Ефекти на соникацията върху бобови растения и семена
Ултразвуковата обработка се е превърнала в ценна технология за модифициране, кондициониране и анализ на растителни материали като леща и бобови растения. Чрез акустична кавитация и контролирани механични сили сонирането подобрява хидратацията, ускорява извличането, променя микроструктурите и подобрява масовия трансфер. Тези ефекти са изключително привлекателни за изследване на семена, хранително-вкусова промишленост, селско стопанство, биорафиниране и аналитични изследвания.
Ултразвукова обработка на семена и бобови култури във всякакъв мащаб
Основно предимство на мощния ултразвук е възможността за прецизен контрол на амплитудата, интензитета и входящата енергия, особено при използване на Hielscher Ultrasonics’ сонатори тип "сонда". Тези системи – налични за лабораторни, пилотни и промишлени мащаби – позволяват възпроизводима, регулируема обработка, която варира от нежно грундиране на семената или покълване чрез ускорена хидратация и ензимно активиране до ефективно извличане на хранителни вещества.
Соникация на леща с ултразвуковата сонда UP400St
Ултразвуковата обработка стимулира ефекти като бърза хидратация на семената, сонопорация на клетъчните стени и подобрен масообмен, което я прави ефективен метод за грундиране на семена, преработка на храни и екстракция. Когато кавитационните мехурчета се свиват близо до повърхността на семената, те създават микроструйки и сили на срязване, които отварят микроканали в обвивката на семената - позволявайки на водата и разтворените вещества да проникнат по-ефективно.
Ултразвуковата обработка намира широко приложение в хранително-вкусовата промишленост, селското стопанство, биотехнологиите и производството на съставки на растителна основа.
Акустична кавитация и нейното въздействие върху бобови материали
Соникацията се основава на акустична кавитация – бързото образуване и разпадане на микромехурчета в течности. Получените микроструйки, сили на срязване и колебания на налягането взаимодействат с тъканите на лещата и бобовите растения по много специфични начини.
Три основни механизма определят въздействието върху семената:
- Ускоряване на хидратацията
Кавитацията нарушава граничния слой между водата и повърхността на семената, като засилва преноса на вода в обвивката на семената и котиледоните.
Ефектите включват:
- По-бързо накисване/хидратиране
- По-равномерно подуване
- Подобрена дифузия на вода през ципата
- Сонопорация и микроструктурни промени
Механичното напрежение от срутващите се кавитационни мехурчета създава нано- и микропори в обвивката на семената и вътрешните тъкани. – известна като сонопорация.Последици:
- Повишена пропускливост
- По-бързо излугване или поглъщане на разтворени вещества
- Повишена ензимна достъпност
- Подобрен потенциал за покълване
- Подобряване на извличането
Ултразвукът улеснява освобождаването на:- Протеини
- полифеноли
- Масла и липиди
- Диетични фибри
- биоактивни съединения
Това е резултат от разрушаването на клетъчната стена, подобреното проникване на разтворителя и по-добрия масов трансфер.
Схематично обобщение на ефектите на ултразвука върху семената и механизмите на действие.
Проучване и схема: ©Nogueira et al., 2023
Мощен ултразвук за обработка на семена и бобови растения: Ултразвуковата система UIP4000hdT
Влияние на амплитудата и интензитета на ултразвука върху семената
Амплитудата на ултразвука пряко определя механичната енергия, която се предава на семената. Регулирането на амплитудата позволява на операторите да настроят процеса според чувствителността и целта на приложението. Всички сонатори на Hielscher позволяват прецизна настройка на амплитудата, което ги прави универсални инструменти за грундиране на семена, покълване и извличане на хранителни вещества.
Ниски амплитуди - идеални за подхранване на семената & imbibition
- Нежна кавитация
- Повишена хидратация чрез сонопорация, но без увреждане на тъканите
- Контролирано попиване на семената за подхранване
- Активиране на метаболитните пътища
- Подобрена кълняемост и жизненост на семената
Поглъщане на семена – началната фаза на усвояване на вода преди покълването – могат да бъдат прецизно ускорени и оптимизирани с помощта на ултразвук:
- Кавитацията нарушава повърхностното напрежение
- Водата навлиза по-ефективно в микропилето
- Бариери, свързани с покой, меки
- Подготвените семена показват по-бързо покълване и по-силни разсади
Средни амплитуди - структурна модификация & Умерено извличане
- Повишена клетъчна пропускливост
- Частично разхлабване на клетъчната стена
- По-бърза хидратация за преработка на храни
- Подобрени добиви на екстракция без пълно разграждане на тъканите
Идеален за:
- Подобряване на разтворимостта на протеините
- Промяна на свойствата на нишестето
- Подготовка на материали за ферментация
Високи амплитуди - смущения в клетките & Екстракция
- Интензивна кавитация и срязване
- Пълно структурно разбиване
- Оптимални за изолиране на протеини или фитохимично извличане
- Използва се, когато семената не са предназначени да останат жизнеспособни.
Това е типичният диапазон за промишлен добив на:
- Масла/липиди
- Протеини и пептиди
- полифеноли
- Функционални влакна
Соникатори на Hielscher за грундиране на семена, покълване, хидратиране и екстракция
Звуковите апарати на Hielscher предлагат универсален и научно обоснован метод за модифициране на леща и бобови растения. От ускоряване на покълването на семената и грундирането до подобряване на екстракцията и осигуряване на възможност за производство на съставки в промишлен мащаб, мощният ултразвук осигурява уникални предимства в изследователските и търговските сектори.
С Hielscher Ultrasonics’ точно управляеми сонатори тип "сонда – налични в лабораторен и напълно промишлен мащаб – , потребителите могат да настройват точно условията на обработка за нежно физиологично подобряване или интензивно механично разрушаване, което превръща ултразвука в крайъгълен камък на технологията за изследване на растенията от следващо поколение, обработка на хранителни съставки и устойчиво биорафиниране.
Таблицата по-долу ви дава представа за приблизителния капацитет на обработка на нашите ултразвукови апарати:
| Обем на партидата | Дебит | Препоръчителни устройства |
|---|---|---|
| 0.5 до 1,5 мл | Н.А. | ФлаконВисокоговорител за високи честоти |
| 1 до 500 мл | 10 до 200 мл/мин | UP100H |
| 10 до 2000 мл | 20 до 400 мл/мин | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 до 20L | 0.2 до 4 л/мин | UIP2000hdT |
| 10 до 100L | 2 до 10 л/мин | UIP4000hdT |
| 15 до 150L | 3 до 15 л/мин | UIP6000hdT |
| Н.А. | 10 до 100 л/мин | UIP16000hdT |
| Н.А. | Голям | Клъстер от UIP16000hdT |
Проектиране, производство и консултиране – Качество, произведено в Германия
Ултразвуковите апарати Hielscher са добре известни със своите най-високи стандарти за качество и дизайн. Здравината и лесната работа позволяват безпроблемното интегриране на нашите ултразвукови апарати в промишлени съоръжения. Тежките условия и взискателните условия се справят лесно с ултразвуковите апарати на Hielscher.
Hielscher Ultrasonics е сертифицирана по ISO компания и поставя специален акцент върху високопроизводителните ултразвукови уреди, отличаващи се с най-съвременна технология и удобство за потребителя. Разбира се, ултразвуковите апарати на Hielscher са съвместими с CE и отговарят на изискванията на UL, CSA и RoHs.
Ултразвуково покълване на семената: подобрена имбибиция, по-бързо покълване
Литература / Препратки
- 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 са семена?
Бобовите и бобовите растения са семена, но термините описват различни категории. Бобовите култури са ботаническата категория и се отнасят до всички растения от семейство Fabaceae, които произвеждат шушулки, съдържащи семена, включително соя, фъстъци, пресен грах, зелен фасул, детелина и много фуражни култури. Бобовите култури са селскостопанската и хранителната категория и се отнасят конкретно до сухите ядливи семена на подгрупа бобови видове, които се събират само за семената, като леща, сух боб, нахут и сух грах.
Каква е разликата между бобови и бобови култури?
Бобовите култури се отнасят до растения от семейство Fabaceae, които произвеждат шушулки, а бобовите култури описват сухите ядливи семена на някои бобови култури, като леща, нахут и сух боб.
Какво е покълване?
Покълването е процесът на покълване, при който семената абсорбират вода, активират метаболитните пътища и започват да развиват корен и стрък.
Какво представлява покълването с помощта на ултразвук?
Ултразвуково подпомогнатото покълване е използването на контролирана ултразвукова кавитация за ускоряване на хидратацията на семената, подобряване на мембранната пропускливост и стимулиране на биохимичната активност, което води до по-бързо и по-равномерно покълване.
Hielscher Ultrasonics произвежда високоефективни ултразвукови хомогенизатори от лаборатория да индустриален размер.