Aplicación del Ultrasonido en la Industria de los Alimentos

Abstract

El ultrasonido es una de las tecnologías emergentes con más investigación y desarrollo para la conservación de alimentos, utilizada, principlamente para la disminución de la concentracion de microorganismos y la inhibicion de la actividad enzimática, sin alterar las propiedades físicas, químicas y nutricionales de los alimentos.
Gracias al análisis de direfentes fuentes bibliográficas, se logró elaborar este documento en el que se destacan las aplicaciones del ultrasonido en los principales procesos de la tecnología de alimentos, incluyendo los beneficios del efecto de la cavitación, la intensidad y las frecuencias aplicadas, en cada una de las investigaciones que se han realizado actualmente.

Full text

AplicAción del UltrAsonido en lA indUstriA
de los Alimentos
ApplicAtion of UltrAsoUnd in the food indUstry
Delgado Javier Orlando
Escuela Ciencias Básicas Tecnología e Ingeniería, Universidad Nacional Abierta y a Distancia-UNAD,
Bogotá, Colombia, jo d e l ga d o @ u n a d v ir t u a l.e d u.c o
Recibido: 17/09/2011 Aprobado:15/12/2011
resUmen
El ultrasonido es una de las tecnologías emergentes con más investigación y desarrollo para la
conservación de alimentos, utilizada, principlamente para la disminución de la concentracion de mi-
croorganismos y la inhibicion de la actividad enzimática, sin alterar las propiedades físicas, químicas
y nutricionales de los alimentos.
Gracias al análisis de direfentes fuentes bibliográficas, se logró elaborar este documento en el que
se destacan las aplicaciones del ultrasonido en los principales procesos de la tecnología de alimentos,
incluyendo los beneficios del efecto de la cavitación, la intensidad y las frecuencias aplicadas, en cada
una de las investigaciones que se han realizado actualmente.
Palabras clave: cavitación, conservación, frecuencia, intensidad, propiedades, tecnología, ultrasonido
AbstrAct
Ultrasound is an emerging technology with more research and development for food preservation,
one of the qualities of is the reduction of the concentration of microorganisms, inhibition of enzyme
activity without altering the physical, chemical and nutritional foods.
It was conducted direffent literature sources analysis to develop a document with ultrasound appli-
cations in main food technology processing, the benefits of cavitation effect, intensity and frequency
applied in each of researching works that have been made today.
Keywords: cavitation intensity, conservation frequency, intensity, property, technology, ultrasound

142
Revista Especializada en Ingeniería de Procesos en Alimentos y Biomateriales
i. introdUcción
Ultrasonido es el nombre que reciben las on-
das de sonido con frecuencias mayores a aque-
llas que pueden ser detectadas por el oído huma-
no. El ultrasonido maneja ondas con frecuencias
entre 16KHz y 20MHz, las cuales al ser aplica-
das pueden llegar hasta 5MHz en gases o hasta
500MHz en líquidos y sólidos[1], [2], [3].
El ultrasonido es una tecnología emergente
que, recientemente, ha sido estudiada para pro-
pósitos de inactivación microbiana y enzimática,
pero que durante años ha sido objeto de inves-
tigación en la industria de alimentos, especial-
mente, en el tema de control de calidad. Se ha
demostrado que puede ser utilizado para la eva-
luación de textura, composición y viscosidad de
alimentos[4], para el desarrollo de técnicas de
análisis no invasivas y para determinar el nivel
de homogenización de glóbulos de grasa en le-
che[5], entre otras aplicaciones. Adicionalmente,
el ultrasonido, por su capacidad para destruir
paredes y membranas biológicas, se considera
una tecnología promisoria tanto para la destruc-
ción de microorganismos a temperaturas de pro-
cesamiento inferiores a las utilizadas durante la
esterilización, como para acompañar otras tec-
nologías de proceso como lo son la extracción,
las altas presiones, la pasteurización, entre otras
[6], [7], [8], [9], [10].
Dependiendo de los rangos de frecuencias uti-
lizados, el ultrasonido se puede dividir en dos ti-
pos: ultrasonido de baja intensidad y ultrasonido
de alta intensidad, tabla 1.
TABL A I
ClasifiCaCión del Ultrasonido
ULTRASONIDO
ALTA INTENSIDAD
18-100kHz.
Procesamiento o estabilización
de alimentos
Rompimiento celular
Permeabilización la de membrana
celular
Cambios estructurales y
Fisicoquímicos
Homogenización de emulsiones
BAJA INTENSIDAD
>100kHz
Diagnostico, control de calidad,
fenomenos de relajación
Ecografías
Aplicaciones terapéuticas
Fuente: autor
A. Mecanismos de acción del ultrasonido
Las investigaciones actuales se han concentra-
do en entender el mecanismo de acción del ultra-
sonido de alta intensidad para la inactivación de
microorganismos, ya que cuando este se aplica,
tiene el potencial de causar la muerte celular, lo
que conlleva a diversas hipótesis, entre las que
se encuentran los fenómenos de cavitación, el
calentamiento localizado, la formación de radi-
cales libres y el aumento de la temperatura y la
presión, entre otras [11], [12], [13].
Los mecanismos de acción del ultrasonido se
clasifican principalmente en térmicos (generación
de energía calórica o mecánica), y no térmicos
(cavitación, rarefacción, formación de radicales
libres, choques micro-mecánicos y fuerza de ra-
diación), como se muestra en la tabla 2.

143
Publicaciones e Investigación ISSN: 1900-6608 Volumen 6 - 2012
TABL A I I
MeCanisMos de aCCión del Ultrasonido
TEORÍA MECANISMO APLICACIÓN
Cavitación
Remoción mecánica por irrupción o atrapamiento
de la bacteria, a través de burbujas localizadas
con altas temperaturas (5500°C) y presiones
(500MPa).
Procesos de desinfección,
lisis celular e inactivación
enzimática.
Formación
de Radicales
Libres
Sonólisis del agua puede producir iones (OH-)
y (H+) y peróxido de hidrógeno.
Inactivación microbiana y
enzimática.
Choques
micro-mecánicos
intracelulares
Disrupción de las células y disminución del grosor
de paredes celulares. Lisis celular, inactivación
enzimática y efecto
antimicrobiano.
Generación de
energía calórica
y mecánica
Propagación de la onda; decrece con la distancia
al ser aplicado en material atenuante. Esta porción
que es absorbida se traduce en calor. Inactivación microbiana.
Fuerza de radiación Movimiento o vibración local de un tejido por
fuerza de radiación acústica. Análisis clínicos.
Compresión
y Rarefacción Microcorriente acústica. Inactivación microbiana
y enzimática.
B. Ventajas y desventajas de la técnica del
ultrasonido.
1) En la salud humana
• El ultrasonido, por ser una técnica no destruc-
tiva de tejidos, no produce ninguna reacción
secundaria comprobada, al ser humano; los
alimentos tratados no producen modificacio-
nes genéticas
• Mejora la digestibilidad de proteínas gracias
al proceso de cavitación y al rompimiento de
cadenas de aminoácidos no digeribles por al-
gunas personas. Las propiedades nutricionales
de los alimentos se mantienen estables, y su
margen de calidad, alta.
• No se debe confundir los tratamientos de ul-
trasonidos de potencia con ultrasonidos de
señal. Los ultrasonidos de potencia utilizados
en alimentos tienen rangos de frecuencia en-
tre 20kHz y 100KHz; si se somete a alimentos,
con frecuencias más altas, se estaría tratando
entonces con frecuencias de señal que sí pu-
eden producir radicales libres en aceites y la
destrucción de células tanto benéficas como no
benéficas para el organismo.
2) Procesamiento de alimentos
Como desventaja se tiene que el efecto del ul-
trasonido en grandes cantidades de prducción no
es totalmente eficiente y es necesario la combi-
nación con tratamientos de calor, presión o el uso
de los dos.
• No se ha profundizado en factores clave de dis-
eño y su posterior escalado.
• Su efecto en esporas es muy efectivo, pero se
requiere de mucho de tiempo.
• La técnica es óptima para mejorar cualidades
como emulsificación, viscosidad, desaireado
en líquidos, inactivación de enzimas y vida útil.

144
Revista Especializada en Ingeniería de Procesos en Alimentos y Biomateriales
C. Aplicaciones del ultrasonido
1) Ultrasonido como método de emulsifica-
ción/homogenización. Cuando dos líquidos in-
miscibles se irradian con ultrasonidos, no siem-
pre es posible mezclarlos y crear una emulsión,
ya que una de las fases debe cavitar y de este
modo poder hacer miscibles las dos fases.
Durante la cavitación, las burbujas generadas
colapsan cerca a la interface existente entre los
dos líquidos y este choque resulta en la mezcla
eficiente de las dos fases [14].
2) Filtración asistida ultrasónicamente: la
aplicación de energía ultrasónica en la superficie
de la membrana utilizada, puede aumentar el flujo
del líquido, ya que la permeabilidad intrínseca de
esta, se ve afectada por las ondas de ultrasonido
[15], [16]. La filtración asistida ultrasónicamente se
ha aplicado con éxito para aumentar la filtración
de aguas industriales residuales, consideradas
difíciles de procesar[17], [18], [15]. Sin embargo,
en este proceso, se debe controlar la intensidad
del ultrasonido, con el fin de prevenir el daño de
la membrana de filtración [4].
3) Ultrasonido como método antiespuman-
te: ondas de ultrasonido de alta intensidad ofre-
cen un método atractivo para controlar el exceso
de espuma en los procesos, y al mismo tiempo
brindan condiciones estériles, lo que hace que
este método sea particularmente apropiado para
su implementación en las industrias alimentaria y
farmacéutica [19]. Como ejemplo, se encuentra el
control del exceso de espuma en el embotellado
de alta velocidad en líneas de latas de bebidas
carbónicas, ya que debido a la cavitación (ruptura
de burbujas) se controla, casi instantáneamente,
bajo el haz acústico formado por estas ondas de
ultrasoni do [19].
4) Ultrasonido en el proceso de desgasifi-
cación/de-aireación: en el procesamiento de
las bebidas carbonatadas, el objetivo es des-
plazar el aire de la superficie del líquido, con el
fin de evitar daños organolépticos del producto
por las bacterias y el oxígeno. Este proceso
consiste en el acoplamiento de un transductor
en la parte exterior de la botella, lo que lleva a
la desgasificación.
5) Despolimerización por ultrasonido: la
aplicación de ultrasonido de baja potencia, por
lo general, causa una reducción temporal de la
viscosidad de los líquidos poliméricos, mientras
que tratamientos con altas potencias generan
despolimerización y cambios permanentes en la
reología de un producto. Estas modificaciones,
atribuidas al tratamiento ultrasónico, permiten
generar productos con características fisicoquí-
micas y organolépticas diferentes, motivo por
el cual esta tecnología se utiliza en el procesa-
miento de bebidas y en el desarrollo de nuevos
productos [20], [21].
6) Ultrasonido y cocción: se ha comprobado
que la aplicación de ultrasonido en el proceso de
cocción genera una mayor retención de la hu-
medad de los productos tratados, así como una
mayor eficiencia energética, lo que optimiza los
tratamientos convencionales solo con tempera-
tura. Esta combinación de tecnologías podría
considerarse como una técnica nueva, rápida y
energéticamente eficiente, que puede mejorar los
atributos de textura de productos como la carne
cocida [22].
7) Ultrasonido y corte: el corte de produc-
tos alimenticios mediante la aplicación de ondas
de vibración ultrasónica, se ha convertido en un
procedimiento de gran impacto en la industria, el
cual compite directamente con las tecnologías
tradicionales como son el corte de alta veloci-
dad y el uso de sierras y cuchillos [23]. Se ha
comprobado que mediante el proceso ultrasóni-
co se obtiene mayor precisión en los cortes y se
produce un menor porcentaje de desperdicios.
La aplicación más difundida se encuentra en el
corte de alimentos frágiles como tartas, paste-
les y otros productos de panadería, así como en
productos grasos (quesos) o viscosos como las
gelatinas [24].

145
Publicaciones e Investigación ISSN: 1900-6608 Volumen 6 - 2012
8) Ultrasonido para mejorar viscosidad y
textura: en la industria alimentaria, el ultrasonido
se utiliza cada vez más para la emulsificación de
productos como jugos de frutas, mayonesas y sal-
sas de tomate[14]; para la homogeneización de la
leche [25] y para la encapsulación de aromas[26],
así como para la emulsión de aceites comestibles
[27]. Esta predilección por el método ultrasónico
se debe a que requiere menos energía para pro-
ducir una emulsión, por lo cual es más económico
que los métodos convencionales.
9) Ultrasonido en el proceso de congelación
y cristalización: bajo la influencia del ultrasoni-
do, la congelación proporciona un tamaño final
de los cristales de hielo, menor, y el daño celular
se reduce significativamente [28] ya que el enfria-
miento acelerado se logra mediante la mejora de
la transferencia de calor, lo cual protege, en mayor
proporción, la estructura del alimento tratado [29].
10) Ultrasonido en el proceso de desconge-
lación: para la descongelación de carnes y pes-
cados, los métodos ultrasónicos son más eficien-
tes que los métodos comunes, ya que se logra
disminuir el tiempo de esta, lo que, a su vez, re-
duce las pérdidas por goteo y genera una mejora
de la calidad del producto final [30].
11) Ultrasonido en el proceso de secado: el
secado acústicamente asistido ha sido un tema de
interés por muchos años [31]. Los métodos tradi-
cionales para la deshidratación de alimentos por
una corriente forzada de aire caliente son bastante
económicos, pero la eliminación de la humedad in-
terior toma un tiempo relativamente largo.
La tecnología ultrasónica de deshidratación os-
mótica utiliza temperaturas más bajas, y evita una
mayor pérdida de agua y las tasas de ganancia
de soluto [32]. Debido a las bajas temperaturas
durante la deshidratación y los tiempos de trata-
miento más cortos, cualidades de los alimentos,
tales como sabor, color y valor nutritivo, se man-
tienen inalteradas.
12) Inactivación microbiana y de enzimas. La
pasteurización térmica convencional y la esterili-
zación son las técnicas más comunes en la ac-
tualidad para inactivar los microorganismos y las
enzimas en productos alimenticios. Sin embargo,
las intensidades de temperatura de tratamiento y
el tiempo del proceso también son proporciona-
les a la cantidad de pérdida de nutrientes, el de-
sarrollo de sabores indeseables y el deterioro de
las propiedades funcionales de los alimentos. De
esta manera, el ultrasonido proporciona un méto-
do para mejorar dichos procesos en virtud de los
efectos de la cavitación [33].
D. Equipos de ultrasonido
En la actualidad, existen tres tipos de equipos
diseñados para la aplicación de tratamientos por
ultrasonido en el laboratorio: el baño de ultraso-
nido, el “cup-horn”, sonicador y el de inmersión
directa de la sonda de ultrasonido [34].
1) Baños de ultrasonidos
Los baños de ultrasonidos posiblemente sean la
aplicación más popular de los ultrasonidos de poten-
cia. Aunque se utilicen normalmente como equipos
de limpieza de material de laboratorio, en un gran
número de referencias bibliográficas se encuentra
que estos se han usado para acelerar los procesos
de transferencia de materia en medios líquidos [35].
Se pueden calificar como equipos ultrasónicos sim-
ples y compactos; los transductores colocados en
la base de un recipiente de acero inoxidable y con
el sistema de generación y sus principales limita-
ciones como es la poca potencia que suministran
al medio si se comparan con otros sistemas, como
la variación del campo acústico dentro del baño y la
dificultad en el control de la temperatura [36].
2) Sistemas tipo sonda
En este tipo de equipos, se utiliza una sonda
metálica para aplicar al medio líquido la vibración
generada en el transductor. La potencia aplica-
da dependerá de la amplitud de vibración en la
punta de la sonda que se controlará variando la
potencia eléctrica suministrada por el equipo ge-
nerador/amplificador.

146
Revista Especializada en Ingeniería de Procesos en Alimentos y Biomateriales
Tanto el diseño como la forma de la sonda tie-
nen mucha importancia. La longitud de la misma
debe de ser de media longitud de onda o múltiplo
de dicha longitud. Las sondas cilíndricas se limi-
tan a transmitir la energía acústica al medio por
tratar. Sin embargo, si a lo largo de la sonda hay
reducción del diámetro, entonces se produce una
ganancia en la amplitud de vibración [37]. Mu-
chos sistemas se diseñan para operar con son-
das intercambiables de diferentes diámetros de
superficie emisora [38].
El material utilizado para la fabricación de las
sondas debe tener una alta resistencia a la fati-
ga y a la erosión que producen la cavitación en
la punta de la sonda y las bajas pérdidas acús-
ticas [39].
3) Equipos diseñados para la aplicación de
ultrasonido de potencia.
En la actualidad, se han diseñado y modifica-
do equipos, con el fin de realizar el efecto del ul-
trasonido en diferentes alimentos. Es así, como
secadores de convección directa con transducto-
res ultrasónicos se han utilizado para el secado
de algunas frutas y verduras Fig. 1. El secador
consta de un plato vibrante donde se ubican las
láminas del alimento; el aire caliente se empuja
para realizar el secado y el transductor produce
vibraciones a la estructura, mejorando la extrac-
ción de agua en el producto [40].
Otra propuesta de diseño es ubicar transducto-
res en un túnel con doble camisa A, B y C; D sería
un cilindro giratorio por donde pasa el fluido y E,
el líquido receptor de la onda ultrasónica, los cua-
les se utilizarían para la refrigeración y pasteuri-
zación de la concentracion de zumos y pulpas de
frutas [17].
Los dispositivos tipo túnel se combinan con mé-
todos térmicos ya que no se han diseñado equipos
para tratar volúmenes industriales; a los equipos
de pasteurización se le han acoplado sondas para
aplicar a la leche el tratamiento o se ubican los
equipos tipo túnel al final del pasteurizador. Estos
pasteurizadores tienen como ventaja que la tem-
peratura del tratamiento térmico disminuye y se
complementa con una onda ultrasónica de 20 KHz
de potencia, intensidad adecuada para el rompi-
miento celular de microorganismos patógenos.
En zumos de frutas, la pasteurización es simi-
lar; variables como el pH y la acidez se ven afec-
tadas por el proceso. Para evitar modificaciones
en las mismas, se recomienda disminuir el tiempo
y la temperatura del tratamiento, porque reduce
la calidad del producto. Entonces, la ventaja de
aplicar una radiación ultrasónica para reducir la
microbiota, radica en que el pH y la acidez no va-
rían y, por el contrario, se mejora la viscosidad en
productos concentrados como la mermelada.
ii. resUltAdos
A. Aplicación del ultrasonido de potencia en
la industria de leches y derivados
El efecto del ultrasonido en el tratamiento de le-
ches y derivados ha sido combinado con tecnolo-
gías actuales térmicas de procesamiento; lo que
se busca en estas materias primas es la reducción
de la microbiota que altera las características de
procesamiento y atenta contra la salud humana.
El ultrasonido, por ser una tecnología no destruc-
tiva, puede mejorar los procesos, las característi-
cas nutricionales, la digestibilidad al actuar sobre
cadenas largas de aminoácidos y los procesos de
homogenización, como se muestra en la tabla 3.

147
Publicaciones e Investigación ISSN: 1900-6608 Volumen 6 - 2012
TABLA III
efeCto del Ultrasonido en los ProCesos de leChes y derivados
PRODUCTO OPERACIÓN/PROCESO EFECTO DEL ULTRASONIDO
Leche Pasteurización
y homogenización
Inactivación de enzimas como la coagulasa positiva.
Rompimiento de los glóbulos grasos aumentado la
homogenización.
Aumenta la digestibilidad de la grasa láctea.
Quesos
Salado A frecuencias de 20kHz aumenta la penetración
de la salmuera.
Emulsificación En procesos de atrapamiento de la grasa por el
caseinato se obtiene mejora en la emulsificación.
Sorbetes Homogenización Intensidades entre 15kHz mejoran las características
de viscosidad.
Productos evaporados Antiespumante El rendimiento de leches evaporadas y
condensadas dulces.
Yogur y kumis Pasteurización Mejora las características de viscosidad.
Fuente el autor
A escala industrial, la leche es la que más ha
sido investigada por el efecto del ultrasonido en
su composición; se han desarrollado equipos de
flujo continuo por ultrasonido en los que se han
alcanzado temperaturas de 70°C. Dicho sistema
permite llevar a cabo inactivaciones eficaces de
microorganismos tales comoPseudomonas fluo-
rescensy Streptococcus thermophilusen siste-
mas modelos. [19].
B. Aplicación del ultrasonido de potencia en
la industria de frutas, verduras, tubérculos
y derivados
Este grupo de alimentos, por su gran contenido
de agua, es susceptible a cambios por fermenta-
ción, pardeamiento enzimático, bajos rendimien-
tos en emulsificación y secado; el ultrasonido ha
sido aplicado a frutas, verduras y a algunos tu-
bérculos, teniendo resultados para la industriali-
zación del ultrasonido en este campo ver tabla 4.
TABL A I V
efeCto del Ultrasonido en frUtas, verdUras y tUbérCUlos
PRODUCTO OPERACIÓN/PROCESO EFECTO DEL ULTRASONIDO
Papa
Pos cosecha Inactiva las enzimas polifenoloxidasa evitando
el pardeamiento enzimático.
Extracción Aumenta la extracción de almidón de papa en un 30%
Mora, fresa y tomate Inactivación enzimática Inactivación en un 90% de las enzimas.
Fuente El autor

148
Revista Especializada en Ingeniería de Procesos en Alimentos y Biomateriales
C) Aplicación del ultrasonido de potencia en
la industria de carnes y derivados.
Como se muestra en la tabla 5, los procesos
en la tecnología cárnica se centran en el mejora-
miento de la maduración de la carne y en la es-
tabilización de emulsiones cárnicas, por medio
del aumento de rendimientos en los productos
tipo emulsión. Los transductores de ultrasonido
hacen que las pequeñas gotas de grasa se pue-
dan mezclar mejor con las proteínas, ya que su
efecto dispersa las gotas y emulsifica las pro-
teínas, haciendo que su parte hidrófila sea ma-
yor para el proceso de emulsificación. Otro pro-
ceso interesante es la termosonicación, el cual
aumenta la vida útil de los productos cárnicos,
no excediendo las temperaturas a más de 65°C,
temperatura en la que se descomponen las pro-
teínas cárnicas.
TABL A V
efeCto del Ultrasonido en Carnes
y derivados CárniCos.
PRODUCTO OPERACIÓN/
PROCESO EFECTO DEL
ULTRASONIDO
Productos
emulsificados
(salchichas) Emulsificación Mejora la emul-
sificación entre
proteina y grasa
Carnes en
canal de
bovino y
bufalo
Maduración
Emulsificación Dispersa las
emulsiones
Corte Mejora la calidad
del corte,
Fuente El autor
D. Aplicación del ultrasonido de potencia en la
industria de cereales, aceites y derivados.
En los procesos de la tecnología de cereales y
aceites, estos se ven beneficiados en la fermen-
tación, aumento de rendimiento de los aceites y
extracción de almidones como se muestra en la
tabla 6.
TABL A V I
efeCto del Ultrasonido en Cereales y derivados
PRODUCTO OPERACIÓN/
PROCESO EFECTO DEL
ULTRASONIDO
Maíz, trigo Extracción
Rompimiento del
almidón; ,mejora
el rendimiento de
en un 85%
Aceites
Reacciones
químicas:
hidrogenación
transesterificación
Mejoramiento de
las reacciones
para la
producción de
biodiesel
Saponificación Aumenta la
emulsificación d
Panes Fermentación Desgasificación
aumentando el
volumen del pan
Fuente El autor
E. Aplicación del ultrasonido de potencia en
procesos fermentativos y desgasificación de
líquidos
Los ultrasonidos también pueden afectar las
reacciones biológicas. Por ejemplo, para la pro-
ducción de leche fermentada, se desarrolló el
método con lactosa hidrolizada, a través de la
aplicación de ultrasonidos [41].
El método airbone, entonces, consiste en
aplicar ondas ultrasónicas por medio de aire
con el propósito de eliminar la espuma en be-
bidas carbonatadas, procesos de fermentación
y otros en que las espumas afectan la calidad
del producto. Sin embargo, por problemas de
rendimiento, este sistema es poco utilizado. Al-
gunas investigaciones realizadas afirman que
aunque la onda ultrasónica no se propaga en
forma eficiente en el aire, su efecto de cavita-
ción es lo suficientemente grande para realizar
el proceso antiespumante [42].

149
Publicaciones e Investigación ISSN: 1900-6608 Volumen 6 - 2012
[43] mostraron un aumento en la velocidad de
fermentación de sake, cerveza y vino cuando se
aplicó ultrasonido de baja intensidad; el efecto fue
de desgasificación del CO2, el cual, normalmen-
te, inhibe el proceso.
F. Aplicación del ultrasonido en transferen-
cia de calor
Los ultrasonidos de potencia se han utilizado
para mejorar mecanismos de transferencia de ca-
lor tanto por conducción [39] como por convección
[22]. El efecto de los ultrasonidos se ha mostrado
más intenso en medios líquidos que en gases [44].
Dentro de este campo, resultan especialmente in-
teresantes las aplicaciones en procesos de con-
gelación y descongelación de alimentos [34] y la
aplicación de ultrasonidos en la congelación de
patatas por inmersión [45]. En los resultados de
esta investigación se evidencia un cambio de fase
más rápido en presencia de un campo acústico,
que fue aumentando hasta un determinado umbral
de potencia ultrasónica aplicada, a partir del cual,
el incremento de temperatura, provocado por los
ultrasonidos, fue significativo y dificultó la congela-
ción. La estructura celular de las muestras tratadas
con ultrasonidos resultó mejor, probablemente,
debido al rápido enfriamiento [46]. También puede
deberse a la presencia de cristales de hielo de me-
nor tamaño como consecuencia del mayor número
de puntos de nucleación, debido a la presencia de
burbujas de cavitación y a la rotura de los cristales
más grandes por el efecto de la vibración [32].
G. Aplicación del ultrasonido en la inactiva-
ción de microorganismos y enzimas
El ultrasonido de alta intensidad se ha utiliza-
do para reducir la carga microbiana en varios
tipos de alimentos, debido a la alteración de la
membrana celular de los microorganismos, lo
cual afecta los procesos homeostáticos y, por lo
tanto, su integridad. El uso del ultrasonido para
el rompimiento de células es un método de labo-
ratorio estandarizado, cuya eficiencia de lisis es
de casi el 100%. El efecto bactericida del ultraso-
nido se atribuye, generalmente, a la cavitación in-
tracelular. Estos shocks micro-mecánicos alteran
componentes estructurales y funcionales de la
célula hasta el punto de generar lisis celular. Sin
embargo, este tratamiento de sonicación se lleva
a cabo para volúmenes pequeños y en condicio-
nes controladas de temperatura. Para condicio-
nes industriales de procesamiento de alimentos
aparecen factores que previenen se alcance tal
eficiencia.[47], [48].
Mediante el tratamiento por ultrasonido duran-
te un tiempo de 10 minutos, una reducción de
aproximadamente 4,0 ciclos y 0,8 ciclos logarít-
micos para Salmonella en agua de peptona y le-
che achocolatada, respectivamente [48], reportó
la reducción de la concentración en Salmonella
en piel de pollo sumergida en agua clorinada en
un rango de 2,5 a 4,0 ciclos logarítmicos. Tam-
bién se ha estudiado el uso del ultrasonido asis-
tido por temperaturas inferiores a 62°C, logrando
una reducción del valor para S. aureus del 63%
en buffer de fosfato y del 43% en leche UHT [21].
Los tratamientos de ultrasonido durante 300 se-
gundos a potencias de 24,6 W y 42,0 W reducen
la concentración de E. coli en 1.0 y 2.0 ciclos lo-
garítmicos, respectivamente [48].
H. Tiempo de acción e intensidades utilizadas
en la aplicación de ultrasonido en alimentos.
Para aplicar el ultrasonido y todos sus bene-
ficios, es de gran importancia saber las intensi-
dades, el tiempo y el equipo que se debe utilizar
para cada tipo de alimento. En la tabla 7 se mues-
tran las condiciones favorables de algunos de los
alimentos investigados, los cuales han tenido re-
sultados favorables, sin modificar sus propieda-
des físicas y químicas.

150
Revista Especializada en Ingeniería de Procesos en Alimentos y Biomateriales
TABLA VII
CondiCiones y eqUiPos Utilizados Para
la aPliCaCión de Ultrasonido.
PRODUCTO INTENSIDAD/
TIEMPO EQUIPO
Leche
Frecuencia: 24KHz,
- Amplitudes: 0, 40,
72 y 120μm,
- Temperatura: 20-
57°C, - Tiempo: 30
minutos.
Sonda
ultrasónica
frutas
Frecuencia:
20KHz,
- Amplitud: 24.4 y
61.0μm,
- Tiempo: 2 a 10
minutos.
Túnel de
ultrasonido
Zumos y leche
Frecuencia: 20 KHz,
- Potencia: 100W,
- Temperatura: 20 a
57°C.
Sonda
ultrasónica
Aceites/In-
activación de
microorganis-
mos
Frecuencia: 20KHz,
- Amplitudes: 59.5,
- Tiempo: 2, 4, 6, 8 y
10 minutos.
Túnel de
ultrasonido
Carnes pro-
cesadas y de
pieza entera
Frecuencias: 20 a
35KHz. Sonda
ultrasónica
Secado Frecuencia: 20KHz,
Tiempo: 60 min Secador con
bandeja
Fuente El autor
iii. conclUsiones
• La aplicación del ultrasonido en la industria de los
alimentos es una tecnología reciente, con buenos
resultados para la inactivación de microorganis-
mos, mejoramiento de los procesos térmicos y
conservación de las características nutricionales.
• Las principales aplicaciones del ultrasonido
en la industria de alimentos son: inactivación
enzimática, filtración, emulsificación, desgasifi-
cación de líquidos y homogenización.
• Los efectos que producen los ultrasonidos de
potencia sobre los medios en que se aplican
pueden influir en los procesos de transferencia
de materia en sistemas sólido/líquido y sólido/
gas. La influencia puede darse tanto en la parte
del fluido (resistencia externa) como en la parte
del sólido (resistencia interna).
• La frecuencia más aplicada en la industria de
los alimentos, está en el rango de 18 y 100kHz
de potencia, siendo 24KHz la más efectiva para
la inactivación enzimática y celular.
• Frecuencias mayores a 100kHz de intensidad
acústica producida por el ultrasonido no es
recomendable para la inactivacion de micro-
organismos.
referenciAs
[1] G. V. Bermúdez-Aguirre, D. yBarbosa-Canovas, “Stu-
dy of butter fat content in milk on the inactivation of
Listeria innocua ATCC 51742 by thermo-sonication,”
Innovative Food Science and Emerging Technolo-
gies, vol. 9, pp. 176–185, 2008.
[2] S. Arroyo,C., Cebrián, G., Pagán, R. y Condón, “Inac-
tivation of Cronobacter sakazakii by ultrasonic waves
under pressure in buffer and foods,” International Jour-
nal of Food Microbiology,, vol. 144, pp. 446–454, 2011.
[3] A. R. Jambrak, T. J. Mason, V. Lelas, Z. Herceg, and
I. L. Herceg, “Effect of ultrasound treatment on solu-
bility and foaming properties of whey protein suspen-
sions,” Journal of Food Engineering, vol. 86, no. 2, pp.
281–287, May 2008.
[4] G. L. Brown, T., James, S.J. y Purnell, “Cutting for-
ces in foods: experimental measurements,” Journal of
Food Engineering, vol. 70, pp. 165–170, 2005.
[5] T.Bosiljkov, “Impact ultrasound-enhanced homogeni-
zacion on physicla properties of soybean milk,” vol.
17, pp. 1029–1034, 2009.
[6] T. Demirdôven, A. y Baysal, “The Use of Ultrasound
and CombinedTechnologies in Food Preservation,”
Food Reviews International, vol. 25, pp. 1–11, 2009.
[7] [J. N. Coupland, “Low intensity ultrasound,” Food Re-
search International, vol. 37, pp. 537–543, 2004.
[8] E. T. Rodgers, S. L. & Ryser, “Reduction of microbial
pathogens during apple cider production using so-
dium hypochlorite, copper ion, and sonication,” and
sonication. J Food Prot, vol. 67(4), pp. 766–771, 2004.
[9] S. Ugarte-Romero, E., Feng, H., Martin, S.E., Cad-
wallader, K.R., Robinson, “Inactivation of Escherichia
coli with power ultrasound in apple cider,” J Food Sci,
vol. 71(2), pp. 102–108, 2006.
[10] AM Herrero; MD Romero de Avila, “Innovaciones en
el procesado de alimentos : Tecnologías no térmi-
cas,” vol. 50, pp. 71–74, 2006.

151
Publicaciones e Investigación ISSN: 1900-6608 Volumen 6 - 2012
[11] R. M. Earnshaw, R. G., Appleyard, J. y Hurst, “Un-
derstanding physical inactivation processes: com-
bined preservation opportunities using heat, ultra-
sound and pressure,” International Journal of Food
Microbiology, vol. 28, pp. 197–219, 1995.
[12] C. Ashokkumar, M., Sunartio, D., Kentish, S., Maw-
son, R., Simons, L., Vilkhu, K. y Versteeg, “Modifi-
cation of food ingredients by ultrasound to improve
funcionality: A preliminary study on a model system.
Innovative,” Innovative Food Science and Emerging
Technologics, vol. 9, pp. 155–160, 2008.
[13] T. Cameron, M., McMaster y L., Britz, “Electron mi-
croscopic analysis of dairy microbes inactivated by
ultrasound,” Ultrasonics Sonochemistry, vol. 15, pp.
960–964, 2008.
[14] J. Nathaly, P. Montero, C. Andrés, R. Jiménez, B. Da-
niel, Y. Villarreal, P. D. I. De Alimentos, D. De Ingenie-
ría, U. Jorge, and T. Lozano, “Castilla ( Rubus glaucus
Benth ): Efecto sobre la calidad funcional y evaluación
como pretratamiento al secado convectivo,” pp. 15–38.
[15] R. Brn i, “Textural properties of infra red dried apple
slices as affected by high power ultrasound pre-
treatment,” vol. 9, no. 41, pp. 6907–6915, 2010.
[16] M. Chemat, F., Huma, Z y Khan, “Applications of ultra-
sound in food technology: Processing, preservation
and extraction,” Ultrasonics Sonochemistry, vol. 18,
pp. 813–835, 2011.
[17] G. Gonz, “Aplicaciónes del ultrasonido para la estabi-
lización de sistemas alimentarios,” 2011.
[18] [18] G. F. Barbero, a Liazid, M. Palma, and C. G. Ba-
rroso, “Ultrasound-assisted extraction of capsaicinoi-
ds from peppers.,” Talanta, vol. 75, no. 5, pp. 1332–7,
Jun. 2008.
[19] E. Gallego-Juarez, J.A., Rodrigues-Corral, G., Acos-
ta- Aparicio, V.M., Andres-Gallego and F. Blanco-
Blanco, A. y Montoya-Vitini, “Procedimiento y sistema
ultrasónico de desespumación mediante emisores
con placa vibrante escalonada,” U.S. Patent 2002
021132012.
[20] T. Lida, Y., Tuziuti, T., Yasui, K., Towata, A. y Kosuka,
“Control of viscosity in starch and polysaccharide so-
lutions with ultrasound after gelatinization,” Innovati-
ve Food Science and Emerging Technologies, vol. 9,
pp. 140–146, 2008.
[21] B. K. Tiwari, K. Muthukumarappan, C. P. O’Donnell,
and P. J. Cullen, “Inactivation kinetics of pectin
methylesterase and cloud retention in sonicated
orange juice,” Innovative Food Science & Emerging
Technologies, vol. 10, no. 2, pp. 166–171, Apr. 2009.
[22] M. Yaldagard, S. A. Mortazavi, and F. Tabatabaie, “In-
fluence of ultrasonic stimulation on the germination
of barley seed and its alpha-amylase activity,” vol. 7,
no. 14, pp. 2465–2471, 2008.
[23] K. Vilkhu, R. Mawson, L. Simons, and D. Bates, “Appli-
cations and opportunities for ultrasound assisted ex-
traction in the food industry — A review,” 2001.
[24] H. Arnold, G., Leiteritz, S., Zahn, S. y Rohm, “Ultra-
sonic cutting of cheese: composition affects cutting
work reduction and energy demand,” International
Dairy Journal, vol. 19, pp. 314–320, 2009.
[25] J. R. WU, H. Hulbert, G.J. y Mount, “Effects of ultra-
sound on milk homogenization and fermentation with
yogurt starter,” Innovative Food Science and Emer-
ging Technologies, vol. 1, pp. 211–218, 2000.
[26] P. Mongenot, N., Charrier, S. y Chalier, “Effect of ul-
trasound emulsification on cheese aroma encapsu-
lation by carbohydrates,” Journal of Agricultural Food
Chemistry, vol. 48, pp. 861– 867, 2000.
[27] S. Martini, a. H. Suzuki, and R. W. Hartel, “Effect of
High Intensity Ultrasound on Crystallization Behavior
of Anhydrous Milk Fat,” Journal of the American Oil
Chemists’ Society, vol. 85, no. 7, pp. 621–628, May
2008.
[28] B. y S. D. W. Li, “Novel methods for rapid freezing and
thawing of foods-a review,” Journal of Food Enginee-
ring, vol. 54, pp. 175–182, 2009.
[29] H. LI, L. Pordesimo, and J. Weiss, “High intensity
ultrasound-assisted extraction of oil from soybeans,”
Food Research International, vol. 37, no. 7, pp. 731–
738, Aug. 2004.
[30] H. Floros, J. D., y Liang, “Acoustically assisted diffu-
sion through membranes and biomaterials: High-in-
tensity ultrasound accelerates diffusion and can be
used to improve food processes,” Food Technology,
p. 79, 1994.
[31] T. C. S. Cohen, J.S. y Yang, “Progress in food dehy-
dration,” Trend food Science Technology, vol. 6, pp.
20–25, 1995.
[32] Zbigniew J;, J. Stadnik, and D. Stasiak, “APPLICA-
TIONS OF ULTRASOUND IN FOOD TECHNOLO-
GY Zbigniew J. Dolatowski, Joanna Stadnik, Dariusz
Stasiak,” 2007.
[33] P. J. O’Donnell, C.P. Tiwari, B.K., Bourke, P. y Cullen,
“Effect of ultrasonic processing on food enzymes of
industrial importance,” Trends in Food Science y Te-
chnology, vol. 21, pp. 358–367, 2010.
[34] D. J. Pejin, L. V. Mojovi , J. D. Pejin, O. S. Gruji ,
S. L. Markov, S. B. Nikoli , and M. N. Markovi , “In-
crease in bioethanol production yield from triticale
by simultaneous saccharification and fermentation
with application of ultrasound,” Journal of Chemi-
cal Technology & Biotechnology, vol. 87, no. 2, pp.
170–176, Feb. 2012.
[35] S. Patil, P. Bourke, B. Cullen, J. M. Frias, and P. J.
Cullen, “The Effects of Acid Adaptation on Esche-
richia Coli Inactivation Using Power Ultrasound,”
pp. 0–26, 2009.
[36] C. BEndicho, I. De La Calle, F. Pena, M. Costas, N.
Cabaleiro, and I. Lavilla, “Ultrasound-assisted pre-
treatment of solid samples in the context of green
analytical chemistry,” TrAC Trends in Analytical Che-
mistry, vol. 31, pp. 50–60, Jan. 2012.

152
Revista Especializada en Ingeniería de Procesos en Alimentos y Biomateriales
[37] J. Wu, T. V. Gamage, K. S. Vilkhu, L. K. Simons, and
R. Mawson, “Effect of thermosonication on quality im-
provement of tomato juice,” Innovative Food Science
& Emerging Technologies, vol. 9, no. 2, pp. 186–195,
Apr. 2008.
[38] M. Zuo, J.Y., Knoerzer, K., Mawson, R., Kentish, S.
y Ashokkumar, “The pasting properties of sonicated
waxy rice starch suspensions,” Ultrasonic sonoche-
mistry, vol. 16, pp. 462–468, 2009.
[39] M. Yaldagard, S. A. Mortazavi, F. Tabatabaie, and J. I.
Brew, “Application of Ultrasonic Waves as a Priming
Technique for Accelerating and Enhancing the Ger-
mination of Barley Seed : Optimization of Method by
the Taguchi Approach,” pp. 14–21.
[40] J. Garcia-Noguera, F. I. P. Oliveira, M. I. Gallão,
C. L. Weller, S. Rodrigues, and F. a. N. Fernandes,
“Ultrasound-Assisted Osmotic Dehydration of Straw-
berries: Effect of Pretreatment Time and Ultrasonic
Frequency,” Drying Technology, vol. 28, no. 2, pp.
294–303, Mar. 2010.
[41] [41] B. Zhou, H. Feng, and Y. Luo, “Ultrasound enhan-
ced sanitizer efficacy in reduction of Escherichia coli
O157:H7 population on spinach leaves.,” Journal of
food science, vol. 74, no. 6, pp. M308–13, Aug. 2009.
[42] [42] Roberts R.T., “High intensity ultrasonics in food
processing,” Chemical Industry, vol. 15, pp. 119–
121, 1993.
[43] [43] P. J. Tiwari, B.K., Muthukumarappana, K.,
O’Donella, C.P. y Cullen, “Innovative Food Science
and Emerging Technologies,” vol. 10, pp. 166–171,
2009.
[44] [44] A. Mortazavi and F. Tabatabaie, “Study of Ice
Cream Freezing Process after Treatment with Ultra-
sound,” World Applied Sciences Journal, vol. 4, no. 2,
pp. 188–190, 2008.
[45] [45] K. S. Suslick, “In: Ultrasound:Chemical, Biological
and Physical Effects,” Biological and Physical Effects,
pp. 123–163, 1998.
[46] [46] L. Zheng and D. Sun, “Innovative appli- cations of
power ultrasound during food freezing processes — a
review,” 1999.
[47] [47] H. Feng, W. Yang, and T. Hielscher, “Power Ultra-
sound,” Food Science and Technology International,
vol. 14, no. 5, pp. 433–436, Oct. 2008.
[48] [48] G. Hunter, M. Lucas, I. Watson, and R. Parton, “A
radial mode ultrasonic horn for the inactivation of Es-
cherichia coli K12.,” Ultrasonics sonochemistry, vol.
15, no. 2, pp. 101–9, Feb. 2008.