Principios y fundamentos de la tecnología de ULTRASONIDO

Principios y fundamentos de la tecnología de ULTRASONIDO

El ultrasonido son ondas sonoras con una frecuencia superior a la perceptible por el oído del ser humano,  mayores de 16 kHz.

El Ultrasonido de poder (20 – 100 KHz) es el utilizado en la industria alimentaria principalmente para la inactivación de microorganismo. Éste tipo de ultrasonido genera un fenómeno llamado “cavitación”, el cual consiste en la formación de burbujas, las cuales estarán en constante expansión y compresión, posteriormente la burbuja tendrá un crecimiento y finalmente una implosión, se alcanzan temperaturas de 5000 °C y una presión de 500 bar; con éste fenómeno provocan la lisis de las membranas de los microorganismos, inactivándolos de forma inmediata. Con esta frecuencia de ultrasonido se genera también la inactivación de enzimas, alteraciones químicas, oxidaciones y mejoran el proceso del ablandamiento de carne y la congelación de los productos.

El Ultrasonido de diagnóstico (5 MHz – 10 MHz) son frecuencias más altas, las cuales se ocupan únicamente para conocer características físico-químicas del alimento, no genera el fenómeno de cavitación.

El uso de ultrasonido como una tecnología emergente tiene amplios usos en el tratamiento de alimentos, tales como: FILTRACIÓN • ANTIESPUMANTE • DESGACIFICACIÓN/DESAIREACIÓN • COCCIÓN • DESMOLDEO Y EXTRUSIÓN • CORTADO • CONGELACIÓN Y CRISTALIZACIÓN • DESCONGELACIÓN • SECADO • ABLANDAMIENTO DE LA CARNE  • SALMUERA, MARINADO Y EN ESCABECHE • ESTERILIZACIÓN Y PASTEURIZACIÓN • EMULSIFICACIÓN/HOMOGENEIZACIÓN

Equipos

Un sistema de ultrasonido de potencia consta de tres partes básicas:

Generador eléctrico: Fuente de energía

Transductor: Convierten la energía eléctrica a través de las vibraciones mecánicas en las frecuencias de ultrasonido

Acoplador: Emite las ondas de ultrasonido desde el transductor en el medio. Las formas más importantes de acopladores son acopladores de baño y sondas.

En las imágenes se presentas dos tipos de equipo de ultrasonidos: Baño de ultrasonido, que es utilizado para limpieza de frutas y verduras para limpieza; y Sonda de ultrasonido, que es aplicado para el ablandamiento de carne.

En la industria se tienen diferentes equipos de ultrasonido relacionado a las necesidades de cada producto, algunos de los principales equipos son los siguientes:

Equipo de filtración asistido por ultrasonido: Se crean las ondas para formar turbulencia y facilitar la filtración del fluido a través de las membranas. Las membranas se encuentras en un equipo de baño de ultrasonido.

Equipo Antiespumante: Consta de una banda transportadora que lleva al producto, principalmente bebidas gasificadas como refresco, cerveza, entre otros. Cuando se hace pasar la bebida por las ondas la espuma desaparece completamente de forma inmediata.

Equipo de Cortado: En este equipo se utiliza para hacer cortes muy finos, detallados y sin dañas las estructuras físicas del alimentos. Consta de una navaja conectada a un mango que lleva las ondas de ultrasonido, y este a su vez conectado a un generador.

Extractores Herbales: Regularmente el Ultrasonido es asistido con equipo de fluidos súper-críticos para facilitar la extracción y mejorar los rendimientos.

Procesador ultrasónico de líquidos: Es un equipo de baño (tina) para la pasteurización de alimentos o bebidas.

Máquina de limpieza de Ultrasonido: Es un equipo de baño de ultrasonido por el cual se hacen pasar los alimentos por cierto tiempo para la inactivación de microorganismos.

Efectos del Ultrasonido en los alimentos
La utilización de la tecnología de ultrasonido puede causar diferentes tipos de efectos sobre los alimentos, siendo los principales los que a continuación se mencionan:

• Emulsificación y homogeneización:

En emulsificación: Cuando dos líquidos inmiscibles se irradian con ultrasonidos, una de las fases debe cavitar y de este modo poder hacer miscibles las dos fases de una manera mucho más rápida y estable que con los métodos mecánicos tradicionales. Tiene aplicaciones en alimentos para emulsificar jugos de frutas, mayonesas y/o kétchup.

En homogeneización: en trabajos recientes, se ha demostrado que el uso de ultrasonido consigue una reducción del 81.5% en el tamaño de las moléculas de grasa en leche consiguiendo un efecto mucho más homogéneo.

• Cambios en viscosidad y textura:

El efecto del ultrasonido sobre las propiedades de viscosidad y textura va a depender de la intensidad aplicada del ultrasonido: la viscosidad puede aumentar o disminuir dependiendo del producto tratado, mientras que sobre la textura generalmente funge como un ablandador. La intensidad y tiempo de exposición también define si el cambio será temporal o permanente.

• Antiespumado:

Para lograr el efecto de antiespumado se utiliza ultrasonido de alta intensidad, las maquinarías destinadas a este fin retirar la espuma derivada del envasado de alimentos líquidos en cuestión de milisegundos, el uso de ultrasonido como antiespumante previene la contaminación química de los alimentos derivada del uso de antiespumantes además de que puede usarse en condiciones estériles sin contaminar el producto, como en el envasado de cerveza.

• Extracción:

Se ha demostrado que el uso de ultrasonido en los procesos de extracción de compuestos biológicos ha reducido los tiempos de extracción y mejorado los rendimientos del proceso, esto se debe al efecto que la cavitación provoca en las células vegetales volviendo más permeables las membranas y permitiendo la salida de los compuestos de interés, cabe mencionar que el ultrasonido se usa aunado a los solventes y la temperatura.

• Cocción:

La cavitación producida por el ultrasonido induce una serie de procesos rápidos y sucesivos de compresiones y rarefacciones en el material alimenticio provocando una distribución de calor homogénea evitando que el alimento quede quemado en la superficie y crudo en el centro, por lo que reduce los tiempos de cocción, la energía utilizada e incluso mejorando la palatibilidad del mismo por los efectos de ablandamiento en su textura y en casos de marinado favorece la absorción del sabor.

• Secado:

El uso de ultrasonido en procesos de secado no afecta las propiedades de color ni sabor de los alimentos que son sometidos a él, se ha encontrado que en sistemas de sólidos suspendidos acelera entre 30-60% la transferencia de calor reduciendo el tiempo del tratamiento térmico mientras que en sólidos implica una serie de procesos rápidos y sucesivos de compresiones y rarefacciones en el material alimenticio mejorando la distribución de calor y rediciendo en tiempo de deshidratación.

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