PROCEDIMIENTO DE CRISTALIZACION USANDO ULTRASONIDOS.

Procedimiento para la cristalización de una fase sólida de un aceite triglicérido líquido cuya grasa ortriglicérida se somete a ultrasonidos,

caracterizado porque la exposición a ultrasonidos es en condiciones tales que la cavitación transitoria está ausente y durante un periodo de tiempo y a una frecuencia suficientes para inducir la nucleación de cristales estables en la grasa ortriglicérida de aceite triglicérido líquido

Procedimiento de cristalización usando ultrasonidos.

La presente invención se refiere a un procedimiento en el que se cristaliza un aceite triglicérido licuado o grasa disuelta o licuado partiendo de una masa fundida o solución mientras se expone esta a ultrasonidos. De forma particular, es el objeto del presente procedimiento de cristalización una grasa triglicérida (tres residuos de ácido graso unidos a un esqueleto de glicerina).

Frecuentemente, se desea que las grasas triglicéridas usadas para la fabricación de composiciones de alimentos muestren un comportamiento específico en estado fundido. Grasas como las obtenidas de fuentes naturales no presentan normalmente propiedades de fusión adecuadas. Por lo tanto, estas se tienen que someter a un tratamiento de modificación. El fraccionamiento de grasa es un tratamiento de modificación de este tipo. El fraccionamiento de grasa comprende la separación física de una mezcla de triglicéridos en dos o más fracciones con diferentes intervalos de fusión o solubilidad. El fraccionamiento "en húmedo" comprende disolver la mezcla de triglicéridos en un disolvente orgánico caliente (por ejemplo, hexano) y luego enfriarlo hasta que una parte (fracción) de la grasa cristaliza de la solución.

De forma alternativa, el fraccionamiento "en seco" no hace uso de un disolvente y comprende el enfriamiento de una grasa líquida lentamente. De forma opcional se licua en primer lugar completamente una mezcla de triglicéridos si es sólida. La fracción de grasa con el mayor intervalo de fusión cristalizará en primer lugar durante el enfriamiento.

La fase final de ambos fraccionamientos en húmedo y en seco es la separación de la fracción cristalizada ("estearina") y la fracción aún líquida ("oleína") por filtración.

El fraccionamiento en seco es la opción preferida cuando se desea un tratamiento de modificación "no química". Para grasas lácteas es la única opción aceptable en términos de retener la calidad del sabor. Sin embargo, el fraccionamiento en seco es un procedimiento menos eficiente y controlable que el fraccionamiento en húmedo (referencia 1).

La torta del filtro que resulta del fraccionamiento en húmedo puede contener como poco hasta 2% en peso de fracción líquida atrapada (también denominada como ES (eficiencia de separación) del 98%). El buen resultado es debido a una morfología del cristal más favorable y al lavado de la fracción cristalizada con disolvente limpio. Por el contrario, el contenido en sólidos en la torta resultante de un procedimiento de fraccionamiento en seco convencional es típicamente como máximo de aproximadamente 60% (ES del 60%), siendo del 40% restante oleína atrapada.

Cuando se añaden modificadores de hábito cristalino (CHM) a la masa fundida modifican la morfología del cristal tal que se pueden producir cristales más compactos que se pueden separar mejor de la fase de oleína líquida. El uso de CHM puede aumentar la ES en aproximadamente 80%, pero a expensas de un tiempo de proceso mucho mayor. Los CHM ralentizan tanto la nucleación como el crecimiento de cristales. Además para la eliminación de los CHM de las fracciones de grasa deseadas es necesario post-procesamiento adicional.

La sonocristalización es el uso de ultrasonidos para intervenir en la cristalización de líquidos, ya sea masas fundidas o soluciones. Ultrasonido en lenguaje común es sonido caracterizado por una frecuencia de aproximadamente 20 kHz y más, que se extiende incluso en el intervalo de MHz. La mayoría de las aplicaciones usan ultrasonidos en el intervalo de 20 kHz a 5 MHz.

La frecuencia > 20 kHz para la definición de ultrasonidos es más arbitraria y se relaciona históricamente con el límite de percepción medio del oído humano. Dentro del contexto de la presente memoria tal límite de percepción es irrelevante desde un punto de vista técnico. Los beneficios de la presente invención comienzan a ponerse de manifiesto también con frecuencias muy por debajo de 20 kHz. En el contexto de la presente memoria descriptiva ultrasonidos se define como sonido con una frecuencia de 10 kHz hasta 10 MHz.

Desde 1927 se sabe que exponiendo masas fundidas superenfriadas o soluciones supersaturadas de diversas sustancias a ultrasonidos se ven fuertemente influenciadas la nucleación y/o el crecimiento de cristales. El efecto, sonocristalización, se observó por vez primera cuando se cristalizó una solución de tiosulfato supersaturada. Desde entonces la sonocristalización se ha estudiado en muchos otros sistemas. Un aspecto particular de la sonocristalización es la sononucleación. Este se da al comienzo de la formación de cristales, se ha estudiado de forma extensiva con azúcar y se aplica desde finales de los años 50. La sonocristalización de agua superenfriada, masas fundidas de metales superenfriadas y soluciones superenfriadas de diversos materiales inorgánicos han recibido mucha atención en los años 50 y 60, de forma particular en Rusia.

El procedimiento de cristalización se puede dividir en dos fases: nucleación de cristales y crecimiento de cristales. En la fase de nucleación se forman núcleos de cristales submicroscópicos que se desarrollan en cristales mayores durante la fase de crecimiento subsiguiente. Con nucleación homogénea los cristales se forman directamente del líquido. La nucleación heterogénea es nucleación mediada por partículas extrañas ya presentes en el líquido. La nucleación secundaria es nucleación mediada por cristales pre-existentes. Se cree que el procedimiento de la presente invención afecta de forma predominante a la nucleación homogénea.

Beneficios de la sonocristalización descritos en la bibliografía incluyen:

Cuando se expone un líquido a ultrasonidos, se forman burbujas de gas/vapor microscópicas que muestran un comportamiento pulsante dinámico. Una actividad de tal comportamiento de burbujas inducidas por ultrasonidos se denomina cavitación. Ya a intensidades sonoras relativamente bajas las burbujas no perecen sino que muestran volumen estable y/o oscilaciones de forma. Este tipo de cavitación se denomina cavitación "estable" o "no inercial". Cuando aumenta la intensidad de ultrasonidos y supera un cierto límite, el umbral de cavitación, la naturaleza de la cavitación cambia de forma dramática lo que da lugar a que las burbujas comiencen a ser inestables. Dentro de una fracción de un ciclo de sonido estas muestran crecimiento rápido seguido de un colapso violento. Las burbujas de gas en colapso producen presiones y temperaturas muy altas localmente en la burbuja así como también una presión alta en el capa de líquido que rodea la burbuja (véase también Hem, 1967, anteriormente). La cavitación que muestra este comportamiento de burbuja violento se denomina cavitación "transitoria" o "inercial" (referencia 5). Muchos usuarios de ultrasonidos usan los términos "cavitación" y "cavitación transitoria" sin discriminación alguna.

De acuerdo con el consenso científico general -que se ha mantenido hasta la actualidad (véanse, por ejemplo, las referencias 4 y 8)- el mecanismo físico que subyace en la sonocristalización y los beneficios resultantes de esta se atribuyen al fenómeno de cavitación transitoria. El prejuicio establece que en ausencia de cavitación transitoria las ventajas de la sonocristalización no se ponen de manifiesto.

Después de los años 60 la atención científica en relación a la sonocristalización parece haberse reducido. No se han descrito indicios fundamentalmente nuevos en el mecanismo de cavitación subyacente planteado. No obstante continuó el desarrollo y aplicación tecnológica de ultrasonidos para la cristalización de diferentes materiales.

Algunas solicitudes de patente se refieren a sonocristalización de grasas comestibles. El documento WO 92/20420 describe un procedimiento y un dispositivo para el control de solidificación en líquidos. El líquido que se va a solidificar se somete, entre otros, a cavitación ultrasónica con el fin de controlar las etapas de nucleación y/o crecimiento del cristal del procedimiento...

1. Procedimiento para la cristalización de una fase sólida de un aceite triglicérido líquido cuya grasa ortriglicérida se somete a ultrasonidos, caracterizado porque la exposición a ultrasonidos es en condiciones tales que la cavitación transitoria está ausente y durante un periodo de tiempo y a una frecuencia suficientes para inducir la nucleación de cristales estables en la grasa ortriglicérida de aceite triglicérido líquido.

2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque se ajusta la intensidad de ultrasonidos a un nivel bajo tal que un hidrófono cuando detecta sonido radiado desde el líquido expuesto a ultrasonidos muestra una vista que está exenta de señales sonoras por cavitación de banda ancha.

3. Procedimiento de acuerdo con las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque la intensidad de ultrasonidos se encuentra a un nivel bajo tal que un hidrófono cuando detecta sonido radiado del líquido expuesto a ultrasonidos muestra una vista con una señal principal que se corresponde con la frecuencia de radiación principal y una señal adicional que se corresponde con la primera frecuencia subharmónica cuando la relación de picos de intensidad de la señal adicional y la señal principal es < 0,5.

4. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque se ajusta la intensidad de ultrasonidos a un nivel bajo tal que un hidrófono cuando detecta sonido radiado del líquido expuesto a ultrasonidos muestra una vista con una señal simple que se corresponde con la frecuencia de radiación principal sin mostrar sustancialmente señales que se correspondan con frecuencias subharmónicas.

5. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque se usa un sistema de generación de ultrasonidos cuyo índice mecánico (IM) es < 0,7, donde

y donde p_NEG[MPa] es la amplitud de la presión acústica del campo de ultrasonidos (la amplitud de presión) y f [MHz] es la frecuencia de ultrasonidos.

6. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones previas, caracterizado porque el líquido es un aceite triglicérido de origen vegetal o animal o una de mezcla de ambos.

7. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizado porque el aceite triglicérido de origen vegetal se selecciona del grupo constituido por aceite de colza, aceite de palmisto, aceite de semilla de girasol, aceite de cacahuete, aceite de mostaza, aceite de alazor, aceite de sésamo, aceite de maíz, aceite de soja, aceite de semilla de algodón, aceite de linaza y aceite de oliva.

8. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizado porque el aceite triglicérido es una grasa láctea licuada.

9. Procedimiento para el fraccionamiento de un aceite triglicérido, comprendiendo dicho procedimiento las etapas de:

en el que durante la etapa b, el aceite se expone a ultrasonidos en ausencia de cavitación transitoria de acuerdo con el procedimiento de la reivindicación 1.

10. Procedimiento para la preparación de una pasta para untar de emulsión de fase grasa continua, comprendiendo dicho procedimiento las etapas de

en el que en la etapa que comprende la cristalización de grasa se expone la emulsión a ultrasonidos en ausencia de cavitación transitoria de acuerdo con el procedimiento de la reivindicación 1.

11. Procedimiento de preparación de una pasta para untar de emulsión agua/aceite, dicho procedimiento comprende las etapas:

en el que en la etapa que comprende la cristalización de grasa la emulsión se expone a ultrasonidos en ausencia de cavitación transitoria de acuerdo con el procedimiento de la reivindicación 1.

12. Procedimiento para la preparación de pasta para untar de emulsión aceite/agua, dicho procedimiento comprende las etapas de:

en el que en la etapa que comprende la cristalización de grasa la emulsión se expone a ultrasonidos en ausencia de cavitación transitoria de acuerdo con el procedimiento de la reivindicación 1.