Os efeitos da sonicação nas leguminosas e nas sementes
O processamento ultra-sônico tornou-se uma tecnologia valiosa para modificar, condicionar e analisar materiais vegetais, como lentilhas e legumes. Através de cavitação acústica e forças mecânicas controladas, a sonicação aumenta a hidratação, acelera a extração, altera as microestruturas e melhora a transferência de massa. Estes efeitos são altamente atractivos para a investigação de sementes, ciência alimentar, agricultura, biorefinação e investigação analítica.
Processamento ultrassónico de sementes e leguminosas a qualquer escala
Uma das principais vantagens dos ultra-sons de potência é a capacidade de controlar com precisão a amplitude, a intensidade e a entrada de energia, especialmente quando se utiliza a tecnologia Hielscher Ultrasonics’ sonicadores de tipo sonda. Estes sistemas – disponível para laboratório, piloto e escala industrial – permitem um processamento reprodutível e sintonizável que vai desde a preparação suave das sementes ou germinação por hidratação acelerada e ativação enzimática até à extração eficiente de nutrientes.
Sonicação de lentilhas com a sonda de ultra-sons UP400St
O tratamento ultrassónico promove efeitos como a rápida hidratação das sementes, a sonoporação das paredes celulares e a transferência de massa melhorada, tornando-o um método eficaz para a preparação de sementes, processamento de alimentos e aplicações de extração. Quando as bolhas de cavitação colapsam perto da superfície da semente, criam microjactos e forças de cisalhamento que abrem microcanais no revestimento da semente - permitindo que a água e os solutos penetrem de forma mais eficiente.
O processamento por ultra-sons é amplamente utilizado na ciência alimentar, na agricultura, na biotecnologia e na produção de ingredientes à base de plantas.
Cavitação acústica e seus efeitos em materiais de leguminosas
A sonicação baseia-se na cavitação acústica – a rápida formação e colapso de microbolhas em líquidos. Os microjactos resultantes, as forças de cisalhamento e as flutuações de pressão interagem com os tecidos das lentilhas e das leguminosas de formas altamente específicas.
Três mecanismos principais definem o impacto nas sementes:
- Aceleração da hidratação
A cavitação rompe a camada limite entre a água e a superfície da semente, aumentando o transporte de água para o revestimento da semente e para os cotilédones.
Os efeitos incluem:
- Encharcamento/hidratação mais rápida
- Inchaço mais uniforme
- Melhoria da difusão da água através da testa
- Sonoporação e alterações microestruturais
A tensão mecânica provocada pelo colapso das bolhas de cavitação cria nano e microporos no revestimento das sementes e nos tecidos internos – conhecido como sonoporação.Consequências:
- Aumento da permeabilidade
- Lixiviação ou absorção mais rápida de solutos
- Acessibilidade enzimática melhorada
- Melhoria do potencial de germinação
- Melhoria da extração
Os ultra-sons facilitam a libertação de:- proteínas
- Polifenóis
- Óleos e lípidos
- Fibras alimentares
- Compostos bioactivos
Isto resulta da rutura da parede celular, de uma melhor penetração do solvente e de uma maior transferência de massa.
Resumo esquemático dos efeitos dos ultra-sons nas sementes e dos mecanismos de ação.
Estudo e esquema: ©Nogueira et al., 2023
Ultra-sons de potência para o tratamento de sementes e leguminosas: O sistema de ultra-sons UIP4000hdT
Influência da Amplitude e Intensidade dos Ultra-sons nas Sementes
A amplitude dos ultra-sons determina diretamente a energia mecânica transmitida às sementes. O ajuste da amplitude permite aos operadores afinar o processo de acordo com a sensibilidade e o objetivo da aplicação. Todos os sonicadores Hielscher permitem uma afinação precisa da amplitude, o que os torna ferramentas versáteis para a preparação de sementes, germinação e extração de nutrientes.
Amplitudes baixas - Ideal para a preparação de sementes & Imbibição
- Cavitação suave
- Aumento da hidratação por sonoporação, mas sem danos nos tecidos
- Imbibição controlada da semente para o priming
- Ativação de vias metabólicas
- Melhoria da taxa de germinação e do vigor das sementes
Imbibição de sementes – a fase inicial de absorção de água antes da germinação – pode ser acelerado e optimizado com precisão através de ultra-sons:
- A cavitação quebra a tensão superficial
- A água entra na micrópila de forma mais eficiente
- Barreiras relacionadas com a dormência suavizadas
- As sementes preparadas apresentam uma germinação mais rápida e plântulas mais fortes
Amplitudes médias - Modificação estrutural & Extração moderada
- Aumento da permeabilidade celular
- Descolamento parcial da parede celular
- Hidratação mais rápida para o processamento de alimentos
- Rendimentos de extração melhorados sem rutura total do tecido
Ideal para:
- Melhorar a solubilidade das proteínas
- Modificação das propriedades do amido
- Preparação de materiais para fermentação
Amplitudes elevadas - Perturbação celular & Extração
- Cavitação e cisalhamento intensos
- Repartição estrutural completa
- Ideal para isolamento de proteínas ou extração de fitoquímicos
- Utilizado quando as sementes não se destinam a permanecer viáveis
Esta é a gama típica para a extração industrial de:
- Óleos / Lípidos
- Proteínas e péptidos
- Polifenóis
- Fibras funcionais
Sonicadores Hielscher para preparação, germinação, hidratação e extração de sementes
Os sonicadores Hielscher oferecem um método versátil e cientificamente robusto para modificar lentilhas e leguminosas. Desde acelerar a imbibição e a preparação das sementes até melhorar a extração e permitir a produção de ingredientes à escala industrial, os ultra-sons potentes oferecem vantagens únicas em todos os sectores de investigação e comerciais.
Com a Hielscher Ultrasonics’ sonicadores de tipo sonda controláveis com precisão – disponível à escala laboratorial e totalmente industrial – Com o ultrassom, os utilizadores podem ajustar as condições de processamento para uma melhoria fisiológica suave ou uma perturbação mecânica intensa, tornando o ultrassom uma tecnologia fundamental para a investigação de plantas da próxima geração, processamento de ingredientes alimentares e biorefinação sustentável.
O quadro seguinte dá-lhe uma indicação da capacidade de processamento aproximada dos nossos ultra-sons:
| Volume do lote | caudal | Dispositivos recomendados |
|---|---|---|
| 0.5 a 1,5mL | n.d. | VialTweeter |
| 1 a 500mL | 10 a 200mL/min | UP100H |
| 10 a 2000mL | 20 a 400mL/min | UP200Ht, UP400ST |
| 0.1 a 20L | 0.2 a 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 a 100L | 2 a 10L/min | UIP4000hdt |
| 15 a 150L | 3 a 15L/min | UIP6000hdT |
| n.d. | 10 a 100L/min | UIP16000hdT |
| n.d. | maior | grupo de UIP16000hdT |
Conceção, fabrico e consultoria – Qualidade fabricada na Alemanha
Os ultrassons Hielscher são conhecidos pelos seus elevados padrões de qualidade e design. A robustez e a facilidade de operação permitem a integração harmoniosa dos nossos ultrassons nas instalações industriais. As condições difíceis e os ambientes exigentes são facilmente controlados pelos ultrassons Hielscher.
A Hielscher Ultrasonics é uma empresa certificada pela ISO e dá especial ênfase aos ultrassons de alto desempenho com tecnologia de ponta e facilidade de utilização. Naturalmente, os ultrassons da Hielscher estão em conformidade com a CE e cumprem os requisitos da UL, CSA e RoHs.
Germinação de sementes por ultra-sons: melhor imbibição, germinação mais rápida
Literatura / Referências
- 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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perguntas frequentes
As leguminosas e as leguminosas secas são sementes?
Leguminosas e legumes são ambos sementes, mas os termos descrevem categorias diferentes. As leguminosas são a categoria botânica e referem-se a todas as plantas da família Fabaceae que produzem vagens com sementes, incluindo a soja, o amendoim, as ervilhas frescas, o feijão verde, o trevo e muitas culturas forrageiras. As leguminosas são a categoria agrícola e nutricional e referem-se especificamente às sementes comestíveis secas de um subconjunto de espécies de leguminosas colhidas apenas pelas sementes, como as lentilhas, o feijão seco, o grão-de-bico e as ervilhas secas.
Qual é a diferença entre leguminosas e legumes?
As leguminosas referem-se a plantas da família Fabaceae que produzem vagens, enquanto as leguminosas descrevem as sementes secas comestíveis de certas culturas de leguminosas, como as lentilhas, o grão-de-bico e o feijão seco.
O que é a germinação?
A germinação é o processo de germinação em que uma semente absorve água, ativa as vias metabólicas e começa a desenvolver uma raiz e um rebento.
O que é a germinação assistida por ultra-sons?
A germinação assistida por ultra-sons consiste na utilização de cavitação ultra-sónica controlada para acelerar a hidratação das sementes, aumentar a permeabilidade das membranas e estimular a atividade bioquímica, resultando numa germinação mais rápida e uniforme.
A Hielscher Ultrasonics fabrica homogeneizadores ultra-sónicos de alto desempenho a partir de laboratório para dimensão industrial.