Влияние обработки ультразвуком на бобовые и семена

Ультразвуковая обработка стала ценной технологией для модификации, кондиционирования и анализа растительных материалов, таких как чечевица и бобовые. Благодаря акустической кавитации и контролируемым механическим силам обработка ультразвуком усиливает гидратацию, ускоряет экстракцию, изменяет микроструктуры и улучшает массоперенос. Эти эффекты весьма привлекательны для исследований семян, пищевой науки, сельского хозяйства, биопереработки и аналитических исследований.

Ультразвуковая обработка семян и зернобобовых в любом масштабе

Важное преимущество мощного ультразвука – возможность точно контролировать амплитуду, интенсивность и ввод энергии, особенно при использовании зондовых ультразвуковых аппаратов Hielscher Ultrasonics. Эти системы – доступные для лабораторного, пилотного и промышленного масштаба – обеспечивают воспроизводимую обработку с регулируемыми параметрами: от щадящего праймирования или проращивания семян за счёт ускоренной гидратации и активации ферментов до эффективной экстракции питательных веществ.

Узнайте, как мощный ультразвук улучшает обработку чечевицы и других бобовых, на примере демонстрации с зондовым ультразвуковым процессором Hielscher UP400ST. В видео чечевица подвергается контролируемой ультразвуковой кавитации – мощному физическому воздействию, которое улучшает гидратацию, ускоряет диффузионные процессы и способствует высвобождению ценных соединений. Ультразвуковая обработка обеспечивает быстрое насыщение семян водой, сонопорацию клеточных стенок и усиление массопереноса, что делает ее эффективным методом предпосевной подготовки семян, переработки пищевого сырья и экстракции. При схлопывании кавитационных пузырьков вблизи поверхности семян возникают микроструи и сдвиговые силы, которые открывают микроканалы в семенной оболочке, облегчая проникновение воды и растворенных веществ. Ультразвуковая обработка широко применяется в пищевой науке, сельском хозяйстве, биотехнологии и производстве растительных ингредиентов.

Акустическая кавитация и её воздействие на материалы бобовых

Обработка ультразвуком основана на акустической кавитации – быстром образовании и схлопывании микропузырьков в жидкостях. Возникающие микроструи, сдвиговые силы и колебания давления взаимодействуют с тканями чечевицы и бобовых весьма специфическим образом.

Воздействие на семена определяется тремя основными механизмами:

Ускорение гидратации
Кавитация разрушает пограничный слой между водой и поверхностью семени, усиливая перенос воды в семенную оболочку и семядоли.

Эффекты включают:
- Более быстрое замачивание/гидратация
- Более равномерное набухание
- Улучшение диффузии воды через тесту
Сонопорация и микроструктурные изменения
Механические напряжения, возникающие при схлопывании кавитационных пузырьков, создают нано- и микропоры в семенной оболочке и внутренних тканях – этот процесс известен как сонопорация.

Последствия:
- Повышение проницаемости
- Более быстрое вымывание или поглощение растворённых веществ
- Повышение доступности для ферментов
- Повышение потенциала прорастания
Усиление экстракции
Ультразвук способствует высвобождению:
- Белков
- Полифенолов
- Масел и липидов
- Пищевых волокон
- Биоактивных соединений

Это происходит благодаря разрушению клеточных стенок, улучшению проникновения растворителя и усилению массопереноса.

Обработка ультразвуком улучшает прорастание семян: ультразвуковая кавитация создаёт микротрещины в семенной оболочке, улучшает имбибицию, гидратацию и поглощение питательных веществ, что приводит к выходу из состояния покоя, повышению всхожести и скорости роста, а также улучшению развития проростков

Схематическое обобщение воздействия ультразвука на семена и механизмов его действия.
Исследование и схема: ©Nogueira et al., 2023

Влияние амплитуды и интенсивности ультразвука на семена

Амплитуда ультразвука непосредственно определяет механическую энергию, передаваемую семенам. Регулировка амплитуды позволяет операторам точно настроить процесс с учётом чувствительности материала и цели применения. Все ультразвуковые аппараты Hielscher позволяют точно регулировать амплитуду, что делает их универсальными инструментами для праймирования и проращивания семян, а также экстракции питательных веществ.

Низкие амплитуды – идеальны для праймирования и имбибиции семян

Щадящая кавитация
Усиление гидратации за счёт сонопорации, но без повреждения тканей
Контролируемая имбибиция семян для праймирования
Активация метаболических путей
Повышение всхожести и жизненной силы семян

Имбибицию семян – начальную фазу поглощения воды перед прорастанием – можно точно ускорять и оптимизировать с помощью ультразвука:

Кавитация нарушает поверхностное натяжение
Вода эффективнее проникает в микропиле
Барьеры, связанные с состоянием покоя, размягчаются
Семена после праймирования быстрее прорастают и дают более крепкие проростки

Средние амплитуды – структурная модификация и умеренная экстракция

Повышение проницаемости клеток
Частичное разрыхление клеточных стенок
Более быстрая гидратация при переработке пищевых продуктов
Повышение выхода экстракции без полного разрушения тканей

Идеальны для:

Повышения растворимости белков
Модификации свойств крахмала
Подготовки материалов к ферментации

Высокие амплитуды – разрушение клеток и экстракция

Интенсивная кавитация и сдвиг
Полное разрушение структуры
Оптимальны для выделения белков или экстракции фитохимических веществ
Используются, когда сохранение жизнеспособности семян не предполагается

Это типичный диапазон для промышленной экстракции:

Масел / липидов
Белков и пептидов
Полифенолов
Функциональных волокон

Ультразвуковые аппараты Hielscher для праймирования, проращивания, гидратации семян и экстракции

Ультразвуковые аппараты Hielscher обеспечивают универсальный и научно обоснованный метод модификации чечевицы и бобовых. От ускорения имбибиции и праймирования семян до усиления экстракции и обеспечения производства ингредиентов в промышленном масштабе – мощный ультразвук предоставляет уникальные преимущества в исследовательской и коммерческой сферах.

Используя зондовые ультразвуковые аппараты Hielscher Ultrasonics с точно регулируемыми параметрами – доступные в лабораторном и полном промышленном масштабе, – пользователи могут точно настраивать условия обработки для щадящего улучшения физиологических процессов или интенсивного механического разрушения. Это делает ультразвук одной из ключевых технологий для исследований растений нового поколения, переработки пищевых ингредиентов и устойчивой биопереработки.

Таблица ниже даёт представление о приблизительной производительности наших ультразвуковых аппаратов:

Объём партии	Расход	Рекомендуемые устройства
от 0,5 до 1,5mL	не применимо	VialTweeter
от 1 до 500mL	от 10 до 200mL/min	UP100H
от 10 до 2000mL	от 20 до 400mL/min	UP200Ht, UP400St
от 0,1 до 20L	от 0,2 до 4L/min	UIP2000hdT
от 10 до 100L	от 2 до 10L/min	UIP4000hdT
от 15 до 150L	от 3 до 15L/min	UIP6000hdT
не применимо	от 10 до 100L/min	UIP16000hdT
не применимо	больше	кластер из UIP16000hdT

Запросите дополнительную информацию

Пожалуйста, воспользуйтесь формой ниже, чтобы запросить дополнительную информацию об ультразвуковых процессорах для обработки семян и зернобобовых, технических характеристиках и ценах. Мы будем рады обсудить с Вами Ваш процесс и предложить Вам лучший ультразвуковой процессор для оптимизации обработки семян!

Адрес электронной почты (обязательно)

Номер телефона

Имя

Область интереса

Проектирование, производство и консультирование – качество из Германии

Ультразвуковые аппараты Hielscher широко известны своим высочайшим качеством и высочайшими стандартами проектирования. Прочность и простота эксплуатации обеспечивают беспроблемную интеграцию наших ультразвуковых аппаратов в промышленные установки. Ультразвуковые аппараты Hielscher легко справляются с суровыми условиями и требовательными производственными средами.

Hielscher Ultrasonics – компания, сертифицированная по ISO, которая уделяет особое внимание высокопроизводительным ультразвуковым аппаратам с передовыми технологиями и удобством использования. Разумеется, ультразвуковые аппараты Hielscher соответствуют требованиям CE, а также требованиям UL, CSA и RoHs.

Связанные темы

Литература / источники

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.

Часто задаваемые вопросы

Являются ли бобовые и зернобобовые семенами?

И бобовые, и зернобобовые являются семенами, однако эти термины обозначают разные категории. Бобовые – это ботаническая категория, охватывающая все растения семейства Fabaceae, которые образуют бобы с семенами, включая сою, арахис, свежий горох, стручковую фасоль, клевер и многие кормовые культуры. Зернобобовые – это сельскохозяйственная и пищевая категория, обозначающая именно сухие съедобные семена части видов бобовых, урожай которых собирают исключительно ради семян, например чечевицы, фасоли на сухое зерно, нута и гороха на сухое зерно.

В чём разница между бобовыми и зернобобовыми?

Бобовыми называют растения семейства Fabaceae, образующие бобы, тогда как зернобобовые обозначают сухие съедобные семена определённых бобовых культур, таких как чечевица, нут и фасоль на сухое зерно.

Что такое проращивание?

Проращивание – это процесс прорастания, в ходе которого семя поглощает воду, активирует метаболические пути и начинает развивать корень и побег.

Что такое проращивание с помощью ультразвука?

Проращивание с помощью ультразвука – это использование контролируемой ультразвуковой кавитации для ускорения гидратации семян, повышения проницаемости мембран и стимулирования биохимической активности, что приводит к более быстрому и равномерному прорастанию.