樊秀花，何新益，張愛琳

（天津農(nóng)學(xué)院食品科學(xué)系，天津300384）

高壓靜電場對糙米發(fā)芽的影響研究

樊秀花，何新益，張愛琳

（天津農(nóng)學(xué)院食品科學(xué)系，天津300384）

研究了不同強(qiáng)度的高壓靜電場（100、200、300kV／m）分別處理不同的時(shí)間（1、5、10、15min）對糙米發(fā)芽的影響。通過測定糙米發(fā)芽率和發(fā)芽糙米中的α-淀粉酶活性、還原糖、游離氨基酸的含量發(fā)現(xiàn)高壓靜電場對糙米發(fā)芽能夠產(chǎn)生一定的影響；總體而言，從本實(shí)驗(yàn)中可得出，當(dāng)電場強(qiáng)度在200kV/m，處理時(shí)間在10min時(shí)，效果最好，結(jié)果表明，高壓靜電場處理對糙米發(fā)芽率和活力具有顯著促進(jìn)作用。

高壓靜電場，糙米，發(fā)芽

高壓靜電場處理作為一種物理因子，可以對植物種子產(chǎn)生有益的生物效應(yīng)，它在改變植物生物學(xué)性能方面得到了廣泛的應(yīng)用[1-2]。由于高壓靜電場電源具有結(jié)構(gòu)簡單、成本廉價(jià)等優(yōu)點(diǎn)，已引起越來越多的人們關(guān)注高壓靜電場的效應(yīng)問題。國內(nèi)外工作者對幾十種植物種子用高壓靜電場進(jìn)行處理，研究了高壓靜電場對種子活力、種子萌發(fā)的影響，同時(shí)也研究了高壓靜電場對酶活性、生理生化過程的影響[3-4]。發(fā)芽糙米生產(chǎn)的關(guān)鍵是如何提高發(fā)芽率，縮短發(fā)芽周期，改善發(fā)芽糙米的品質(zhì)是發(fā)芽糙米技術(shù)成功的關(guān)鍵。近年來人們研究了糙米發(fā)芽過程中營養(yǎng)成分的變化以及溫度、鈣鹽、赤霉素以及超聲波等對糙米發(fā)芽的影響[5-8]，而有關(guān)高壓電場處理對糙米發(fā)芽及生理生化影響的研究尚未見報(bào)道。本文旨在用高壓靜電場處理糙米，分析處理過的糙米在發(fā)芽過程中主要成分的變化情況。為提高糙米發(fā)芽率并促進(jìn)糙米發(fā)芽過程中物質(zhì)的轉(zhuǎn)化尋求一種新的更好的方法，為發(fā)芽糙米的開發(fā)提供參考。本文對發(fā)芽糙米生產(chǎn)的工藝技術(shù)研究具有理論價(jià)值和實(shí)際意義。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

糙米 天津小站稻，實(shí)驗(yàn)前選取顆粒飽滿、無生理缺陷、大小均一的糙米供試用，并分成若干等份。

高壓靜電場發(fā)生器 天津市東文高壓電源廠，輸出電壓為10000V，輸出電流為1mA；實(shí)驗(yàn)用平行極板（鍍鋅鐵板）產(chǎn)生靜電場，兩電極板間距可以調(diào)節(jié)，通過調(diào)節(jié)極板間距和極板間電壓來調(diào)節(jié)靜電場實(shí)驗(yàn)區(qū)的場強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)不同的電場強(qiáng)度處理。

1.2 工藝流程

糙米過篩、除雜后，選取大小均勻一致的糙米，用自來水洗去表面的糠粉和灰塵，瀝干，用1%的次氯酸鈉消毒，再用無菌水清洗，將經(jīng)過消毒的糙米置于20℃恒溫水浴鍋中浸泡16h。然后將糙米均勻攤放于經(jīng)過消毒的培養(yǎng)皿中，蓋上已消毒的紗布，噴灑無菌水，32℃培養(yǎng)箱內(nèi)恒溫恒濕培養(yǎng)，培養(yǎng)結(jié)束后測定各項(xiàng)指標(biāo)。

1.3 指標(biāo)的測定方法

1.3.1 糙米發(fā)芽率的測定 計(jì)算發(fā)芽率時(shí)把發(fā)芽糙米隨機(jī)分成3等份，從每一等份中取出2.0～3.0g糙米，統(tǒng)計(jì)其中已發(fā)芽的糙米數(shù)（糙米胚芽露出種皮達(dá)0.5～1.0mm長即為發(fā)芽糙米）。發(fā)芽率（%）=發(fā)芽糙米數(shù)/總糙米數(shù)×100%。

1.3.2 游離氨基酸含量 采用茚三酮比色法測定。

1.3.3 還原糖含量 采用3，5－二硝基水楊酸法測定。

1.3.4 α－淀粉酶活力 采用《生物化學(xué)與分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)教程》中的方法測定[9]。

2 結(jié)果與分析

2.1 高壓靜電場處理對發(fā)芽率的影響

圖1 電場強(qiáng)度和處理時(shí)間對糙米發(fā)芽率的影響Fig.1 Effect of intensity of electric field and processing time on germination rate

圖1表示的是不同強(qiáng)度的電場及處理時(shí)間預(yù)處理糙米后，糙米發(fā)芽率的變化。從圖1可以看出，經(jīng)高壓靜電場預(yù)處理的糙米，發(fā)芽率均高于對照組，具有提高發(fā)芽率的作用；不同的電場強(qiáng)度，不同的作用時(shí)間對發(fā)芽率均有明顯影響。電場強(qiáng)度為300kV/m，處理時(shí)間為15min時(shí)，糙米發(fā)芽率略低于對照組，有抑制發(fā)芽率的作用，說明場強(qiáng)過大、時(shí)間過長反而會(huì)出現(xiàn)負(fù)效應(yīng)。從圖1中還可以看出，與對照組相比，電場強(qiáng)度為200kV/m，處理時(shí)間為10min時(shí)，其糙米發(fā)芽率達(dá)到了最高值，比對照組提高了22.5%。

2.2 高壓靜電場處理對α-淀粉酶活性的影響

圖2 電場強(qiáng)度與處理時(shí)間對發(fā)芽糙米酶活性的影響Fig.2 Effect of intensity of electric field and processing time onα－amylase activity

從圖2可知，場強(qiáng)為100和200kV/m，1～10min時(shí)，發(fā)芽糙米中a－淀粉酶活性逐漸上升，且在10min出現(xiàn)了最高值，整個(gè)過程中α－淀粉酶活性都比對照組高。這是由于對種子施加適宜的外加高壓靜電場，使水分子結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，這樣利用水分子活化過程來催化反應(yīng)的酶分子，可以促進(jìn)種子內(nèi)部的生理生化反應(yīng)，使酶活性提高。當(dāng)場強(qiáng)為300kV/m時(shí)，處理時(shí)間5min出現(xiàn)了最高值，10min以后，高壓靜電場處理糙米發(fā)芽，α－淀粉酶活性比對照組低，抑制發(fā)芽糙米的酶活。說明了場強(qiáng)過高或是處理時(shí)間過長，都會(huì)抑制發(fā)芽糙米α－淀粉酶活性，只有在適當(dāng)?shù)母邏红o電場場強(qiáng)下，對糙米預(yù)處理適當(dāng)?shù)臅r(shí)間才可以有效地提高糙米的α－淀粉酶活性。本實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)場強(qiáng)為200kV/m，處理時(shí)間為10min時(shí)，酶活性提高了150%。

2.3 高壓靜電場處理對發(fā)芽糙米還原糖含量的影響

圖3 電場強(qiáng)度與處理時(shí)間對發(fā)芽糙米還原糖的影響Fig.3 Effect of intensity of electric field and processing time on reduced sugar content

從圖3可知，場強(qiáng)為100和200kV/m時(shí)，處理時(shí)間為10min出現(xiàn)了最大值，當(dāng)場強(qiáng)為300kV/m時(shí)，處理時(shí)間5min出現(xiàn)了最大值。當(dāng)場強(qiáng)為200kV/m，處理時(shí)間為10min時(shí)，出現(xiàn)了本實(shí)驗(yàn)的最大值，比對照組提高了92%。在糙米發(fā)芽過程中，淀粉在淀粉酶的作用下逐步分解為葡萄糖等小分子糖類，為幼芽和幼根生長提供能量，所以隨著淀粉酶活力的升高，淀粉含量逐漸減少，還原糖含量則逐漸增加，淀粉酶的作用的加強(qiáng)使組織中可溶性糖不斷積累。所以α－淀粉酶與還原糖兩者之間存在著必然的相關(guān)性，即相互促進(jìn)，相互依賴的關(guān)系。本實(shí)驗(yàn)在1～15min四個(gè)處理時(shí)間的動(dòng)態(tài)觀察結(jié)果，基本上符合種子萌發(fā)的生理規(guī)律性，α－淀粉酶活性、還原糖含量呈現(xiàn)協(xié)調(diào)一致的關(guān)系。

2.4 高壓靜電場對游離氨基酸含量的影響

圖4 電場強(qiáng)度和處理時(shí)間對發(fā)芽糙米游離氨基酸含量的影響Fig.4 Effect of intensity of electric field and processing time on free amino acid content

由圖4可知，經(jīng)過高壓靜電場處理的糙米發(fā)芽后，游離氨基酸含量均比對照組高。在100、300kV/m，5min時(shí)達(dá)到了最高值，而在200kV/m時(shí)，10min才達(dá)到最高值，且是本實(shí)驗(yàn)中的最大值，比對照組提高了90%。以上結(jié)果顯示，游離氨基酸的含量明顯增強(qiáng)，這可能是由于高壓靜電場的處理改變了蛋白酶和谷氨酸脫羧酶的活性，蛋白酶水解儲(chǔ)存性蛋白質(zhì)，成為水溶性氨基酸。

3 結(jié)論

電場預(yù)處理糙米對其糙米發(fā)芽率和發(fā)芽糙米中的α－淀粉酶活性、還原糖、游離氨基酸的含量能夠產(chǎn)生一定的影響；因?yàn)殪o電場是一個(gè)具有矢量及能量特征的概念，故而產(chǎn)生的作用效果同時(shí)受到時(shí)間與場強(qiáng)兩個(gè)條件的影響。高壓靜電場場強(qiáng)不同，處理時(shí)間不同，對糙米發(fā)芽影響的效應(yīng)不同，由此說明，促進(jìn)糙米發(fā)芽的靜電場有一個(gè)閾值，低于這個(gè)值作用不明顯，高于閾值時(shí)對植物生長不利?？傮w而言，本實(shí)驗(yàn)中，在不同強(qiáng)度的高壓靜電場（100、200、300kV/m）分別處理不同的時(shí)間（1、5、10、15min），其中以200kV/m，10min時(shí)效果最好。

從本實(shí)驗(yàn)結(jié)果看，高壓靜電場處理對糙米發(fā)芽率和活力具有顯著地促進(jìn)作用，這與利用藥劑處理提高發(fā)芽力的情況相比，高壓靜電場處理糙米具有價(jià)格低廉、簡便易行、安全可靠等特點(diǎn)，因而在發(fā)芽糙米生產(chǎn)中具有較好的應(yīng)用前景。

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Effect of high voltage electrostatic field on germination brown rice

FAN Xiu-hua，HE Xin-yi，ZHANG Ai-lin
（Department of Food Science，Tianjin Agricultural College，Tianjin 300384，China）

The effect of high voltage electrostatic field pretreatment of brown rice on biological ingredient of brown rice sprouts were studied.The results showed that electrostatic field pretreatment could increase the content of biological ingredient of brown rice sprouts including germination rate，α-amylase activity，reduced sugar and free amino acid during brown rice germination.Different processes conditions had different biological effect on different biological ingredient.The best effect was obtained when the intensity of electric field was 200kV／m and the processing time was about 10 minutes on the brown rice germinated.The results showed that there were bigger effect to biological ingredients content of brown rice after brown rice were pretreated with high-voltage electrostatic field.

high voltage electrostatic field；brown rice；germination

TS210.1

A

1002-0306（2012）01-0077-03

2010－12－01

樊秀花（1980-），女，實(shí)驗(yàn)師，研究方向：農(nóng)副產(chǎn)品生物轉(zhuǎn)化與資源開發(fā)。

科技部科技人員服務(wù)企業(yè)行動(dòng)項(xiàng)目（2009GJA10032）。