenólicos e antocianinas da matriz de uvas e bagas, em particular de mirtilos (Vaccinium myrtillus) e groselhas negras (>Ribes nigrum), para o sumo foram investigados pela VTT Biotechnology, na Finlândia, utilizando um processador ultrassónico UIP2000hd após descongelação, esmagamento e incubação enzimática. A rutura das paredes celulares por tratamento enzimático (Pectinex BE-3L para mirtilos e Biopectinase CCM para groselhas negras) foi melhorada quando combinada com ultrassons. “O tratamento com US aumenta a concentração de compostos fenólicos do sumo de mirtilo em mais de 15%. […] A influência dos US (ultrassons) foi mais significativa nas groselhas negras, que são bagas mais difíceis de processar em sumo do que os mirtilos devido ao seu elevado teor de pectina e à diferente arquitetura da parede celular. […] a concentração de compostos fenólicos no sumo aumentou 15–25% com a utilização de tratamento com US (ultrassons) após a incubação enzimática.” (cf. Mokkila et al., 2004)
 

Inativação microbiana e enzimática

A inativação microbiana e enzimática (conservação), por exemplo, em sumos de fruta e molhos, é outra aplicação dos ultrassons no processamento de alimentos. Atualmente, a conservação por aumento da temperatura durante curtos períodos de tempo (pasteurização) continua a ser o método de processamento mais comum para a inativação microbiana ou enzimática que permite prolongar o prazo de validade (conservação). Devido à exposição a temperaturas elevadas, a pasteurização térmica convencional apresenta frequentemente desvantagens para os produtos alimentares.
A produção de novas substâncias a partir de reações catalisadas pelo calor e a modificação de macromoléculas, bem como a deformação de estruturas vegetais e animais, podem resultar numa perda de qualidade. Por conseguinte, o tratamento térmico pode causar alterações indesejáveis dos atributos sensoriais, ou seja, textura, sabor, cor e cheiro, e das qualidades nutricionais, ou seja, vitaminas e proteínas. Os ultrassons são uma alternativa eficiente de processamento não térmico (mínimo).

Ao contrário dos tratamentos térmicos convencionais, a conservação ultrassónica utiliza a energia e as forças de cisalhamento da cavitação acústica para inativar enzimas. Com níveis de sonicação suficientemente baixos, podem ocorrer alterações estruturais e metabólicas nas células sem a sua destruição. A atividade da peroxidase, que se encontra na maioria das frutas e dos produtos hortícolas crus e não escaldados e que pode estar particularmente associada ao desenvolvimento de sabores indesejáveis e pigmentos de acastanhamento, pode ser substancialmente reduzida pela utilização de ultrassons. Enzimas termorresistentes, como a lipase e a protease, que resistem ao tratamento a temperatura ultra-alta e que podem reduzir a qualidade e o prazo de validade do leite tratado termicamente e de outros produtos lácteos, podem ser inativadas de forma mais eficaz pela aplicação simultânea de ultrassons, calor e pressão (MTS).

Os ultrassons demonstraram o seu potencial na destruição de agentes patogénicos transmitidos por alimentos, como E.coli, Salmonellae, Ascaris, Giardia, quistos de Cryptosporidium e Poliovirus.

Aplicável a: conservação de compotas, doces de citrinos ou coberturas, sumos de fruta e molhos, produtos cárneos, produtos lácteos e gelados.
 

Sinergias dos ultrassons com a temperatura e a pressão

A sonicação é frequentemente mais eficaz quando combinada com outros métodos antimicrobianos, como:

• termosonicação, ou seja, calor e ultrassons
• manosonicação, ou seja, pressão e ultrassons
• manotermosonicação, ou seja, pressão, calor e ultrassons

A aplicação combinada de ultrassons com calor e/ou pressão é recomendada para Bacillus subtilis, Bacillus coagulans, Bacillus cereus, Bacillus sterothermophilus, Saccharomyces cerevisiae e Aeromonas hydrophila.

Ultrassons vs. outras técnicas de conservação de alimentos

Ao contrário de outros processos térmicos e não térmicos, como a homogeneização a alta pressão, a pasteurização térmica, o processamento a alta pressão (HPP), o dióxido de carbono comprimido (cCO2) e o dióxido de carbono supercrítico (ScCO2), os impulsos de campo elétrico elevado (HELP) ou as micro-ondas, os ultrassons podem ser facilmente testados à escala laboratorial ou de bancada – gerando resultados reprodutíveis para o aumento de escala. A intensidade e as características da cavitação podem ser facilmente adaptadas ao processo de extração específico para atingir objetivos específicos. A amplitude e a pressão podem ser variadas numa ampla gama, por exemplo, para identificar a configuração de extração mais eficiente em termos energéticos.

Outras vantagens associadas à utilização da extração ultrassónica com sonda são a facilidade de manuseamento do extrato, a execução rápida, a ausência de resíduos, o elevado rendimento, o respeito pelo ambiente, a melhoria da qualidade e a prevenção da degradação do extrato.
(cf. Chemat et al., 2011)

Sonicadores de alto desempenho para extração e conservação

A Hielscher Ultrasonics concebe, fabrica e distribui sonicadores de alto desempenho para extração e conservação eficientes. A utilização de equipamento ultrassónico Hielscher para extração e conservação de alimentos é uma tecnologia de processamento potente que pode ser aplicada de forma segura e respeitadora do ambiente, bem como eficiente e económica. O efeito de homogeneização e conservação pode ser facilmente utilizado em qualquer produto alimentar líquido ou pastoso, incluindo sumos e purés de fruta (por exemplo, laranja, maçã, toranja, manga, uva, ameixa), bem como molhos e sopas de produtos hortícolas (por exemplo, molho de tomate ou sopa de espargos), produtos lácteos, ovos e carne.
A nossa gama de homogeneizadores e extratores ultrassónicos abrange desde dispositivos portáteis de mão até sistemas de produção totalmente industriais para o processamento em linha de grandes volumes à escala comercial.

Conceção, fabrico e consultoria – qualidade fabricada na Alemanha

Os sonicadores Hielscher são reconhecidos pelos seus padrões de qualidade e conceção do mais alto nível. A robustez e a facilidade de operação permitem a integração simples dos nossos sonicadores em instalações industriais. Os sonicadores Hielscher lidam facilmente com condições difíceis e ambientes exigentes.

A Hielscher Ultrasonics é uma empresa com certificação ISO e dá especial ênfase a sonicadores de alto desempenho com tecnologia de ponta e facilidade de utilização. Naturalmente, os sonicadores Hielscher estão em conformidade com a CE e cumprem os requisitos de UL, CSA e RoHs.

A tabela abaixo dá-lhe uma indicação da capacidade aproximada de processamento dos nossos sonicadores: