Ultrasonido de potencia como herramienta para mejorar la funcionalidad de la goma de mezquite
Los polisacáridos son moléculas fundamentales ampliamente distribuidas en la naturaleza, presentes en diversas plantas y otros organismos. Gracias a su diversidad estructural, aportan propiedades únicas en diversas aplicaciones; sin embargo, estas moléculas no siempre presentan las características deseadas para alguna función específica, por lo que se requieren estrategias para modificar su estructura y su funcionalidad final.
Tradicionalmente la modificación de polisacáridos se realiza mediante métodos químicos, enzimáticos y físicos. Y aunque está demostrado que son efectivos, pueden presentar limitaciones, como el uso excesivo de reactivos, la generación de subproductos no deseados e incluso largos tiempos de procesamiento. En respuesta a estas limitaciones, recientemente se han empleado tecnologías emergentes que han cobrado relevancia como alternativas sostenibles y eficientes, como las microondas y los ultrasonidos de potencia.
Cuando pensamos en ultrasonido, generalmente lo asociamos con estudios médicos que permiten obtener imágenes del interior del cuerpo. En estos casos, se emplea a baja intensidad para evitar daños en los tejidos. Sin embargo, también existe otro tipo de ultrasonido diseñado para modificar biomoléculas. Este se conoce como ultrasonido de potencia, una herramienta que emplea ondas sonoras en un rango de frecuencias entre 20 y 100 kHz para modificar la disposición estructural de las moléculas (Chemat et al., 2011; Leong et al., 2011; Thirunavookarasu et al., 2024).
Los cambios generados por la aplicación de ultrasonidos de potencia son el resultado de efectos químicos y físicos, cuya magnitud depende de parámetros como la amplitud de onda, la potencia y la frecuencia (Robles‐Ozuna y Ochoa‐Martínez, 2012). El fenómeno al que se le atribuyen estos cambios es la cavitación, con la que se forman diminutas burbujas que pueden evolucionar en tamaño y, en su momento, llegan a explotar, liberando enormes cantidades de energía que pueden alcanzar 5000 °K y 1000 atm de presión a nivel microscópico. Como consecuencia de esto, a nivel químico se produce la ruptura de las moléculas de agua, lo que origina componentes capaces de alterar o provocar cambios en otras moléculas. Por otro lado, los cambios físicos generan rupturas a nivel celular y estructural de diferentes matrices en las que se aplican los ultrasonidos. Aunque estos efectos ocurren de manera localizada, el líquido en conjunto no se calienta de manera significativa, lo que es suficiente para modificar la estructura de las moléculas (Bera et al., 2015; Herrero y Herrero de Ávila, 2016; Thirunavookarasu et al., 2024).
La goma de mezquite
En particular, la goma de mezquite es un polisacárido natural con características fisicoquímicas similares a las de otras gomas comerciales. Tiene una estructura compleja y altamente ramificada. La cadena principal del carbohidrato está conformada por unidades de D-galactosa con enlaces β(1→3) y β(1→6), a las cuales se les unen cadenas de L-arabinosa, D-galactosa y D-glucosa, con trazas de D-xilosa y ácidos glucurónicos (Goycoolea et al., 1997; López-Franco et al., 2012; Mudgil y Barak, 2020). Posee una estructura de carácter anfifílico; es decir, contiene regiones polares que interactúan con el agua y otras no polares, afines a sustancias oleosas. Esta característica le permite actuar como emulsificante y estabilizante, alcanzando su máxima funcionalidad a concentraciones superiores al 15% (Acedo-Carrillo et al., 2006), lo que puede limitar su aplicación a nivel industrial. Para superar las limitaciones inherentes a su forma nativa y aprovechar las ventajas funcionales específicas requeridas por la industria alimentaria, es necesario modificar la estructura de la goma de mezquite mediante ultrasonido.
Con base en esto, como parte de su tesis de maestría en ciencias, Hillary Samantha Barraza Robles, bajo la dirección de la profesora Yolanda L. López Franco, responsable del Laboratorio de Gomas del Grupo de Investigación en Biopolímeros del Centro de Investigación en Alimentación y Desarrollo (CIAD), llevó a cabo una investigación cuyo objetivo fue estudiar el efecto del ultrasonido de potencia sobre la estructura, las características fisicoquímicas y la funcionalidad de la goma de mezquite (Neltuma velutina).
Para ello, se utilizaron soluciones de goma de mezquite a diversas concentraciones, las cuales se expusieron a ultrasonido de potencia a diferentes condiciones. Se evaluaron los cambios en la composición estructural y en la funcionalidad antes y después del tratamiento ultrasónico.
Los resultados mostraron que el ultrasonido de potencia modificó las características fisicoquímicas de la goma de mezquite, al emplearse a alta potencia, reduciendo la viscosidad y el peso molecular y, al mismo tiempo, mejorando la capacidad emulsionante a bajas concentraciones y la estabilidad de las emulsiones a diferentes temperaturas.
El ultrasonido es una alternativa ecológica y eficiente a los métodos tradicionales de procesamiento químico o térmico, porque conserva la identidad química de la goma de mezquite, al tiempo que mejora su funcionalidad. Estos hallazgos sientan las bases para que este recurso natural se convierta en un material con un mayor posicionamiento tecnofuncional en la industria de alimentos.
Referencias
Acedo-Carrillo J. I., Rosas-Durazo A., Herrera-Urbina R., Rinaudo M., Goycoolea, F. M. y Valdez M. A. (2006). Zeta potential and drop growth of oil in water emulsions stabilized with mesquite gum. Carbohydrate Polymers. 65(3): 327-336.
Chemat, F., Zill-e-Huma y Khan M. K. 2011. Applications of ultrasound in food technology: processing, preservation and extraction. Ultrasonics Sonochemistry, 18(4): 813-835.
Leong, T., Ashokkumar, M. y Kentish, S. 2011. The fundamentals of power ultrasound – A review. Acoustics Australia. 39: 54-63.
Robles‐Ozuna L. E. y Ochoa-Martínez, L. A. (2012). Ultrasonido y sus aplicaciones en el procesamiento de alimentos. Revista Iberoamericana de Tecnología Postcosecha. 13(2): 109-122.
Bera, S., Mondal, D., Martin, J. T. y Singh, M. 2015. Potential effect of ultrasound on carbohydrates. Carbohydrate Research, 410: 15-35.
Herrero, A. M. y Herrero de Ávila, M. D. (2016). Innovaciones en el procesado de alimentos: tecnologías no térmicas. Revista de Medicina de la Universidad de Navarra, 50(4): 71-74.
Thirunavookarasu, N., Kumar, S., Shetty, P., Shanmugam, A. y Rawson, A. (2024). Impact of ultrasound treatment on the structural modifications and functionality of carbohydrates – A review. Carbohydrate Researc, 535: 109017.
Goycoolea, F. M., Calderón de la Barca, A. M., Balderrama, J. R. y Valenzuela, J. R. (1997). Immunological and functional properties of the exudate gum from northwestern mexican mesquite (Prosopis spp.) in comparison with gum arabic. International Journal of Biological Macromolecules, 21(1-2): 29-36.
López-Franco, Y. L., Córdova-Moreno, R. E., Goycoolea, F. M., Valdez, M. A., Juárez-Onofre, J. y Lizardi-Mendoza, J. (2012). Classification and physicochemical characterization of mesquite gum (Prosopis spp.). Food Hydrocolloids. 26(1): 159-166.
Mudgil, D. y Barak, S. (2020). Mesquite gum (Prosopis gum): structure, properties y applications – A review. International Journal of Biological Macromolecules. 159: 1094-1102.
Autoras(es): Hillary Samantha Barraza Robles, estudiante de la Maestría en Ciencias del CIAD; Yolanda Leticia López Franco, Jaime Lizardi Mendoza, Karla Guadalupe Martínez Robinson, investigador(as) de la Coordinación de Tecnología de Alimentos de Origen Animal del CIAD; Luis Enrique Robles Ozuna, investigador de la Coordinación de Tecnología de Alimentos de Origen Vegetal del CIAD, y Xóchitl Soto Luzania, docente de la Universidad Tecnológica de San Luis Río Colorado.
CITACIÓN SUGERIDA
Barraza Robles H.S. et al (2026, 06 de febrero). Ultrasonido de potencia como herramienta para mejorar la funcionalidad de la goma de mezquite. Centro de Investigación en Alimentación y Desarrollo (CIAD) https://www.ciad.mx/ultrasonido-de-potencia-como-herramienta-para-mejorar-la-funcionalidad-de-la-goma-de-mezquite/↗
