Učinki sonikacije na stročnice in semena
Ultrazvočna obdelava je postala dragocena tehnologija za spreminjanje, kondicioniranje in analiziranje rastlinskih materialov, kot so leča in stročnice. Z akustično kavitacijo in nadzorovanimi mehanskimi silami sonikacija poveča hidratacijo, pospeši ekstrakcijo, spremeni mikrostrukturo in izboljša prenos mase. Ti učinki so zelo privlačni za raziskave semen, živilsko znanost, kmetijstvo, biorafiniranje in analitične raziskave.
Ultrazvočna obdelava semen in stročnic v poljubnem obsegu
Glavna prednost moč ultrazvoka je možnost natančnega nadzora amplitude, intenzivnosti in vnosa energije, zlasti pri uporabi Hielscher Ultrasonics’ sonikatorji s sondo. Ti sistemi – na voljo za laboratorijski, pilotni in industrijski obseg – omogočajo ponovljivo in prilagodljivo obdelavo, ki sega od nežnega dodajanja semen ali kaljenja s pospešeno hidratacijo in aktivacijo encimov do učinkovitega pridobivanja hranil.
Sonikacija leče z ultrazvočno sondo UP400St
Ultrazvočna obdelava spodbuja učinke, kot so hitra hidracija semen, sonoporacija celičnih sten in izboljšan prenos mase, zato je učinkovita metoda za pripravo semen, predelavo hrane in ekstrakcijo. Ko se kavitacijski mehurčki sesedejo ob površini semena, ustvarijo mikrotreske in strižne sile, ki odprejo mikrokanale v prevleki semena in tako omogočijo učinkovitejše prodiranje vode in topljencev.
Ultrazvočna obdelava se pogosto uporablja v živilski znanosti, kmetijstvu, biotehnologiji in proizvodnji rastlinskih sestavin.
Akustična kavitacija in njeni učinki na materiale stročnic
Sonikacija temelji na akustični kavitaciji – hitro nastajanje in razpadanje mikrobublin v tekočinah. Nastali mikrodelci, strižne sile in nihanje tlaka delujejo na tkiva leče in stročnic na zelo specifične načine.
Vpliv na semena določajo trije glavni mehanizmi:
- Pospeševanje hidratacije
Kavitacija poruši mejni sloj med vodo in površino semena, kar pospeši prenos vode v semensko lupino in lističe.
Učinki vključujejo:
- Hitrejše namakanje/hidracija
- Enakomernejše nabrekanje
- Izboljšana difuzija vode skozi testo
- Sonoporacija in mikrostrukturne spremembe
Mehanske napetosti zaradi sesedanja kavitacijskih mehurčkov ustvarjajo nano- in mikro-pore v semenskem ovoju in notranjih tkivih. – znano kot sonoporacija.Posledice:
- Povečana prepustnost
- Hitrejše izpiranje ali absorpcija topnih snovi
- Povečana encimska dostopnost
- Izboljšana kaljivost
- Izboljšanje ekstrakcije
Ultrazvok olajša sproščanje:- Beljakovine
- polifenoli
- Olja in lipidi
- Prehranske vlaknine
- Bioaktivne spojine
To je posledica porušitve celične stene, boljšega prodiranja topila in večjega prenosa mase.
Shematski povzetek učinkov ultrazvoka na semena in mehanizmov delovanja.
Študija in shema: ©Nogueira et al., 2023
Ultrazvočna moč za predelavo semen in stročnic: Ultrazvočni sistem UIP4000hdT
Vpliv amplitude in intenzivnosti ultrazvoka na semena
Amplituda ultrazvoka neposredno določa mehansko energijo, ki se prenese na semena. S prilagajanjem amplitude lahko upravljavci natančno prilagodijo postopek glede na občutljivost in namen uporabe. Vsi Hielscherjevi sonikatorji omogočajo natančno nastavitev amplitude, zaradi česar so vsestranska orodja za zalivanje semen, kaljenje in ekstrakcijo hranil.
Nizke amplitude - idealno za pripravo semen & imbibition
- Nežna kavitacija
- Povečana hidracija s sonoporacijo, vendar brez poškodb tkiva
- Nadzorovano vpijanje semen za zalivanje
- Aktivacija presnovnih poti
- Izboljšana kalivost in moč semena
Vbrizgavanje semen – začetna faza sprejemanja vode pred kaljenjem – je mogoče natančno pospešiti in optimizirati z ultrazvokom:
- Kavitacija razbije površinsko napetost
- Voda učinkoviteje vstopa v mikropilot
- Ovire, povezane z dormanco, so mehke
- Pripravljena semena hitreje kalijo in imajo močnejše sadike.
Srednje amplitude - strukturna sprememba & Zmerna ekstrakcija
- Povečana prepustnost celic
- Delno rahljanje celične stene
- Hitrejša hidracija za predelavo hrane
- Izboljšani izkoristki ekstrakcije brez popolne razgradnje tkiva
Idealno za:
- Izboljšanje topnosti beljakovin
- Spreminjanje lastnosti škroba
- Priprava materialov za fermentacijo
Visoke amplitude - motnje v delovanju celic & Ekstrakcija
- Intenzivna kavitacija in striženje
- Popolna strukturna razčlenitev
- Optimalno za izolacijo beljakovin ali fitokemično ekstrakcijo
- Uporablja se, kadar seme ni namenjeno ohranjanju sposobnosti preživetja.
To je tipično območje za industrijsko ekstrakcijo:
- Olja / lipidi
- Proteini in peptidi
- polifenoli
- Funkcionalna vlakna
Hielscherjevi sonikatorji za pripravo semen, kaljenje, vlaženje in ekstrakcijo
Hielscherjevi sonikatorji ponujajo vsestransko in znanstveno zanesljivo metodo za spreminjanje leče in stročnic. Ultrazvok zagotavlja edinstvene prednosti v raziskovalnih in komercialnih sektorjih, od pospeševanja vbrizgavanja semen in zalivanja do izboljšanja ekstrakcije in omogočanja proizvodnje sestavin v industrijskem obsegu.
S Hielscher Ultrasonics’ sonikatorji s sondo, ki jih je mogoče natančno krmiliti. – na voljo v laboratorijskem in popolnoma industrijskem merilu. – , lahko uporabniki natančno prilagodijo pogoje obdelave za nežno fiziološko izboljšanje ali intenzivno mehansko prekinitev, kar naredi ultrazvok za temeljno tehnologijo za raziskave rastlin naslednje generacije, predelavo živilskih sestavin in trajnostno biorafiniranje.
Spodnja tabela vam prikazuje približno zmogljivost obdelave naših ultrazvočnih aparatov:
| Obseg serije | Pretok | Priporočene naprave |
|---|---|---|
| 0.5 do 1.5 ml | n.a. | VialTweeter |
| 1 do 500 ml | 10 do 200 ml / min | UP100H |
| 10 do 2000 ml | 20 do 400 ml / min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 do 20L | 00,2 do 4 l/min | UIP2000hdT |
| 10 do 100L | 2 do 10 l/min | UIP4000hdT |
| 15 do 150L | 3 do 15 l/min | UIP6000hdT |
| n.a. | 10 do 100 l/min | UIP16000hdT |
| n.a. | Večji | Grozd UIP16000hdT |
Projektiranje, izdelava in svetovanje – Kakovost izdelana v Nemčiji
Hielscher ultrazvočni aparati so znani po svojih najvišjih standardih kakovosti in oblikovanja. Robustnost in enostavno upravljanje omogočata nemoteno integracijo naših ultrazvočnih aparatov v industrijske objekte. Težke pogoje in zahtevna okolja zlahka obvladajo Hielscher ultrasonicatorji.
Hielscher Ultrasonics je podjetje s certifikatom ISO in daje poseben poudarek visoko zmogljivim ultrazvočnim aparatom z najsodobnejšo tehnologijo in prijaznostjo do uporabnika. Seveda so Hielscher ultrazvočni aparati skladni s CE in izpolnjujejo zahteve UL, CSA in RoHs.
Ultrazvočno kaljenje semen: boljša imbibicija, hitrejše kaljenje
Literatura / Reference
- 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.
Pogosto zastavljena vprašanja
Ali so stročnice in stročnice semena?
Stročnice in stročnice so semena, vendar izraza označujeta različne kategorije. Stročnice so botanična kategorija in se nanašajo na vse rastline iz družine Fabaceae, ki proizvajajo stroke s semeni, vključno s sojo, arašidi, svežim grahom, stročjim fižolom, deteljo in številnimi krmnimi rastlinami. Stročnice so kmetijska in prehranska kategorija in se nanašajo zlasti na suha užitna semena podskupine vrst stročnic, ki se pridelujejo izključno zaradi semen, kot so leča, suhi fižol, čičerika in suhi grah.
Kakšna je razlika med stročnicami in stročnicami?
Stročnice se nanašajo na rastline iz družine Fabaceae, ki proizvajajo stroke, stročnice pa opisujejo suha užitna semena nekaterih stročnic, kot so leča, čičerika in suhi fižol.
Kaj je kalitev?
Kalitev je proces kalitve, pri katerem seme absorbira vodo, aktivira presnovne poti ter začne razvijati korenine in poganjke.
Kaj je ultrazvočno podprto kaljenje?
Ultrazvočno podprto kaljenje je uporaba nadzorovane ultrazvočne kavitacije za pospešitev hidratacije semen, povečanje prepustnosti membran in spodbujanje biokemične aktivnosti, kar povzroči hitrejše in enakomernejše kaljenje.
Hielscher Ultrasonics proizvaja visoko zmogljive ultrazvočne homogenizatorje iz laboratorij k industrijska velikost.