Účinky sonikácie na strukoviny a semená
Ultrazvukové spracovanie sa stalo cennou technológiou na modifikáciu, úpravu a analýzu rastlinných materiálov, ako je šošovica a strukoviny. Prostredníctvom akustickej kavitácie a riadených mechanických síl sonikácia zvyšuje hydratáciu, urýchľuje extrakciu, mení mikroštruktúru a zlepšuje prenos hmoty. Tieto účinky sú veľmi atraktívne pre výskum semien, potravinárstvo, poľnohospodárstvo, biorafináciu a analytický výskum.
Ultrazvukové spracovanie semien a strukovín v akomkoľvek rozsahu
Hlavnou výhodou výkonového ultrazvuku je možnosť presného riadenia amplitúdy, intenzity a príkonu energie, najmä pri použití ultrazvuku Hielscher’ sondy typu sonikátor. Tieto systémy – k dispozícii pre laboratórne, pilotné a priemyselné meradlá – umožňujú reprodukovateľné, nastaviteľné spracovanie, ktoré siaha od šetrnej prípravy semien alebo klíčenia zrýchlenou hydratáciou a aktiváciou enzýmov až po účinnú extrakciu živín.
Sonikácia šošovice pomocou ultrazvukovej sondy UP400St
Ošetrenie ultrazvukom podporuje účinky, ako je rýchla hydratácia semien, sonoporácia bunkových stien a zvýšený prenos hmoty, čo z neho robí účinnú metódu pre aplikácie na zalievanie semien, spracovanie potravín a extrakciu. Keď kavitačné bubliny kolabujú v blízkosti povrchu semien, vytvárajú mikrotrysky a strihové sily, ktoré otvárajú mikrokanáliky v plášti semien - čo umožňuje efektívnejší prienik vody a rozpustených látok.
Ultrazvukové spracovanie sa široko používa v potravinárstve, poľnohospodárstve, biotechnológii a pri výrobe rastlinných prísad.
Akustická kavitácia a jej účinky na strukovinové materiály
Sonikácia je založená na akustickej kavitácii – rýchla tvorba a rozpad mikrobublín v kvapalinách. Vzniknuté mikrotrysky, strihové sily a kolísanie tlaku pôsobia na tkanivá šošovice a strukovín veľmi špecifickým spôsobom.
Vplyv na semená určujú tri základné mechanizmy:
- Zrýchlenie hydratácie
Kavitácia narúša hraničnú vrstvu medzi vodou a povrchom semien, čím sa zvyšuje transport vody do plášťa semien a listene.
Účinky zahŕňajú:
- Rýchlejšie namáčanie/hydratácia
- Rovnomernejší opuch
- Zlepšená difúzia vody cez semenník
- Sonoporácia a mikroštrukturálne zmeny
Mechanické napätie spôsobené kolabujúcimi kavitačnými bublinami vytvára nano- a mikropóry v plášti semien a vnútorných tkanivách – známa ako sonoporácia.Dôsledky:
- Zvýšená priepustnosť
- Rýchlejšie vylúhovanie alebo absorpcia rozpustených látok
- Zvýšená enzymatická dostupnosť
- Zlepšený potenciál klíčenia
- Vylepšenie extrakcie
Ultrazvuk uľahčuje uvoľňovanie:- bielkoviny
- polyfenoly
- Oleje a lipidy
- Vláknina
- Bioaktívne zlúčeniny
Je to dôsledok narušenia bunkovej steny, lepšieho prenikania rozpúšťadla a väčšieho prenosu hmoty.
Schematické zhrnutie účinkov ultrazvuku na semená a mechanizmov pôsobenia.
Štúdia a schéma: ©Nogueira et al., 2023
Výkonný ultrazvuk na spracovanie osiva a strukovín: Ultrazvukový systém UIP4000hdT
Vplyv amplitúdy a intenzity ultrazvuku na semená
Amplitúda ultrazvuku priamo určuje mechanickú energiu odovzdanú semenám. Nastavenie amplitúdy umožňuje operátorom doladiť proces podľa citlivosti a účelu aplikácie. Všetky sonikátory Hielscher umožňujú presné nastavenie amplitúdy, čo z nich robí univerzálne nástroje na priming semien, klíčenie a extrakciu živín.
Nízke amplitúdy - ideálne na podmieňovanie osiva & Imbibition
- Jemná kavitácia
- Zvýšená hydratácia sonoporáciou, ale bez poškodenia tkaniva
- Riadené vnadenie osiva na zalievanie
- Aktivácia metabolických dráh
- Zlepšená klíčivosť a vitalita semien
Imbibícia semien – počiatočná fáza príjmu vody pred klíčením – možno presne urýchliť a optimalizovať pomocou ultrazvuku:
- Kavitácia narúša povrchové napätie
- Voda sa dostáva do mikropyl efektívnejšie
- Prekážky súvisiace s dormanciou sú mäkšie
- Pripravené semená vykazujú rýchlejšie klíčenie a silnejšie sadenice
Stredné amplitúdy - štrukturálna modifikácia & Mierna extrakcia
- Zvýšená priepustnosť buniek
- Čiastočné uvoľnenie bunkovej steny
- Rýchlejšia hydratácia pri spracovaní potravín
- Zlepšené výťažky extrakcie bez úplného rozkladu tkaniva
Ideálne pre:
- Zlepšenie rozpustnosti bielkovín
- Úprava vlastností škrobu
- Príprava materiálov na fermentáciu
Vysoké amplitúdy - narušenie buniek & Extrakcia
- Intenzívna kavitácia a strih
- Úplné štrukturálne členenie
- Optimálne na izoláciu bielkovín alebo fytochemickú extrakciu
- Používa sa, keď semená nemajú zostať životaschopné
Toto je typický rozsah pre priemyselnú ťažbu:
- Oleje / lipidy
- Proteíny a peptidy
- polyfenoly
- Funkčné vlákna
Sonické prístroje Hielscher na základný náter semien, klíčenie, hydratáciu a extrakciu
Sonikátory Hielscher ponúkajú univerzálnu a vedecky spoľahlivú metódu na úpravu šošovice a strukovín. Výkonný ultrazvuk poskytuje jedinečné výhody v rôznych výskumných a komerčných odvetviach, od urýchlenia klíčenia semien a primingu až po zlepšenie extrakcie a umožnenie výroby prísad v priemyselnom meradle.
S ultrazvukom Hielscher’ presne ovládateľné sondy – k dispozícii v laboratórnom a plne priemyselnom meradle – , môžu používatelia jemne nastaviť podmienky spracovania pre jemné fyziologické zlepšenie alebo intenzívne mechanické narušenie, čím sa ultrazvuk stáva základnou technológiou pre výskum rastlín novej generácie, spracovanie potravinových prísad a udržateľnú biorafináciu.
Nasledujúca tabuľka vám poskytuje približnú kapacitu spracovania našich ultrazvukových prístrojov:
| Objem dávky | Prietok | Odporúčané zariadenia |
|---|---|---|
| 05 až 1,5 ml | N.A. | VialTweeter |
| 1 až 500 ml | 10 až 200 ml/min | UP100H |
| 10 až 2000 ml | 20 až 400 ml/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 až 20 l | 00,2 až 4 l/min | UIP2000hdT |
| 10 až 100 l | 2 až 10 l/min | UIP4000hdT |
| 15 až 150 l | 3 až 15 l/min | UIP6000hdT |
| N.A. | 10 až 100 l/min | UIP16000hdT |
| N.A. | väčší | Zhluk UIP16000hdT |
Dizajn, výroba a poradenstvo – Kvalita vyrobená v Nemecku
Ultrazvukové prístroje Hielscher sú známe svojou najvyššou kvalitou a dizajnovými štandardmi. Robustnosť a jednoduchá obsluha umožňujú bezproblémovú integráciu našich ultrazvukových prístrojov do priemyselných zariadení. Drsné podmienky a náročné prostredie ľahko zvládnu ultrazvukové prístroje Hielscher.
Hielscher Ultrasonics je spoločnosť s certifikáciou ISO a kladie osobitný dôraz na vysokovýkonné ultrazvukové prístroje s najmodernejšou technológiou a užívateľskou prívetivosťou. Ultrazvukové prístroje Hielscher sú samozrejme v súlade s CE a spĺňajú požiadavky UL, CSA a RoHs.
Ultrazvukové klíčenie semien: lepšia imibícia, rýchlejšie klíčenie
Literatúra / Referencie
- 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.
často kladené otázky
Sú strukoviny a strukoviny semená?
Strukoviny aj strukoviny sú semená, ale tieto pojmy označujú rôzne kategórie. Strukoviny sú botanickou kategóriou a označujú všetky rastliny z čeľade Fabaceae, ktoré produkujú struky obsahujúce semená, vrátane sóje, arašidov, čerstvého hrachu, zelenej fazule, ďateliny a mnohých krmovín. Strukoviny sú poľnohospodárskou a výživovou kategóriou a vzťahujú sa konkrétne na suché jedlé semená podskupiny druhov strukovín, ktoré sa zbierajú výlučne pre semená, ako je šošovica, suchá fazuľa, cícer a suchý hrach.
Aký je rozdiel medzi strukovinami a strukovinami?
Strukoviny označujú rastliny z čeľade Fabaceae, ktoré produkujú struky, zatiaľ čo strukoviny označujú suché jedlé semená niektorých strukovín, ako je šošovica, cícer a suchá fazuľa.
Čo je klíčenie?
Klíčenie je proces klíčenia, pri ktorom semeno absorbuje vodu, aktivuje metabolické dráhy a začne vyvíjať koreň a výhonok.
Čo je to ultrazvukové klíčenie?
Ultrazvukovo asistované klíčenie je použitie riadenej ultrazvukovej kavitácie na urýchlenie hydratácie semien, zvýšenie priepustnosti membrán a stimuláciu biochemickej aktivity, čo vedie k rýchlejšiemu a rovnomernejšiemu klíčeniu.
Spoločnosť Hielscher Ultrasonics vyrába vysokovýkonné ultrazvukové homogenizátory od laboratórium do priemyselná veľkosť.