高壓靜電場對糙米發芽的影響研究

樊秀花，何新益，張愛琳

（天津農學院食品科學系，天津300384）

高壓靜電場對糙米發芽的影響研究

樊秀花，何新益，張愛琳

（天津農學院食品科學系，天津300384）

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

高壓靜電場，糙米，發芽

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

1 材料與方法

1.1 材料與設備

糙米 天津小站稻，實驗前選取顆粒飽滿、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；實驗用平行極板（鍍鋅鐵板）產生靜電場，兩電極板間距可以調節，通過調節極板間距和極板間電壓來調節靜電場實驗區的場強，實現不同的電場強度處理。

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過消毒的培養皿中，蓋上已消毒的紗布，噴灑無菌水，32℃培養箱內恒溫恒濕培養，培養結束后測定各項指標。

1.3 指標的測定方法

1.3.1 糙米發芽率的測定 計算發芽率時把發芽糙米隨機分成3等份，從每一等份中取出2.0～3.0g糙米，統計其中已發芽的糙米數（糙米胚芽露出種皮達0.5～1.0mm長即為發芽糙米）。發芽率（%）=發芽糙米數/總糙米數×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《生物化學與分子生物學實驗技術教程》中的方法測定[9]。

2 結果與分析

2.1 高壓靜電場處理對發芽率的影響

圖1 電場強度和處理時間對糙米發芽率的影響Fig.1 Effect of intensity of electric field and processing time on germination rate

圖1表示的是不同強度的電場及處理時間預處理糙米后，糙米發芽率的變化。從圖1可以看出，經高壓靜電場預處理的糙米，發芽率均高于對照組，具有提高發芽率的作用；不同的電場強度，不同的作用時間對發芽率均有明顯影響。電場強度為300kV/m，處理時間為15min時，糙米發芽率略低于對照組，有抑制發芽率的作用，說明場強過大、時間過長反而會出現負效應。從圖1中還可以看出，與對照組相比，電場強度為200kV/m，處理時間為10min時，其糙米發芽率達到了最高值，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 電場強度與處理時間對發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，場強為100和200kV/m，1～10min時，發芽糙米中a－淀粉酶活性逐漸上升，且在10min出現了最高值，整個過程中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，使水分子結構發生變化，這樣利用水分子活化過程來催化反應的酶分子，可以促進種子內部的生理生化反應，使酶活性提高。當場強為300kV/m時，處理時間5min出現了最高值，10min以后，高壓靜電場處理糙米發芽，α－淀粉酶活性比對照組低，抑制發芽糙米的酶活。說明了場強過高或是處理時間過長，都會抑制發芽糙米α－淀粉酶活性，只有在適當的高壓靜電場場強下，對糙米預處理適當的時間才可以有效地提高糙米的α－淀粉酶活性。本實驗中，當場強為200kV/m，處理時間為10min時，酶活性提高了150%。

2.3 高壓靜電場處理對發芽糙米還原糖含量的影響

圖3 電場強度與處理時間對發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，場強為100和200kV/m時，處理時間為10min出現了最大值，當場強為300kV/m時，處理時間5min出現了最大值。當場強為200kV/m，處理時間為10min時，出現了本實驗的最大值，比對照組提高了92%。在糙米發芽過程中，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性，即相互促進，相互依賴的關系。本實驗在1～15min四個處理時間的動態觀察結果，基本上符合種子萌發的生理規律性，α－淀粉酶活性、還原糖含量呈現協調一致的關系。

2.4 高壓靜電場對游離氨基酸含量的影響

圖4 電場強度和處理時間對發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，經過高壓靜電場處理的糙米發芽后，游離氨基酸含量均比對照組高。在100、300kV/m，5min時達到了最高值，而在200kV/m時，10min才達到最高值，且是本實驗中的最大值，比對照組提高了90%。以上結果顯示，游離氨基酸的含量明顯增強，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，蛋白酶水解儲存性蛋白質，成為水溶性氨基酸。

3 結論

電場預處理糙米對其糙米發芽率和發芽糙米中的α－淀粉酶活性、還原糖、游離氨基酸的含量能夠產生一定的影響；因為靜電場是一個具有矢量及能量特征的概念，故而產生的作用效果同時受到時間與場強兩個條件的影響。高壓靜電場場強不同，處理時間不同，對糙米發芽影響的效應不同，由此說明，促進糙米發芽的靜電場有一個閾值，低于這個值作用不明顯，高于閾值時對植物生長不利。總體而言，本實驗中，在不同強度的高壓靜電場（100、200、300kV/m）分別處理不同的時間（1、5、10、15min），其中以200kV/m，10min時效果最好。

從本實驗結果看，高壓靜電場處理對糙米發芽率和活力具有顯著地促進作用，這與利用藥劑處理提高發芽力的情況相比，高壓靜電場處理糙米具有價格低廉、簡便易行、安全可靠等特點，因而在發芽糙米生產中具有較好的應用前景。

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[2]許月英，征榮，楊體強，等.電場處理無芒雀麥種子對其幼苗酶活性的影響 [J].內蒙古大學學報：自然科學版，2004，35（3）：32－35.

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[5]郭曉娜，朱永義.響應面法在發芽糙米研究中的應用[J].糧食與飼料工業，2003（11）：11－12.

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[7]顧振新，陳志剛，蔣振暉.赤霉素處理對糙米發芽力及其主要成分變化的影響[J].南京農業大學學報，2003，26（1）：22－23.

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[9]趙亞軍，高向陽，等.生物化學與分子生物學實驗技術教程[M].北京：高等教育出版社，2005：108－109.

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，實驗師，研究方向：農副產品生物轉化與資源開發。

科技部科技人員服務企業行動項目（2009GJA10032）。