Ultraskaņas apstrādes ietekme uz pākšaugiem un sēklām

Apstrāde ar ultraskaņu ir kļuvusi par vērtīgu tehnoloģiju augu materiālu, piemēram, lēcu un pākšaugu, modificēšanai, kondicionēšanai un analīzei. Akustiskās kavitācijas un kontrolētu mehānisko spēku iedarbībā apstrāde ar ultraskaņu uzlabo hidratāciju, paātrina ekstrakciju, maina mikrostruktūras un uzlabo masas pārnesi. Šī ietekme ir ļoti noderīga sēklu pētniecībā, pārtikas zinātnē, lauksaimniecībā, biorafinēšanā un analītiskajā pētniecībā.

Sēklu un pākšaugu sauso pārtikas sēklu apstrāde ar ultraskaņu jebkurā mērogā

Būtiska lieljaudas ultraskaņas priekšrocība ir iespēja precīzi kontrolēt amplitūdu, intensitāti un ievadīto enerģiju, īpaši izmantojot Hielscher Ultrasonics zondes tipa ultraskaņas apstrādes ierīces. Šīs sistēmas – pieejamas laboratorijas, pilotiekārtu un rūpnieciskā mērogā – nodrošina reproducējamu, regulējamu apstrādi, sākot no saudzīgas sēklu pirmssējas sagatavošanas vai diedzēšanas, paātrinot hidratāciju un aktivējot enzīmus, līdz efektīvai uzturvielu ekstrakcijai.

Uzziniet, kā lieljaudas ultraskaņa uzlabo lēcu un pākšaugu apstrādi, šajā demonstrācijā ar Hielscher UP400ST zondes tipa ultraskaņas procesoru. Videoklipā lēcas tiek pakļautas kontrolētai ultraskaņas kavitācijai – spēcīgam fizikālam mehānismam, kas uzlabo hidratāciju, paātrina difūzijas procesus un veicina vērtīgu savienojumu izdalīšanos. Ultraskaņas apstrāde veicina strauju sēklu hidratāciju, šūnu sieniņu sonoporāciju un uzlabotu masas pārnesi, tādēļ tā ir efektīva metode sēklu sagatavošanai dīgšanai, pārtikas pārstrādei un ekstrakcijai. Kavitācijas burbuļiem sabrūkot sēklu virsmas tuvumā, rodas mikrostrūklas un bīdes spēki, kas atver mikrokanālus sēklapvalkā, ļaujot ūdenim un izšķīdušajām vielām efektīvāk iekļūt sēklā. Ultraskaņas apstrādi plaši izmanto pārtikas zinātnē, lauksaimniecībā, biotehnoloģijā un augu izcelsmes sastāvdaļu ražošanā.

Akustiskā kavitācija un tās ietekme uz pākšaugu materiāliem

Apstrādes ar ultraskaņu pamatā ir akustiskā kavitācija – strauja mikroburbuļu veidošanās un sabrukšana šķidrumos. Tās radītās mikrostrūklas, bīdes spēki un spiediena svārstības ļoti specifiski iedarbojas uz lēcu un pākšaugu audiem.

Ietekmi uz sēklām nosaka trīs galvenie mehānismi:

Hidratācijas paātrināšana
Kavitācija izjauc robežslāni starp ūdeni un sēklas virsmu, uzlabojot ūdens transportu sēklapvalkā un dīgļlapās.

Ietekme ietver:
- Ātrāku mērcēšanu/hidratāciju
- Vienmērīgāku uzbriešanu
- Uzlabotu ūdens difūziju caur sēklapvalku
Sonoporācija un mikrostruktūras izmaiņas
Mehāniskais spriegums, ko rada kavitācijas burbuļu sabrukšana, sēklapvalkā un iekšējos audos veido nanoizmēra un mikroizmēra poras – šo procesu sauc par sonoporāciju.

Sekas:
- Palielināta caurlaidība
- Ātrāka izšķīdušo vielu izskalošanās vai uzņemšana
- Uzlabota pieejamība enzīmu iedarbībai
- Uzlabots dīgšanas potenciāls
Ekstrakcijas uzlabošana
Ultraskaņa veicina šādu vielu izdalīšanos:
- Olbaltumvielas
- Polifenoli
- Eļļas un lipīdi
- Uztura šķiedrvielas
- Bioaktīvie savienojumi

To nodrošina šūnapvalku sagraušana, uzlabota šķīdinātāja iespiešanās un pastiprināta masas pārnese.

Apstrāde ar ultraskaņu uzlabo sēklu dīgšanu: ultraskaņas kavitācija rada mikroplaisas sēklapvalkā, uzlabo imbibīciju, hidratāciju un uzturvielu uzņemšanu, tādējādi pārtraucot miera periodu, palielinot izdīgušo sēklu īpatsvaru un augšanas ātrumu un uzlabojot dīgstu attīstību

Shematisks pārskats par ultraskaņas ietekmi uz sēklām un iedarbības mehānismiem.
Pētījums un shēma: ©Nogueira et al., 2023

Ultraskaņas amplitūdas un intensitātes ietekme uz sēklām

Ultraskaņas amplitūda tieši nosaka sēklām nodoto mehānisko enerģiju. Amplitūdas regulēšana ļauj operatoriem precīzi pielāgot procesu konkrētā lietojuma jutīgumam un mērķim. Visas Hielscher ultraskaņas apstrādes ierīces nodrošina precīzu amplitūdas regulēšanu, tādēļ tās ir daudzpusīgi instrumenti sēklu pirmssējas sagatavošanai, diedzēšanai un uzturvielu ekstrakcijai.

Zemas amplitūdas – ideāli piemērotas sēklu pirmssējas sagatavošanai un imbibīcijai

Saudzīga kavitācija
Pastiprināta hidratācija sonoporācijas ietekmē, bet bez audu bojājumiem
Kontrolēta sēklu imbibīcija pirmssējas sagatavošanai
Vielmaiņas ceļu aktivēšana
Uzlabots dīgšanas ātrums un sēklu dzīvotspēja

Sēklu imbibīciju – sākotnējo ūdens uzņemšanas fāzi pirms dīgšanas – ar ultraskaņu var precīzi paātrināt un optimizēt:

Kavitācija pārvar virsmas spraigumu
Ūdens efektīvāk iekļūst mikropilē
Ar miera periodu saistītās barjeras mīkstinās
Pirms sējas sagatavotās sēklas dīgst ātrāk un veido spēcīgākus dīgstus

Vidējas amplitūdas – struktūras modificēšana un mērena ekstrakcija

Uzlabota šūnu caurlaidība
Daļēja šūnapvalku atslābināšana
Ātrāka hidratācija pārtikas pārstrādei
Uzlabots ekstrakcijas iznākums bez pilnīgas audu sagraušanas

Ideāli piemērotas:

Olbaltumvielu šķīdības uzlabošanai
Cietes īpašību modificēšanai
Materiālu sagatavošanai fermentācijai

Augstas amplitūdas – šūnu sagraušana un ekstrakcija

Intensīva kavitācija un bīde
Pilnīga struktūras sagraušana
Optimāli piemērotas olbaltumvielu izolēšanai vai fitoķīmisko vielu ekstrakcijai
Izmanto, ja nav paredzēts saglabāt sēklu dzīvotspēju

Šis ir tipiskais diapazons šādu vielu rūpnieciskai ekstrakcijai:

Eļļas / lipīdi
Olbaltumvielas un peptīdi
Polifenoli
Funkcionālās šķiedrvielas

Hielscher ultraskaņas apstrādes ierīces sēklu pirmssējas sagatavošanai, diedzēšanai, hidratācijai un ekstrakcijai

Hielscher ultraskaņas apstrādes ierīces piedāvā daudzpusīgu un zinātniski pamatotu metodi lēcu un pākšaugu modificēšanai. No sēklu imbibīcijas un pirmssējas sagatavošanas paātrināšanas līdz ekstrakcijas uzlabošanai un sastāvdaļu ražošanas nodrošināšanai rūpnieciskā mērogā – lieljaudas ultraskaņa sniedz unikālas priekšrocības pētniecībā un komercdarbībā.

Ar Hielscher Ultrasonics precīzi vadāmajām zondes tipa ultraskaņas apstrādes ierīcēm – pieejamām laboratorijas un pilnā rūpnieciskā mērogā – lietotāji var precīzi pielāgot apstrādes apstākļus saudzīgai fizioloģisko procesu uzlabošanai vai intensīvai mehāniskai sagraušanai, padarot ultraskaņu par pamattehnoloģiju nākamās paaudzes augu pētniecībā, pārtikas sastāvdaļu pārstrādē un ilgtspējīgā biorafinēšanā.

Tālāk redzamā tabula sniedz priekšstatu par mūsu ultraskaņas apstrādes ierīču aptuveno apstrādes jaudu:

Partijas tilpums	Plūsmas ātrums	Ieteicamās ierīces
0,5 līdz 1,5mL	n.a.	VialTweeter
1 līdz 500mL	10 līdz 200mL/min	UP100H
10 līdz 2000mL	20 līdz 400mL/min	UP200Ht, UP400St
0,1 līdz 20L	0,2 līdz 4L/min	UIP2000hdT
10 līdz 100L	2 līdz 10L/min	UIP4000hdT
15 līdz 150L	3 līdz 15L/min	UIP6000hdT
n.a.	10 līdz 100L/min	UIP16000hdT
n.a.	lielāks	ierīču grupa: UIP16000hdT

Projektēšana, ražošana un konsultācijas – Vācijā radīta kvalitāte

Hielscher ultraskaņas apstrādes ierīces ir plaši pazīstamas ar visaugstākajiem kvalitātes un konstrukcijas standartiem. Izturība un vienkārša lietošana nodrošina mūsu ultraskaņas apstrādes ierīču netraucētu integrēšanu rūpnieciskajās ražotnēs. Hielscher ultraskaņas apstrādes ierīces viegli tiek galā ar skarbiem apstākļiem un prasīgu darba vidi.

Hielscher Ultrasonics ir ISO sertificēts uzņēmums, kas īpašu uzmanību pievērš augstas veiktspējas ultraskaņas apstrādes ierīcēm ar modernākajām tehnoloģijām un lietotājam ērtu darbību. Protams, Hielscher ultraskaņas apstrādes ierīces atbilst CE prasībām un izpilda UL, CSA un RoHs prasības.

Saistītās tēmas

Literatūra / atsauces

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.

Biežāk uzdotie jautājumi

Vai pākšaugi un pākšaugu sausās pārtikas sēklas ir sēklas?

Gan pākšaugi, gan pākšaugu sausās pārtikas sēklas ir sēklas, taču šie termini apzīmē dažādas kategorijas. Pākšaugi ir botāniskā kategorija un attiecas uz visiem Fabaceae dzimtas augiem, kas veido pākstis ar sēklām, tostarp soju, zemesriekstiem, svaigiem zirņiem, zaļajām pupiņām, āboliņu un daudziem lopbarības kultūraugiem. Pākšaugu sausās pārtikas sēklas ir lauksaimniecības un uztura kategorija un attiecas tieši uz sausu, ēdamu sēklu ieguvi no noteiktas pākšaugu sugu grupas, kuru ražu ievāc tikai sēklu ieguvei, piemēram, lēcām, sausām pupiņām, turku zirņiem un sausiem zirņiem.

Kāda ir atšķirība starp pākšaugiem un pākšaugu sausajām pārtikas sēklām?

Pākšaugi ir Fabaceae dzimtas augi, kas veido pākstis, savukārt pākšaugu sausās pārtikas sēklas ir noteiktu pākšaugu kultūru, piemēram, lēcu, turku zirņu un sauso pupiņu, sausās ēdamās sēklas.

Kas ir diedzēšana?

Diedzēšana ir dīgšanas process, kurā sēkla uzņem ūdeni, aktivē vielmaiņas ceļus un sāk veidot sakni un dzinumu.

Kas ir diedzēšana ar ultraskaņas palīdzību?

Diedzēšana ar ultraskaņas palīdzību ir kontrolētas ultraskaņas kavitācijas izmantošana, lai paātrinātu sēklu hidratāciju, uzlabotu membrānu caurlaidību un stimulētu bioķīmisko aktivitāti, nodrošinot ātrāku un vienmērīgāku dīgšanu.