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Research progress on the application of plasma technology in grains treatment

  • Li Shuai ,
  • Xin Siran ,
  • Dong Qing
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  • College of Food Science and Nutritional Engineering, Jilin Agricultural University, Jilin 132101, China

Received date: 2025-05-13

  Online published: 2026-02-09

Abstract

The application progress of plasma technology in grain seed treatment, quality improvement, and processing and storage were reviewed. In terms of seed treatment, this technology can effectively enhance the vitality of grain seeds and crop stress resistance, dielectric barrier discharge plasma-activated water was found to enhance water absorption and growth indicators in soybeans; radiofrequency plasma treatment improved wheat germination rates and enhanced root activity; cold plasma treatment induced drought resistance in oats. In terms of quality improvement, this technology can sterilize and degrade toxins, improve nutritional and physiological quality, and processing performance, thereby enhancing grain quality. Low temperature plasma can effectively degrade vomitoxin in wheat grains; cold plasma treatment can enhance the antioxidant enzyme activity in peanuts and increase the wet gluten content of wheat seeds. In terms of processing and storage, this technology helps to ensure the quality of grain storage and extend the shelf life, cold plasma treatment of rice significantly improved its cooking properties and effectively extended its safe storage period. Plasma technology demonstrates application potential across multiple aspects of grain, providing new technological insights for agricultural production and food processing.

Cite this article

Li Shuai , Xin Siran , Dong Qing . Research progress on the application of plasma technology in grains treatment[J]. Anhui Agricultural Science Bulletin, 2026 , 32(3) : 87 -89 . DOI: 10.16377/j.cnki.issn1007-7731.2026.03.020

提升谷物产量与品质是保障粮食安全的重要基础。作为一种新型的高效处理技术,等离子体技术展现出其独特的优势,凭借其独特的理化特性,在农业领域逐渐推广。
等离子体是物质呈现的一种特殊聚集状态,其构成主体为带正电荷的离子、带负电荷的自由电子、呈电中性的中性粒子以及光子等微观粒子,其正离子承载的正电荷总量与自由电子携带的负电荷总量处于电荷守恒意义上的动态平衡状态[1-2]。依据所处温度条件以及热平衡状态,可将等离子体科学划分为高温等离子体和低温等离子体[3]。等离子体无需添加化学物质,可生成高活性粒子,并使这些粒子与物质发生相互作用,实现对谷物种子活力的激活、抗逆性的提升以及谷物品质的全方位改善。
以等离子体技术作为处理手段加以运用,不仅可提升谷物产量,还可切实改善其品质。等离子体技术在一定程度上降低了农业生产对常规化学药剂的依赖性,减少了环境污染,为解决当前农业生产难题提供了可行性解决方案[4]。本文探讨了等离子体技术在谷物种子处理、品质改善及加工储藏等方面的应用,为农业生产和粮食加工提供技术参考。

1 等离子体在谷物种子处理中的应用

1.1 种子活力激活

等离子体技术在农业生产中展现出较大潜力,特别是在提高谷物种子的发芽率和产量方面。宋昊元[5]利用介质阻挡放电(DBH)等离子体活化水对大豆进行处理,并记录不同电压下制备的活化水作用于大豆时对植株高度、茎秆粗度、植株鲜质量以及叶绿素相对含量的影响,发现当活化水制备电压达到最佳值时,大豆种子的吸水率明显提高,大豆的其他相关指标均有所提升。经过研究验证,利用DBH产生的等离子体活化水能够切实推动大豆生长。黄明镜[6]采用弧光等离子体技术对小麦种子实施萌发处理。结果显示,经弧光等离子体处理后,小麦种子的α-淀粉酶活性、过氧化物酶活性和可溶性蛋白质含量明显提高;不同品种对等离子体的敏感性反应不同。

1.2 抗逆性提升

等离子体技术在提升作物抗逆性方面具有显著潜力,能增强作物对干旱、极寒等逆境的抵抗力。卜咏梅等[7]通过构建冷等离子体物理诱变体系,系统评估了该技术对燕麦种子干旱胁迫耐受性的诱导效应。结果显示,电压5 kV,时间30 s的冷等离子体处理对PEG-6000溶液浓度3%、10%、15%胁迫下的燕麦幼苗抗旱能力提升效果较好。李彩虹等[8]探究了辉光放电低温等离子体对不同工作压强、处理时间条件下玉米种子的影响。结果显示,经优化处理的玉米种子表面润湿性显著增强,脂肪酸氧化程度减弱,同时其抗氧化酶系统发生特异性响应,抗氧化水平上升,抗逆性增加。
综上,等离子体技术应用于谷物种子处理方面,可有效提升种子的活力与作物抗逆性。

2 等离子体在谷物品质改善中的应用

2.1 杀菌与毒素降解

等离子体技术是一种高效的杀菌方法,能有效减少谷物加工和储存过程中的微生物污染,保障谷物品质和安全,同时可降解毒素,延长储存期。张敏[9]利用双DBH低温等离子体技术对小麦籽粒中的呕吐毒素(DON)实施降解处理,发现该技术对DON含量1 458.35 μg/kg的小麦降解率最高,为61.10%;随着处理时间延长,小麦籽粒中水分含量、蛋白质含量和淀粉含量均明显减少,脂肪酸值、湿面筋含量、色泽和硬度均无明显变化,说明低温等离子体处理可有效降解小麦籽粒中DON。刘欢等[10]通过高压电场低温等离子体(HVCP)消杀花生表面黄曲霉毒素,发现HVCP杀菌工艺参数为处理电压122 kV、处理时间135 min、处理频率56 Hz时,杀菌率可达99.56%。

2.2 营养及生理品质改善

等离子体处理通过其活性成分(如活性氧、氮物种和紫外线)作用于谷物,使其理化性质发生改变,适度修饰淀粉和蛋白质结构,综合提升谷物的营养与生理品质。王向阳[11]研究发现,冷等离子体处理可提升花生的品质;其中,超氧化物歧化酶活性在处理6 min时最高。

2.3 加工性能改善

等离子体处理通过活性粒子对谷物表面和内部结构的温和修饰,可有效改善其加工性能。何鑫[12]探讨了冷等离子体技术在小麦种子处理中的应用及其对小麦品质的潜在影响。结果表明,经过冷等离子体技术处理的小麦种子在贮存6个月后,其湿面筋含量为28.3%,面筋吸水量为191%;与未经过冷等离子体技术处理的小麦种子(湿面筋含量26.8%、面筋吸水量185%)对比,相关指标均得到提升。
综上,等离子体技术干预谷物,可起到杀菌与降解毒素、改善营养及生理品质以及提高加工性能的作用。

3 等离子体在谷物储藏中的应用

等离子体通过激活种子活力、提高作物抗逆性、降解毒素与杀菌、改善加工性能,以提高其品质,进而延长其保质期,可应用到包装材料的改性中。刘静静[13]聚焦于冷等离子体技术在大米处理中的应用,深入研究了处理后的大米蒸煮性能、形态特性、代谢特性及分子构象。结果显示,冷等离子体技术处理较未处理的大米蒸煮时间缩短5.5 min,持水率和米汤可溶性固形物含量增加,大米蒸煮时所表现出的品质得到明显优化;同时发现处理后的大米在15 ℃环境下可安全储藏10个月以上,在20 ℃时安全储藏期为8个月。该研究结果有助于优化大米储藏策略,将冷等离子体技术与15 ℃低温储藏相结合,可有效抑制大米品质劣变、延长其保质期,保障大米品质。张冉[14]研究指出,低温等离子体技术处理可制备高直链玉米淀粉改性复合膜,提高了膜基质间的相互作用力。
综上,等离子体技术在谷物储藏中的应用,可保障谷物储藏品质并延长保质期。

4 结语与展望

等离子体处理在谷物生产与加工等多个方面展现出较大的应用潜力,为农业生产和粮食加工领域带来了新的技术手段和解决方案。等离子体技术应用可激活种子活力、提升谷物品质、改善谷物的储藏和加工性能,其应用前景广阔且充满发展机遇。未来,等离子体技术在谷物生产、加工、储存等环节的应用将更加广泛和深入。同时,跨学科的合作与创新将持续推动等离子体技术在谷物领域的进一步发展,为推动农业竞争力升级,促进农业现代化贡献积极力量。
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