Processamento ultrassónico de proteínas para alimentos e suplementos nutricionais

A sonicação é uma poderosa tecnologia de processo para melhorar a funcionalidade, a dispersibilidade, a solubilidade e a estabilidade das proteínas utilizadas em alimentos e suplementos nutricionais. Desde as proteínas vegetais como a aveia, ervilha, soja, cânhamo e arroz até às proteínas lácteas e formulações misturadas, os ultra-sons de alta intensidade ajudam os fabricantes a otimizar os sistemas proteicos para um melhor comportamento de processamento e um melhor desempenho do produto.

No processamento de proteínas, os ultra-sons são mais do que um auxiliar de mistura. A sonicação corretamente controlada pode reduzir o tamanho das partículas, melhorar a hidratação e a dispersão, aumentar a fração de proteína dissolvida e melhorar a estabilidade da suspensão. Estes efeitos são especialmente relevantes para bebidas prontas a beber, concentrados de proteínas, alimentos fortificados e formulações de suplementos em pó. No estudo publicado em 2025 (Höhme-Matthes et al.), que investigou o processamento de proteínas de aveia por ultra-sons, a ultra-sons aumentou a quantidade dissolvida de concentrado de proteínas de aveia e diminuiu a instabilidade da suspensão à medida que a densidade de energia aumentou.

Porque é que o processamento de proteínas por ultra-sons é importante

Os fabricantes de alimentos e suplementos enfrentam frequentemente desafios como humidificação deficiente, hidratação incompleta, sedimentação, viscosidade elevada, suspensões instáveis e funcionalidade inconsistente. Estas questões tornam-se ainda mais importantes em formulações com elevado teor proteico, à base de plantas e de rótulo limpo.
Os ultra-sons de alta intensidade e baixa frequência geram cavitação acústica em líquidos. A implosão de bolhas microscópicas cria forças de cisalhamento localizadas, turbulência e micro-mistura. Em sistemas de proteínas, esses efeitos podem quebrar aglomerados, reduzir o tamanho das partículas, melhorar a transferência de massa e modificar a organização física de suspensões ricas em proteínas. O resultado é um sistema de proteínas que é mais fácil de processar e muitas vezes tem um melhor desempenho no produto acabado.

Como a Sonicação Melhora o Processamento de Proteínas na Indústria Alimentar

• Melhoria da dispersão e da hidratação
  As proteínas em pó hidratam-se frequentemente de forma desigual e formam aglomerados. A sonicação ajuda a desaglomerar as partículas e promove uma humidificação mais uniforme, o que pode reduzir os tempos de hidratação e melhorar o manuseamento a jusante.
• Redução do tamanho das partículas
  A redução do tamanho das partículas está frequentemente associada a uma sensação mais suave na boca, a um melhor comportamento de suspensão e a um melhor acesso da água às superfícies das proteínas. O documento sobre a proteína de aveia conclui especificamente que os ultra-sons são úteis para o processamento de proteínas vegetais à escala industrial no que diz respeito à diminuição do tamanho das partículas.
• Maior solubilidade proteica
  A sonicação pode aumentar a fração dissolvida das proteínas e melhorar a solubilidade aparente em sistemas difíceis. No estudo da proteína de aveia, os autores relatam que a ultra-sons aumentou a quantidade dissolvida de concentrado de proteína de aveia, com solubilidade já cerca de três vezes maior a uma densidade de energia de 200 J/mL.
• Estabilidade da suspensão melhorada
  Ao melhorar a dispersão e reduzir as fracções de partículas não dissolvidas, os ultra-sons ajudam a reduzir a sedimentação e a separação de fases. O documento carregado relata que a ultrassonografia diminuiu a instabilidade das suspensões de concentrado de proteína de aveia e que o tratamento contínuo da célula de fluxo melhorou fortemente a estabilidade da suspensão na mesma densidade de energia.

Exemplo: Processamento de proteína de aveia com os Sonicadores Hielscher

Um estudo de 2025 sobre o processamento de concentrado de proteína de aveia caracterizou tanto lote e ultrassom de célula de fluxo usando equipamento Hielscher. Os pesquisadores usaram um Hielscher UIP1500hdT e um Hielscher UP200St em seus experimentos. Eles descobriram que a ultrassonografia aumentou a quantidade dissolvida de concentrado de proteína de aveia, diminuindo a instabilidade da suspensão com o aumento da densidade de energia. Eles também descobriram que a sonicação de célula de fluxo permitiu maior rendimento e ofereceu relevância industrial em comparação com o design de lote comum.
O estudo conclui ainda que o ultrassom é uma ferramenta útil em aplicações de processo em escala industrial para concentrados de proteína vegetal. Destaca a redução melhorada do tamanho das partículas, a melhor estabilidade da suspensão e a importância da sonicação contínua em configurações de células de fluxo para a eficiência do processo e aumento de escala.

Exemplo: Funcionalidade melhorada por sonicação da proteína de ervilha

O processamento ultrassónico oferece vários benefícios claros para os sistemas de proteína de ervilha: melhora a dispersibilidade e a solubilidade, quebrando agregados e reduzindo o tamanho das partículas, o que pode reforçar o desempenho funcional nos alimentos sem prejudicar a digestibilidade das proteínas ou a bioacessibilidade. Nas formulações que contêm fibras, o ultrassom também pode promover a formação de uma rede útil de proteína-fibra e, dependendo do tipo de fibra, aumentar a viscosidade e a capacidade de construção de textura. Nas alternativas de iogurte fermentado de proteína de ervilha, o ultrassom melhorou ainda mais a qualidade do produto, reduzindo os principais compostos de sabor desagradável, como o hexanal e o 2-pentilfurano, ao mesmo tempo que aumentou os compostos de aroma desejáveis semelhantes aos do iogurte, como o diacetil e a acetoína, tornando-o uma ferramenta promissora de rótulo limpo, tanto para a funcionalidade como para a melhoria sensorial.
(cf. Kalla-Berthold et al., 2023; Matysek et al., 2024)

Imagens FE-SEM (ampliações de 400x e 2000x, barra de escala: 10 µm) de amostras não tratadas (UT) e
amostras de proteínas de ervilha (PP) tratadas com ultra-sons (T).
Estudo e imagem: ©Kalla-Berthold et al., 2023

Exemplo: Vantagens da proteína de cânhamo tratada por ultra-sons

A extração ultra-sónica de proteínas de cânhamo oferece vários benefícios notáveis, especialmente para valorizar os resíduos de sementes de cânhamo desengorduradas em ingredientes de maior valor. No estudo carregado, a extração assistida por ultrassom melhorou a recuperação geral de proteínas e a pureza em comparação com a extração convencional, com o melhor processo combinado atingindo cerca de 62% de recuperação de proteínas e cerca de 76% de pureza quando emparelhado com um pré-tratamento HPP. Também melhorou a extração de aminoácidos em todos os isolados, sugerindo um melhor rendimento nutricional, ao mesmo tempo que evitou danos visíveis importantes nos padrões de bandas de proteínas em SDS-PAGE. No geral, os resultados apoiam os ultra-sons como uma abordagem de extração mais ecológica e eficiente que pode reduzir a intensidade do processamento e ajudar a transformar os subprodutos do cânhamo em alimentos úteis e ingredientes proteicos nutracêuticos.
(cf. Cabral et al. 2023)

Exemplo: Extração ultra-sónica de hidrolisado de proteína a partir de farelo de arroz

A extração ultra-sônica de hidrolisado de proteína de arroz oferece vantagens funcionais claras porque o ultrassom melhora a liberação de proteína do farelo de arroz, interrompendo as estruturas celulares e aumentando a transferência de massa, tornando a extração mais eficiente do que as abordagens convencionais. No estudo, a extração foi optimizada com sucesso a uma relação sólido/líquido de 0,43, 48,25% de amplitude, e 29,89 minutos, e hidrólise enzimática assistida por ultrassom também apoiou a geração de hidrolisados com forte bioatividade, incluindo alta atividade inibidora da ECA e potencial antioxidante. Os autores concluem que os ultra-sons são uma técnica eficaz não só para a extração de proteínas, mas também para acelerar a hidrólise enzimática, ajudando a converter o farelo de arroz em ingredientes proteicos bioactivos de maior valor.
(cf. Hayta et al., 2020)

Vantagens para os fabricantes de alimentos e suplementos

• Melhor qualidade do produto
  A sonicação pode proporcionar uma textura mais suave e uma sensação na boca em produtos proteicos líquidos, uma melhor homogeneidade em suspensões e pré-misturas, uma sedimentação menos visível em bebidas proteicas e um desempenho funcional mais consistente em todos os lotes.
• Processamento mais eficiente
  Os ultra-sons podem intensificar o processamento acelerando a dispersão e a hidratação e permitindo um tratamento contínuo em linha. O estudo da proteína de aveia relata que o design da célula de fluxo permite densidades mais elevadas apesar do elevado rendimento em massa e pode, por conseguinte, suportar uma maior eficiência e uma maior relevância industrial do que um design de lote comum.
• Maior flexibilidade de formulação
  A sonicação é útil para formulações de proteínas vegetais difíceis, bebidas RTD com elevado teor de proteínas, bases de suplementos e processos a montante da homogeneização, hidrólise ou secagem. O documento assinala a relevância das bebidas à base de plantas, pastas e etapas subsequentes de hidrólise.
• Melhor potencial de expansão
  Os parâmetros de sonicação definidos, tais como a amplitude, a intensidade, a densidade de energia, o tempo de residência e a contrapressão apoiam a transferência de processos do trabalho laboratorial para a produção piloto e industrial. O estudo carregado coloca especial ênfase nestes parâmetros para a conceção de um processamento contínuo escalável.

Porque é que a utilização dos Sonicadores Hielscher traz benefícios

Os sonicadores Hielscher são atractivos para o processamento de proteínas porque permitem um tratamento ultrassónico controlado e reprodutível. Para os fabricantes, a verdadeira vantagem não é apenas gerar cavitação, mas gerá-la em condições definidas e escaláveis.

• Parâmetros de sonicação controlados
  Os sistemas Hielscher utilizados no estudo permitiram que os investigadores trabalhassem com amplitudes, intensidades e densidades de energia definidas, tanto em modo de lote como de célula de fluxo. Isto permite o desenvolvimento sistemático de processos e o aumento de escala.
• Capacidade para células de fluxo e de lote
  Os fabricantes podem avaliar a sonicação em lote e depois avançar para o processamento contínuo em linha. O documento carregado mostra que a sonicação contínua de célula de fluxo pode superar o tratamento em lote na estabilidade da suspensão e na relevância industrial.
• Conceção de processos para produção industrial
  O estudo mostra que a contrapressão, o tempo de residência e o fluxo de massa são variáveis importantes na sonicação contínua. Isto é importante para os fabricantes porque faz do tratamento ultrassónico uma verdadeira ferramenta de engenharia de processos e não apenas uma técnica de laboratório.
• Suporte para sistemas de proteínas difíceis
  O documento enfatiza que a adaptação das propriedades do produto, como o tamanho das partículas, a estabilidade da suspensão, a solubilidade e a viscosidade, é de grande importância para as suspensões à base de plantas. Também observa que os sonicadores precisam de uma pequena área, podem lidar com altas concentrações de sólidos e oferecem uma combinação única de efeitos físicos e químicos.

 
Aplicações típicas
O processamento de proteínas por ultra-sons é relevante para

• bebidas de proteínas vegetais à base de aveia, ervilha, soja, arroz, fava ou misturas;
• bebidas lácteas e não lácteas fortificadas com proteínas;
• suspensões de suplementos nutricionais e injecções líquidas;
• dispersões proteicas antes da homogeneização ou emulsificação;
• e pré-misturas para secagem por pulverização ou funcionalização adicional.

O ultrassom como uma tecnologia de processamento de proteínas escalável

A sonicação ajuda os fabricantes de alimentos e suplementos a melhorar a funcionalidade das proteínas quando a mistura convencional atinge frequentemente os seus limites. Ao intensificar a dispersão, reduzir o tamanho das partículas, aumentar as fracções de proteínas dissolvidas e estabilizar as suspensões, os ultra-sons podem proporcionar benefícios mensuráveis na qualidade do produto e na eficiência do processo. O estudo carregado apoia esta posição para concentrados de proteína de aveia e indica que a sonicação contínua de células de fluxo é especialmente promissora para o processamento industrial.
Os sonicadores Hielscher proporcionam uma via prática desde a viabilidade laboratorial até à implementação industrial. A sua utilização em trabalhos publicados sobre o processamento de proteínas, incluindo o estudo da proteína de aveia carregada, mostra como o tratamento ultrassónico pode ser desenvolvido numa fase de produção controlada e escalável para os fabricantes de alimentos e suplementos nutricionais.

O quadro seguinte dá-lhe uma indicação da capacidade de processamento aproximada dos nossos ultra-sons:

Conceção, fabrico e consultoria – Qualidade fabricada na Alemanha

Os ultrassons Hielscher são conhecidos pelos seus elevados padrões de qualidade e design. A robustez e a facilidade de operação permitem a integração harmoniosa dos nossos ultrassons nas instalações industriais. As condições difíceis e os ambientes exigentes são facilmente controlados pelos ultrassons Hielscher.

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

Literatura / Referências