Los efectos de la sonicación en las leguminosas y las semillas
El procesamiento ultrasónico se ha convertido en una tecnología valiosa para modificar, acondicionar y analizar materiales vegetales como las lentejas y otras leguminosas. Mediante la cavitación acústica y fuerzas mecánicas controladas, la sonicación mejora la hidratación, acelera la extracción, altera las microestructuras y mejora la transferencia de masa. Estos efectos resultan muy atractivos para la investigación de semillas, la ciencia de los alimentos, la agricultura, el biorrefinado y la investigación analítica.
Procesamiento ultrasónico de semillas y legumbres a cualquier escala
Una de las principales ventajas de los ultrasonidos de potencia es la capacidad de controlar con precisión la amplitud, la intensidad y el aporte de energía, especialmente al utilizar los sonicadores de tipo sonda de Hielscher Ultrasonics. Estos sistemas –disponibles para escala de laboratorio, piloto e industrial– permiten un procesamiento reproducible y ajustable que abarca desde el preacondicionamiento o la germinación suaves de las semillas mediante la hidratación acelerada y la activación enzimática hasta la extracción eficiente de nutrientes.
Sonicación de lentejas con la sonda ultrasónica UP400St
La cavitación acústica y sus efectos en los materiales de leguminosas
La sonicación se basa en la cavitación acústica –la rápida formación y el colapso de microburbujas en líquidos–. Los microchorros, las fuerzas de cizallamiento y las fluctuaciones de presión resultantes interactúan con los tejidos de las lentejas y otras leguminosas de formas muy específicas.
Tres mecanismos principales definen el efecto sobre las semillas:
- Aceleración de la hidratación
La cavitación altera la capa límite entre el agua y la superficie de la semilla, lo que mejora el transporte de agua hacia la cubierta seminal y los cotiledones.
Los efectos incluyen:
- Remojo/hidratación más rápidos
- Hinchamiento más uniforme
- Mejor difusión del agua a través de la testa
- Sonoporación y cambios microestructurales
La tensión mecánica generada por el colapso de las burbujas de cavitación crea nanoporos y microporos en la cubierta seminal y los tejidos internos –un fenómeno conocido como sonoporación–.Consecuencias:
- Mayor permeabilidad
- Lixiviación o absorción de solutos más rápidas
- Mayor accesibilidad enzimática
- Mayor potencial de germinación
- Mejora de la extracción
Los ultrasonidos facilitan la liberación de:- Proteínas
- Polifenoles
- Aceites y lípidos
- Fibras alimentarias
- Compuestos bioactivos
Esto se debe a la ruptura de las paredes celulares, la mejor penetración del disolvente y la mayor transferencia de masa.
Resumen esquemático de los efectos de los ultrasonidos en las semillas y sus mecanismos de acción.
Estudio y esquema: ©Nogueira et al., 2023
Ultrasonidos de potencia para el procesamiento de semillas y leguminosas: El sistema ultrasónico UIP4000hdT
Influencia de la amplitud y la intensidad de los ultrasonidos en las semillas
La amplitud de los ultrasonidos determina directamente la energía mecánica transmitida a las semillas. El ajuste de la amplitud permite a los operadores adaptar con precisión el proceso a la sensibilidad y la finalidad de la aplicación. Todos los sonicadores de Hielscher permiten ajustar con precisión la amplitud, lo que los convierte en herramientas versátiles para el preacondicionamiento y la germinación de semillas y la extracción de nutrientes.
Amplitudes bajas – Ideales para el preacondicionamiento y la imbibición de semillas
- Cavitación suave
- Mayor hidratación mediante sonoporación, pero sin daños en los tejidos
- Imbibición controlada de las semillas para su preacondicionamiento
- Activación de las vías metabólicas
- Mejora de la tasa de germinación y del vigor de las semillas
La imbibición de las semillas –la fase inicial de absorción de agua previa a la germinación– puede acelerarse y optimizarse con precisión mediante ultrasonidos:
- La cavitación rompe la tensión superficial
- El agua entra por el micrópilo de forma más eficiente
- Las barreras relacionadas con la dormancia se ablandan
- Las semillas preacondicionadas germinan más rápido y producen plántulas más fuertes
Amplitudes medias – Modificación estructural y extracción moderada
- Mayor permeabilidad celular
- Aflojamiento parcial de las paredes celulares
- Hidratación más rápida para el procesamiento de alimentos
- Mejores rendimientos de extracción sin desintegración completa de los tejidos
Ideales para:
- Mejorar la solubilidad de las proteínas
- Modificar las propiedades del almidón
- Preparar materiales para la fermentación
Amplitudes altas – Ruptura celular y extracción
- Cavitación y cizallamiento intensos
- Desintegración estructural completa
- Óptimas para el aislamiento de proteínas o la extracción de compuestos fitoquímicos
- Se utilizan cuando no se pretende que las semillas sigan siendo viables
Este es el intervalo habitual para la extracción industrial de:
- Aceites / Lípidos
- Proteínas y péptidos
- Polifenoles
- Fibras funcionales
Sonicadores de Hielscher para el preacondicionamiento, la germinación, la hidratación y la extracción de semillas
Los sonicadores de Hielscher ofrecen un método versátil y científicamente sólido para modificar las lentejas y otras leguminosas. Desde la aceleración de la imbibición y el preacondicionamiento de las semillas hasta la mejora de la extracción y la producción de ingredientes a escala industrial, los ultrasonidos de potencia ofrecen ventajas únicas en los sectores de investigación y comerciales.
Con los sonicadores de tipo sonda de Hielscher Ultrasonics, controlables con precisión y disponibles a escala de laboratorio y plenamente industrial, los usuarios pueden ajustar con precisión las condiciones de procesamiento para lograr una mejora fisiológica suave o una ruptura mecánica intensa –lo que convierte a los ultrasonidos en una tecnología fundamental para la investigación vegetal de próxima generación, el procesamiento de ingredientes alimentarios y el biorrefinado sostenible–.
La siguiente tabla ofrece una orientación sobre la capacidad de procesamiento aproximada de nuestros ultrasonicadores:
| Volumen del lote | Caudal | Equipos recomendados |
|---|---|---|
| 0,5 a 1,5 mL | n.a. | VialTweeter |
| 1 a 500 mL | 10 a 200 mL/min | UP100H |
| 10 a 2000 mL | 20 a 400 mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 a 20 L | 0,2 a 4 L/min | UIP2000hdT |
| 10 a 100 L | 2 a 10 L/min | UIP4000hdT |
| 15 a 150 L | 3 a 15 L/min | UIP6000hdT |
| n.a. | 10 a 100 L/min | UIP16000hdT |
| n.a. | mayor | conjunto de UIP16000hdT |
Diseño, fabricación y asesoramiento – Calidad fabricada en Alemania
Los ultrasonicadores de Hielscher son reconocidos por sus estándares de calidad y diseño del más alto nivel. Su robustez y facilidad de uso permiten integrar nuestros ultrasonicadores sin dificultades en instalaciones industriales. Los ultrasonicadores de Hielscher soportan fácilmente condiciones adversas y entornos exigentes.
Hielscher Ultrasonics es una empresa certificada conforme a normas ISO y pone especial énfasis en los ultrasonicadores de alto rendimiento con tecnología de vanguardia y facilidad de uso. Por supuesto, los ultrasonicadores de Hielscher cumplen la normativa CE y los requisitos de UL, CSA y RoHs.
Germinación de semillas mediante ultrasonidos: mejor imbibición y germinación más rápida
Bibliografía / Referencias
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- 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.
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Preguntas frecuentes
¿Son semillas las leguminosas y las legumbres?
Tanto las leguminosas como las legumbres son semillas, pero los términos describen categorías diferentes. Las leguminosas constituyen la categoría botánica y hacen referencia a todas las plantas de la familia Fabaceae que producen vainas con semillas, incluidas la soja, los cacahuetes, los guisantes frescos, las judías verdes, el trébol y muchos cultivos forrajeros. Las legumbres constituyen la categoría agrícola y nutricional y hacen referencia específicamente a las semillas secas comestibles de un subconjunto de especies de leguminosas que se cosechan únicamente por sus semillas, como las lentejas, las judías secas, los garbanzos y los guisantes secos.
¿Cuál es la diferencia entre leguminosas y legumbres?
Las leguminosas son plantas de la familia Fabaceae que producen vainas, mientras que las legumbres son las semillas secas comestibles de determinados cultivos de leguminosas, como las lentejas, los garbanzos y las judías secas.
¿Qué es la germinación?
La germinación es el proceso en el que una semilla absorbe agua, activa vías metabólicas y comienza a desarrollar una raíz y un brote.
¿Qué es la germinación asistida por ultrasonidos?
La germinación asistida por ultrasonidos consiste en utilizar cavitación ultrasónica controlada para acelerar la hidratación de las semillas, aumentar la permeabilidad de las membranas y estimular la actividad bioquímica, lo que da lugar a una germinación más rápida y uniforme.
Hielscher Ultrasonics fabrica homogeneizadores ultrasónicos de alto rendimiento, desde escala de laboratorio hasta escala industrial.