Szybsze kiełkowanie dzięki ultradźwiękom

Kiełki to popularna zdrowa żywność bogata w witaminy, białka, składniki mineralne i przeciwutleniacze. Jednak proces produkcji kiełków jest pracochłonny i czasochłonny. Ultradźwiękowa aktywacja nasion zwiększa odsetek kiełkujących nasion, przyspiesza proces produkcji kiełków, poprawia profil odżywczy i wspomaga wzrost zdrowych siewek. Ultradźwiękowe namaczanie i kondycjonowanie nasion to idealna technika zwiększania wydajności produkcji kiełków.

Kiełkowanie nasion, ziaren zbóż i nasion roślin strączkowych

Kiełki to skiełkowane nasiona lucerny, koniczyny, słonecznika, brokułu, gorczycy, rzodkiewki, czosnku, kopru, dyni, migdałów, zbóż i roślin zbożowych (np. ziarna pszenicy, komosy ryżowej, jęczmienia, żyta, gryki, sorga, prosa), roślin strączkowych (np. orzeszków ziemnych, grochu, ciecierzycy, soczewicy), a także różnych rodzajów fasoli, takich jak mung, kidney, pinto i navy, oraz soi. Ponieważ kiełki są bogate w fitoskładniki, takie jak białka, witaminy, składniki mineralne i przeciwutleniacze, a jednocześnie mają niską zawartość kalorii, tłuszczu i sodu, są powszechnie uznawane za „zdrową żywność” i „superżywność”. Włączenie kiełków do codziennego jadłospisu pomaga dostarczać organizmowi błonnik, witaminy, składniki mineralne i inne fitoskładniki korzystne dla zdrowia.
Biodostępność składników odżywczych w kiełkach i mikrolistkach: Zboża i rośliny strączkowe zawierają różne substancje antyodżywcze, które utrudniają trawienie i ograniczają biodostępność mikroskładników odżywczych oraz składników mineralnych. Na przykład inhibitory trypsyny i fityniany obecne w zbożach i roślinach strączkowych zmniejszają odpowiednio strawność białek i wchłanianie składników mineralnych. Inhibitory trypsyny hamują aktywność enzymu trawiennego trypsyny, przez co spożyte białka nie mogą być prawidłowo trawione i wchłaniane przez organizm.
Dlatego kiełkowanie i produkcję kiełków stosuje się w celu dezaktywacji tych substancji antyodżywczych. Podczas wzrostu kiełków uruchamiane są szlaki wytwarzania składników odżywczych i związków fitochemicznych oraz aktywowane są enzymy. Dzięki temu skiełkowane nasiona i nasiona roślin strączkowych dostarczają szerokiego spektrum składników odżywczych dostępnych do wchłaniania.
Podczas kiełkowania i wzrostu kiełków w nasionach aktywowane są enzymy endogenne, takie jak α‐amylaza, pullulanaza, fitaza i inne glukozydazy. Enzymy te rozkładają czynniki antyodżywcze oraz złożone makroskładniki odżywcze do prostych, łatwiej strawnych form.
Kiełki obfitują w składniki odżywcze korzystne dla zdrowia, takie jak białka, chlorofil, witaminy, składniki mineralne, enzymy, aminokwasy i związki fitochemiczne. Na przykład kiełki brokułu są znane z niezwykle wysokiej zawartości związku sulfurophane. W porównaniu z dojrzałymi różyczkami brokułu skiełkowane nasiona brokułu zawierają 50 razy więcej związku sulfurophane.

Procedura produkcji kiełków

Uprawa kiełków jest pracochłonna i czasochłonna. Podczas produkcji kiełków higiena i warunki sanitarne mają kluczowe znaczenie dla zapobiegania skażeniu mikrobiologicznemu i psuciu się produktu. Wspomagane ultradźwiękami namaczanie, kiełkowanie i wzrost kiełków przyspieszają uprawę oraz wzrost bogatych w składniki odżywcze, silnych kiełków i siewek.

Usprawniona uprawa kiełków i mikrolistków dzięki ultradźwiękom

Ultradźwiękowe namaczanie, kiełkowanie i wzrost kiełków intensyfikują proces uprawy kiełków i mikrolistków. Produkcja kiełków jest procesem pracochłonnym i czasochłonnym, podatnym na psucie się produktu wskutek działania pleśni i bakterii. Ponieważ nasiona spędzają znaczną ilość czasu w wodzie (na etapie moczenia i namaczania) oraz w środowisku o bardzo dużej wilgotności (na etapie wzrostu kiełków), ryzyko skażenia mikrobiologicznego i psucia się produktu jest bardzo wysokie. Spożycie zepsutych kiełków i mikrolistków powoduje ciężkie zatrucia pokarmowe. Ultradźwiękowe namaczanie i kiełkowanie skracają czas moczenia i wzrostu kiełków. Ponieważ nasiona kiełkują i rosną szybciej, czas ich przebywania w środowisku o dużej wilgotności ulega skróceniu. W ten sposób czas dostępny na rozwój mikroorganizmów i psucie się produktu zostaje zminimalizowany. Ultradźwiękowa produkcja kiełków nie tylko zwiększa wydajność procesu, lecz także zmniejsza ryzyko skażenia.
Ponadto różne badania wykazały, że kiełki namaczane i kiełkujące przy wspomaganiu ultradźwiękami wyróżniają się lepszym profilem odżywczym, na przykład wyższą zawartością białka, witamin i fitoskładników, w porównaniu z nasionami kiełkującymi w sposób konwencjonalny. Kiełki uprawiane z wykorzystaniem ultradźwięków wykazują również większy wigor siewek.

Ultradźwiękowe hydrokondycjonowanie poprawia pobieranie wody i składników odżywczych. Porównanie soczewicy poddanej sonikacji (40Ws/g) z soczewicą niepoddaną sonikacji pokazuje, że sonikacja znacząco poprawia pobieranie wody.

Ultradźwiękowa aktywacja nasion

Intensyfikacja kiełkowania za pomocą ultradźwięków jest wynikiem mechanicznych efektów kawitacji ultradźwiękowej / akustycznej. Kawitacja ultradźwiękowa oddziałuje na łupinę nasienną: rozdrabnia ją, zwiększając tym samym porowatość powierzchni nasion. Dosłownie oznacza to, że ultradźwiękowe rozdrabnianie okrywy nasiennej powoduje perforację łupiny. Ponadto sonikacja zwiększa rozmiar porów, dzięki czemu zachodzi intensywniejszy transport masy między wnętrzem nasiona a podłożem wzrostowym. Zintensyfikowany transport masy dostarcza nasionu potrzebną wodę i składniki odżywcze. Dzięki zwiększonej porowatości i przepuszczalności nasiono może szybciej pobierać wodę i składniki odżywcze. Lepsze uwodnienie i zwiększona zdolność zatrzymywania wody w suchych nasionach / ziarnach skutkują przyspieszonym wzrostem kiełków.

Obróbka ultradźwiękowa nasion trwa zaledwie kilka minut. Dokładny czas sonikacji zależy od twardości łupiny nasiennej i dla większości rodzajów nasion może wynosić od 4 do 6 minut. Aby dostosować obróbkę ultradźwiękową do konkretnego rodzaju nasion / ziaren, należy uwzględnić amplitudę sonikatora jako ważny czynnik, który znacząco wpływa na skuteczność ultradźwiękowego namaczania i kondycjonowania nasion. Im twardsza i grubsza łupina nasienna, tym wyższe amplitudy są wymagane. Hielscher Ultrasonics dysponuje dogłębną wiedzą na temat wspomaganego ultradźwiękami moczenia / namaczania, kondycjonowania i kiełkowania nasion. Zaoferujemy Państwu najbardziej odpowiedni i skuteczny sprzęt ultradźwiękowy dla uprawianych rodzajów kiełków i wydajności ich produkcji.

Dłuższa sonikacja prowadzi do lepszego kiełkowania mieszańców Calanthe. (Shin et al. 2011)

Wyższa wartość odżywcza kiełków uzyskanych przy wspomaganiu ultradźwiękami

Produkcja kiełków wspomagana ultradźwiękami nie tylko zwiększa szybkość kiełkowania i tempo indukcji odpowiedzi biologicznej, lecz także korzystnie wpływa na jakość odżywczą kiełków. Kilka badań wykazało nasilenie biosyntezy fitoskładników pod wpływem sonikacji. Yang et al. (2015) zmierzyli zwiększoną zawartość izoflawonoidów w kiełkach soi poddanych sonikacji. Ilości izoflawonoidów daidzeiny i genisteiny wzrosły odpowiednio o 39,13 i 96,91 % w porównaniu z próbkami niepoddanymi sonikacji. Nasiona soi kondycjonowane ultradźwiękowo wykazały również wzrost zawartości kwasu gamma-aminomasłowego (GABA) o 43,4%. W innym badaniu Yu et al. (2016) zaobserwowali poprawę zdolności przeciwutleniającej sałaty rzymskiej poddanej obróbce ultradźwiękowej.
Ampofo (2020) wykazała w swojej rozprawie, że sonikacja fasoli zwyczajnej przy mocy 360 W przez 60 min wywołała znacznie zwiększoną akumulację markerów stresu po 96 h wzrostu kiełków. Stres podczas wzrostu siewek prowadzi do znacznego zwiększenia aktywności enzymów inicjujących obronny szlak fenylopropanoidowy, zawartości związków fenolowych i zdolności przeciwutleniającej w porównaniu z próbką kontrolną niepoddaną sonikacji. Sonikacja skróciła czas wzrostu kiełków o 60 h w porównaniu z kontrolą. Nasiona poddane obróbce ultradźwiękowej wykazywały pojawienie się korzonków zarodkowych po 24 h kiełkowania oraz znaczące wydłużanie korzonków wraz z wydłużaniem czasu wzrostu kiełków, podczas gdy w próbkach kontrolnych pojawienie się korzonków zarodkowych było opóźnione nawet do 48 h kiełkowania. Pod względem wartości odżywczej kiełki fasoli poddane sonikacji wykazywały 6,6-krotnie wyższą całkowitą zawartość flawonoidów i 11,57-krotnie wyższą całkowitą zawartość antocyjanów w porównaniu z próbkami niepoddanymi sonikacji.
Sonikatory sondowe Hielscher Ultrasonics umożliwiają precyzyjną kontrolę. Parametry procesu, takie jak amplituda i kontrola temperatury, a także równomierna i jednakowa ekspozycja wszystkich nasion na strefę kawitacji ultradźwiękowej, są niezbędnymi czynnikami do wywołania nasilenia biosyntezy w nasionach i kiełkach.

Studia przypadków produkcji kiełków z wykorzystaniem ultradźwięków

Hassan et al. (2020) wykazują, że nasiona sorga kiełkujące przy wspomaganiu ultradźwiękami mają znacznie lepszy profil odżywczy. Sonikacja poprawiła profil i ilość fitoskładników w nasionach sorga. Zbadano wpływ ultradźwiękowego kiełkowania sorga na różne składniki fitochemiczne (alkaloidy, fityniany, saponiny i sterole), aktywność zmiatania rodników (test z 2,2-difenylo-1-pikrylohydrazylem, test zdolności przeciwutleniającej do redukcji jonów żelaza oraz test zdolności pochłaniania rodników tlenowych), profil związków fenolowych (całkowitą zawartość związków fenolowych, całkowitą zawartość flawonoidów, kwas ferulowy, kwas galusowy, katechinę, kwercetynę i taninę) oraz strawność białka in vitro (IVPD %). Obróbka ultradźwiękowa poprawiła wszystkie badane czynniki. Kiełki poddane obróbce wykazywały szczególnie wysoką aktywność zmiatania rodników i bogaty profil związków fenolowych wraz z wyższą procentową wartością IVPD.
Łagodna sonikacja przy amplitudzie 40% przez 5 min przyniosła znaczącą poprawę. Po kiełkowaniu kiełki sorga poddane obróbce ultradźwiękowej wykazywały lepszy profil związków fitochemicznych, dzięki czemu mogą służyć jako cenny surowiec do produkcji wysokobiałkowej żywności funkcjonalnej przy niskich kosztach.

Petru et al. (2018) badali działanie kawitacji ultradźwiękowej podczas zapadania się pęcherzyków kawitacyjnych. Stwierdzili, że kawitacja ultradźwiękowa wywołuje mikroerozję łupin nasiennych, co zwiększa ich przepuszczalność i wspomaga transport masy. Badali wpływ obróbki ultradźwiękowej na kiełkowanie nasion, wschody i początkowe etapy wzrostu siewek pszenżyta (mieszańca żyta i pszenicy). Próbki po 50 nasion poddawano działaniu ultradźwięków w wodzie przy następujących parametrach: amplituda 15 µm, temperatura 25 degС i różne czasy obróbki: 0, 2, 4, 6, 8 min. Następnie nasiona umieszczano na wilgotnej bibule filtracyjnej w temperaturze pokojowej w celu kiełkowania i wzrostu kiełków. Najbardziej wyraźny efekt obróbki ultradźwiękowej zaobserwowano przy czasie obróbki wynoszącym 4 min. Optymalne dane dotyczące kiełkowania nasion pszenżyta poddanych obróbce ultradźwiękowej przez 4 min i wschodów siewek w porównaniu z nasionami niepoddanymi obróbce (kontrola) przedstawiono na rys. 1. Stwierdzono, że średnia długość siewek z nasion poddanych obróbce ultradźwiękowej przewyższa długość siewek z nasion kontrolnych o 15–20%. Nasiona poddane obróbce ultradźwiękowej kiełkują wcześniej i wykazują większą energię kiełkowania oraz większą długość siewek i korzeni. 

Procesory ultradźwiękowe do intensyfikacji kiełkowania i produkcji kiełków

Wysokowydajne procesory Hielscher Ultrasonics są wykorzystywane w przemyśle spożywczym i rolnictwie do wspomagania kiełkowania i produkcji kiełków, kondycjonowania nasion, w tym osmokondycjonowania i hydrokondycjonowania, a także procesów fermentacji. Najnowocześniejsza technologia, łatwość użytkowania, bezpieczna obsługa i wytrzymałość to kluczowe cechy wszystkich procesorów Hielscher Ultrasonics.
Dowiedz się więcej o wpływie sonikatorów Hielscher na nasiona i nasiona roślin strączkowych!

Przetwarzanie wsadowe i w linii

Sonikatory Hielscher można stosować do przetwarzania wsadowego i ciągłego przetwarzania przepływowego. W zależności od objętości przetwarzanego materiału i godzinowej wydajności może być zalecane przetwarzanie w linii. Podczas gdy przetwarzanie dużych objętości w trybie wsadowym wymaga więcej czasu i pracy, ciągły proces sonikacji w linii jest wydajniejszy, szybszy i wymaga znacznie mniej pracy.

Procesory ultradźwiękowe dla każdej wydajności produkcyjnej

Oferta Hielscher Ultrasonics obejmuje pełne spektrum procesorów ultradźwiękowych: od kompaktowych sonikatorów laboratoryjnych, przez systemy stołowe i pilotażowe, po w pełni przemysłowe procesory ultradźwiękowe o zdolności przetwarzania całych ładunków ciężarówek na godzinę. Pełna gama produktów pozwala nam zaoferować Państwu procesor ultradźwiękowy najlepiej dopasowany do wydajności i celów procesu.
Stołowe systemy ultradźwiękowe są idealne do badań wykonalności i optymalizacji procesów. Liniowe zwiększanie skali oparte na ustalonych parametrach procesu bardzo ułatwia zwiększanie wydajności przetwarzania od mniejszych partii do produkcji w pełnej skali komercyjnej. Skalę można zwiększyć, instalując mocniejszy mieszalnik ultradźwiękowy lub łącząc kilka sonikatorów pracujących równolegle. Dzięki UIP16000 firma Hielscher oferuje najpotężniejszy procesor ultradźwiękowy na świecie.

Precyzyjna kontrola amplitud dla optymalnych wyników

Wszystkie sonikatory Hielscher umożliwiają precyzyjną kontrolę, dzięki czemu są niezawodnymi narzędziami pracy. Amplituda jest jednym z kluczowych parametrów procesu wpływających na wydajność i skuteczność ultradźwiękowego kiełkowania i produkcji kiełków. Nasiona o miękkiej okrywie wymagają łagodnej sonikacji i niższych ustawień amplitudy, natomiast nasiona o wytrzymałej, twardej łupinie dają lepsze wyniki wzrostu kiełków przy sonikacji z wyższymi amplitudami. Wszystkie procesory Hielscher Ultrasonics pozwalają na precyzyjne ustawienie amplitudy. Sonotrody i wzmacniacze amplitudy to akcesoria umożliwiające modyfikowanie amplitudy w jeszcze szerszym zakresie. Przemysłowe procesory ultradźwiękowe Hielscher mogą wytwarzać bardzo wysokie amplitudy i zapewniać intensywność ultradźwięków wymaganą w wymagających zastosowaniach. Amplitudy do 200µm można z łatwością utrzymywać nieprzerwanie podczas pracy w trybie 24/7.
Precyzyjne ustawienia amplitudy i stałe monitorowanie parametrów procesu ultradźwiękowego za pomocą inteligentnego oprogramowania umożliwiają obróbkę nasion w najskuteczniejszych warunkach ultradźwiękowych. Optymalna sonikacja dla najlepszych wyników produkcji kiełków!
Wytrzymałość sprzętu ultradźwiękowego Hielscher umożliwia pracę w trybie 24/7 przy dużych obciążeniach i w wymagającym środowisku. Dzięki temu sprzęt ultradźwiękowy Hielscher jest niezawodnym narzędziem pracy spełniającym wymagania procesu przetwarzania.

Łatwe badania bez ryzyka

Procesy ultradźwiękowe można skalować w sposób całkowicie liniowy. Oznacza to, że każdy wynik uzyskany przy użyciu sonikatora laboratoryjnego lub stołowego można odtworzyć przy większej skali z dokładnie takim samym rezultatem, stosując dokładnie te same parametry procesu. Dzięki temu sonikacja jest idealna do badań wykonalności bez ryzyka, optymalizacji procesu i późniejszego wdrożenia do produkcji komercyjnej. Prosimy o kontakt, aby dowiedzieć się, jak sonikacja może zwiększyć uzysk i jakość kiełków.

Najwyższa jakość – projektowanie i produkcja w Niemczech

Jako firma rodzinna, należąca do rodziny i przez nią zarządzana, Hielscher przywiązuje najwyższą wagę do najwyższych standardów jakości swoich procesorów ultradźwiękowych. Wszystkie sonikatory są projektowane, produkowane i poddawane dokładnym testom w naszej siedzibie w Teltow koło Berlina w Niemczech. Wytrzymałość i niezawodność sprzętu ultradźwiękowego Hielscher sprawiają, że jest on niezastąpionym narzędziem w Państwa produkcji. Praca w trybie 24/7 przy pełnym obciążeniu i w wymagającym środowisku jest naturalną cechą wysokowydajnych sonikatorów Hielscher.

Procesor ultradźwiękowy Hielscher można kupić w dowolnym rozmiarze i w konfiguracji dokładnie dostosowanej do wymagań procesu. Od obróbki nasion w małej zlewce laboratoryjnej po ciągłe przepływowe mieszanie zawiesin nasion na skalę przemysłową – Hielscher Ultrasonics oferuje odpowiedni sonikator! Prosimy o kontakt – chętnie polecimy idealny zestaw ultradźwiękowy!

Poniższa tabela przedstawia przybliżoną wydajność przetwarzania naszych sonikatorów: