冷等离子处理对玉米籽粒外观及结构的影响

　　摘要控制冷等离子处理仪的频率参数，处理高水分玉米籽粒60s，通过扫描电子显微镜观察各组玉米样品外观及内部结构形态。结果表明，经冷等离子体处理的实验组相比未经处理的对照组籽粒表面产生明显褶皱及刻蚀，且冷等离子处理仪功率越高，表面褶皱越明显;实验组玉米胚乳结构中，原本排列致密有序的淀粉颗粒经冷等离子处理后间距增大，颗粒间基质蛋白会裸露甚至断裂，而等离子处理对胚部结构无显著影响。冷等离子处理可破坏玉米表面蜡质层，有助于玉米内部水分向外扩散，本研究为冷等离子预处理加快玉米干燥速率提供了一定的参考。

　　关键词冷等离子功率玉米外观及结构

　　玉米是我国的三大主粮之一，既可食用，又是生产玉米淀粉和乙醇的重要原材料[1]。玉米收获时受季节影响初始含水率一般为20%~26%，若不及时干燥就易发生霉变，而霉菌等微生物代谢产物黄曲霉毒素也会危害人畜健康[2,3]。目前，工业上多采用热风干燥方法烘干玉米，但因玉米籽粒表面的蜡质层会阻碍玉米籽粒内部湿热迁移，进而减缓玉米干燥速率。当籽粒受热温度超过60℃时，玉米的裂纹率与脂肪酸值均增大、酶活性下降;玉米含水率越高，其品质指标受热风温度影响越大[4]，因此为优化玉米干燥工艺参数、最大限度地保持其品质，等离子、超声波等非热处理技术逐渐得到应用[5,6]。冷等离子(coldplasma)的气体温度<60℃，主要由离子、自由电子、激发态原子、游离态原子和中性分子组成[7]，其含有的大量高能电子、活性氧(ROS)、活性氮(RNS)等活性粒子，在电场作用下易与食品中的大分子发生理化反应[8]。

　　Zahoranova等[9]发现冷等离子作用于小麦种子可使其表面有害微生物减少、种子生物活性提高，Zhang等[10]研究进一步证明等离子技术可促进种子发芽，提高老化种子的发芽率。Agata等[11]经研究发现冷等离子处理可显著降低小麦和大麦籽粒的微生物负荷，表明冷等离子技术是一项有前途的谷物去污方法。而Sidhant[12]则以玉米、木薯淀粉为研究对象，发现冷等离子处理可提高淀粉的糊化粘度、结合力和膨胀力。Li等[13]通过对玉米籽粒进行原子力显微镜观察(AFM)发现，冷等离子处理可显著增加玉米籽粒表面粗糙度。目前，冷等离子处理对高水分玉米籽粒的结构及品质的影响研究较少，本实验拟采用冷等离子体处理仪、冷冻干燥机、扫描电子显微镜等仪器，研究冷等离子处理仪功率不同时对高水分玉米籽粒外观及结构的影响，为后续冷等离子处理对玉米干燥过程及干燥品质的影响提供参考。

　　1.材料与方法

　　1.1实验材料同批次先玉335玉米，2018年收获，水分含量(21±1)%(w.b.)。

　　1.2仪器与设备冷冻干燥机，SY-DT02S型低温等离子体处理仪，冷等离子电源系统：固态晶体管等离子发生源，40KHz;E1010型离子溅射仪，S-3000N型扫描电子显微镜。

　　1.3实验方法

　　1.3.1玉米冷等离子处理托盘上放适量玉米籽粒并置于冷等离子处理仪密闭箱体内，打开真空泵将密闭室脱气至100Pa，设定等离子发生源频率为40kHz、时长为60s，分别调整等离子处理仪功率为200、300、400W，以未做任何处理的同批次玉米籽粒为对照组，处理结束后将各组玉米分别置于冷冻干燥机冷冻处理20h后用自封袋密封，并暂时保存于1℃的恒温冰箱。

　　1.3.2扫描电镜对玉米籽粒外观及内部结构观察选取存于1℃恒温冰箱中的样品进行电镜观察实验。玉米籽粒种皮外观观察可从每组中取10粒外形一致的玉米从中随机选取3粒，用SEM在15kV电压下观察[14,15]，在不同放大倍数下选取共性强且具有代表性的图片进行对比;玉米胚乳形态观察按王立宏等[16]小麦籽粒观察法并稍作改变，用解剖刀沿玉米顶端1mm处及尾部1mm处横切去两端，留靠近籽粒前端的胚乳观察，每个处理3次重复;切除玉米籽粒首尾两端后，切出胚乳斜下方的胚进行玉米胚部观察[17]。将完整玉米及处理后的玉米样品用导电胶规整地粘在扫描电镜样品盘上，用离子溅射仪对样品进行喷金处理，并对玉米籽粒外观及玉米内部结构进行电镜观察。

　　2.结果与分析

　　随着等离子处理功率的增大，玉米表层褶皱增多，表面凹凸更显著，这与Li等[13]研究结果一致。Thirumdas等[18]研究证明冷等离子体可对大米淀粉产生刻蚀、解聚及交联，而玉米籽粒种皮为一层角质状薄膜[19]，表层蜡质主要由类脂化合物组成，分析在玉米表层形成凹凸褶皱的原因应为冷等离子体中的活性氧(ROS)、活性氮(RNS)、高能电子等活性粒子可以与玉米表面蜡质层中的大分子化合物在短时间内发生电荷间的快速转移，引起物质交联、刻蚀等化学反应。随着等离子处理仪功率的增大，单位时间内释放出更多高能活性粒子，与表层大分子反应越剧烈、刻蚀程度越显著，导致在相同时间内冷等离子处理仪功率越大，玉米籽粒表层褶皱越多。

　　3.结论与展望

　　以相同处理时间，不同功率的冷等离子处理仪处理玉米籽粒，扫描电镜结果表明：冷等离子处理可对玉米籽粒表面产生刻蚀，使其表面褶皱度增加，褶皱度与冷等离子处理仪功率成正相关，而冷等离子对玉米籽粒外观的刻蚀会影响玉米内部水分迁移速度[13,26]。

　　农业论文投稿刊物：《现代农业科技》于1972年创刊，是经国家科技部批准、面向国内外公开发行的国家级优秀农业技术研究性期刊，国内刊号：CN34-1278/S，国际标准刊号：ISSN1007-5739，邮发代号:26-41。

　　冷等离子会对靠近糊粉层的玉米胚乳淀粉结构产生影响，使原本致密有序的淀粉颗粒间距增加，颗粒间基质蛋白裸露甚至破裂而对玉米胚部结构无明显影响。后续将持续研究冷等离子对玉米内部水分迁移、籽粒物理化学性质及对玉米干燥进程的影响并进行综合评判，以期阐明冷等离子处理技术对玉米干燥影响机理，为粮食干燥预处理技术的应用提供理论支撑。

　　参考文献

　　[1]邓家琴，我国玉米种植产业发展现状及对策研究[J].现代农业科技,2020(2):40-42DENGJQ,ResearchontheDevelopmentStatusandCountermeasuresofCornPlantingIndustryinChina[J].ModernAgriculturalScienceandTechnology,2020(2):40-42

　　[2]渠琛玲，万立昊，李慧，等.玉米霉变程度与敏感品质变化关系研究[J].中国粮油学报，2019，34(11):76-80

　　作者：1李瑞敏1张忠杰1姚渠1王水寒1,2尹君1