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农业物料电磁特性的研究与应用粱莉郭玉明( 山砖农业火学r = 程技术f f - ' l 皖)摘要l 奉文综述r 目前圈内外对j + 农业物料电磁特性的研究J ：／应用情况介绍r 高H ；儿承冲, I Z 场的心用及J l ；i 式验装置的设计井对静电技术、等离于体技术谯农业T ：程领域中的府用作，较为详塔的l 酬述，九埘诎处理种了和磁化水的作用机理进行分析的基础L 着重对相关试验袋冒的啦计进行，舟绍提ⅢJ ’今后的研究重点和发腱方向1 引言目前，国内外对j 二农业物料电磁特性的研究日益广泛，国内已成功将离压脉冲电场杀菌披术应用于液体食品如：牛奶、啤酒和矿泉水等中I l jJ 静电技术正日趋成熟，如：静电分选、静电保鲜、静电喷雾等技术已广1 泛应用于农业中1 4 ’“】磁场处理和磁化水的应J } ；I 也趋1 二成熟．这方面的研究屡有报道I I ⋯”由于生物体的电磁现象是与机体的生理活动相生相长，同新陈代谢密切相关的，反映了生命活动时某些生理变化和物理化学变化但其中的微观机理还不是很淌楚，应用技术也有待丁| 大量探索和进一步突破因此，研究农业物料电磁特性的应用不仅在理论t 有重要意义．而且在生产上也有重大的应用价值。

2 农业物料电特性的研究与应用2 ．1 高压脉冲电场的应用及其试验装置的设计高压脉冲电场在食品杀菌、物料特性改善等方面有着广泛的应用随着人们生活水平的提高、对健康的关注，传统的热力杀菌法己不能满足人们的要求近年来食品工业界采用的玲杀菌方法如：添加防腐剂、辐射灭菌、高压处理等方法也都存在一定的局限性随着国外高压脉冲电场灭菌技术的兴起．9 0 年代起国内也开展了相关理论和实践的研究，殷涌光等人对高压脉冲电场处理装置进行了设计，并采用模型试验的方式对处理装置内的液体流动场、温度场和电场的分布进行了研究”1 近年来我们针对农产品冷冻干燥脱水机理的研究实际，为求改善物料细观结构，降低冻干能耗进行了高压脉冲电特性作用机理试验研究为此在分析、比较了人量的高压脉冲试验装置后．设计出了一种脉冲幅度、脉冲宽度、脉冲输出频率均可调节的高压脉冲发生装置，并从理论上进行了较为系统的分析，所设计的装置产生可调的高压脉冲电场，其结构框图如图1 示图l 高压脉冲电场产生装置结构框图2 ．2 静电技术的应用及其作用机理2 ．2 ．1 静电选种目前国内外广泛使用的种子清选分级装置，多是按种子的物理～力学特性米实现分级的而种子的成熟度烂我们对种子分级的一个重要指杯．这是_ 【；} j 普通分级装置无法完成的。

研究表．8 5 ．l 扎科’子的成熟度著异表现在各种人分子化台物含鼙不同，反应的电学特性也小问，U ：是这种筹昴为实现电级分选提供T N 论基础；大量实验结果表明，根据种子的I U 导率、介L b 系数不同，利J d 静电分级装簧可以把种子的活性，发芽势，含水鲑等自动【i i 分开来从而达到保证质昔．确保壮苗，全曲．发芽率高，不损失种子等目的克服了传统的风选、筛选、盐水选或硫酸铵溶液选种的出曲率低的缺点2 ．2 ．2 高开i 静电场处理种子如何提高种子的萌发率、抗病虫害等能力一直都是育种学家们研究的重要课题之一目前，许多科学家们利_ l _ 目静电场处理种子得到了有效的成果其作用机理初步认为是：种子具有很丰富的生物膜系统，呈现出一定的层次性，并且各层所含物质的化学成分、密度年| I 介电常数筹异较人当种f 被置丁静电场时，由电晕放电、空气被击穿，产生N O 、N 嘎币¨臭氧，与水反应g ：成、限硝酸和硝酸，腐蚀种子外壳，使得脱氢霉、口一淀粉霉、过氧化氧霉等霉的活性增强，促进种子的萌发，同时臭氧具有较强的杀菌能力试验表明”’”1 ⋯，适当强度静电处理水稻、香葱、油菜等种子，其发芽率、发芽势等也大大提高了，吸收C O z 的能力，排氧能力、光合作用都大大增强。

需要指出的是，处理种f 时l 乜场强度过大，处理时间过长，会使种子受伤害，甚至死亡，而电场强度过小，处理时间过短，又会造成处理效果不明显因此要选台适的场强和时间，据报道，静电处理农作物种子的最佳参数为±1 ．O ～5 ．5 k v ／c m 22 ．3 静电保鲜静电保鲜主要利_ } } l 高压静电电场所产生的负离子和臭氧米达到保鲜目的负离子可以使果实代谢过程的酶钝化．从而抑制呼吸作用．减缓颓陈代谢臭氧很活跃，在它分解时产生新生态氧有相当强的氧化能力，比氧气大1 ．6 5 倍，能杀灭多种病原菌，同时它还有抑制果实产生乙烯，抑制细胞内氧化酶的作用，阻碍糖代谢的正常运行，因而使果实总的代谢水平有所降低，达到五正长贮藏期的目的静【乜保鲜的主要设备是空气放电保鲜机，对场地无特殊要求，可与冷藏席、通风库配台使川，操作也较方便静电保鲜还可能使空气湿润，可以减少果品贮藏期闻火水引起的轻耗近儿年来，我国采_ } l _ | 电子保鲜技术进展很快东珠海市南大保鲜机厂生产的空气放电保鲜机，已达到国内外同类产品的先进水平，多次试验结果表明，该机的使用效果较好2 ．Z ．4 静l _ l = l 喷雾静电喷雾装置是在喷头处装有一高压电极，对它附近的植株能诱导异性等鬣电荷，雾滴经高压静电处理后带有与正极极性相同的电荷，带电雾滴在电场力的作川F 作定向运动，根据异性相吸的法则，霉滴被作物靶标吸附。

雾滴不仅可以被吸附到作物上部，而且可以穿透叶丛被吸附到作物F 部或背面，提高了药液在靶标上的附着比例和药液分布的均匀性．可提高农药利j } j 率达8 0 ％～9 0 ％．从而减少了漂移损失这是一种新发展起来的先进喷涌技术我校韩学盂等人研制了一种新型静电喷雾器．在植保生产中得到了较好应_ 【；} j 虽然静电喷雾有不少的优越性，但因涉及农业机械学、流体力学、电学、生物电学以及农药的物理化学等多学科的综合性技术，其发展依赖丁- 相关学科的研究水平，故发展缓慢 2 ．3 等离子体技术当气体温度升高至几千度时，分子或原子将由于激烈的互相碰撞而离解为l 乜子和止离子，总体上电蜮相等，世电中性这时物质将进入一种新的状态，称为物质的第四态．即等离u f 体[ 1 前等离f 体技术已广泛廊H { 丁I 业中如：离子注入、热喷涂、堆焊、化学热处理等我国从2 0 时纪8 0 年代起，开始将离子注入技术引川到农业领域中利川等离子体技术进行作物诱变甯种，金心宁等”I 在等离子体状态r 化学诱变剂平目1 霉素处理种子不仅增加r 诱变效果，而Hf 艺简单、易予实现；通过等离子体处理作物干种子达到生物品种改诞的日的”1 ：川离r 注入．8 6 ．来刺激作物种子的萌发，试验表明”1 ：注入适量的N + ．可以促进甘草种子的萌发，促进根发育．提高幼苗的耐早特性。

我校兼职教授马步州等利用等离子体诱变技术对玉米等杂粮种子进行处 理，取得了较好效果目前·利用等离子体技术杀菌已成为食品界和医药界另一新的研究方向马虹兵等m 试验后发现·低温等离子体可使接种在橙汁和牛奶细菌总数降低5 个对数值，能量消耗估算为l ～2 J t m L t 比热杀麓和其它低温杀菌技术能耗率要低得多3 农业物料磁特性的研究与应用3 ．1 磁处理种子磁场处理是指利用适当强度的磁场在作物播前处理种子，或者在浸种、发芽、育苗和生长的某些过程中施加一定的磁场大量的研究表明．磁场处理对农作物生长发育和增产有一定的促进作用! 小麦种子经磁场处理后可使发芽势提高2 1 ％，发芽率提商2 8 ．2 ％，产量增加81 ％～2 3 ．3 ％磁场处理在油菜、大麦、甜菜、花生、大豆、水稻、棉花等作物上也有类似效应另外，经磁场处理的种子还具有抗老化的能力“”，这是因为经磁场处理后种子的过氧化氢酶的活 性提高了，从而延缓了其衰老的进程 3 ．2 磁化水磁化水是指将普通水静置于磁场或以一定的流速垂直地经过磁场的水前者称为静态磁化水，后者称为动态磁化水目前，磁化水在农业中的应用已有不少报道齐风春⋯’利用磁化水浸种和灌溉- 结果表明不同磁场处理过的水经过不同时间的浸种，对秋芸豆的产值影响也不同，当用l O o m T 磁化水浸种后平均株产值可提高6 5 ％。

肖望等⋯利用磁化水对冬瓜种子萌发的生理效应进行了试验，结果显示了磁化永处理种子可以提高冬瓜种子的发芽率、发芽势和发芽指数 3 ．3 土壤的磁处理作物体内硝酸还原酶是作物氮代谢过程中的关键酶，由我国植物生理学家吴相钰和汤佩松在1 9 5 7 年用硝酸盐溶液培养水稻的幼苗时发现的试验结果表明“3 ’土壤经过一定磁场处理后，有利于小麦叶片中硝酸还原酶活性的提高，使小麦吸收利用N 0 a 的能力增强，促进了小麦进行氮代谢作物的根系是吸收水肥的主要器官，同时又是物质同化、转化和合成的重要器官．根系生长发育状况宜接影响作物的正常生命活动根系活力大则吸收能力强反之，根系活力小则吸收能力弱因此，研究磁处理土壤对作物根系活力的影响，对于指导调节作物的生理代谢具有重要意义中国科学院沈阳应用生态研究所⋯1 分析了土壤磁处理后对油菜根系活力的影响结果表明，磁处理土壤由于改善了土壤的健康质量，从而促进了油菜根系活力的提高如上所述，农业物料磁特性的研究表明其生物效应十分明显，为了深入了解和探索其作用机理，我们设计了一可调场强的磁特性试验装置其结构框图如图2 并进行了模拟分析结论表明，除端点和螺线圈管壁的位置外，螺线圈内部均为匀强磁场，如图3 示。

圈2 电路结构框图闰3- S 7 ．3 ．4 脉冲磁场杀菌研究表明，杀菌效果较好的还有脉冲磁场，它是利用高强度脉冲磁场发生器向螺旋线圈发出的强脉冲磁场，带菌食品放置在处于螺旋线圈内部的磁场中，微生物受强脉冲磁场的作用导致死亡a 其突出的优势表现在：物料的组织结构、营养成分、颜色均不遭破坏，不会影响原有的风味：安全性好，杀菌时间短、对微生物系灭力强、效率高；杀菌彻底马海乐等对硒瓜汁进行了高强度脉冲磁场杀菌试验．结果表明““：不同的磁场强度和脉冲数的杀菌效果不同，有的甚至出现反弹现象，这就需要做大量试验方可找到适当的场强和脉冲数，获得最佳杀菌效果4展望从目前国内外对农业物料电磁特性相关领域的研究进展及应用情况看，基于静电特性的研究已经基本达到成熟，静电分级机、静电喷雾机以及静电保鲜机已经广泛应用于生产实际但其中的一些作用机理及其测试技术还需进行深入的探索利用物料的电磁特性进行杀菌已证明是可行的，今后应该对多种食品分别进行高压脉冲电场、脉冲磁场、低温等离子体杀菌，比较筛选最佳杀菌方法，从而推广应用对于等离子体技术的研究与应用还有待于进一步的提高，虽在农业工程领域有了一定的进展，但其作用机理还不太明确，有些试验表明等离子体处理农作物改变了其内部酶的活性．从而达到提高种子发芽势的效果，但这方面的研究显得相对较少。

更深入、更明确的作用机理仍需进行大量的试验研究我们今后将侧重从电场、磁场处理农产品等农业物料进行相关试验研究．有望在农业物料电磁特性相关领域的研究与应用提供有用的成果参考文献( I ] 陈俊琴．高压脉冲电场非热杀菌技术在牛奶系菌上的试验研究．沈阳农业大学硕士论文，2 0 0 1 ，6[ 2 ] 赵武奇．段涌光，关伟．姜长枪．高压脉冲电场庆菌系统设计与试验．农业机械学报，2 0 0 2 ( 3 )【3 ]王清元，卢贵忠．余继文．高压静电蛹处理水稻种子的试验研究．农枫亿研究，2 0 0 4 ( 3 )[ 4 ] 何雄奎，严苛荣．储金字等．果园自动对靶静电喷雾机设计与试验研究．农业工程学报2 0 0 3 ( 6 )[ 5 ] 金心宇，张昱，金卫．等离子体状态征PY M 她理水稻和大麦种子的效果．浙江农业科学，2 0 0 2 ( 4 )[ 6 ]黄明镜，马步洲．岳艳翠等．等离子体对种子活力及抗旱性的影响．、干旱地区农业研究，2 0 0 2 ( 3 )[ 7 ]魏胜林，刘竞男．E 陶等．N + 注入对甘草种子萌发和根发育效应及作用枫制．草业学报．2 0 0 4 ( 5 )[ B ] H o n g b i nW 。