低温等离子体对小麦的影响谷物和产品

文摘

介绍了低温等离子体的审查影响(NTP)治疗在小麦谷物和面粉与潜在的应用在实践中。国家结核控制规划可用于小麦颗粒表面消毒,谷物发芽活力提高,小麦面粉修改和消毒。国家结核控制规划的原因从细菌和真菌与害虫有效去污,导致最小损害小麦谷物;它能灭活酶和提高粮食保质期;它能增强的萌发和初始状态增长导致最终产量的增加。此外,定性的生产更好的面团也提到过。

1。介绍

低温等离子体(NTP)构成为食品加工和生物技术作为一种替代方法作为一种新兴的抗菌技术不良微生物区系的失活。此外,它也已经发现,国家结核控制规划影响其他参数的无机和生物治疗对象。在过去的十年中,已经建立了国家结核控制规划的谷物可能感兴趣的新领域。这些方法的例子可以发现在1- - - - - -4]。

谷物是人类食物的主要成分,只用于人类营养谷物(5,6]。谷物消费整体或面粉,展品不同最终造粒和/或化学成分。小麦是世界主要粮食作物之一,是一种最成熟谷物(5]的白小麦产品:白面包,面包、法式面包、汉堡包,羊角面包,披萨面团。国家结核控制规划的可能性的小麦谷物农业技术的实践已经被许多科学研究团队最近的一个十年。这样的研究无疑是重要的意义和影响,更好地保护谷物营养。然而,现有的国家结核控制规划应用程序为此遭受不一致的方法,从而无法比较,选择最优方法。因此,我们的目的不是确定最好的方法,而是列举目前使用的选项。

综述,我们想提出的几项研究结果总结国家结核控制规划处理小麦谷物演示影响其特性的新方法。我们选择小麦谷物作为世界上最重要的营养与广泛发表的研究。此外,谓词是可能的类似的其他种类的谷物也国家结核控制规划的感情。一般来说,为了清晰起见,我们想放弃描述每个国家结核控制规划的优化源为特定应用程序和它的许多制度。因此,我们决定主要集中在可能的国家结核控制规划对小麦的影响而不是等离子体生成的详细描述和其他治疗的细节。我们假设友好读者会感兴趣尤其是列表中有趣和好奇的国家结核控制规划的影响,他们可能会发现细节工作。这里给出的描述等离子体影响始于小麦谷物和逐步继续通过表面的生长特性,新陈代谢,成熟的植物食品面粉作为最终产品。

2。低温等离子体技术

“国家结核控制规划”一词通常表示状态的电离气体在环境温度占主导地位的带电粒子的集体行为。它已经被先前的许多评论和书籍的主题,例如,(7- - - - - -9]。很好的引入等离子体及其一代也在书中提出了用于等离子体医学(10)或审查(11]。国家结核控制规划的放电,常见的方法也已经多次了,例如,(10- - - - - -12]。最常用的方法的简要描述如下。

电晕放电(CD)通常是由高压电极,如技巧,形成或细线。电场形成接近这样的点,和电晕和等离子体生成的活跃区域。电晕放电活跃区域只出现接近点电极,和有限的单位毫米。几个修改corona-based排放的测试,例如,通过坤et al。13]。

介质阻挡放电(DBD)是一种交流放电燃烧通常由介电材料在两个电极之间,这避免了带电粒子电极之间的运输。排放燃烧由于交变极化介质和电感应。与电晕,DBD电极可以建造飞机,因此,等离子体区域的力量是有限的,高电压供应。简要描述该方法可能会发现,例如,在14]。

无线电频率(RF)和微波放电(MDs)所产生的高频(MHz和GHz)电磁感应或波共振箱。MDs中经常使用国家结核控制规划与生物材料相互作用的基础研究。为进一步的信息,请参见[15]。

等离子体射流(PJ)代表一个特殊配置先前描述的排放。活性粒子的活跃区域传输通过电极区域辅助气体流动,形成一个流活性粒子燃烧的小飞机。典型的来源被称为等离子体射流等离子体笔,等离子体炬或等离子针。他们允许本地应用程序和更高的权力。审查,请参阅[16]。

彗星直流放电(17,18类似于等离子体射流,但是不需要辅助供气。插入绝缘的金属网格提高了失活效率和治疗区域的大小(19]。

尽管每个放电是独一无二的,因此结果的概括是困难的或不可能的,有一个普遍共识的国家结核控制规划影响的可能机制治疗对象。这一主题的简要概述,看到20.]。在活跃的放电区域,许多积极分子或原子的粒子产生放电气氛。在空气中或类似的大气,氮活性粒子,通常作为活性氮物种计价(RNS)和氧活性粒子,通常计价活性氧(ROS)生成。主要的活性粒子如电子和激进分子振动激发氧( )和氮( )。原子氧等活动形式(O)、单线态氧(¹O₂),超氧化物阴离子( ),原子氮(N)、兴奋的氮(N₂(一))和H₂O⁺,哦⁻阴离子,也很重要。稳定的分子,如臭氧O₃,一氧化氮(NO_x)和过氧化氢(H₂O₂生成)。这个广泛领域多次了,例如,在21,22]。

3所示。国家结核控制规划处理后小麦谷物

各种化学杀虫剂和熏蒸剂的应用在粮食储存也带来了一系列的问题,包括杀虫剂和熏蒸剂残留的积累在对待谷物(23]。另一个严重的问题是杀虫剂耐药性的发展存储粮食害虫(24]。因此,已经有越来越多的生物技术研究的兴趣有关的可能使用一些替代疗法,如植物提取物(25],γ辐照[26)或植物提取物和γ辐照在一起(27)、激光(28国家结核控制规划治疗[],或29日- - - - - -31日]。一些早期试图描述国家结核控制规划的影响在不同的种子,包括小麦、在评审(评估32]。除了直接的等离子体接触,水的行动之前暴露于国家结核控制规划(所谓plasma-activated水,爪子)也报道了Kučerova et al。33]。爪提高萌发,幼苗的早期发展,树叶光合色素的含量,可溶性蛋白质含量在根和抑制抗氧化酶的活性。

国家结核控制规划实验报告在这一节中有一个共同的一般方案组成的干燥小麦谷物曝光合适的时间,其次是分析产生的属性。为了更好的清晰,引用的作品和他们的简短的内容也总结表1。

这不仅总结表明,很难比较个人结果还来确定最优的方法影响小麦种子和产品。不同作者使用几乎所有可能的等离子体源(等离子体射流除外),不同的性质和属性。不同实验条件也被使用,即曝光时间从10秒到45分钟。

3.1。表面去污

谷物的表面可以被微生物和细菌污染的各种害虫(34]。以下作品表明国家结核控制规划是一个有前途的工具,有效的净化提供范围广泛的可能的应用包括表面微生物的失活和细菌害虫的谷物,最重要的是附生植物的细菌。

冬小麦谷物的国家结核控制规划减少真菌菌落的数量由一个秩序;据科达等。35),最佳的曝光时间是10。洛杉矶et al。36发现这两个订单减少。Zahoranova et al。37]他们的实验不仅在真菌还关注微生物。他们发现,国家结核控制规划治疗导致显著减少的附生植物的细菌和植物病原和toxinogenic丝状真菌由两个订单。显著减少微生物污染的小麦和大麦谷物国家结核控制规划报道曝光后还在38]。Rusu et al。39接触污染的小麦种子根霉nigricans与DBD大气压等离子体3分钟,观察早期开发的真菌疾病控制种子组相比,plasma-treated种子,种子表面的清洗效果。Butscher et al。40)使用氩大气等离子体的失活Geobacillus stearothermophilus内孢子对人为污染小麦谷物和聚丙烯模型基质。在光滑的基质净化有效减少超过4级,降低颗粒表面上只是一个大小。作者认为内孢子由粗糙表面plasma-generated活性物种的保护,松散的麸皮和小麦谷物的腹侧沟。

昆虫是重要的害虫;他们报道了去污Shahrzad et al。41),治疗2 - 3龄幼虫在小麦谷物。死亡率达到100%的平均比例在20年代的害虫困惑面粉甲虫(种有害单独鞘翅目:Tenebrionidae)和地中海粉斑螟(Ephestia kuehniella鳞翅类:Pyralidae)。类似的结果也被发现在一个实验报告42),在卵、幼虫和成虫阶段的红色面粉甲虫(种有害castaneum鞘翅目:Tenebrionidae被国家结核控制规划。在所有面粉甲虫的阶段,可以实现100%的死亡率取决于等离子体曝光时间和等离子体强度。最优的等离子体效应影响的所有阶段t . castaneum观察15分钟。

本文表明国家结核控制规划有效的净化技术是一种很有前途的工具,它提供了一个广泛的可能的应用包括表面微生物的失活和细菌在谷物害虫。

3.2。表面性质的感情

一起表面去污、表面属性的感情应该是预期。奇怪的是,这些预期的副作用通常是积极的。

国家结核控制规划治疗引起的裂缝发生在小麦颗粒表面,导致水吸收的提高,随后惠及其发芽(43]。国家结核控制规划治疗后,意思是水吸收暴露控制样本的41%和57% [44]。类似的腐蚀影响,导致其吸水能力的提高,被李报道et al。45]。此外,拉赫曼et al。42)表示,小麦谷物非常粗糙的表面暴露谷物相比,控制的。此外,粮食上衣侵蚀,国家结核控制规划后裂开。同样,罗伊et al。46)发现,国家结核控制规划治疗引起种子表面明显的形态学变化,因此稍微增加水的吸收。此外,Zahoranova et al。37)表明,小麦谷物处理国家结核控制规划了比未经处理的水,增加等离子体照射剂量也增加了水吸收。

后小麦颗粒的表面疏水性不同应用程序的国家结核控制规划是衡量洛杉矶et al。36]。他们发现,表面疏水性下降后直接国家结核控制规划治疗和间接的治疗尚未受到影响。多布林等。47)也显示兴趣麦粒润湿性;他们发现,颗粒之间的接触角测量表面,水滴在未经处理的谷物,它减少了在颗粒治疗。吸水率是高的谷物与控制样本相比,治疗。同样,罗伊et al。48)认可的表面处理的小麦谷物变成粗糙的控制。表面侵蚀和粗糙度的变化可能与增强的水渗透到有关谷物。最好的吸水效果(控制)超过27%被发现后12分钟的国家结核控制规划的治疗。这个表面润湿是更快的润湿和发芽种子的一个重要前提31日),在下一节中描述。

3.3。种子萌发和幼苗初期生长

谷物的国家结核控制规划治疗显著影响发芽和初始生长的植物。实验中观察到的特征包括几个参数,如发芽谷物,发芽率、发芽速度、发芽指数、粮食活力,长度和重量的幼苗、根/射击(R / S)比,和许多其他人。然而,作者通常不提供明确的定义,所以我们称他们为他们呈现在原始的文件。

许多植物的发芽可以提高国家结核控制规划的治疗。国家结核控制规划的积极效应被发现在大麦(大麦芽,(49)、玉米(玉米,(50]),燕麦(燕麦属漂白亚麻纤维卷,(51)、大米(选用sp。,52)、菠菜(菠菜oleraceal . Beiouzhizun [53]),甜椒(甜椒l .品种加州奇迹,54]),和绿豆55]。另一方面,中性效应被发现对燕麦种子萌发和早期增长(43]。

可能,第一个研究小麦谷物发芽的影响下不同的物理因素(电离、激光、和国家结核控制规划)记录在80年代的最后一年,在56,57),(所51]。初始强度为代价提高萌发胚质量的积累;增加了根的长度和质量观察。使用的所有物理因素的影响下,田间发芽从4%上升到22%取决于天气状况。

Šera et al。43从私人收藏]检测小麦谷物,谷物储存15年来在实验前干燥的地方。显著差异被发现在种子萌发的第四天培养之间的控制样品(0%)和180年代NTP-treated样品(6%)。最重要的是,对待谷物在第四天开始发芽和控制谷物在第八天。

冷氦等离子体处理的80 W可以显著提高发芽势(6.0%)和小麦种子的萌发率(6.7%)。在苗期株高(20%)、根长度(9.0%),和鲜重(22%),明显地提高了叶绿素含量(9.8%),氮(10.0%),和含水率(10.0%)高于对照组(58]。

类似的结果也报道了孟et al。59]利用DBD等离子体与周围各种气体(空气、氧气、氩气和氮气),他们观察到显著增加发芽势的24.0,28.0,35.5%,此前4分钟的曝光。

工作的郭et al。44)、发芽势、发芽指数和活力指数的小麦谷物国家结核控制规划治疗后显著增加了31%,14%,和55%的控制权,分别。平均发芽率从控制样本的88%增加到95%,NTP-treated样本。提高发芽率和幼苗活力的小麦谷物也在42],发芽从70%上升到85%,累计为控制和治疗样本,分别。Zahoranova et al。37和Zhang et al。60)持续发现国家结核控制规划的一个重要影响治疗萌发率上升了21%和8%,分别。

发芽势、发芽率、发芽指数和活力指数增加了27%,9%,17%,和47%的国家结核控制规划治疗7分钟后,分别为(45]。治疗的最佳时间似乎是4分钟,当萌发潜力显著增加77%,发芽率提高到95%(与控制样本的62%和88%比较,分别)。作者也提出了假设小麦谷物发芽特性的变化建议一个适当的DBD等离子体治疗剂量促进小麦谷物发芽。提出的类似的结果Gidea et al。61年]表明,等离子体颗粒治疗合适的时间改善了发芽率,发芽速度,速度增长的早期阶段。然而,对于高剂量国家结核控制规划。,over optimal treatment time (in this case, 30 min), all the growing properties decreased under untreated. Also in [48),颗粒治疗3和6分钟发芽率最高95 - 100%。然而,国家结核控制规划的进一步增加治疗时间发芽率的下降引起的。同样,罗伊et al。46)报道,发芽率、发芽指数和活力指数增加使用博览会时间和大气,与最优6 - 9分钟的曝光时间。

相反,其他作品不报告样本属性的增强。在洛杉矶的研究等。36),短的等离子体处理对小麦发芽率的影响最小;然而,延长治疗时间20分钟这个定性参数有很大的负面影响。在实验中所描述的38),样品处理的籽粒发芽率达5分钟没有影响,但它是20分钟的国家结核控制规划治疗后下降。

的影响等离子体处理对小麦种子萌发和幼苗生长,表面化学的变化和小麦种子暴露于等离子体的特点,研究了由洛杉矶et al。62年]。治疗的30 - 60 s显著提高发芽率和显示正对幼苗生长的影响。

许多观察种子萌发特性通常表现出更好的参数,特别是在第一天的种子发芽。种子萌发和幼苗的早期生长密切相关,和许多作者同时进行测试。

在实验中由多布林等。47),小麦根系的总长度/谷物是通过总结每个谷物的个别偶发的根的长度。未经处理的颗粒的分布集中在约33厘米,而治疗的谷物被集中在36厘米。国家结核控制规划处理小麦谷物导致根的长度增加了10%。另一方面,一个轻微的增加是在拍摄长度的情况下获得的。谷物处理国家结核控制规划,持续15分钟都充分重根(1.06 g)比控制样品(0.78 g)。拍摄重量大约是相同的在这两种情况下(0.88 g和0.89 g)。R / S比值之间有相当大的差异:控制示例0.88,而实验组样品1.2。

关于与萌发,Gidea et al。61年]报道也平均长度的增加的根与芽和活力指数,但在曝光时间超过30分钟,测量所有属性降低接近或低于未经处理的。在罗伊的实验等。48),植物从谷物暴露长度为3和6分钟增加到23厘米和22厘米,分别,而控制在同一潜伏期是21厘米。播种后20天,最长的株高23厘米,裸露的种子,而控制19厘米。同一个作者论文中发现相似的结果(46),所有使用的植物长度和干重增加博览会时间和大气(空气和空气/ O₂)。最大增加植物的长度是6或9分钟敞口达到了11%。显著增加的拍摄长度、根长、干重、鲜重的小麦谷物也被描述在44]。

显著影响等离子体处理对小麦幼苗生长参数的干重(增加12%)和活力指数I和II(增加28%和36%)测量37]。Zhang et al。60)发现,小麦根的长度和射击是有效地增加了8.7厘米和3.3厘米,和干重增加了大约10%。李等人。45)是粮食的国家结核控制规划治疗后小麦幼苗生长。他们观察到根长度、拍摄长度、鲜重、干重的幼苗不同国家结核控制规划曝光后显著增加;接触最优晶粒生长可能是7分钟。

前面提到的科达等工作。35)也属于在本节中:他们曾与污染小麦谷物和没有发现任何显著差异在拍摄长度和重量的幼苗。另一方面,他们发现根长度的快速下降(50%)。同样,没有显著差异记录在前面提到的15岁的小麦谷物(实验43]。

种子萌发的特点在实验室条件下通常不同于实域数据。所有的环境影响是无法控制的,所以真正的萌芽和发展可能不同于实验室结果。在未来,似乎有必要计划实验萌发测试领域。下面提到的两个研究。

3.4。生化特征、次生代谢物、刺激和压力反应

为了完整性,应该提到国家结核控制规划影响一些谷物的生化特征。然而,由于的论文数量较少,没有概括或结论。一些实验表明渗透活性物种的国家结核控制规划通过多孔内种皮纹,与植物细胞反应(例如,43])。从实验中我们将进一步间接证据对小麦谷物。

大量的次生代谢物由酚类化合物研究了小麦幼苗国家结核控制规划治疗后的谷物43]。内容拍摄提取的两个酚类化合物对小麦谷物增加到151%和165%相比,控制样本。酚类化合物的最大差异拍摄提取的内容被发现比根提取物。

没有脂肪、蛋白质、灰分,水分小麦的国家结核控制规划治疗后发现,拉赫曼et al。42)和Shahrzad et al。41]。郭et al。44)报道,国家结核控制规划的活性物种渗透进颖果,激活他们的生理反应,导致增强和可溶性蛋白质含量15%α淀粉酶活性的51%。

根据Tolouie et al。63年),脂肪酶和脂肪氧合酶活动对于增强粮食保质期至关重要。这项工作的结果得出结论,国家结核控制规划这些酶灭活和增加了保质期。脂肪酶和脂肪氧合酶活性减少25分钟后最初的程度的25%和50%,分别。增加曝光时间和电压可以提高失活。然而,国家结核控制规划治疗不能永久脂肪酶和脂肪氧合酶的灭活。尽管酶活动的复苏在存储、处理样品的酶活性远低于未经处理的后30天的储存在室温下。

此外,Iranbakhsh et al。64年]报道的NTP-induced表达热休克因子A4A,略有改善小麦生长和增加抵抗盐胁迫。这些结果得出结论,国家结核控制规划可以提高小麦谷物的保质期。

3.5。小麦产量

先前的结果显示国家结核控制规划的可能性提高谷物和小麦幼苗的属性。总体印象,最终产品的效果也应该提到。如果国家结核控制规划应该用于治疗谷物,重要的是作物生产应该更高,或者至少是一样的。然而,更多的现场实验研究国家结核控制规划治疗对农业生产的影响是必要的。

国家结核控制规划的影响治疗的小麦谷物麦片峰值作为最后提出了农产品后的两个工作。他等。65年)培养三种不同品种的小麦谷物处理国家结核控制规划15年代和播种。结果表明,穗长和穗粒数显著地改善所有小麦品种进行了测试。然而,thousand-grain重量只有0.93 g和谷物蛋白质含量增加,即。,1%。另一方面,罗伊et al。48旁边]表明,发芽势的增加,活力指数,在光合色素和值得注意的改进,显著增加穗粒的总数,thousand-grain重量,和小麦产量的5%也发生。此外,同一作者(46)公布收益增加20%。

4所示。国家结核控制规划处理后小麦面粉

国家结核控制规划治疗可能不是只在谷物目标。一些研究人员也国家结核控制规划报告的面粉和治疗效果的几个有趣的结果。

马亨德兰(66年证实了成人的死亡率种有害castaneum小麦面粉甲虫由于国家结核控制规划治疗。在特定条件下这种死亡率高达100%;没有观察到面粉的颜色变化(参阅部分3.1)。

冷等离子体的潜力作为一种工具来修改小麦面粉功能证实了巴拉米et al。67年]。他们发现,国家结核控制规划的治疗并不影响总nonstarch脂质和糖脂的浓度。这种治疗,然而,减少总游离脂肪酸(提取n己烷:二乙醚1:1)和磷脂。氧化标记(氢过氧化物值和头部空间n乙醛)增加治疗时间和放电电压,这证实了脂质氧化的加速度。国家结核控制规划在自由脂肪酸的影响是由于减少所有主要脂肪酸;这是最氧化更明显不稳定的脂肪酸,和亚麻酸降低100%。总蛋白没有显著受到国家结核控制规划治疗,虽然分子量更高分数的趋势,这表明蛋白质氧化,和治疗面粉生产厚的面团。然而,这项工作报告没有有氧细菌总数的变化或真菌总数由于国家结核控制规划的治疗。

结构和功能属性小麦粉面团的国家结核控制规划治疗后进行了研究也Misra et al。2]。弹性和粘性模后的面团,面团强度增加治疗的最佳剂量国家结核控制规划。

5。讨论

基于可用的文学,作者编译结果的概述,说明国家结核控制规划和小麦颗粒之间的关系。很难比较累积的结果,因为使用的仪器和排放的描述还不够,很多测量谷物的特点。

国家结核控制规划是深入研究与种子修改,最重要的是与农业(29日,32和食品工业68年,69年]。在食品工业中使用国家结核控制规划的策略是净化食品,包装材料加工、功能食品材料的改性和耗散的农药残留4,29日]。许多微生物敏感国家结核控制规划。使用国家结核控制规划的无可争辩的好处是一个安全的种子没有化学残留物,因为有效的国家结核控制规划治疗与清洁空气、水蒸气或plasma-activated水(70年,71年]。审查工作显然表明小麦的国家结核控制规划导致有效去污颗粒从细菌、真菌、谷物和害虫以最小的损伤。

一般来说,降低治疗时间将保持甚至提高种子活力。许多植物的种子是至关重要的国家结核控制规划的短时间治疗后;他们发芽,例如,许多谷物(49- - - - - -51,71年,72年]。通常,小麦谷物在等离子体应用程序具有良好的活力。此外,由于一些酶失活,等离子体处理可以提高小麦谷物保质期。其他作品演示不仅增强发芽和成长的初始状态,尽管他们认为最终的产量增加。

国家结核控制规划的治疗可能会导致负面的影响在某些植物的种子萌发,因为一些植物物种可能更敏感比小麦谷物国家结核控制规划,例如,燕麦(燕麦属漂白亚麻纤维卷)[43]。品种的大麻种子(大麻)[73年]和罂粟种子(果实)[74年]受到国家结核控制规划的影响方式不同。一些品种的积极影响,而另一些则没有。等离子体装置的类型/放电和等离子体处理的参数是至关重要的。显著差异被发现在荞麦种子的萌发和早期增长(Fagopyrum esculentum)[75年)和大麻种子(73年)当不同的装置。

关于对小麦面粉,等离子体可能杀死多余的成年甲虫和影响其功能性质,生产质量上更好的面团。到目前为止,还没有尝试与其他类型的面粉来获得必要的比较。

6。结论

等离子体净化小麦谷物在实践中有很大的潜在应用。审查工作显然表明等离子体使有效净化细菌,真菌,和谷物害虫以最小的损伤。此外,由于一些酶失活,等离子体处理可以提高粮食保质期。其他作品演示不仅增强发芽和成长的初始状态,尽管他们建议增加小最终的产量。关于治疗面粉、等离子体可能会杀死成年甲虫和影响其功能性质,生产质量上更好的面团。

它可以指出,国家结核控制规划处理小麦谷物有巨大的潜力被应用于食品行业。国家结核控制规划可用于小麦颗粒表面消毒,谷物发芽活力提高,小麦面粉修改和消毒。本文带来结构性的概述现有的知识在这一领域。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

这个调查是由查尔斯大学研究项目(普洛古莱Q25)。

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