紫蘇種子適宜的液體分選全程技術(shù)研究

侯浩楠 達(dá)卓婭 吳偉鋒 許亞男 程 瑩 董學(xué)會 寧翠玲 楊成民 曹海祿 孫 群

（1 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院/中國農(nóng)業(yè)大學(xué)中藥材研究中心/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)作物種子全程技術(shù)研究北京創(chuàng)新中心/北京市作物遺傳改良重點實驗室，北京 100193；2 承德恒德本草農(nóng)業(yè)科技有限公司，河北承德 067000；3 中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院藥用植物研究所，北京 100193；4 恒德本草（北京）農(nóng)業(yè)科技有限公司，北京 100070）

紫蘇（Perilla frutescensL.Britt.）為唇形科紫蘇屬一年生草本植物，是我國傳統(tǒng)中藥材之一，以全草入藥，具解表散寒、行氣寬中的功效。為滿足市場需求，我國已開始大規(guī)模規(guī)范化人工種植紫蘇。但目前市場上銷售的紫蘇種子大多從大田或野生直接采收而來，種子凈度、種子出苗率、出苗整齊度偏低。紫蘇種子質(zhì)量相關(guān)的兩個標(biāo)準(zhǔn)，即中華人民共和國農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NY/T 2494—2013[1]和河北省地方標(biāo)準(zhǔn)DB13/T 1320.1—2010[2]，其規(guī)定的凈度標(biāo)準(zhǔn)（≥95%）和發(fā)芽率標(biāo)準(zhǔn)（≥75%）均遠(yuǎn)低于農(nóng)作物種子的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。種子質(zhì)量已成為制約紫蘇規(guī)范化生產(chǎn)和發(fā)展的“瓶頸”[3-5]。

種子清選是提升種子質(zhì)量的重要手段之一，主要按種子的物理特性（如寬度、厚度和長度、比重、臨界懸浮速度、顏色等）除去種子中的夾雜物質(zhì)，如未成熟的、破碎的以及遭受病蟲害的種子和雜草種子，提升種子的凈度和發(fā)芽率，其中風(fēng)篩清選和比重清選是種子加工流水線上的兩道核心工序。紫蘇種子的清選一般參考農(nóng)作物種子的加工工藝，比重清選機(jī)的分選依據(jù)就是種子比重與種子質(zhì)量密切相關(guān)，但比重清選機(jī)的分選效果嚴(yán)重依賴于操作者的參數(shù)調(diào)整經(jīng)驗，且不同物料出口不可避免存在一定的帶出率。液體分選可有效避免上述兩個問題，歐洲選用一種特殊的可揮發(fā)液體作為分選介質(zhì)，應(yīng)用于蔬菜種子的精選，獲得了優(yōu)異的提升效果。傳統(tǒng)的液體分選主要以水為介質(zhì)，分離后的種子需要及時回干，適用于小批量種子。液體分選在區(qū)分烏拉爾甘草、黃芪、苦豆子的硬實和非硬實種子方面獲得了較為理想的效果[6-7]；潘威等[8]通過混合石油醚和氯仿，得到不同比重的分選液體，通過試驗認(rèn)為處于1.0～1.2g/mL 之間的煙草種子為萌發(fā)整齊、發(fā)芽勢、發(fā)芽率高的良種。田葉飛[9]通過對番茄、辣椒比重進(jìn)行分級，發(fā)現(xiàn)種子比重與3 個發(fā)芽指標(biāo)均有正相關(guān)性。劉敏潔[10]的研究認(rèn)為1.10～1.25g/mL之間的甜玉米種子活力較高。朝兆明等[11]、李彥利等[12]用鹽水對水稻種子進(jìn)行分選，比重大于1.17g/mL的水稻種子出苗率較高。康淑琴等[13]用100g/L 蔗糖溶液對浸種3d 的福建柏種子進(jìn)行分選研究，下沉福建柏種子發(fā)芽率達(dá)到97%。

與農(nóng)作物種子相比，紫蘇等中藥材種子每批次數(shù)量較少，在中藥材種子上使用液體比重法進(jìn)行分選具有一定的優(yōu)勢。鑒于此，本研究擬以傳統(tǒng)的種子機(jī)械加工清選方法為對照，篩選確定適宜的分選液體比重，并驗證液體分選后種子的快速回干方法，確定液體分選的全程工藝，以期為生產(chǎn)上紫蘇種子的清選精選提供參考和指導(dǎo)，促進(jìn)紫蘇的規(guī)范化生產(chǎn)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料紫蘇種子，收集于河北省安國市中藥材批發(fā)市場，生產(chǎn)年份為2021 年。

1.2 紫蘇種子液體分選通過調(diào)整蒸餾水和無水乙醇的比例，配制得到0.85g/cm3、0.90g/cm3、0.95g/cm3、1.00g/cm3（即蒸餾水）的分選溶液。選取紫蘇種子30g，倒入比重為1.00g/cm3的溶液中，攪拌并靜置30s，將上層種子撈出瀝水，倒入比重為0.95g/cm3的分選溶液中，依次將上層種子通過0.90g/cm3、0.85g/cm3溶液進(jìn)行分選。各組溶液中下沉的種子隨時撈出，即得到比重＞1.00g/cm3、0.95～1.00g/cm3、0.90～0.95g/cm3、0.85～0.90g/cm3、≤0.85g/cm3的5 組不同比重區(qū)間的紫蘇種子。種子撈出后迅速脫水晾干，稱重，計算不同比重組種子所占的比例，保存?zhèn)溆谩?/p>

1.3 傳統(tǒng)加工清選（風(fēng)選+篩選+比重選）根據(jù)實驗室前期預(yù)試驗確定的參數(shù)及操作經(jīng)驗，首先通過風(fēng)選對種子進(jìn)行除雜，將蟲蛀種子、輕雜、塵土及更細(xì)小的其他植物種子與紫蘇種子進(jìn)行分離，再進(jìn)行圓孔篩篩選，將小土塊、碎葉片、葉梗等雜質(zhì)除去，然后進(jìn)行比重選使不同比重物料從不同落料口排出，將比重較小的種子除去，以達(dá)到凈種精選的目的。獲選種子稱重，保存?zhèn)溆谩Ｃ總€工序均反復(fù)進(jìn)行多次，以保證每個工序都發(fā)揮出最佳清選效果。

1.4 紫蘇種子指標(biāo)測定紫蘇種子原始比重的測定采用比重瓶法進(jìn)行測定[14]。按GB/T 2930.2—2017《草種子檢驗規(guī)程》[15]，對原始紫蘇種子、液體選不同比重區(qū)間種子、機(jī)械加工獲選種子進(jìn)行凈度分析。

凈度（%）=凈種子質(zhì)量/（凈種子質(zhì)量+其他植物種子質(zhì)量+雜質(zhì)質(zhì)量）×100

按GB/T 2930.4—2017《草種子檢驗規(guī)程》[16]，取原始紫蘇種子、液體選不同比重區(qū)間種子、機(jī)械加工獲選種子進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽試驗，25℃光照培養(yǎng)，第3天測發(fā)芽勢，第8 天測發(fā)芽率。

發(fā)芽勢（%）=第3 天發(fā)芽種子數(shù)量/發(fā)芽試驗總種子數(shù)×100

發(fā)芽率（%）=第8 天發(fā)芽種子數(shù)量/發(fā)芽試驗總種子數(shù)×100

每個比重區(qū)間種子稱取約1g 種子，使用FluoMini Pro 光學(xué)葉綠素?zé)晒鈾z測儀檢測種皮葉綠素含量，重復(fù)10 次。根據(jù)GB/T 14488.1—2008《植物油料含油量測定標(biāo)準(zhǔn)》[17]，采用乙醚法測定不同比重區(qū)間紫蘇種子的含油量。每個處理稱取種子約30g，參考劉敏潔[10]的方法，對液體分選后的紫蘇種子進(jìn)行離心甩干（LG-30 型種子離心甩干機(jī)）和旋轉(zhuǎn)烘干（HG-10 型種子旋轉(zhuǎn)烘干機(jī)）。離心甩干至種子表面無浮水即可，烘干溫度為43℃，設(shè)0r/min、5r/min、15r/min 3 個轉(zhuǎn)速，烘干過程中，每隔10min測定種子重量，記錄烘干至原始重量所需的時間。

1.5 統(tǒng)計分析采用Microsoft Excel 2016 進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，使用IBM SPSS Statistics 21.0 軟件進(jìn)行相關(guān)性分析和方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 傳統(tǒng)加工清選紫蘇種子質(zhì)量分析試驗所用紫蘇種子凈度為98.2%，顯著高于現(xiàn)行的紫蘇種子質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中對凈度的要求，但發(fā)芽率只有56%，未達(dá)到75%的要求。采用傳統(tǒng)的清選方法：風(fēng)選—圓孔篩篩選—比重選對紫蘇種子進(jìn)行處理[18-19]。由表1 可看出，紫蘇種子經(jīng)風(fēng)選后凈度從98.2%提升至99.2%，發(fā)芽率提升到64.7%，但提升不顯著；再根據(jù)前期預(yù)試驗確定的篩片及篩孔尺寸，即采用1.5mm和2.3mm 孔徑的圓孔篩對風(fēng)選后的種子進(jìn)行篩分，除去小土粒、極小粒和極大粒種子，1.5～2.3mm 的種子占比為89.4%，凈度進(jìn)一步提升至99.7%，但發(fā)芽率無顯著變化；通過比重清選機(jī)處理后，最終獲選種子占比61.9%，發(fā)芽率達(dá)到68.0%，與處理前相比，雖獲得了顯著提升，但仍未達(dá)到75%的標(biāo)準(zhǔn)。因此進(jìn)一步嘗試液體分選的效果。

表1 不同傳統(tǒng)清選方法對紫蘇種子質(zhì)量的提升效果

2.2 紫蘇種子液體分選效果比較經(jīng)比重瓶法檢測，該批紫蘇種子的比重為0.94g/cm3，因此分選液體比重初步確定為0.90g/cm3、0.95g/cm3、1.00g/cm3，考慮到種子批中有較多的輕雜和破碎的種皮，多增加了0.85g/cm3比重的液體。無水乙醇的比重為0.79g/cm3，無毒易揮發(fā)，適宜用于分選液體的配制。經(jīng)4 種不同比重的乙醇溶液分選后，紫蘇種子被分為5 組。由表2 可知，液體分選后得到5 個比重區(qū)間的紫蘇種子占比分別為6.8%、4.9%、20.6%、57.3%和10.4%，經(jīng)正態(tài)性檢驗符合正態(tài)分布規(guī)律（P＜0.05），大部分種子的比重在0.90～1.00g/cm3之間，占比77.9%。紫蘇種子的發(fā)芽勢、發(fā)芽率均隨種子比重的增加而增加，與比重呈正相關(guān)關(guān)系。比重低于0.85g/cm3的分選物中含有大量輕雜，紫蘇種子多為空粒或破碎粒，發(fā)芽率僅為27.3%，發(fā)芽勢僅為5.3%；比重低于0.90g/cm3的2 組種子占比11.7%，發(fā)芽率僅為33.5%。0.90～0.95g/cm3比重組的紫蘇種子，與處理前種子相比，發(fā)芽勢、發(fā)芽率均有一定的提升，分別達(dá)到52%和66%，但提升不顯著。0.95～1.00g/cm3比重組的種子，發(fā)芽勢、發(fā)芽率均獲得顯著提升，其中發(fā)芽率達(dá)到82.7%；比重＞1.00g/cm3的紫蘇種子，發(fā)芽率達(dá)到83.3%，顯著高于處理前的種子。在實際生產(chǎn)中如果更關(guān)注種子發(fā)芽率指標(biāo)，可采用0.95g/cm3的乙醇溶液對種子進(jìn)行分選，獲選種子占比67.7%，發(fā)芽率可達(dá)82.8%，凈度達(dá)到99.3%。如果希望能保留更多的種子，則采用0.90g/cm3的乙醇溶液對種子進(jìn)行分選，獲選種子占比88.3%，發(fā)芽率可達(dá)78.9%，凈度達(dá)到99.4%。采用比重為0.90g/cm3、0.95g/cm3的乙醇液體分選，均能夠達(dá)到現(xiàn)行的紫蘇種子質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求（發(fā)芽率≥75%）。本研究中液體比重分選法效果明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的機(jī)械清選法（圖1）。

圖1 風(fēng)選、圓孔篩篩選及比重選后的紫蘇種子樣品

在歐洲，種子葉綠素含量廣泛應(yīng)用于種子成熟度以及種子質(zhì)量的表征[20]。種子葉綠素含量高，則成熟度低；反之，葉綠素含量低則成熟度相對高。劉麗英等[21]通過測定不同收獲期紫花苜蓿干燥種子中的各項指標(biāo)發(fā)現(xiàn)，苜蓿總?cè)~綠素含量與粗蛋白、相對飼用價值呈極顯著正相關(guān)，與中性、酸性洗滌纖維呈極顯著負(fù)相關(guān)。本研究發(fā)現(xiàn)隨著比重的增加，葉綠素含量有所下降，含油量有所上升（表2）。比重＞0.90g/cm3的種子平均葉綠素含量為0.068±0.002mg/g，而≤0.90g/cm3的種子平均葉綠素含量為0.075±0.003mg/g，說明比重大的種子，活力較高，其最根本原因是種子成熟度較高。紫蘇種子榨出的油，其中亞油酸含量高，是一種天然的珍貴植物油。比重＞0.90g/cm3的種子含油量為34.5%，高于低比重的種子25.2%，這也為生產(chǎn)紫蘇油提供了參考，即紫蘇種子可以先采用液體分選法篩選出比重較大的種子，再進(jìn)行榨油處理。

表2 紫蘇種子液體分選不同比重區(qū)間種子質(zhì)量比較

2.3 紫蘇種子快速回干技術(shù)研究液體分選結(jié)束后，種子表面沾附較多的水分，分選后的種子如不馬上播種，必須立即干燥以保證種子具有適宜貯藏或加工的含水量[22-23]。通過離心甩干機(jī)處理種子至種子表面無浮水，然后將種子放入旋轉(zhuǎn)烘干機(jī)（HG-10 蔬菜種子烘干機(jī)）中進(jìn)行干燥處理，結(jié)果表明種子烘干機(jī)在同一溫度、不同轉(zhuǎn)速下干燥所需時長不同，紫蘇種子在43℃下干燥，5r/min 和15r/min 干燥時間明顯短于對照，43℃+5r/min 干燥35min，種子回到原始重量（表3）。在轉(zhuǎn)速15r/min 時，種子的發(fā)芽勢與發(fā)芽率較其余兩處理有所降低，但不同轉(zhuǎn)速處理間發(fā)芽勢與發(fā)芽率均無顯著差異。

表3 液體分選紫蘇種子烘干所需時間及烘干對發(fā)芽率的影響

3 討論與結(jié)論

3.1 紫蘇種子傳統(tǒng)加工方法效果分析目前市場上的紫蘇種子質(zhì)量差別較大，除了提升紫蘇的種子生產(chǎn)技術(shù)，還需要篩選更合適的種子清選方法，以提升紫蘇種子的質(zhì)量。研究紫蘇種子加工流程，實現(xiàn)紫蘇大規(guī)模規(guī)范生產(chǎn)，對于紫蘇可持續(xù)開發(fā)利用具有重要意義。本文按照傳統(tǒng)機(jī)械加工流程，以風(fēng)選—圓孔篩篩選—比重選的步驟進(jìn)行篩選。最終獲選的種子發(fā)芽勢、發(fā)芽率均有顯著提升，說明紫蘇種子借鑒現(xiàn)行的農(nóng)作物種子加工流程是有效果的，體現(xiàn)出機(jī)械加工的效能，但與現(xiàn)行的紫蘇種子質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中75%發(fā)芽率標(biāo)準(zhǔn)相比，仍需提高，獲選種子占比61.9%，也需要進(jìn)一步提升。

3.2 紫蘇種子液體分選方法效果分析本研究首次將液體比重選技術(shù)應(yīng)用到紫蘇種子上，為紫蘇種子的加工工藝提供了更多的選擇，為生產(chǎn)中大批量篩選高活力紫蘇種子提供一種更為便捷高效的方法。使用液體分選方法能夠有效減少操作者對機(jī)械參數(shù)調(diào)整的主觀問題，且避免機(jī)械處理的帶出率。使用液體分選紫蘇種子方法操作簡單，僅使用無水乙醇與蒸餾水進(jìn)行配比，對種子無毒害作用[8]。將種子分為5 個不同的比重區(qū)間，分別為≤0.85g/cm3、0.85～0.90g/cm3、0.90～0.95g/cm3、0.95～1.00g/cm3、＞1.00g/cm3。通過方差分析，發(fā)現(xiàn)液體比重區(qū)間與多指標(biāo)呈現(xiàn)線性相關(guān)，種子的發(fā)芽勢、發(fā)芽率與含油量均隨種子比重增加而增加。含油量是判斷紫蘇種子優(yōu)劣的一項重要指標(biāo)，篩選高油紫蘇品種是現(xiàn)階段非常重要的任務(wù)，郭夢橋等[24]對10 個不同品種的紫蘇種子進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)粗脂肪含量與種子千粒重呈顯著正相關(guān)。本研究發(fā)現(xiàn)，種子的含油量與比重呈顯著性相關(guān)，同樣可以作為篩選高油紫蘇品種的重要指標(biāo)。

通過液體分選，發(fā)現(xiàn)隨著比重的增加，其葉綠素含量也會發(fā)生相應(yīng)的變化。≤0.85g/cm3種子的葉綠素含量顯著高于其他比重區(qū)間的種子。通過0.95g/cm3的乙醇溶液對種子進(jìn)行分選，發(fā)芽率可達(dá)82.8%；通過采用0.90g/cm3的乙醇溶液對種子進(jìn)行分選，發(fā)芽率可達(dá)78.9%。采用比重為0.90g/cm3、0.95g/cm3的乙醇液體分選，均能夠達(dá)到現(xiàn)行的紫蘇種子質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求，效果明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的機(jī)械清選方法處理紫蘇種子。

3.3 紫蘇種子快速回干技術(shù)效果分析研究紫蘇種子回干技術(shù)可以為紫蘇后續(xù)加工和貯藏提供安全含水量參考，許多研究發(fā)現(xiàn)種子回干與溫度和機(jī)器轉(zhuǎn)速均有密切聯(lián)系[25]，不適宜的溫度則加重回干對種子后續(xù)萌發(fā)的危害作用，甚至可能導(dǎo)致種子失去活力。農(nóng)作物種子進(jìn)行烘干時，一般要求種溫不能超過43℃，因此本研究將烘干溫度確定為43℃。

本研究發(fā)現(xiàn)，使用HG-10 蔬菜種子烘干機(jī)，在43℃、5r/min 轉(zhuǎn)速條件下，烘干35min 即可達(dá)到原始含水量，不同轉(zhuǎn)速處理對烘干后紫蘇種子發(fā)芽勢與發(fā)芽率均無顯著影響，但相對于5r/min，15r/min在發(fā)芽勢與發(fā)芽率上略微有所降低。推斷5r/min轉(zhuǎn)速為回干液體分選后紫蘇種子的適宜轉(zhuǎn)速。實驗室所用的種子量較少，大批量種子烘干時，可根據(jù)種子量對轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)整。

通過對紫蘇種子進(jìn)行傳統(tǒng)機(jī)械加工清選、液體分選以及快速回干技術(shù)的研究發(fā)現(xiàn)，比重＞0.90g/cm3的紫蘇種子含油量高于低比重的種子，為生產(chǎn)紫蘇油提供了參考；且發(fā)芽率與凈度均達(dá)到了現(xiàn)行的紫蘇種子質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，可以作為生產(chǎn)分選的指標(biāo)。43℃，轉(zhuǎn)速5r/min，烘干35min，即可將種子烘干至原始含水量，可以作為烘干液體分選后種子的參考指標(biāo)。