Hielscher Ultraschalltechnik

Beschleunigte Sprossenzucht mittels Ultraschall


Sprossen und Keimlinge sind ein beliebtes gesundes Nahrungsmittel, das reich an Vitaminen, Proteinen, Mineralien und Antioxidantien ist. Der Keimprozess ist jedoch mühsam und zeitaufwendig. Ultraschall kann die Sprossenzucht jedoch beschleunigen. Durch eine ultraschall-gestützte Aktivierung der Samen wird die Keimungsrate verbessert, der Keimungsprozess beschleunigt, das Nährstoffprofil verbessert und das Wachstum gesunder Keimlinge gefördert. Das Einweichen und Vorbereiten von Saatgut mit Ultraschall ist die ideale Technik, um die Keimfähigkeit Ihrer Sprossen zu erhöhen.

Sprossenzucht von Samen, Körnern und Hülsenfrüchten

Ultrasonic seed activation improves the germination and sprouting of cereals, legumes and microgreens.Sprossen sind gekeimte Samen, welche zum Beispiel von Luzerne, Klee, Sonnenblume, Brokkoli, Senf, Radieschen, Knoblauch, Dill, Kürbis, Mandeln, Getreide (z.B. Weizenbeeren, Quinoa, Gerste, Roggen, Buchweizen, Sorghum, Hirse), Hülsenfrüchten (z.B. Erdnüsse, Erbsen, Kichererbsen, Linsen) sowie von verschiedenen Bohnen wie Mung-, Kidney-, Pinto-, Tiger- und Sojabohnen gezogen werden. Da Keimlinge reich an Phytonährstoffen wie Proteinen, Vitaminen, Mineralien und Antioxidantien und kalorien-, fett- und natriumarm sind, gelten sie weithin als „Reformkost“ und "SuperFood". Die Aufnahme von Sprossen in den täglichen Ernährungsplan hilft, den Körper mit Ballaststoffen, Vitaminen, Mineralien und anderen gesundheitsfördernden Phytonährstoffen zu versorgen.
Bioverfügbarkeit von Nährstoffen in Sprossen und Mikrogrün: Getreide und Hülsenfrüchte enthalten verschiedene Antinährstoffe, die die Verdauung behindern und die Bioverfügbarkeit von Mikronährstoffen und Mineralien hemmen. So reduzieren beispielsweise Trypsininhibitoren und Phytate, die in Getreide und Hülsenfrüchten vorhanden sind, die Proteinverdaulichkeit bzw. die Mineralstoffaufnahme. Trypsininhibitoren behindern die Aktivität des Verdauungsenzyms Trypsin, so dass in der Folge aufgenommene Proteine nicht richtig verdaut und vom Körper aufgenommen werden können.
Daher werden Keimung und Sprossung angewandt, um diese Antinährstoffe zu deaktivieren. Während des Keimens werden Wege für die Produktion von Nährstoffen und Phytochemikalien eingeleitet und Enzyme aktiviert. Auf diese Weise liefern keimende Samen und Hülsenfrüchte ein breites Spektrum an biozugänglichen Nährstoffen.
Während des Keimungs- und Sprossvorgangs werden körpereigene Enzyme wie α-Amylase, Pullulanase, Phytase und andere Glukosidasen im Saatgut aktiviert. Diese Enzyme bauen Anti-Ernährungsfaktoren ab und spalten komplexe Makronährstoffe in einfache und besser verdauliche Formen auf.
Keimlinge sind reich an gesundheitsfördernden Nährstoffen wie Proteinen, Chlorophyll, Vitaminen, Mineralien, Enzymen, Aminosäuren und Phytochemikalien. Zum Beispiel sind Brokkolikeimlinge bekanntermaßen extrem reich an Sulfurophan. Im Vergleich zu reifen Brokkoliröschen enthalten gekeimte Brokkoli-Samen 50-mal mehr Sulfurophan.

Verfahren zur Keimung

Der Anbau von Sprossen ist mühsam und zeitaufwendig. Während des Keimprozesses sind hygienische und sanitäre Bedingungen entscheidend, um mikrobielle Kontamination und Verderb zu verhindern. Das ultraschallunterstützte Einweichen, Keimen und Auskeimen beschleunigt die Kultivierung und das Wachstum nährstoffreicher, kräftiger Keimlinge und Keimlinge.

Verbesserte Kultivierung von Sprossen und Mikrogrün mit Ultraschall

Das Einweichen, Keimen und Sprossen mittels Ultraschall intensiviert Ihren Kultivierungsprozess von Keimlingen und Mikrogrün. Keimen ist ein mühsamer und zeitraubender Prozess, der zum Verderb durch Schimmel und Bakterien neigt. Da die Samen eine beträchtliche Zeit in Wasser (während des Einweichens und Einweichens) und in einer sehr feuchten Umgebung (während der Keimphase) verbringen, ist das Risiko einer mikrobiellen Kontamination und des Verderbs sehr hoch. Wenn verdorbene Keimlinge und Mikrogrün verzehrt werden, verursachen sie schwere Lebensmittelvergiftungen. Das Einweichen und Keimen mittels Ultraschall reduziert die Einweich- und Keimdauer. Da das Saatgut schneller keimt und wächst, wird die Zeit der Anwesenheit in Umgebungen mit hoher Feuchtigkeit verkürzt. Auf diese Weise wird die Zeit für mikrobielles Wachstum und Verderb minimiert. Die Ultraschallkeimung macht nicht nur Ihren Keimungsprozess effizienter, sondern reduziert auch das Kontaminationsrisiko.
Darüber hinaus haben verschiedene Forschungsstudien gezeigt, dass ultraschallgetränkte und gekeimte Keimlinge im Vergleich zu konventionell gekeimtem Saatgut durch ein erhöhtes Nährwertprofil, wie einen höheren Gehalt an Proteinen, Vitaminen und Phytonährstoffen, hervorstechen. Ultraschallgetränkte Keimlinge weisen auch eine höhere Keimkraft auf.

The UP400St is a 400W powerful ultrasonic homogenizer for seed priming, germination and sprouting.

Ultraschallgerät UP400St für die Saatgutvorbereitung. Die Ultraschallbehandlung führt zu schnellerer Keimung, höherem Nährstoffprofil und verbesserter Keimlingsvitalität.

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Ultrasonically treated lentils show a higher water uptake.

Die Ultraschall-Hydroprimierung verbessert die Wasser- und Nährstoffaufnahme. Der Vergleich von beschallten Linsen (40 Ws/g) mit nicht beschallten Linsen zeigt, dass die Beschallung die Wasseraufnahme signifikant verbessert.

Ultraschall-Saatgut-Aktivierung

Die ultraschallverstärkte Keimung wird durch die mechanische Wirkung von Ultraschall / akustischer Kavitation verursacht. Die Auswirkungen der Ultraschallkavitation wirken auf die Samenschale: Sie fragmentiert die Samenschale und erzeugt dadurch eine grössere Porosität der Oberfläche von Samen. Wörtlich bedeutet dies, dass die Ultraschallfragmentierung der Samenschale die Schale perforiert. Darüber hinaus vergrößert die Beschallung die Porengröße, so dass ein höherer Stoffaustausch zwischen dem Samenkern und dem Wachstumsmedium stattfindet. Durch den intensivierten Stoffaustausch wird das Saatgut mit Wasser und den benötigten Nährstoffen versorgt. Aufgrund der erhöhten Porosität und Durchlässigkeit kann das Saatgut Wasser und Nährstoffe schneller aufnehmen. Die bessere Hydratation und das erhöhte Wasserrückhaltevermögen bei trockenem Saatgut / Getreide führen zu einem beschleunigten Wachstum der Keimlinge.

Die Dauer der Ultraschall-Seed-Behandlung beträgt nur wenige Minuten. Die spezifische Beschallungsdauer hängt von der Härte der Samenschale ab und kann bei den meisten Saatgutsorten zwischen 4 und 6 Minuten betragen. Um die Ultraschallbehandlung an die spezifische Saatgut-/Kornsorte anzupassen, ist die Amplitude des Ultraschallgerätes ein wichtiger Faktor, der wesentlich zur Wirksamkeit des Ultraschall-Einweichens und Priming der Samen beiträgt. Je härter und dicker die Samenschale, desto höhere Amplituden sind erforderlich. Hielscher Ultrasonics verfügt über profunde Kenntnisse über das ultraschallunterstützte Einweichen/Weichen, Primen und Keimen von Saatgut. Wir bieten Ihnen die für Ihre Keimsorten und Keimfähigkeiten am besten geeigneten und effektivsten Ultraschallgeräte an.

Ultraschall-gestütztes Saatgut-Priming

Je länger die Sämlinge beschallt werden, umso besser ist die bessere Keimung der Calanthe Hybriden. (Shin et al. 2011)

Höherer Nährwert ultraschallgekeimter Sprossen

Die ultraschallunterstützte Keimung fördert nicht nur die Keimungsgeschwindigkeit und die Erregungsrate, sondern hat auch positive Auswirkungen auf die Ernährungsqualität der Keimlinge. Mehrere Studien zeigten eine verbesserte Biosynthese von Phytonährstoffen durch Ultraschall. Yang et al. (2015) maßen erhöhte Isoflavonoidgehalte in beschallten Sojasprossen. Erhöhte Mengen der Isoflavoonoide Daidzein und Genistein um 39,13 bzw. 96,91 % im Vergleich zu den nicht beschallten Proben. Die ultraschallgeprimerten Sojabohnen wiesen ebenfalls eine um 43,4 % erhöhte Gamma-Aminobuttersäure (GABA) auf. In einer anderen Studie beobachteten Yu et al. (2016) eine verbesserte antioxidative Kapazität bei ultraschallbehandeltem Romaine-Kopfsalat.
Ampofo (2020) zeigte in ihrer Dissertation, dass die Beschallung von Stangenbohnen mit 360 W für 60 Minuten eine signifikant erhöhte Akkumulation von Stressmarkern nach 96 Stunden Keimung provoziert. Stress während des Keimlingswachstums führt im Vergleich zur nicht beschallten Kontrollprobe zu erhöhten Aktivitäten von abwehrenden Phenylpropanoiden, die Enzyme, phenolische Verbindungen und antioxidative Kapazitäten in signifikanter Höhe auslösen. Die Ultraschallbehandlung verkürzte die Keimungszeit im Vergleich zur Kontrolle um 60 Stunden. Ultraschallbehandeltes Saatgut zeigte nach 24 Stunden Keimung einen Adikelaufgang mit signifikanter Dehnung der Keimwurzel bei zunehmender Keimungszeit, während die Kontrollproben im Vergleich dazu den Keimungsbeginn der Keimwurzel um bis zu 48 Stunden verzögert hatten. In Bezug auf den Nährwert wiesen die beschallten Bohnensprossen im Vergleich zu den nicht beschallten Proben einen 6,6-fach höheren Gesamtflavonoidgehalt und einen 11,57-fach höheren Gesamtanthocyangehalt auf.
Hielscher Ultrasonics‘ Sonden-Ultraschallgeräte sind präzise steuerbar. Prozessparameter wie Amplituden- und Temperaturregelung sowie die gleichmäßige und gleichmäßige Exposition aller Samen in der Ultraschall-Kavitationszone sind wesentliche Faktoren, um eine hochregulierte Biosynthese in Samen und Keimlingen zu provozieren.

Vorteile der ultraschall-gestützten Sprossenzucht

  • Reduzierte Wässrungszeit
  • Schnellere Keimung
  • Gleichmäßigeres Wachstum
  • Verbesserte Nährstoffaufnahme
  • Erhöhte Keimlingskraft
  • Höherer Nährwert der Sprossen
  • Schnellerer Durchsatz
  • Reduziertes Risiko des mirobiellen Verderbs
  • Prozess nach Lebensmittelqualität-Standards
  • einfach und sicher zu bedienen
Die SonoStation ist ein komplettes Ultraschall-Setup, das für die Verarbeitung größerer Mengen von Handdesinfektionsmittel geeignet ist.

SonoStation – eine einfache schlüsselfertige Lösung für Ultraschallprozesse

Fallstudien zur Ultraschall-Sprossenbildung

Hassan et al. (2020) zeigen, dass ultraschallgesprossene Sorghum-Samen ein signifikant verbessertes Nährwertprofil aufweisen. Profil und Menge der Phytonährstoffe in Sorghum-Samen wurden durch Ultraschall verbessert. Verschiedene phytochemische Bestandteile (Alkaloide, Phytate, Saponine und Sterine), Radikalfängeraktivität (2,2-Diphenyl-1-picrylhydrazyl-Assay, Eisen reduzierender Antioxidationsmittel-Power-Assay und Sauerstoffradikal-Absorptionskapazitäts-Assay), phenolisches Profil (Gesamtphenolgehalt, Gesamtflavonoidgehalt, Ferulasäure, Gallussäure, Katechin, Quercetin und Tannin) zusammen mit der in vitro Proteinverdaulichkeit (IVPD %) wurden auf den Einfluss der Ultraschallkeimung von Sorghumsprossen untersucht. Alle untersuchten Faktoren wurden durch die Ultraschallbehandlung verbessert. Die behandelten Keimlinge zeigten eine besonders hohe Radikalfängeraktivität und ein reiches phenolisches Profil mit einem höheren Anteil an IVPD.
Eine milde Sonikationsbehandlung mit 40% Amplitude über 5 Minuten zeigte die signifikanten Verbesserungen. Nach der Keimung zeigten die ultraschallbehandelten Sorghumsprossen ein überlegenes Profil an Phytochemikalien, die als wertvoller Rohstoff zur kostengünstigen Herstellung proteinreicher funktioneller Lebensmittel dienen können.

The UIP1000hdT is Hielscher's powerful 1kW ultrasonic processor for batch and continuous sonication (Click to enlarge!)Petru et al. (2018) untersuchten die Wirkung der Ultraschallkavitation beim Kollaps von Kavitationsblasen. Sie fanden heraus, dass die Ultraschallkavitation Mikroerosionen an den Samenschalen induziert, welche die Durchlässigkeit der Samenschale erhöhen und den Stoffaustausch fördern. Sie untersuchten den Einfluss der Ultraschallbehandlung auf die Saatgutkeimung, das Aufgehen und die ersten Wachstumsstadien von Triticale-Sämlingen (Roggen- und Weizenhybride). Die Proben von 50 Samen wurden mit Ultraschall in Wasser in folgendem Regime behandelt: die Amplitude 15 µm bei einer Temperatur von 25 degС für verschiedene Behandlungsdauern 0, 2, 4, 6, 8 min. Dann wurden die Samen zur Keimung und Sprossung auf ein nasses Filterpapier bei Raumtemperatur gelegt. Die ausgeprägteste Wirkung der US-Behandlung wurde für die Behandlungsdauer von 4 min beobachtet. Die optimalen Daten zur Keimung von ultraschallbehandelten Triticale-Samen innerhalb von 4 min und zum Aufgehen der Keimlinge im Vergleich zu den unbehandelten Samen (Kontrolle) sind in Abb. 1 dargestellt. Es wurde festgestellt, dass die durchschnittliche Länge der Keimlinge der ultraschallbehandelten Samen um 15 – 20% übersteigt die Länge für die Kontrollsaaten. Die ultraschallbehandelten Samen keimen früher und weisen eine größere Keimkraft, eine höhere Länge der Sämlinge und Wurzeln auf.

Ultraschallprozessoren für intensivierte Keimung und Sprossung

Die Hochleistungsprozessoren von Hielscher Ultrasonics werden in der Lebensmittel- und Landwirtschaft eingesetzt, um Keimung und Keimung, Saatgutansaugung einschließlich Osmosaugung, Hydroansaugung sowie Fermentationsprozesse zu fördern. Modernste Technologie, Benutzerfreundlichkeit, Betriebssicherheit und Robustheit sind die Hauptmerkmale aller Prozessoren von Hielscher Ultrasonics.

Batch und Inline

Hielscher-Ultraschallgeräte können für Batch- und kontinuierliche Durchflussverarbeitung eingesetzt werden. Abhängig von Ihrem Prozessvolumen und Ihrem stündlichen Durchsatz kann eine Inline-Verarbeitung empfohlen werden. Während das Chargenverfahren zeit- und arbeitsintensiver ist, ist ein kontinuierliches Inline-Mischverfahren effizienter, schneller und erfordert deutlich weniger Arbeitsaufwand.

Ultraschallmischer für jede Produktkapazität

Ultraschallprozessor UIP4000hdT, ein 4kW starker Ultraschall-ReaktorDie Produktpalette von Hielscher Ultrasonics deckt das gesamte Spektrum der Ultraschallprozessoren ab, von kompakten Labor-Ultraschallgeräten über Tisch- und Pilotsysteme bis hin zu vollindustriellen Ultraschallprozessoren mit der Kapazität zur Bearbeitung von LKW-Ladungen pro Stunde. Die vollständige Produktpalette ermöglicht es uns, Ihnen den für Ihre Prozessleistung und Ziele am besten geeigneten Ultraschallprozessor anzubieten.
Ultraschall-Tischsysteme sind ideal für Machbarkeitstests und Prozessoptimierung. Das lineare Scale-up auf der Grundlage etablierter Prozessparameter macht es sehr einfach, die Verarbeitungskapazitäten von kleineren Losen bis hin zur vollständig kommerziellen Produktion zu erhöhen. Das Up-Scaling kann entweder durch die Installation einer leistungsfähigeren Ultraschall-Mischeinheit oder durch die parallele Gruppierung mehrerer Ultraschallgeräte erfolgen. Mit dem UIP16000 bietet Hielscher den weltweit leistungsstärksten Ultraschallprozessor an.

Präzise kontrollierbare Amplituden für optimale Ergebnisse

Alle Hielscher-Ultraschallgeräte sind präzise steuerbare und damit zuverlässige Arbeitsmittel. Die Amplitude ist einer der entscheidenden Prozessparameter, die die Effizienz und Effektivität der Ultraschall-Keimung und Keimung beeinflussen. Saatgut mit einer weichen Beschichtung erfordert eine milde Beschallung und niedrigere Amplitudeneinstellungen, während Saatgut mit einer robusten und harten Schale bessere Keimungsergebnisse zeigt, wenn es mit höheren Amplituden beschallt wird. Alle Hielscher-Ultraschall‘ Prozessoren ermöglichen die präzise Einstellung der Amplitude. Sonotroden und Booster-Hörner sind Zubehörteile, die es erlauben, die Amplitude in einem noch größeren Bereich zu verändern. Die industriellen Ultraschallprozessoren von Hielscher können sehr hohe Amplituden erzeugen und liefern die erforderliche Ultraschallintensität für anspruchsvolle Anwendungen. Amplituden von bis zu 200µm können problemlos im 24/7-Betrieb kontinuierlich betrieben werden.
Präzise Amplitudeneinstellungen und die permanente Überwachung der Ultraschall-Prozessparameter über eine intelligente Software geben Ihnen die Möglichkeit, Ihre Seeds mit den effektivsten Ultraschallbedingungen zu behandeln. Optimale Beschallung für beste Keimungsergebnisse!
Die Robustheit der Ultraschallgeräte von Hielscher ermöglicht einen 24/7-Betrieb bei hoher Beanspruchung und in anspruchsvollen Umgebungen. Dies macht die Ultraschallgeräte von Hielscher zu einem zuverlässigen Arbeitsgerät, das Ihren Prozessanforderungen gerecht wird.

Einfache, risikofreie Tests

Ultraschallprozesse können vollständig linear skaliert werden. Das bedeutet, dass jedes Ergebnis, das Sie mit einem Labor- oder Tisch-Ultraschallgerät erzielt haben, auf exakt die gleiche Leistung mit den exakt gleichen Prozessparametern skaliert werden kann. Dies macht Ultraschall ideal für risikofreie Machbarkeitsprüfungen, Prozessoptimierung und die anschließende Implementierung in die kommerzielle Fertigung. Kontaktieren Sie uns, um zu erfahren, wie die Beschallung Ihre Keimausbeute und -qualität steigern kann.

Höchste Qualität – Entwickelt und hergestellt in Deutschland

Als familiengeführtes Unternehmen setzt Hielscher bei seinen Ultraschallprozessoren auf höchste Qualitätsstandards. Alle Ultraschallgeräte werden in unserem Hauptsitz in Teltow bei Berlin konstruiert, gefertigt und gründlich getestet. Die Robustheit und Zuverlässigkeit der Ultraschallgeräte von Hielscher machen sie zu einem Arbeitspferd in Ihrer Produktion. Der 24/7-Betrieb unter Volllast und in anspruchsvollen Umgebungen ist ein natürliches Merkmal der Hochleistungs-Ultraschallgeräte von Hielscher.

Sie können den Hielscher Ultraschallprozessor in jeder beliebigen anderen Größe und exakt auf Ihre Prozessanforderungen konfiguriert kaufen. Von der Behandlung von Saatgut in einem kleinen Laborbecher bis hin zur kontinuierlichen Durchflussmischung von Saatschlämmen auf industrieller Ebene bietet Hielscher Ultrasonics das passende Ultraschallgerät für Sie! Bitte kontaktieren Sie uns – wir empfehlen Ihnen gerne den idealen Ultraschallaufbau!

In der folgenden Tabelle finden Sie die ungefähre Verarbeitungskapazität unserer Ultraschallsysteme:

Batch-Volumen Durchfluss Empfohlenes Ultraschallgerät
1 bis 500ml 10 bis 200ml/min UP100H
10 bis 2000ml 20 bis 400ml/min UP200Ht, UP400St
0.1 bis 20l 0,2 bis 4l/min UIP2000hdT
10 bis 100l 2 bis 10l/min UIP4000hdT
n.a. 10 bis 100l/min UIP16000
n.a. größere Cluster aus UIP16000

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Hielscher Ultrasonics stellt leistungsstarke Ultraschall-Homogenisatoren für die Dispersion, Emulgierung und Zellenextraktion her.

Leistungsstarke Ultraschall-Homogenisatoren von Labor bis Pilot- und industrielle Maßstab.

Literatur / Literaturhinweise



Wissenswertes

Warum enthalten Keimlinge mehr Nährstoffe?

Sprossung und Keimung sind Schritte im Wachstum einer Pflanze, bei denen viele biochemische Wege aktiviert werden, um den Beginn des Wachstums einzuleiten und die Entwicklung einer gesunden, überlebensfähigen Pflanze zu fördern. Diese biochemischen Wege beinhalten die Aktivierung vielfältiger Enzyme. Über die Biosynthese werden durch enzymatische Umwandlung sekundäre Metaboliten (alias Phytochemikalien) gebildet. Diese Sekundärmetabolite werden als gesundheitsfördernd bezeichnet. Prominente Beispiele sind Polyphenole, Terpene, Sulfuraphan und zahlreiche andere.
Ein Beispiel für eine solche Biosynthese ist das Enzym Phenylalanin-Ammoniak-Lyase (PAL). Das PAL-Enzym katalysiert die Wege für die Biosynthese der verschiedenen Phytochemikalien. Wenn dieses Enzym gehemmt wird, wird es zum limitierenden Faktor für die Biosynthese von Phenolsäuren und Flavonoiden. Eine mögliche Erklärung für höhere Phytochemikaliengehalte in Keimlingen ist, dass die PAL-Aktivität während der Keimung hochreguliert wird. Alternative Erklärungen deuten darauf hin, dass gebundene phenolische Verbindungen hydrolysiert werden und/oder dass die De-novo-Biosynthese von Phenolen in der embryonalen Achse der Keimlinge stattfindet. Viele sekundäre Pflanzenstoffe sind für ihre antioxidativen Eigenschaften bekannt, was eine erhöhte antioxidative Aktivität von gekeimten Getreide- und Hülsenfrüchten erklärt.
Keimlinge mit hohem Gehalt an Phytonährstoffen sind eine großartige Ergänzung des Speiseplans. Phytonährstoffe tragen zu vielen Vorgängen im menschlichen Körper bei und können dadurch Krankheiten verhindern und/oder lindern.

Die Forschung hat verschiedene ernährungsphysiologische Vorteile für das Keimen und Aufkeimen von Samen, Körnern und Hülsenfrüchten festgestellt:

  • Bei Buchweizen wurde nach 72 Stunden Keimung ein signifikant erhöhter Proteingehalt festgestellt. Darüber hinaus wies der gekeimte Buchweizen erhöhte Mengen an Gesamtphenolen, Flavonoiden und kondensiertem Tannin auf (Zhang et al., 2015).
  • Bei gekeimter Fingerhirse war die Proteinverdaulichkeit um 64% erhöht. (Mbithi-Mwikya et al. 2000)
  • Bei weißen Maiskörnern wurden die bioverfügbaren phenolischen Verbindungen nach 5 Tagen Keimung um 92% erhöht.