Tác động của xử lý siêu âm đối với các loại đậu và hạt

Xử lý siêu âm đã trở thành một công nghệ có giá trị để biến đổi, điều hòa và phân tích các vật liệu thực vật như đậu lăng và các loại đậu. Thông qua hiện tượng xâm thực âm và các lực cơ học được kiểm soát, xử lý siêu âm tăng cường hydrat hóa, đẩy nhanh quá trình chiết xuất, thay đổi vi cấu trúc và cải thiện truyền khối. Những tác động này rất hấp dẫn đối với nghiên cứu hạt giống, khoa học thực phẩm, nông nghiệp, tinh chế sinh học và nghiên cứu phân tích.

Xử lý siêu âm hạt và hạt đậu khô ở mọi quy mô

Một ưu điểm lớn của siêu âm công suất là khả năng kiểm soát chính xác biên độ, cường độ và năng lượng đầu vào, đặc biệt khi sử dụng máy siêu âm dạng đầu dò của Hielscher Ultrasonics. Các hệ thống này – có sẵn cho quy mô phòng thí nghiệm, thí điểm và công nghiệp – cho phép xử lý có khả năng tái lập và điều chỉnh, từ xử lý kích hoạt hạt giống hoặc thúc nảy mầm nhẹ nhàng bằng cách đẩy nhanh hydrat hóa và hoạt hóa enzyme đến chiết xuất dưỡng chất hiệu quả.

Xâm thực âm và tác động đối với nguyên liệu họ Đậu

Xử lý siêu âm dựa trên hiện tượng xâm thực âm – sự hình thành và sụp đổ nhanh chóng của các vi bọt trong chất lỏng. Các vi tia, lực cắt và dao động áp suất sinh ra tương tác với mô đậu lăng và các loại đậu theo những cách mang tính đặc thù cao.

Ba cơ chế chính quyết định tác động lên hạt:

1. Đẩy nhanh hydrat hóa

   Hiện tượng xâm thực phá vỡ lớp biên giữa nước và bề mặt hạt, tăng cường vận chuyển nước vào vỏ hạt và lá mầm.

   Các tác động bao gồm:

   • Ngâm/hydrat hóa nhanh hơn
   • Trương nở đồng đều hơn
   • Cải thiện sự khuếch tán nước qua vỏ hạt
2. Tạo lỗ bằng siêu âm và thay đổi vi cấu trúc
   Ứng suất cơ học do các bọt xâm thực sụp đổ tạo ra các lỗ có kích thước nano và micro trong vỏ hạt và các mô bên trong – được gọi là hiện tượng tạo lỗ bằng siêu âm.

   Hệ quả:

   • Tăng tính thấm
   • Hòa tan thoát ra hoặc hấp thu chất tan nhanh hơn
   • Tăng khả năng tiếp cận của enzyme
   • Cải thiện tiềm năng nảy mầm
3. Tăng cường chiết xuất
   Siêu âm tạo điều kiện giải phóng:
   • Protein
   • Polyphenol
   • Dầu và lipid
   • Chất xơ thực phẩm
   • Các hợp chất có hoạt tính sinh học

Điều này là kết quả của sự phá vỡ thành tế bào, cải thiện khả năng thâm nhập của dung môi và tăng truyền khối.
 

Sơ đồ tóm tắt tác động của siêu âm lên hạt và các cơ chế tác động.
Nghiên cứu và sơ đồ: ©Nogueira và cộng sự, 2023

Ảnh hưởng của biên độ và cường độ siêu âm lên hạt

Biên độ siêu âm trực tiếp quyết định năng lượng cơ học truyền vào hạt. Điều chỉnh biên độ cho phép người vận hành tinh chỉnh quy trình theo độ nhạy và mục đích của ứng dụng. Tất cả máy siêu âm Hielscher đều cho phép điều chỉnh biên độ chính xác, nhờ đó trở thành công cụ đa năng để xử lý kích hoạt hạt giống, thúc nảy mầm và chiết xuất dưỡng chất.

Biên độ thấp – Lý tưởng để xử lý kích hoạt hạt giống & hút trương nước

• Xâm thực nhẹ
• Tăng hydrat hóa nhờ tạo lỗ bằng siêu âm nhưng không gây tổn thương mô
• Kiểm soát sự hút trương nước của hạt để xử lý kích hoạt
• Hoạt hóa các con đường trao đổi chất
• Cải thiện tỷ lệ nảy mầm và sức sống của hạt

Sự hút trương nước của hạt – giai đoạn hấp thu nước ban đầu trước khi nảy mầm – có thể được đẩy nhanh và tối ưu hóa một cách chính xác bằng siêu âm:

• Xâm thực phá vỡ sức căng bề mặt
• Nước đi vào lỗ noãn hiệu quả hơn
• Các rào cản liên quan đến trạng thái ngủ nghỉ mềm đi
• Hạt đã được xử lý kích hoạt nảy mầm nhanh hơn và tạo cây con khỏe hơn

Biên độ trung bình – Biến đổi cấu trúc & chiết xuất mức độ vừa phải

• Tăng tính thấm của tế bào
• Làm lỏng một phần thành tế bào
• Hydrat hóa nhanh hơn để chế biến thực phẩm
• Cải thiện hiệu suất chiết xuất mà không phân rã hoàn toàn mô

Lý tưởng cho:

• Cải thiện độ hòa tan của protein
• Biến đổi tính chất tinh bột
• Chuẩn bị nguyên liệu để lên men

Biên độ cao – Phá vỡ tế bào & chiết xuất

• Xâm thực mạnh và lực cắt lớn
• Phân rã cấu trúc hoàn toàn
• Tối ưu để phân lập protein hoặc chiết xuất các hợp chất hóa thực vật
• Được sử dụng khi không có mục đích duy trì khả năng sống của hạt

Đây là dải biên độ điển hình để chiết xuất công nghiệp:

• Dầu / Lipid
• Protein và peptide
• Polyphenol
• Chất xơ chức năng

Máy siêu âm Hielscher để xử lý kích hoạt hạt giống, thúc nảy mầm, hydrat hóa và chiết xuất

Máy siêu âm Hielscher cung cấp một phương pháp đa năng và vững chắc về mặt khoa học để biến đổi đậu lăng và các loại đậu. Từ đẩy nhanh sự hút trương nước và xử lý kích hoạt hạt giống đến tăng cường chiết xuất và cho phép sản xuất thành phần nguyên liệu ở quy mô công nghiệp, siêu âm công suất mang lại những ưu điểm độc đáo trong cả lĩnh vực nghiên cứu và thương mại.

Với các máy siêu âm dạng đầu dò có thể kiểm soát chính xác của Hielscher Ultrasonics – có sẵn ở quy mô phòng thí nghiệm và quy mô công nghiệp hoàn chỉnh – người dùng có thể tinh chỉnh các điều kiện xử lý để tăng cường nhẹ nhàng các hoạt động sinh lý hoặc gây phá vỡ cơ học mạnh, qua đó đưa siêu âm trở thành công nghệ nền tảng cho nghiên cứu thực vật thế hệ mới, chế biến thành phần nguyên liệu thực phẩm và tinh chế sinh học bền vững.

 
Bảng dưới đây cung cấp thông tin tham khảo về năng lực xử lý gần đúng của các máy siêu âm của chúng tôi:

Thiết kế, sản xuất và tư vấn – Chất lượng sản xuất tại Đức

Máy siêu âm Hielscher nổi tiếng với các tiêu chuẩn chất lượng và thiết kế cao nhất. Độ bền và khả năng vận hành dễ dàng cho phép tích hợp thuận lợi các máy siêu âm của chúng tôi vào cơ sở công nghiệp. Máy siêu âm Hielscher dễ dàng đáp ứng các điều kiện khắc nghiệt và môi trường đòi hỏi cao.

Hielscher Ultrasonics là công ty được chứng nhận ISO và đặc biệt chú trọng các máy siêu âm hiệu suất cao với công nghệ tiên tiến nhất và tính thân thiện với người dùng. Tất nhiên, máy siêu âm Hielscher tuân thủ CE và đáp ứng các yêu cầu của UL, CSA và RoHs.