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Ultrasonidos para industria alimentaria

En los últimos años, las propiedades de los ultrasonidos han despertado un creciente interés en la industria alimentaria, ya que la inducción de reacciones físicas y químicas puede conducir a una ventaja estratégica en las diversas etapas de procesamiento delos alimentos.El ultrasonido se ha aplicado a las tecnologías alimentarias debido a sus efectos mecánicos y/o químicos en los procesos de homogeneización, mezcla, extracción, filtración, cristalización, deshidratación, fermentación y desgasificación a través de sus acciones antiespumantes, reducción del tamaño de partículas, modificaciones temporales o permanentes de la viscosidad, modulación del crecimiento de células vivas, destrucción celular y dispersión de agregados, inactivación de microorganismos y enzimas,  y esterilización de equipos.


Debido a que US ofrece varias ventajas, esta forma de energía se ha aplicado para mejorar las características cualitativas de los alimentos de alta calidad y para garantizar la seguridad de una gran variedad de alimentos, al tiempo que minimiza cualquier efecto negativo sobre las características sensoriales de los alimentos. Además, la naturaleza no destructiva de esta tecnología ofrece varias oportunidades para el análisis de la composición de los alimentos.

Al igual que con todas las demás tecnologías de procesamiento más innovadoras, los US de alta potencia no son una tecnología estándar y, por lo tanto, deben estudiarse y desarrollarse para cada tipo de aplicación. Según la frecuencia utilizada y la amplitud de la onda sonora aplicada, se pueden utilizar una serie de efectos físicos, químicos y bioquímicos para una variedad de aplicaciones. La aplicación de ultrasonidos de alta energía/intensidad mejora la calidad de los alimentos procesados y da como resultado características similares al producto fresco (color, consistencia, sabor y nutrientes).

En la industria alimentaria, los ultrasonidos se utilizan para controlar los procesos de producción, evaluar las características de los alimentos, detectar defectos, controlar la maduración de la fruta, mejorar el rendimiento y la velocidad de extracción de los componentes de los alimentos y evaluar el estado de conservación. Los ultrasonidos se han utilizado para mejorar las operaciones tradicionales de procesamiento de alimentos al reducir los requisitos de energía y químicos, ofreciendo así una opción más ecológica. En el procesamiento de alimentos, las aplicaciones de ultrasonidos se dividen en dos categorías, a saber, reemplazar las tecnologías tradicionales y ayudar a las tecnologías tradicionales. En este último caso, el uso de los ultrasonidos para mejorar diversos procesos alimentarios, como la extracción, congelación, descongelación, salmuera, oxidación, filtración y secado / deshidratación, aumenta la eficiencia del procesamiento y mejora las desventajas de las tecnologías tradicionales utilizadas durante el procesamiento.

A continuación algunas de las aplicaciones de los ultrasonidos en diferentes procesos:
 
Máquinas de ultrasonido en industria alimentaria

Características

La mejora constante de los procesos existentes y las nuevas tecnologías se introducen continuamente en el sector alimentario, con el objetivo de mejorar la eficiencia de la producción, garantizar una mayor seguridad y calidad, y reducir los costes energéticos. Por lo tanto, las tecnologías de procesamiento de alimentos son un sector en continuo desarrollo. Los cambios en los gustos de los consumidores y la necesidad de ofrecer productos cada vez más seguros y de mayor calidad implican una investigación innovadora y en constante evolución. De hecho, la introducción de nuevas tecnologías puede favorecer una reducción de los tiempos de procesamiento y una mejora en la gestión de las condiciones de procesamiento. Estos aspectos están estrictamente vinculados a la obtención de productos de alta calidad que preserven al máximo las características naturales del producto. Otro aspecto muy importante que hay que tener en cuenta es la reducción de los requerimientos energéticos de los procesos para limitar tanto los costes ambientales como los económicos. El ultrasonido se ha aplicado a productos cárnicos, verduras y frutas, productos de cereales, alimentos gasificados, miel, geles alimentarios, proteínas alimentarias y enzimas alimentarias para la inactivación, congelación, secado y extracción microbiana obteniendo unos resultados sorprendentes.


Cristalización

Cristalización
El ultrasonido de alta intensidad influye en el proceso de cristalización a través del inicio de la nucleación al controlar el desarrollo y la formación de pequeños cristales. La congelación asistida por ultrasonidos reduce el tiempo requerido para formar cristales y garantiza una mayor homogeneidad, reduciendo el daño celular y preservando la integridad del producto. Al aplicar ultrasonidos en modo discontinuo, es decir, sonicación, el proceso de cristalización del azúcar se controla facilitando la formación de numerosos núcleos a partir de una solución de azúcar, y los núcleos se mejoran mediante la formación de cristales bien definidos. Este proceso de cristalización física ocurre sin la introducción de sustancias extrañas. La sonicación se aplica durante la congelación para mejorar por ejemplo la calidad de los helados. Los cristales de hielo con un tamaño y distribución uniformes son importantes contribuyentes a la calidad del producto, y la nucleación es el factor más importante que controla la formación y distribución de cristales durante la congelación.

Emulsión

Emulsión
Las emulsiones y dispersiones a menudo contienen surfactantes para aumentar la estabilidad. Los tensioactivos inhiben la aglomeración del material disperso en la fase líquida. De hecho, los tensioactivos forman una capa alrededor de cada partícula. Sin embargo, los mismos surfactantes pueden encapsular burbujas de gas suspendidas en la fase líquida, que se estabilizan sustancialmente. De esta manera, se consume el surfactante, se reduce la calidad de la emulsión o dispersión y se generan lecturas erróneas del tamaño de partícula. Los líquidos son simplemente desgasificados por sonicación para reducir el problema de burbujas de gas estabilizadas, reduciendo el número de burbujas y favoreciendo la emulsión. La implosión de una burbuja de cavitación a lo largo de la superficie de contacto entre dos líquidos inmiscibles genera una emulsión altamente estable, incluso a baja energía. En el sector alimentario, las ondas de ultrasonidos de baja frecuencia y alta energía también se utilizan específicamente para generar emulsiones, mayonesa, jugos de frutas, ketchup y leche homogeneizada.

Extracción

Extracción
Los efectos mecánicos facilitan una mayor penetración del disolvente en las células, mejorando la transferencia y el efecto de cavitación, lo que hace que las paredes celulares se rompan y liberen su contenido en el medio. Por lo tanto, con esta tecnología, se obtienen mayores rendimientos en menos tiempo con temperaturas de procesamiento más bajas. Además, varias aplicaciones han demostrado que la extracción asistida por los ultrasonidos representa una alternativa ecológica y económicamente viable a las técnicas convencionales para alimentos y productos naturales.

Acción antiespumante

Acción antiespumante
El tratamiento antiespumante y antiespumante de líquidos son aplicaciones interesantes de los ultrasonidos. De hecho, los ultrasonidos, obligan a las pequeñas burbujas suspendidas en el líquido a subir a la superficie y liberar el gas atrapado en el medio ambiente, reduciendo así el nivel de gas disuelto por debajo del nivel del líquido. Por lo tanto, el tratamiento con ultrasonidos se utiliza para obtener bebidas carbonatadas sin espuma, en sistemas de fermentación o en otros procesos donde la espuma empeora la calidad de los productos.

Fermentación

Fermentación
A alta intensidad, los ultrasonidos interrumpen las células y / o desnaturaliza las enzimas. A baja intensidad, mejora la transferencia de masa de reactivos y productos a través de la interfaz o a través de la pared celular. El ultrasonido se ha utilizado en estos procesos para monitorear el progreso de la fermentación o para influir en su progresión. Además, también se ha utilizado para eliminar microorganismos que de otro modo podrían obstaculizar el proceso.

Pasteurización

Pasteurización
La combinación de ultrasonidos con un tratamiento térmico es efectiva a bajas temperaturas y, posteriormente, mejora la calidad del producto. La pasteurización con ultrasonidos a 50 ◦C tiene el potencial de preservar la calidad de muchos productos alimenticios en términos de propiedades fisicoquímicas, color y sabor en comparación con las técnicas de pasteurización convencionales que implican temperaturas mucho más altas y costes energéticos mayores.

Filtración

Filtración
La energía vibratoria generada por los ultrasonidos permite que las partículas se mantengan en suspensión y continúen moviéndose, dejando libres las superficies de los filtros y facilitando el paso del disolvente a los poros.
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TABLA COMPARATIVA

Célula de flujo 2kW

Célula de flujo 2kW

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Célula de flujo 4kW

Célula de flujo 4kW

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Dimensiones exteriores LxWxH (mm)926 x 442 x 3101852 x 442 x 310
Consumo máximo (kVA)24
Frecuencia de trabajo (kHz)24 - 25 - 28 - 3324 - 25 - 28 - 33
Grado de protección IP5454
Temperatura del fluido (ºC)5 - 255 - 25
Temperatura máxima del sistema (ºC)6565
Presión máxima de trabajo (bar)33
Entrada presión para refrigeración (bar)5.55.5
Protocolo de comunicaciónModbus RS 485 RTUModbus RS 485 RTU
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