Ускоренное проращивание с помощью ультразвука

Проростки – популярный полезный для здоровья продукт, богатый витаминами, белками, минералами и антиоксидантами. Однако процесс проращивания трудоёмок и требует много времени. Ультразвуковая активация семян повышает всхожесть, ускоряет процесс проращивания, улучшает состав питательных веществ и способствует росту здоровых сеянцев. Ультразвуковое замачивание и прайминг семян – идеальный метод повышения производительности проращивания.

Проращивание семян, зерновых и бобовых

Проростки представляют собой пророщенные семена люцерны, клевера, подсолнечника, брокколи, горчицы, редиса, чеснока, укропа, тыквы, миндаля, зерновых культур (например, зёрен пшеницы, киноа, ячменя, ржи, гречихи, сорго, проса), бобовых культур (например, арахиса, гороха, нута, чечевицы), а также различных видов фасоли и других бобовых, таких как маш, фасоль кидни, фасоль пинто, белая фасоль нэви и соя. Поскольку проростки богаты фитонутриентами, такими как белки, витамины, минералы и антиоксиданты, и отличаются низкой калорийностью и низким содержанием жира и натрия, их широко считают «полезной для здоровья пищей» и «суперфудом». Включение проростков в ежедневный рацион помогает снабжать организм клетчаткой, витаминами, минералами и другими полезными для здоровья фитонутриентами.
Биодоступность питательных веществ в проростках и микрозелени: зерновые и бобовые содержат различные антипитательные вещества, которые затрудняют пищеварение и снижают биодоступность микронутриентов и минералов. Например, ингибиторы трипсина и фитаты, присутствующие в зерновых и бобовых, снижают соответственно перевариваемость белков и усвоение минералов. Ингибиторы трипсина препятствуют активности пищеварительного фермента трипсина, вследствие чего поступившие с пищей белки не могут должным образом перевариваться и усваиваться организмом.
Поэтому прорастание и проращивание применяют для деактивации этих антипитательных веществ. Во время проращивания запускаются пути образования питательных и фитохимических веществ и активируются ферменты. Благодаря этому пророщенные семена и бобовые обеспечивают широкий спектр биодоступных питательных веществ.
В процессе прорастания и проращивания в семенах активируются эндогенные ферменты, такие как α-амилаза, пуллуланаза, фитаза и другие глюкозидазы. Эти ферменты разрушают антипитательные факторы и расщепляют сложные макронутриенты до простых и более легко перевариваемых форм.
Проростки богаты полезными для здоровья питательными веществами, такими как белки, хлорофилл, витамины, минералы, ферменты, аминокислоты и фитохимические вещества. Например, проростки брокколи хорошо известны чрезвычайно высоким содержанием sulfurophane. По сравнению со зрелыми соцветиями брокколи пророщенные семена брокколи содержат в 50 раз больше sulfurophane.

Процедура проращивания

Выращивание проростков трудоёмко и требует много времени. Во время проращивания соблюдение гигиены и санитарных условий имеет решающее значение для предотвращения микробного загрязнения и порчи. Замачивание, прорастание и проращивание с применением ультразвука ускоряют выращивание и рост богатых питательными веществами, жизнеспособных проростков и сеянцев.

Улучшенное выращивание проростков и микрозелени с помощью ультразвука

Ультразвуковое замачивание, прорастание и проращивание интенсифицируют процесс выращивания проростков и микрозелени. Проращивание – трудоёмкий и длительный процесс, при котором возможна порча под воздействием плесени и бактерий. Поскольку семена проводят значительное время в воде (на этапе замачивания) и в среде с высокой влажностью (на этапе проращивания), риск микробного загрязнения и порчи очень высок. Употребление испорченных проростков и микрозелени вызывает тяжёлое пищевое отравление. Ультразвуковое замачивание и прорастание сокращают продолжительность замачивания и проращивания. Поскольку семена прорастают и растут быстрее, время пребывания в среде с высокой влажностью сокращается. Благодаря этому время, в течение которого возможны рост микроорганизмов и порча, сводится к минимуму. Ультразвуковое проращивание не только делает процесс проращивания более эффективным, но и снижает риск загрязнения.
Кроме того, различные исследования показали, что проростки, полученные с применением ультразвука при замачивании и прорастании, отличаются улучшенным составом питательных веществ, например более высоким содержанием белков, витаминов и фитонутриентов по сравнению с семенами, пророщенными обычным способом. Проростки, выращенные с применением ультразвука, также отличаются более высокой жизнеспособностью сеянцев.

Ультразвуковой гидропрайминг улучшает поглощение воды и питательных веществ. Сравнение чечевицы, обработанной ультразвуком (40Ws/g), с чечевицей, не обработанной ультразвуком, показывает, что обработка ультразвуком значительно улучшает поглощение воды.

Ультразвуковая активация семян

Интенсификация прорастания с помощью ультразвука обусловлена механическими эффектами ультразвуковой / акустической кавитации. Эффекты ультразвуковой кавитации воздействуют на оболочку семени: кавитация фрагментирует семенную кожуру и тем самым повышает пористость поверхности семян. Это буквально означает, что ультразвуковая фрагментация семенной кожуры перфорирует оболочку. Кроме того, обработка ультразвуком увеличивает размер пор, вследствие чего усиливается массоперенос между внутренней частью семени и средой выращивания. Усиленный массоперенос обеспечивает семя необходимыми водой и питательными веществами. Благодаря повышенной пористости и проницаемости семя может быстрее поглощать воду и питательные вещества. Улучшенная гидратация и повышенная водоудерживающая способность сухих семян / зёрен приводят к ускоренному росту проростков.

Ультразвуковая обработка семян занимает всего несколько минут. Конкретная продолжительность обработки ультразвуком зависит от твёрдости семенной кожуры и для большинства разновидностей семян может составлять от 4 до 6 минут. При адаптации ультразвуковой обработки к конкретному типу семян / зёрен амплитуда ультразвукового аппарата является важным фактором, который в значительной степени влияет на эффективность ультразвукового замачивания и прайминга семян. Чем твёрже и толще оболочка семени, тем более высокие амплитуды требуются. Hielscher Ultrasonics обладает глубокими знаниями в области замачивания, прайминга и прорастания семян с применением ультразвука. Мы предложим вам наиболее подходящее и эффективное ультразвуковое оборудование для ваших разновидностей проростков и производительности проращивания.

Более продолжительная обработка ультразвуком улучшает прорастание гибридов Calanthe. (Shin et al. 2011)

Более высокая пищевая ценность проростков, полученных с применением ультразвука

Проращивание с применением ультразвука не только повышает скорость прорастания и скорость индукции биологического ответа, но и положительно влияет на пищевую ценность проростков. Несколько исследований продемонстрировали усиление биосинтеза фитонутриентов под воздействием обработки ультразвуком. Yang et al. (2015) измерили повышенное содержание изофлавоноидов в проростках сои, обработанных ультразвуком. Количество изофлавоноидов даидзеина и генистеина увеличилось на 39,13 и 96,91 % соответственно по сравнению с образцами, не обработанными ультразвуком. В соевых бобах, прошедших ультразвуковой прайминг, содержание гамма-аминомасляной кислоты (GABA) также повысилось на 43,4%. В другом исследовании Yu et al. (2016) наблюдали улучшение антиоксидантной способности салата ромэн, обработанного ультразвуком.
Ampofo (2020) показала в своей диссертации, что обработка фасоли обыкновенной ультразвуком при 360 W в течение 60 min вызывала значительное увеличение накопления маркеров стресса к 96 h проращивания. Стресс во время роста сеянцев приводит к значительному повышению активности ферментов, запускающих защитный фенилпропаноидный путь, увеличению содержания фенольных соединений и повышению антиоксидантной способности по сравнению с контрольным образцом, не обработанным ультразвуком. Обработка ультразвуком сократила время проращивания на 60 h по сравнению с контролем. У обработанных ультразвуком семян зародышевые корешки появлялись через 24 h проращивания и значительно удлинялись по мере увеличения продолжительности проращивания, тогда как в контрольных образцах появление зародышевых корешков задерживалось вплоть до 48 h проращивания. Что касается пищевой ценности, в проростках фасоли, обработанных ультразвуком, общее содержание флавоноидов было в 6,6 раза выше, а общее содержание антоцианов – в 11,57 раза выше, чем в образцах, не обработанных ультразвуком.
Зондовые ультразвуковые аппараты Hielscher Ultrasonics обеспечивают точное управление. Такие параметры процесса, как амплитуда и контроль температуры, а также равномерное и одинаковое воздействие зоны ультразвуковой кавитации на все семена являются важнейшими факторами для усиления биосинтеза в семенах и проростках.

Исследования ультразвукового проращивания

Hassan et al. (2020) демонстрируют, что семена сорго, пророщенные с применением ультразвука, отличаются значительно улучшенным составом питательных веществ. Обработка ультразвуком улучшила состав и увеличила количество фитонутриентов в семенах сорго. Для оценки влияния ультразвукового проращивания проростков сорго исследовали различные фитохимические компоненты (алкалоиды, фитаты, сапонины и стеролы), активность по связыванию радикалов (анализ с использованием 2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl, анализ антиоксидантной способности по восстановлению железа и анализ способности поглощать кислородные радикалы), фенольный профиль (общее содержание фенольных соединений, общее содержание флавоноидов, феруловую кислоту, галловую кислоту, катехин, кверцетин и таннин), а также перевариваемость белков in vitro (IVPD %). Все исследованные показатели улучшились в результате ультразвуковой обработки. Обработанные проростки отличались особенно высокой активностью по связыванию радикалов и богатым фенольным профилем при более высоком процентном значении IVPD.
Мягкая обработка ультразвуком при амплитуде 40% в течение 5 min продемонстрировала значительные улучшения. После прорастания обработанные ультразвуком проростки сорго отличались превосходным составом фитохимических веществ и могут служить ценным сырьём для производства функциональных пищевых продуктов с высоким содержанием белка при низких затратах.

Petru et al. (2018) исследовали действие ультразвуковой кавитации при схлопывании кавитационных пузырьков. Они обнаружили, что ультразвуковая кавитация вызывает микроэрозию семенной кожуры, которая повышает проницаемость оболочки семени и способствует массопереносу. Они изучили влияние ультразвуковой обработки на прорастание семян, появление всходов и начальные стадии роста сеянцев тритикале (гибрида ржи и пшеницы). Образцы по 50 семян обрабатывали ультразвуком в воде в следующем режиме: амплитуда 15 µm при температуре 25 degС и различной продолжительности обработки – 0, 2, 4, 6, 8 min. Затем семена помещали на влажную фильтровальную бумагу при комнатной температуре для прорастания и проращивания. Наиболее выраженный эффект ультразвуковой обработки наблюдался при продолжительности обработки 4 min. Оптимальные данные по прорастанию семян тритикале, обработанных ультразвуком в течение 4 min, и появлению всходов в сравнении с необработанными семенами (контроль) приведены на рис. 1. Было установлено, что средняя длина сеянцев из обработанных ультразвуком семян на 15–20% превышает длину сеянцев из контрольных семян. Обработанные ультразвуком семена прорастают раньше и отличаются большей энергией прорастания, большей длиной сеянцев и корней. 

Ультразвуковые процессоры для интенсификации прорастания и проращивания

Высокопроизводительные процессоры Hielscher Ultrasonics используются в пищевой промышленности и сельском хозяйстве для стимулирования прорастания и проращивания, прайминга семян, включая осмопрайминг и гидропрайминг, а также процессов ферментации. Передовые технологии, удобство использования, безопасность эксплуатации и прочность – ключевые особенности всех процессоров Hielscher Ultrasonics.
Узнайте больше о воздействии ультразвуковых аппаратов Hielscher на семена и бобовые!

Периодическая обработка и обработка в линии

Ультразвуковые аппараты Hielscher можно использовать для периодической и непрерывной проточной обработки. В зависимости от объёма вашего процесса и часовой производительности может быть рекомендована обработка в линии. Тогда как периодическая обработка больших объёмов требует больше времени и труда, непрерывный процесс обработки ультразвуком в линии более эффективен, быстрее и требует значительно меньше труда.

Ультразвуковые процессоры для любой производственной мощности

Ассортимент Hielscher Ultrasonics охватывает весь спектр ультразвуковых процессоров – от компактных лабораторных ультразвуковых аппаратов, настольных и пилотных систем до полностью промышленных ультразвуковых процессоров, способных обрабатывать за час объёмы, соответствующие грузам целых грузовиков. Полный ассортимент позволяет нам предложить наиболее подходящий ультразвуковой процессор для вашей производительности и целей процесса.
Настольные ультразвуковые системы идеально подходят для испытаний осуществимости и оптимизации процесса. Линейное масштабирование на основе установленных параметров процесса позволяет очень легко увеличить производительность обработки от небольших партий до полномасштабного коммерческого производства. Увеличить масштаб можно, установив более мощный ультразвуковой смесительный блок или объединив несколько ультразвуковых аппаратов для параллельной работы. С моделью UIP16000 Hielscher предлагает самый мощный ультразвуковой процессор в мире.

Точно регулируемые амплитуды для оптимальных результатов

Все ультразвуковые аппараты Hielscher обеспечивают точное управление и поэтому являются надёжными рабочими инструментами. Амплитуда – один из важнейших параметров процесса, влияющих на эффективность и результативность ультразвукового прорастания и проращивания. Семена с мягкой кожурой требуют мягкой обработки ультразвуком и более низких настроек амплитуды, тогда как семена с прочной и твёрдой оболочкой показывают лучшие результаты проращивания при обработке ультразвуком с более высокими амплитудами. Все процессоры Hielscher Ultrasonics позволяют точно задавать амплитуду. Сонотроды и бустерные рупоры – принадлежности, позволяющие изменять амплитуду в ещё более широком диапазоне. Промышленные ультразвуковые процессоры Hielscher могут обеспечивать очень высокие амплитуды и необходимую интенсивность ультразвука для требовательных применений. Амплитуды до 200µm легко поддерживаются непрерывно при работе в режиме 24/7.
Точные настройки амплитуды и постоянный мониторинг параметров ультразвукового процесса с помощью интеллектуального программного обеспечения позволяют обрабатывать ваши семена в наиболее эффективных ультразвуковых условиях. Оптимальная обработка ультразвуком для наилучших результатов проращивания!
Прочность ультразвукового оборудования Hielscher позволяет работать в режиме 24/7 при высокой нагрузке и в сложных условиях. Это делает ультразвуковое оборудование Hielscher надёжным рабочим инструментом, отвечающим вашим требованиям к обработке.

Простые испытания без риска

Ультразвуковые процессы можно масштабировать полностью линейно. Это означает, что любой результат, полученный с помощью лабораторного или настольного ультразвукового аппарата, можно масштабировать с получением точно такого же результата при точно таких же параметрах процесса. Благодаря этому обработка ультразвуком идеально подходит для испытаний осуществимости без риска, оптимизации процесса и последующего внедрения в коммерческое производство. Свяжитесь с нами, чтобы узнать, как обработка ультразвуком может повысить выход и качество ваших проростков.

Высочайшее качество – разработано и произведено в Германии

Как компания, находящаяся в семейной собственности и под семейным управлением, Hielscher уделяет первостепенное внимание высочайшим стандартам качества своих ультразвуковых процессоров. Все ультразвуковые аппараты разрабатываются, производятся и тщательно испытываются в нашей штаб-квартире в Тельтове недалеко от Берлина, Германия. Прочность и надёжность ультразвукового оборудования Hielscher делают его рабочей лошадкой вашего производства. Работа в режиме 24/7 при полной нагрузке и в сложных условиях – естественная характеристика высокопроизводительных ультразвуковых аппаратов Hielscher.

Вы можете приобрести ультразвуковой процессор Hielscher любого размера, точно сконфигурированный под требования вашего процесса. От обработки семян в небольшом лабораторном стакане до непрерывного проточного смешивания суспензий семян в промышленном масштабе – Hielscher Ultrasonics предлагает подходящий для вас ультразвуковой аппарат! Свяжитесь с нами – мы будем рады порекомендовать вам идеальную ультразвуковую установку!

Приведённая ниже таблица даёт представление о приблизительной производительности обработки наших ультразвуковых аппаратов: