聲頻對小盒栽培黃豆芽菜產(chǎn)量的影響

袁秋萍，陳 劼，李 玲，陳 敖，梅周杰，陳瑞玲，陳斐杰

（1. 浙江科技學院浙江省農(nóng)產(chǎn)品化學與生物加工技術重點實驗室，杭州 310023；2. 嘉興小芽兒蔬菜食品有限公司，嘉興 314011）

聲頻對小盒栽培黃豆芽菜產(chǎn)量的影響

袁秋萍1，陳 劼1，李 玲1，陳 敖1，梅周杰1，陳瑞玲2，陳斐杰2

（1. 浙江科技學院浙江省農(nóng)產(chǎn)品化學與生物加工技術重點實驗室，杭州 310023；2. 嘉興小芽兒蔬菜食品有限公司，嘉興 314011）

為考察聲頻助長技術對黃豆芽小盒栽培產(chǎn)量和質(zhì)量的影響，該試驗根據(jù)黃豆芽生產(chǎn)工藝特點，結(jié)合黃豆芽自身的生理特性以及試驗點的環(huán)境和設備要求，選擇溫度、濕度等條件相同的5個車間作為試驗點；再選擇5種不同的音樂種類、音樂播放時間和音量作為影響因素分別對黃豆芽在小盒栽培種植中聲頻助長的情況進行了單因素試驗。然后根據(jù)單因素試驗結(jié)果，選擇三因素三水平進行正交試驗，從正交試驗數(shù)據(jù)的結(jié)果中得出較優(yōu)方案為：每天播放鋼琴獨奏5 h、音量控制在70～80 dB對黃豆芽助長效果最佳。優(yōu)化方案驗證表明聲頻助長技術能使黃豆芽增產(chǎn)26.25%。研究結(jié)果可作為聲頻助長技術在黃豆芽生產(chǎn)中推廣應用的理論基礎。

優(yōu)化；聲頻；種植；正交試驗；豆芽菜；產(chǎn)量

袁秋萍，陳 劼，李 玲，陳 敖，梅周杰，陳瑞玲，陳斐杰. 聲頻對小盒栽培黃豆芽菜產(chǎn)量的影響[J]. 農(nóng)業(yè)工程學報，2017，33(7)：310－314.doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.07.041 http://www.tcsae.org

Yuan Qiuping, Chen Jie, Li Ling, Chen Ao, Mei Zhoujie, Chen Ruiling, Chen Feijie. Effect of audio wave on production of soybean sprouts in small box[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2017, 33(7): 310－ 314. (in Chinese with English abstract)doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.07.041 http://www.tcsae.org

0 引 言

黃豆芽是一種口味鮮美，營養(yǎng)豐富，無膽固醇、低脂肪、高蛋白含量的蔬菜。為了提高黃豆芽產(chǎn)量，縮短生產(chǎn)周期，許多生產(chǎn)廠家使用生長激素或化學合成激素促進黃豆芽生長，引發(fā)食品安全問題。因此探索一種無公害生產(chǎn)工藝，且能提高黃豆芽產(chǎn)量、縮短生產(chǎn)周期、保護黃豆芽品質(zhì)非常必要。聲頻助長技術原理是黃豆芽過特定頻率聲頻作用以后，黃豆芽的細胞膜結(jié)構發(fā)生變化，細胞膜流動及通透性能增強，有利于細胞生長和分裂[1]，促進黃豆芽對各種營養(yǎng)元素的吸收，達到優(yōu)質(zhì)、增產(chǎn)的目的。

聲頻助長技術在國內(nèi)外已有廣泛研究與應用。國外學者最早發(fā)現(xiàn)聲頻對植物生長的作用，用聲波處理提高了啤酒廠大麥發(fā)芽率；用雅樂處理蔬菜[2]；用貝多芬樂曲或莫扎特音樂處理西紅柿、甜菜，用3 ～ 6 kHz類似于鳥類和蟋蟀的鳴聲處理能促進植物的生長發(fā)育，提高產(chǎn)量50%～500%[3-4]。Creath等研究發(fā)現(xiàn)音樂可以顯著提高種子的發(fā)芽率[5]。在國內(nèi)，植物聲波助長技術已在50余種不同作物、蔬菜、花卉和果樹上進行了推廣應用，研究表明聲頻可促進開花、結(jié)果，提高葉綠素含量，提高品質(zhì)和產(chǎn)量，增產(chǎn)5%～120%[6-16]。

將物理技術和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有機地結(jié)合在一起，是傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)朝生態(tài)農(nóng)業(yè)過渡轉(zhuǎn)化的主要路徑之一[17]。植物聲頻控制技術是建立在對植物自發(fā)聲頻率測定和該頻率與環(huán)境因子之間變化關系的研究基礎上，對植物的刺激聲波是變化的動態(tài)聲波，其頻率要與植物自發(fā)聲頻率相吻合，發(fā)生諧振，方有作用[18]。前人研究試驗設計大多采用單因素方式探討植物對該參數(shù)的生物學效應，得出單一固定的最佳頻率或最佳強度；而植物有其自發(fā)聲頻率，且隨環(huán)境因子而變化[6]；因此，聲頻對植物的影響，在適當?shù)念l率、音量和處理時間等多因素相結(jié)合時，會有更良好的效應。本研究采用聲波助長技術在嘉興小芽兒蔬菜食品有限公司和杭州朝山蔬菜食品有限公司進行了單因素試驗和多因素正交試驗，研究黃豆芽聲頻助長小盒栽培種植技術，通過聲波助長技術來提高黃豆芽的產(chǎn)量，縮短黃豆芽的生產(chǎn)周期，保證黃豆芽的純綠色無污染[19]。以期為用物理方法促進黃豆芽增產(chǎn)與保鮮的技術提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與設備

1.1.1 原材料

東北小黃豆（從巴彥縣吉林糧油貿(mào)易有限公司購買）、自來水和自行打孔的圓錐型栽培小盒（小盒上直徑為13 cm，下直徑為10 cm，高度為11 cm，底部打孔30個，孔徑6 mm，均勻分布）。

1.1.2 試驗設備

聲頻助長器：自行設計定制(在杭州菲思燈光音響商行定制)，聲波的頻率范圍 300～6 000 Hz，聲強范圍為20～120 dB；AL-06定時器（余姚市品益電器有限公司）；HT-825音量計（廣州市宏誠集業(yè)電子科技有限公司）；自動噴淋系統(tǒng)為嘉興小芽兒蔬菜食品有限公司和杭州朝山蔬菜食品有限公司根據(jù)生產(chǎn)車間大小自行設計定制的現(xiàn)有生產(chǎn)設備。

1.2 試驗方法

黃豆芽聲頻助長小盒種植是建立在傳統(tǒng)工廠化豆芽生產(chǎn)工藝的基礎上，在其生長期間，利用合適的音樂、音量和播放時間的聲波對黃豆芽進行處理，使黃豆芽增產(chǎn)。

黃豆芽聲頻助長小盒種植工藝流程：黃豆→稱質(zhì)量→浸泡（60 ℃, 1～2 min）→清洗→浸泡（30～35 ℃, 5 h）→濾水→稱質(zhì)量→裝盒→種植箱→種植車間→聲頻助長培育→黃豆芽菜→稱質(zhì)量→冷藏。

每組試驗稱取干黃豆10份（每份100 g）并編號后倒入60 ℃的熱水中，浸泡1～2 min后對黃豆進行清洗并消毒，在30～35 ℃的水溫下浸泡黃豆5 h，濾水并將每份黃豆平均裝入2個圓錐型栽培小盒中（每盒120 g左右），疊放入種植箱內(nèi)，送入種植車間培育，車間完全避光處理，室溫控制在25～30 ℃，按試驗要求定時播放音樂并調(diào)節(jié)音量，同時每隔3 h自動噴淋系統(tǒng)對黃豆芽進行1次噴水，培育4 d后，黃豆芽稱質(zhì)量取平均值，送入冷庫5 ℃冷藏。圖1為試驗現(xiàn)場的黃豆芽。

圖1 試驗現(xiàn)場的黃豆芽Fig.1 Soybean sprouts experiment

1.3 操作要點

為了保證黃豆生長的活力和質(zhì)量，選擇當年生完全成熟的新鮮豆種，顆粒飽滿、色澤鮮艷、不受機械損傷及病蟲危害等，貯藏在低溫、干燥的環(huán)境中。

把豆粒倒入60 ℃熱水中，浸泡1～2 min后，用冷水淘洗1～2次。浸種處理的方法：1 kg黃豆約需3 kg自來水，豆粒浸種的最適水溫為30～35 ℃。豆粒浸種時間一般約需5 h。

整個試驗過程避光。車間內(nèi)溫度必須保持在 25～30 ℃，每次淋水必須淋透，達到盛放黃豆芽的小盒底部有較多水瀝出。

1.4 試驗過程

選取音樂種類、音樂播放時間、音量為 3個因素進行單因素試驗。根據(jù)單因素試驗結(jié)果進行正交試驗，以每100 g干黃豆為原料經(jīng)小盒栽培種植后稱質(zhì)量得到的黃豆芽產(chǎn)品平均質(zhì)量為指標設計三因素三水平正交試驗。

試驗中每1組試樣10份，每1份試樣干黃豆均為100 g，浸泡后的黃豆質(zhì)量為240 g左右，平均分裝入2個盒子中，試驗周期為96 h，試驗中的產(chǎn)量均為淋水后3 h時去掉盒子稱質(zhì)量的平均每份凈質(zhì)量。

1.4.1 單因素試驗

選取音樂種類、音樂播放時間、音量這 3個影響因素各進行 5組試驗；音樂種類選取鋼琴獨奏（頻率范圍300～6 000 Hz），中國古典音樂（340～3 300 Hz），搖滾樂（300～5 000 Hz），外國流行音樂（340～3 800 Hz），單一聲波（400 Hz）5種不同的音樂；播放時間取2、3、4、5、6 h，上下午平均分配；除單一聲波外，其他音樂音量是在一定范圍內(nèi)波動的，設置音量在 50～60、60～70、70～80、80～90、90～100 dB左右；一共15組單因素試驗和1組空白對照試驗，具體安排見表1。

表1 單因素試驗設計Table1 Single-factor experiment design

1.4.2 正交試驗

采用單因素試驗結(jié)果選出的三因素三水平進行正交試驗，設置空白試驗組。因素水平設計見表2。

表2 正交試驗因素水平表Table2 Factor and level orthogonal experiment table

2 結(jié)果與討論

2.1 單因素試驗結(jié)果分析

單因素試驗結(jié)果詳見圖2。根據(jù)圖2a可得，在音樂播放時間相同（每天上午07:30－9:30，下午15:30－17:30播放4 h）、播放音量相同（70～80 dB）的條件下，不同音樂種類對產(chǎn)量的影響是：鋼琴獨奏＞中國古典音樂＞外國流行音樂＞搖滾樂＞單一聲波，產(chǎn)量最高的是播放鋼琴獨奏這一組，黃豆芽產(chǎn)品平均凈質(zhì)量為1.257 kg/100 g，與空白對照組（1.079 kg/100 g）相比較，增產(chǎn)16.5%，其次是中國古典音樂增產(chǎn)15.1%。以上試驗結(jié)果表明不同音樂種類對黃豆芽產(chǎn)量有較大的影響。

圖2 3種因素對產(chǎn)量的影響Fig.2 Effect of 3 factors on yield

由圖 2b可得，在音樂播放時間相同（每天上午07:30－9:30，下午15:30－17:30播放4 h）、播放音樂相同（鋼琴獨奏）的條件下，不同音量對黃豆芽產(chǎn)量也有較大的影響，隨著音量的增強，黃豆芽產(chǎn)量逐步提高，但強度超過＞80～90 dB后，產(chǎn)量反而下降。

由圖2c可得，在音樂播放音量相同（＞70～80 dB）、播放音樂相同（鋼琴獨奏）的條件下，不同音樂播放時間對黃豆芽產(chǎn)量也有影響，隨著音樂播放時間的延長，黃豆芽產(chǎn)量逐步提高，但播放時間超過5 h后，產(chǎn)量反而下降。

以上結(jié)果表明，不同的音樂種類單因素試驗中產(chǎn)量較高的是鋼琴獨奏，中國古典音樂、外國流行音樂這 3組；不同的音量單因素試驗中產(chǎn)量較高的為 60～70、＞70～80、＞80～90 dB；不同的播放時間單因素試驗中產(chǎn)量較高的為4、5、6 h，因此，正交試驗采用以上試驗條件進行試驗設計。

2.2 正交試驗結(jié)果分析

正交試驗結(jié)果如表3所示。

表3 正交試驗結(jié)果分析表Table3 Results of orthogonal experiment

根據(jù)以上試驗結(jié)果進行統(tǒng)計分析，能夠得出 3個影響因素中音樂種類對黃豆芽的生長影響最大，音量次之，音樂播放時間最小。黃豆芽生長的較優(yōu)方案為A2B2C1，但該方案只是理論上的，為了驗證其正確性，對該試驗方案A2B2C1重新進行驗證試驗，黃豆芽平均產(chǎn)量為1.361 kg/100 g，在所有試驗方案中產(chǎn)量最高，比空白對照組增產(chǎn)26.25%。

3 討 論

有研究稱植物聲頻控制技術是以植物經(jīng)絡系統(tǒng)新理論為基礎，并測定出植物自發(fā)聲和接受聲的頻率，同時對植物施加特定頻率的聲波處理，促進植物對各種營養(yǎng)元素的吸收，促進生長發(fā)育[20-28]。根據(jù)前人測定的結(jié)果，一般植物自發(fā)聲大多在低頻范圍（40～2 000 Hz）；而聲音對植物的影響，只有在適當?shù)念l率、音量和處理時間下，才會有良好的效應[7]。因此，本試驗采用聲頻的主頻率約400～500 Hz，頻率范圍約在300～6 000 Hz的5種不同音樂聲頻、音量和處理時間對黃豆芽進行單因素試驗和正交試驗，以得到適當?shù)念l率、音量和處理時間。

植物聲頻控制技術對黃豆芽生長發(fā)育、產(chǎn)量及其品質(zhì)的影響，至今尚未見研究報道。通過本次試驗研究，初步表明植物聲頻控制技術可以促進黃豆芽生長發(fā)育，提高黃豆芽的產(chǎn)量。至于聲頻處理對黃豆芽增產(chǎn)的生理生化機制，特別是如何促進黃豆芽粗壯生長，增強其對各種營養(yǎng)元素的吸收、運輸、轉(zhuǎn)化能力等，還有待于進一步研究與探討。植物聲頻控制技術能夠提高農(nóng)作物的產(chǎn)量，改善品質(zhì)，達到現(xiàn)代農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的要求[21]，應大力提倡并推廣應用。

4 結(jié) 論

通過上述三因素三水平的正交試驗、空白對照試驗以及驗證試驗，結(jié)果表明：較優(yōu)方案為每天播放頻率范圍為300～6 000 Hz的鋼琴獨奏5 h、音量控制在70～80 dB對黃豆芽助長效果較佳，黃豆芽平均產(chǎn)量為1.361 kg/100 g；而同時進行試驗的空白對照組，黃豆芽平均產(chǎn)量只有1.078 kg/100 g，增產(chǎn)顯著。

植物聲頻控制技術能促進黃豆芽的生長，聲頻助長小盒栽培種植所得的黃豆芽產(chǎn)量比空白對照組有明顯的增產(chǎn)，增幅達到了26.25%。

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Effect of audio wave on production of soybean sprouts in small box

Yuan Qiuping1, Chen Jie1, Li Ling1, Chen Ao1, Mei Zhoujie1, Chen Ruiling2, Chen Feijie2
(1.Zhejiang Provincial Key Laboratory for Chemical and Biological Processing Technology of Farm Products, Zhejiang University of Science and Technology, Hangzhou310023,China; 2.Jiaxing Xiaoyaer Vegetable Food Co., Ltd., Jiaxing314011,China)

Audio fostering technology has been regarded as one of the most efficient and environmental-friendly physical methods for agriculture in the 21stcentury. However, this technology is still in the early stage of exploration. Soybean sprouts are a type of traditional Chinese vegetable. It has not only delicious taste and beautiful appearance, but also rich nutrient, no cholesterol, low fat and high protein. To improve the production of soybean sprouts and shorten the production cycle, growth hormone or chemically synthesized hormones were added by some manufacturers in the growth of soybean sprouts, resulting in food safety problems. The application of audio wave to plant can change the cell membrane structure, which will enhance the flow and permeability of the cell membrane and promote the growth and division of the cells. Also, it can promote the absorption and accumulation of various nutrients during the transport and transformation process. Crops, vegetables and fruits have been fostered by audio and good results have been achieved. However, the consensus about the mechanism of audio fostering on plant growth hasn’t been reached in scientific community because of insufficient experiment support. To provide a scientific basis for the application of audio fostering technology in the production of soybean sprouts, the impact of the technology on yield and quality of soybean sprouts in small box cultivation was investigated based on soybean sprouts production technology, combined with soybean sprouts physiological characteristics, and environment and equipment requirements. The soybean sprouts production process was 1-2 min in 60 ℃ hot water, soaking in 30-35 ℃ water for 5 h, then packed in small box (120 g), stacked in 25-30 ℃ dark workshop, and fostered by audio for 4 d with 1 spray every 3 h, and finally maintained at 5 ℃ for cold storage. Five workshops with the same temperature and humidity conditions were selected. Five types of music (piano solo, Chinese classical music, rock and roll, pop music and single frequency soundwave), 5 kinds of music playback time (2, 3, 4, 5 and 6 h) and 5 music playback volumes (50-60, ＞60-70, ＞70-80, ＞80-90 and ＞90-100 dB) were chosen. According to the single factor test results, three-factor and three-level orthogonal experiment was carried out. The optimal conditions were ＞70-80 dB piano solo music played for 5 h per day. Under the above conditions, the soybean sprouts yield was 1.361 kg/100 g, while the yield of the control was 1.078 kg/100 g. Therefore, the yield of soybean sprouts was increased by 26.25% after optimization of audio fostering conditions including types of music, playback time, and playback volume. Among the 3 factors, the type of music had the greatest impact on the growth of bean sprouts. Small box cultivation with audio fostering technology successfully increased the yield, shortened production time and improved the food safety. The results show that the audio fostering technology can promote the growth of bean sprouts, which can provide the theoretical basis for the popularization and application of the audio fostering technology in the production of bean sprouts. In addition, the essential mechanism of biological effects of audio fostering technology needs further research.

optimization; audio acoustic; cultivation; orthogonal experiment; soybean sprouts; yield

10.11975/j.issn.1002-6819.2017.07.041

S122

A

1002-6819(2017)-07-0310-05

2016-08-19

2017-04-06

科技部國家級星火計劃項目“豆芽聲頻生態(tài)種植與精深加工關鍵技術推廣應用”（2014GA700161）；嘉興市秀州區(qū)科技計劃項目“豆芽聲頻生態(tài)種植與精深加工產(chǎn)業(yè)化建設”（2012A3005）

袁秋萍，女，浙江天臺人，高級工程師，主要從事農(nóng)產(chǎn)品生態(tài)、加工、保鮮方面的研究。杭州 浙江科技學院，310023。

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