Research Article

Impact of pulsed electric field and pulsed microwave treatment on morphological and structural characteristics of sunflower seed^☆

Impact du traitement par champ électrique puis par micro-ondes pulsées sur les caractéristiques morphologiques et structurelles des graines de tournesol

¹ Department of Technological equipment and Process Engineering, Kuban State University of Technology, Krasnodar, Russian Federation
² Radiation and Plasma Technologies Laboratory, Tomsk Polytechnic University, Tomsk, Russian Federation
³ School of Engineering, University of Glasgow, Glasgow, United Kingdom

^* Correspondence: i-shorstky@mail.ru

Received: 23 July 2019
Accepted: 17 October 2019

Abstract

This paper presents the morphological capillary-porous structure analysis of sunflower seed, using X-ray microtomography in the longitudinal and transverse section and FESEM analysis of the surface microstructure after novel technologies treatment. Two types of treatment are considered: pulsed electric field treatment that has electroporation effect of the oil cell structure and pulsed microwave treatment that affects the internal structure. The main characteristic of the capillary-porous structure of oil-bearing material is given. Air cavities in the structure of the sunflower kernels were observed using X-ray microtomography. The influence of a pulsed electric field treatment on structure integrity of sunflower cells has been obtained with the creation of a material that has a greater permeability for diffusion processes. Experimentally was determined that over 2500 electric pores were formed on an area of 1 cm² as a result of a pulsed electric field treatment. In the case of a pulsed electric field treatment, the oil seed body model can be represented as a bi-dispersed structure with the addition micro capillaries, formed by an electric field. It was experimentally defined that pulsed microwave treatment affected of internal seed structure. Denaturation of proteins and breakage of oil globules after pulsed microwave treatment decreased dispersion of the sizes of particles approximately twice with 35.3 μm² up to 18.1 μm². The data obtained are of interest not only for the technology of processing oilseeds but also for the analysis of novel emerging technologies.

Résumé

Cet article présente l’analyse morphologique de la structure capillaro-poreuse de la graine de tournesol, en utilisant la microtomographie à rayons X en coupe longitudinale et transversale et une analyse FESEM (Field Emission Scanning Electron Microscopy) de la microstructure de surface après un traitement par de nouvelles technologies. Deux types de traitement sont envisagés : le traitement par champ électrique pulsé qui a un effet d’électroporation de la structure de la cellule oléifère et le traitement par micro-ondes pulsé qui affecte la structure interne. La principale caractéristique de la structure capillaro-poreuse de l’oléagineux est donnée. Des cavités d’air dans la structure des amandes de tournesol ont été observées par microtomographie à rayons X. L’influence d’un traitement par champ électrique pulsé sur l’intégrité de la structure des cellules a été obtenue grâce à la création d’un matériau offrant une plus grande perméabilité aux processus de diffusion. Expérimentalement, il a été déterminé que plus de 2500 pores électriques se formaient sur une surface de 1 cm² à la suite d’un traitement par champ électrique pulsé. Dans le cas d’un traitement par champ électrique pulsé, le modèle du corps de la graine oléagineuse peut être représenté sous la forme d’une structure bi-dispersée avec addition de micro-capillaires créés par un champ électrique. Il a été défini expérimentalement que le traitement par micro-ondes pulsées affectait la structure interne de la graine. La dénaturation des protéines et la rupture des oléosomes après un traitement par micro-ondes pulsées ont diminué la dispersion des tailles de particules de l’ordre d’un facteur 2, de 35,3 μm² à 18,1 μm². Les données obtenues présentent un intérêt non seulement pour la technologie de traitement des graines oléagineuses, mais également pour l’analyse de nouvelles technologies émergentes.