Ultraäänikäsittelyn vaikutukset palkokasveihin ja siemeniin

Ultraäänikäsittelystä on tullut arvokas teknologia kasvimateriaalien, kuten linssien ja palkokasvien, muokkaamiseen, esikäsittelyyn ja analysointiin. Akustisen kavitaation ja hallittujen mekaanisten voimien avulla ultraäänikäsittely tehostaa veden imeytymistä, nopeuttaa uuttoa, muuttaa mikrorakenteita ja parantaa aineensiirtoa. Nämä vaikutukset ovat erittäin kiinnostavia siementutkimuksen, elintarviketieteen, maatalouden, biojalostuksen ja analyyttisen tutkimuksen kannalta.

Siementen ja kuivien palkokasvien siementen ultraäänikäsittely kaikissa mittakaavoissa

Tehoultraäänen merkittävä etu on mahdollisuus säätää tarkasti amplitudia, intensiteettiä ja syötettyä energiaa, erityisesti käytettäessä Hielscher Ultrasonicsin anturityyppisiä ultraäänilaitteita. Nämä järjestelmät – joita on saatavana laboratorio-, pilotti- ja teollisuusmittakaavaan – mahdollistavat toistettavan ja säädettävän käsittelyn, joka ulottuu siementen hellävaraisesta esi-idätyksestä tai idätyksestä nopeutetun veden imeytymisen ja entsyymien aktivoitumisen avulla tehokkaaseen ravintoaineiden uuttoon.

Tutustu siihen, miten teho-ultraääni tehostaa linssien ja palkokasvien käsittelyä tässä esittelyssä, jossa käytetään Hielscher UP400ST -anturityyppistä ultraäänilaitetta. Videossa linssit altistetaan hallitulle ultraäänikavitaatiolle, joka on veden imeytymistä tehostava, diffuusioprosesseja nopeuttava ja arvokkaiden yhdisteiden vapautumista edistävä voimakas fysikaalinen mekanismi. Ultraäänikäsittely nopeuttaa veden imeytymistä siemeniin, edistää soluseinien sonoporaatiota ja tehostaa aineensiirtoa, joten se soveltuu tehokkaasti siementen esi-idätyskäsittelyyn, elintarvikkeiden jalostukseen ja uuttamiseen. Kun kavitaatiokuplat romahtavat siemenen pinnan lähellä, ne synnyttävät mikrosuihkuja ja leikkausvoimia, jotka avaavat mikrokanavia siemenkuoreen – näin vesi ja liuenneet aineet pääsevät tunkeutumaan siemeneen tehokkaammin. Ultraäänikäsittelyä käytetään laajasti elintarviketieteessä, maataloudessa, biotekniikassa ja kasvipohjaisten ainesosien tuotannossa.

Akustinen kavitaatio ja sen vaikutukset palkokasvimateriaaleihin

Ultraäänikäsittely perustuu akustiseen kavitaatioon – mikrokuplien nopeaan muodostumiseen ja luhistumiseen nesteissä. Syntyvät mikrosuihkut, leikkausvoimat ja paineenvaihtelut vaikuttavat linssien ja muiden palkokasvien kudoksiin hyvin erityisillä tavoilla.

Kolme päämekanismia määrittävät vaikutuksen siemeniin:

Veden imeytymisen nopeuttaminen
Kavitaatio rikkoo veden ja siemenen pinnan välisen rajakerroksen ja tehostaa veden kulkeutumista siemenkuoreen ja sirkkalehtiin.

Vaikutuksia ovat:
- Nopeampi liotus ja veden imeytyminen
- Tasaisempi turpoaminen
- Veden parempi diffuusio siemenkuoren läpi
Sonoporaatio ja mikrorakenteiden muutokset
Luhistuvien kavitaatiokuplien aiheuttama mekaaninen rasitus muodostaa nano- ja mikrohuokosia siemenkuoreen ja sisäisiin kudoksiin – ilmiötä kutsutaan sonoporaatioksi.

Seuraukset:
- Lisääntynyt läpäisevyys
- Liuenneiden aineiden nopeampi liukeneminen ulos tai imeytyminen sisään
- Entsyymien parempi pääsy vaikutuskohteisiinsa
- Parantunut itämispotentiaali
Uuton tehostaminen
Ultraääni edistää seuraavien aineiden vapautumista:
- Proteiinit
- Polyfenolit
- Öljyt ja lipidit
- Ravintokuidut
- Bioaktiiviset yhdisteet

Tämä johtuu soluseinämien hajotuksesta, liuottimen paremmasta tunkeutumisesta ja tehostuneesta aineensiirrosta.

Ultraäänikäsittely parantaa siementen itämistä: ultraäänikavitaatio muodostaa mikrohalkeamia siemenkuoreen ja parantaa vedenottoa, veden imeytymistä ja ravintoaineiden ottoa, mikä johtaa lepotilan purkautumiseen, suurempaan itämisprosenttiin, nopeampaan kasvuun ja parempaan taimien kehitykseen

Kaaviomainen yhteenveto ultraäänen vaikutuksista siemeniin ja vaikutusmekanismeista.
Tutkimus ja kaavio: ©Nogueira et al., 2023

Ultraäänen amplitudin ja intensiteetin vaikutus siemeniin

Ultraäänen amplitudi määrittää suoraan siemeniin välittyvän mekaanisen energian. Amplitudin säätäminen mahdollistaa prosessin hienosäädön käyttökohteen herkkyyden ja tarkoituksen mukaan. Kaikki Hielscher-ultraäänilaitteet mahdollistavat amplitudin tarkan säädön, mikä tekee niistä monipuolisia välineitä siementen esi-idätykseen, idätykseen ja ravintoaineiden uuttoon.

Pienet amplitudit – ihanteellisia siementen esi-idätykseen ja vedenottoon

Hellävarainen kavitaatio
Sonoporaation tehostama veden imeytyminen ilman kudosvaurioita
Hallittu siementen vedenotto esi-idätystä varten
Aineenvaihduntareittien aktivoituminen
Parantunut itämisnopeus ja siementen elinvoimaisuus

Siementen vedenottoa – itämistä edeltävää veden imeytymisen alkuvaihetta – voidaan nopeuttaa ja optimoida tarkasti ultraäänellä:

Kavitaatio rikkoo pintajännityksen
Vesi pääsee tehokkaammin siemenaukkoon
Lepotilaan liittyvät esteet pehmenevät
Esi-idätetyt siemenet itävät nopeammin ja tuottavat vahvempia taimia

Keskisuuret amplitudit – rakenteen muokkaus ja kohtalainen uutto

Tehostunut solujen läpäisevyys
Soluseinämien osittainen löystyminen
Nopeampi veden imeytyminen elintarvikkeiden käsittelyä varten
Paremmat uuttosaannot ilman kudoksen täydellistä hajoamista

Ihanteellisia seuraaviin tarkoituksiin:

Proteiinien liukoisuuden parantaminen
Tärkkelyksen ominaisuuksien muokkaaminen
Materiaalien valmistelu fermentointia varten

Suuret amplitudit – solujen hajotus ja uutto

Voimakas kavitaatio ja leikkausvaikutus
Rakenteen täydellinen hajoaminen
Optimaalisia proteiinien eristämiseen tai fytokemikaalien uuttoon
Käytetään, kun siementen ei ole tarkoitus säilyä elinkykyisinä

Tämä on tyypillinen amplitudialue seuraavien aineiden teollisessa uutossa:

Öljyt / lipidit
Proteiinit ja peptidit
Polyfenolit
Funktionaaliset kuidut

Hielscher-ultraäänilaitteet siementen esi-idätykseen, idätykseen, veden imeyttämiseen ja uuttoon

Hielscher-ultraäänilaitteet tarjoavat monipuolisen ja tieteellisesti vankan menetelmän linssien ja palkokasvien muokkaamiseen. Siementen vedenoton ja esi-idätyksen nopeuttamisesta uuton tehostamiseen ja ainesosien teollisen mittakaavan tuotannon mahdollistamiseen tehoultraääni tarjoaa ainutlaatuisia etuja tutkimuksessa ja kaupallisessa toiminnassa.

Hielscher Ultrasonicsin tarkasti säädettävillä anturityyppisillä ultraäänilaitteilla – joita on saatavana laboratorio- ja täyteen teollisuusmittakaavaan – käyttäjät voivat hienosäätää käsittelyolosuhteita hellävaraiseen fysiologisten toimintojen tehostamiseen tai voimakkaaseen mekaaniseen hajotukseen. Tämä tekee ultraäänestä keskeisen teknologian seuraavan sukupolven kasvitutkimuksessa, elintarvikkeiden ainesosien käsittelyssä ja kestävässä biojalostuksessa.

Alla oleva taulukko antaa käsityksen ultraäänilaitteidemme likimääräisestä käsittelykapasiteetista:

Erätilavuus	Tilavuusvirta	Suositellut laitteet
0,5–1,5 mL	n.a.	VialTweeter
1–500 mL	10–200 mL/min	UP100H
10–2 000 mL	20–400 mL/min	UP200Ht, UP400St
0,1–20 L	0,2–4 L/min	UIP2000hdT
10–100 L	2–10 L/min	UIP4000hdT
15–150 L	3–15 L/min	UIP6000hdT
n.a.	10–100 L/min	UIP16000hdT
n.a.	suurempi	laiteryhmä: UIP16000hdT

Suunnittelu, valmistus ja neuvonta – Saksassa valmistettua laatua

Hielscher-ultraäänilaitteet tunnetaan korkeimmista laatu- ja suunnittelustandardeistaan. Vankka rakenne ja helppokäyttöisyys mahdollistavat ultraäänilaitteidemme sujuvan integroinnin teollisuuslaitoksiin. Hielscher-ultraäänilaitteet selviytyvät helposti ankarista olosuhteista ja vaativista ympäristöistä.

Hielscher Ultrasonics on ISO-sertifioitu yritys, joka painottaa erityisesti tehokkaita ultraäänilaitteita, joissa yhdistyvät uusinta tekniikkaa edustavat ratkaisut ja käyttäjäystävällisyys. Hielscher-ultraäänilaitteet ovat luonnollisesti CE-vaatimusten mukaisia ja täyttävät UL-, CSA- ja RoHs-vaatimukset.

Liittyvät aiheet

Kirjallisuus / lähteet

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.

Usein kysytyt kysymykset

Ovatko palkokasvit ja kuivat palkokasvien siemenet siemeniä?

Sekä palkokasvit että kuivat palkokasvien siemenet ovat siemeniä, mutta termit kuvaavat eri luokkia. Palkokasvit ovat kasvitieteellinen luokka, joka kattaa kaikki Fabaceae-heimoon kuuluvat kasvit, jotka tuottavat siemeniä sisältäviä palkoja. Niihin kuuluvat soijapavut, maapähkinät, tuoreet herneet, vihreät pavut, apila ja monet rehukasvit. Kuivat palkokasvien siemenet ovat maataloudellinen ja ravitsemuksellinen luokka, joka tarkoittaa nimenomaan joidenkin palkokasvilajien kuivia syötäviä siemeniä, jotka korjataan yksinomaan siementen vuoksi, kuten linssejä, kuivia papuja, kikherneitä ja kuivia herneitä.

Mitä eroa on palkokasveilla ja kuivilla palkokasvien siemenillä?

Palkokasvit tarkoittavat Fabaceae-heimoon kuuluvia kasveja, jotka tuottavat palkoja, kun taas kuivat palkokasvien siemenet tarkoittavat tiettyjen viljeltyjen palkokasvien kuivia syötäviä siemeniä, kuten linssejä, kikherneitä ja kuivia papuja.

Mitä idätys on?

Idätys on itämisprosessi, jossa siemen imee vettä, aktivoi aineenvaihduntareittejä ja alkaa kehittää juurta ja versoa.

Mitä ultraääniavusteinen idätys on?

Ultraääniavusteisessa idätyksessä käytetään hallittua ultraäänikavitaatiota nopeuttamaan veden imeytymistä siemeniin, tehostamaan kalvojen läpäisevyyttä ja stimuloimaan biokemiallista aktiivisuutta, mikä johtaa nopeampaan ja tasaisempaan itämiseen.