Ефектите на ултразвуковата обработка върху бобовите растения и семената

Ултразвуковата обработка се превърна в ценна технология за модифициране, кондициониране и анализ на растителни материали като леща и бобови растения. Чрез акустична кавитация и контролирани механични сили ултразвуковата обработка подобрява хидратацията, ускорява екстракцията, променя микроструктурите и подобрява масопреноса. Тези ефекти представляват голям интерес за изследванията на семена, науката за храните, селското стопанство, биорафинирането и аналитичните изследвания.

Ултразвукова обработка на семена и сухи бобови зърна във всякакъв мащаб

Основно предимство на мощния ултразвук е възможността за прецизен контрол на амплитудата, интензитета и вложената енергия, особено при използване на ултразвуковите апарати със сонда на Hielscher Ultrasonics. Тези системи – предлагани за лабораторен, пилотен и промишлен мащаб – позволяват възпроизводима обработка с регулируеми параметри, която обхваща приложения от щадяща предсеитбена подготовка или покълване на семената чрез ускорена хидратация и активиране на ензимите до ефективна екстракция на хранителни вещества.

Открийте как мощният ултразвук подобрява обработката на леща и други бобови култури в тази демонстрация със сондовия ултразвуков процесор Hielscher UP400ST. Във видеото лещата се подлага на контролирана ултразвукова кавитация – мощен физичен механизъм, който подобрява хидратацията, ускорява дифузионните процеси и подпомага освобождаването на ценни съединения. Ултразвуковата обработка способства за бърза хидратация на семената, сонопорация на клетъчните стени и подобрен масопренос, което я прави ефективен метод за предсеитбена подготовка на семена, преработка на храни и екстракция. Когато кавитационните мехурчета колабират близо до повърхността на семената, те създават микроструи и сили на срязване, които отварят микроканали в семенната обвивка – така водата и разтворените вещества проникват по-ефективно. Ултразвуковата обработка се използва широко в науката за храните, селското стопанство, биотехнологиите и производството на растителни съставки.

Акустичната кавитация и нейните ефекти върху материали от бобови растения

Ултразвуковата обработка се основава на акустична кавитация – бързото образуване и колапс на микромехурчета в течности. Получените микроструи, сили на срязване и колебания на налягането взаимодействат с тъканите на лещата и бобовите растения по строго специфични начини.

Три основни механизма определят въздействието върху семената:

Ускоряване на хидратацията
Кавитацията нарушава граничния слой между водата и повърхността на семената, като подобрява преноса на вода в семенната обвивка и семеделите.

Ефектите включват:
- По-бързо накисване/хидратация
- По-равномерно набъбване
- Подобрена дифузия на водата през тестата
Сонопорация и микроструктурни промени
Механичното напрежение от колапсиращите кавитационни мехурчета създава нано- и микропори в семенната обвивка и вътрешните тъкани – явление, известно като сонопорация.

Последици:
- Повишена пропускливост
- По-бързо извличане или поглъщане на разтворени вещества
- Повишена достъпност за ензимите
- Подобрен потенциал за покълване
Подобряване на екстракцията
Ултразвукът улеснява освобождаването на:
- Протеини
- Полифеноли
- Масла и липиди
- Хранителни влакнини
- Биоактивни съединения

Това се дължи на разрушаването на клетъчните стени, подобреното проникване на разтворителя и засиления масопренос.

Ултразвуковата обработка подобрява покълването на семената: ултразвуковата кавитация създава микропукнатини в семенната обвивка, подобрява имбибицията, хидратацията и поглъщането на хранителни вещества, което води до прекъсване на състоянието на покой, по-висок процент на покълване, по-висока скорост на растеж и по-добро развитие на пониците

Схематично обобщение на ефектите на ултразвука върху семената и механизмите на действие.
Изследване и схема: ©Nogueira et al., 2023

Влияние на амплитудата и интензитета на ултразвука върху семената

Амплитудата на ултразвука пряко определя механичната енергия, предавана на семената. Регулирането на амплитудата позволява на операторите да настроят прецизно процеса според чувствителността и целта на приложението. Всички ултразвукови апарати на Hielscher позволяват прецизно регулиране на амплитудата, което ги прави универсални инструменти за предсеитбена подготовка на семена, покълване и екстракция на хранителни вещества.

Ниски амплитуди – идеални за предсеитбена подготовка и имбибиция на семена

Щадяща кавитация
Повишена хидратация чрез сонопорация, но без увреждане на тъканите
Контролирана имбибиция на семената за предсеитбена подготовка
Активиране на метаболитните пътища
Подобрена скорост на покълване и жизненост на семената

Имбибицията на семената – началната фаза на поглъщане на вода преди покълването – може да бъде прецизно ускорена и оптимизирана с ултразвук:

Кавитацията нарушава повърхностното напрежение
Водата навлиза по-ефективно през микропилето
Бариерите, свързани със състоянието на покой, се размекчват
Предсеитбено подготвените семена покълват по-бързо и развиват по-силни поници

Средни амплитуди – структурно модифициране и умерена екстракция

Повишена клетъчна пропускливост
Частично разхлабване на клетъчните стени
По-бърза хидратация за преработка на храни
Подобрени добиви при екстракция без пълно разрушаване на тъканите

Идеални за:

Подобряване на разтворимостта на протеините
Модифициране на свойствата на нишестето
Подготовка на материали за ферментация

Високи амплитуди – разрушаване на клетките и екстракция

Интензивна кавитация и срязване
Пълно разрушаване на структурата
Оптимални за изолиране на протеини или екстракция на фитохимични вещества
Използват се, когато семената не са предназначени да запазят жизнеспособността си

Това е типичният диапазон за промишлена екстракция на:

Масла / липиди
Протеини и пептиди
Полифеноли
Функционални влакнини

Ултразвукови апарати на Hielscher за предсеитбена подготовка, покълване, хидратация и екстракция на семена

Ултразвуковите апарати на Hielscher предлагат универсален и научно обоснован метод за модифициране на леща и бобови растения. От ускоряване на имбибицията и предсеитбената подготовка на семената до подобряване на екстракцията и осигуряване на производство на съставки в промишлен мащаб, мощният ултразвук предоставя уникални предимства в изследователския и търговския сектор.

С ултразвуковите апарати със сонда на Hielscher Ultrasonics, позволяващи прецизен контрол – предлагани в лабораторен и изцяло промишлен мащаб – потребителите могат да настроят прецизно условията на обработка за щадящо подобряване на физиологичните процеси или интензивно механично разрушаване – превръщайки ултразвука в основополагаща технология за изследвания на растенията от следващо поколение, преработка на хранителни съставки и устойчиво биорафиниране.

Таблицата по-долу дава представа за приблизителния капацитет за обработка на нашите ултразвукови апарати:

Обем на партидата	Дебит	Препоръчвани устройства
0,5 до 1,5mL	n.a.	VialTweeter
1 до 500mL	10 до 200mL/min	UP100H
10 до 2000mL	20 до 400mL/min	UP200Ht, UP400St
0,1 до 20L	0,2 до 4L/min	UIP2000hdT
10 до 100L	2 до 10L/min	UIP4000hdT
15 до 150L	3 до 15L/min	UIP6000hdT
n.a.	10 до 100L/min	UIP16000hdT
n.a.	по-голям	група от UIP16000hdT

Поискайте повече информация

Моля, използвайте формуляра по-долу, за да поискате допълнителна информация за ултразвуковите процесори за обработка на семена и сухи зърна от бобови култури, технически подробности и цени. С удоволствие ще обсъдим с Вас процеса Ви и ще Ви предложим най-подходящия ултразвуков процесор за оптимизиране на обработката на Вашите семена!

Имейл адрес (задължително)

Телефонен номер

Име

Интерес

Проектиране, производство и консултации – качество, произведено в Германия

Ултразвуковите апарати на Hielscher са добре известни с най-високите си стандарти за качество и проектиране. Здравината и лесната работа позволяват безпроблемното интегриране на нашите ултразвукови апарати в промишлени съоръжения. Ултразвуковите апарати на Hielscher се справят лесно с тежки условия и взискателни работни среди.

Hielscher Ultrasonics е сертифицирана по ISO компания и поставя специален акцент върху високопроизводителните ултразвукови апарати, отличаващи се с най-съвременна технология и удобство за потребителя. Разбира се, ултразвуковите апарати на Hielscher са в съответствие с CE и отговарят на изискванията на UL, CSA и RoHs.

Свързани теми

Литература / източници

Kiliçli, Mahmut; Toker, Omersaid (2022): Some physicochemical and technological properties of cooking water of pulses as a canned industry waste: effect of ultrasound treatment during soaking. International Journal of Food Engineering 2022.
Ranjbari, A.; Kashaninejad, Mahdi; Aalami, Mehran; Khomeiri, Morteza; Gharekhani, Mehdi (2013): Effect of ultrasonic pre-treatment on water absorption characteristics of chickpeas (Cicer arietinum). Latin American applied research 43, 2013. 153-159.
Godlewska, K.; Biesiada, A.; Michalak, I.; Pacyga, P. (2020): The Effect of Botanical Extracts Obtained through Ultrasound-Assisted Extraction on White Head Cabbage (Brassica Oleracea L. Var. Capitata L.) Seedlings Grown under Controlled Conditions. Sustainability 2020, 12, 1871.
Yaldagard M.; Reza Mortazavi S.A.; Tabatabaie F. (2008): Application of Ultrasonic Waves as a Priming Technique for Accelerating and Enhancing the Germination of Barley Seed: Optimization of Method by the Taguchi Approach. Journal of The Institute for Brewing Vol. 114, Issue1, 2008. 14-21.
Ranjbari, A. & Kashaninejad, Mahdi; Aalami, Mehran; Khomeiri, Morteza; Gharekhani, Mehdi (2013): Effect of ultrasonic pre-treatment on water absorption characteristics of chickpeas (Cicer arietinum). Latin American applied research 43, 2013. 153-159.

Често задавани въпроси

Бобовите растения и сухите бобови зърна семена ли са?

И бобовите растения, и сухите бобови зърна са семена, но термините описват различни категории. Бобовите растения са ботаническата категория и обхващат всички растения от семейство Fabaceae, които образуват шушулки със семена, включително соя, фъстъци, пресен грах, зелен фасул, детелина и много фуражни култури. Сухите бобови зърна са селскостопанската и хранителната категория и се отнасят конкретно до сухите ядливи семена на част от видовете бобови растения, отглеждани и прибирани единствено заради семената, като леща, сух фасул, нахут и сух грах.

Каква е разликата между бобовите растения и сухите бобови зърна?

Бобовите растения са растения от семейство Fabaceae, които образуват шушулки, докато сухите бобови зърна са сухите ядливи семена на определени бобови култури като леща, нахут и сух фасул.

Какво е покълване?

Покълването е процесът, при който семето поглъща вода, активира метаболитни пътища и започва да развива корен и летораст.

Какво е покълване, подпомагано с ултразвук?

Покълването, подпомагано с ултразвук, представлява използване на контролирана ултразвукова кавитация за ускоряване на хидратацията на семената, повишаване на пропускливостта на мембраните и стимулиране на биохимичната активност, което води до по-бързо и по-равномерно покълване.