Efectos de la sonicación en legumbres y semillas
El procesamiento por ultrasonidos se ha convertido en una valiosa tecnología para modificar, acondicionar y analizar materiales vegetales como lentejas y legumbres. Mediante la cavitación acústica y las fuerzas mecánicas controladas, la sonicación mejora la hidratación, acelera la extracción, altera las microestructuras y mejora la transferencia de masa. Estos efectos son muy atractivos para la investigación de semillas, la ciencia de los alimentos, la agricultura, la biorrefinería y la investigación analítica.
Procesado por ultrasonidos 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 la entrada de energía, especialmente cuando se utilizan ultrasonidos Hielscher.’ sonicadores de sonda. Estos sistemas – disponible para laboratorio, piloto y escala industrial – permiten un procesamiento reproducible y sintonizable que va desde una suave imprimación o germinación de las semillas mediante hidratación acelerada y activación enzimática hasta una extracción eficaz de nutrientes.
Sonicación de lentejas con la sonda ultrasónica UP400St
El tratamiento ultrasónico favorece efectos como la rápida hidratación de las semillas, la sonoporación de las paredes celulares y la mejora de la transferencia de masa, lo que lo convierte en un método eficaz para el cebado de semillas, el procesado de alimentos y las aplicaciones de extracción. Cuando las burbujas de cavitación colapsan cerca de la superficie de la semilla, crean microchorros y fuerzas de cizallamiento que abren microcanales en la cubierta de la semilla, lo que permite que el agua y los solutos penetren con mayor eficacia.
El procesamiento por ultrasonidos se utiliza ampliamente en la ciencia alimentaria, la agricultura, la biotecnología y la producción de ingredientes vegetales.
Cavitación acústica y sus efectos en materiales leguminosos
La sonicación se basa en la cavitación acústica – la rápida formación y colapso de microburbujas en líquidos. Los microchorros, las fuerzas de cizallamiento y las fluctuaciones de presión resultantes interactúan con los tejidos de lentejas y legumbres de formas muy específicas.
Tres mecanismos principales definen el impacto sobre las semillas:
- Aceleración de la hidratación
La cavitación altera la capa límite entre el agua y la superficie de la semilla, lo que favorece el transporte de agua hacia la cubierta de la semilla y los cotiledones.
Los efectos incluyen:
- Remojo/hidratación más rápida
- Hinchazón más uniforme
- Mejor difusión del agua a través del tegumento
- Sonoporación y cambios microestructurales
La tensión mecánica provocada por el colapso de las burbujas de cavitación crea nano y microporos en la cubierta de la semilla y en los tejidos internos. – conocida como sonoporación.Consecuencias:
- Mayor permeabilidad
- Lixiviación o absorción de solutos más rápida
- Mayor accesibilidad enzimática
- Potencial de germinación mejorado
- 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 la pared celular, a una mejor penetración del disolvente y a una mayor transferencia de masa.
Resumen esquemático de los efectos de los ultrasonidos en las semillas y los mecanismos de acción.
Estudio y esquema: ©Nogueira et al., 2023
Ultrasonidos de potencia para el tratamiento de semillas y leguminosas: El sistema de ultrasonidos UIP4000hdT
Influencia de la amplitud e intensidad de los ultrasonidos en las semillas
La amplitud de los ultrasonidos determina directamente la energía mecánica impartida a las semillas. El ajuste de la amplitud permite a los operadores ajustar con precisión el proceso a la sensibilidad y finalidad de la aplicación. Todos los sonicadores Hielscher permiten un ajuste preciso de la amplitud, lo que los convierte en herramientas versátiles para el cebado de semillas, la germinación y la extracción de nutrientes.
Amplitudes bajas: ideal para cebar semillas & Imbibición
- Cavitación suave
- Aumento de la hidratación por sonoporación, pero sin daño tisular
- Imbibición controlada de las semillas para el cebado
- Activación de vías metabólicas
- Mejora el índice de germinación y el vigor de las semillas
Imbibición de semillas – la fase inicial de absorción de agua antes de la germinación – pueden acelerarse y optimizarse con precisión mediante ultrasonidos:
- La cavitación rompe la tensión superficial
- El agua entra más eficazmente en el micrópilo
- Las barreras relacionadas con la latencia se ablandan
- Las semillas preparadas brotan más rápido y producen plántulas más fuertes.
Amplitudes medias - Modificación estructural & Extracción moderada
- Mayor permeabilidad celular
- Desprendimiento parcial de la pared celular
- Hidratación más rápida para el procesado de alimentos
- Mayor rendimiento de extracción sin descomposición total del tejido
Ideal para:
- Mejorar la solubilidad de las proteínas
- Modificación de las propiedades del almidón
- Preparación de los materiales para la fermentación
Amplitudes elevadas - Perturbación celular & Extracción
- Cavitación intensa y cizallamiento
- Desglose estructural completo
- Óptimo para el aislamiento de proteínas o la extracción de fitoquímicos
- Se utiliza cuando no se pretende que las semillas permanezcan viables
Este es el rango típico para la extracción industrial de:
- Aceites / Lípidos
- Proteínas y péptidos
- Polifenoles
- Fibras funcionales
Sonómetros Hielscher para imprimación, germinación, hidratación y extracción de semillas
Los sonicadores de Hielscher ofrecen un método versátil y científicamente sólido para modificar lentejas y legumbres. Desde la aceleración de la imbibición de las semillas y el cebado hasta la mejora de la extracción y la producción de ingredientes a escala industrial, los ultrasonidos potentes ofrecen ventajas únicas en todos los sectores comerciales y de investigación.
Con Hielscher Ultrasonics’ sonicadores de sonda controlables con precisión – disponible a escala de laboratorio y totalmente industrial – Los ultrasonidos son una tecnología fundamental para la investigación de última generación sobre plantas, el procesamiento de ingredientes alimentarios y la biorrefinería sostenible.
En la siguiente tabla encontrará algunas indicaciones sobre la capacidad de procesamiento aproximada de nuestros sonicadores:
| Volumen del lote | Tasa de flujo | Dispositivos 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 150L | De 3 a 15 l/min | UIP6000hdT |
| n.a. | 10 a 100 L/min | UIP16000hdT |
| n.a. | mayor | Grupo de UIP16000hdT |
Diseño, fabricación y consultoría – Calidad Made in Germany
Los ultrasonidos de Hielscher son conocidos por sus elevados estándares de calidad y diseño. Su robustez y fácil manejo permiten una integración sin problemas de nuestros ultrasonidos en las instalaciones industriales. Los ultrasonidos de Hielscher soportan sin problemas las condiciones más duras y los entornos más exigentes.
Hielscher Ultrasonics es una empresa con certificación ISO y pone especial énfasis en los ultrasonidos de alto rendimiento con tecnología punta y facilidad de uso. Por supuesto, los ultrasonidos de Hielscher cumplen la normativa CE y los requisitos de UL, CSA y RoHs.
Germinación ultrasónica de semillas: mejor imbibición, germinación más rápida
Literatura / Referencias
- 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.
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Preguntas frecuentes
¿Las legumbres son semillas?
Tanto las legumbres como las leguminosas son semillas, pero los términos describen categorías diferentes. Las legumbres son la categoría botánica y se refieren a todas las plantas de la familia Fabaceae que producen vainas que contienen semillas, como la soja, los cacahuetes, los guisantes frescos, las judías verdes, el trébol y muchos cultivos forrajeros. Las legumbres son la categoría agrícola y nutricional y se refieren específicamente a las semillas secas comestibles de un subconjunto de especies de leguminosas cosechadas únicamente por las semillas, como las lentejas, las judías secas, los garbanzos y los guisantes secos.
¿Cuál es la diferencia entre legumbres y leguminosas?
Las leguminosas son plantas de la familia de las fabáceas que producen vainas, mientras que las legumbres describen las semillas secas comestibles de ciertos cultivos de leguminosas como las lentejas, los garbanzos y las judías secas.
¿Qué es la germinación?
La germinación es el proceso de germinación 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 es el uso de la cavitación ultrasónica controlada para acelerar la hidratación de la semilla, mejorar la permeabilidad de la membrana y estimular la actividad bioquímica, lo que resulta en una germinación más rápida y uniforme.
Hielscher Ultrasonics fabrica homogeneizadores ultrasónicos de alto rendimiento de laboratorio a tamaño industrial.