Влияние низкотемпературной атмосферной плазмы слаботочных высоковольтных разрядов на структуру поверхности и водопоглощающую способность зернового материала

Влияние низкотемпературной атмосферной плазмы слаботочных высоковольтных разрядов на структуру поверхности и водопоглощающую способность зернового материала

Автор: Шорсткий И. А., Мунассар Е. Х.

Журнал: Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий @vestnik-vsuet

Рубрика: Процессы и аппараты пищевых производств

Статья в выпуске: 2 (96) т.85, 2023 года.

Бесплатный доступ

Применение подготовительных электрофизических методов воздействия на пищевое сырье является одним из основных трендов развития инновационных процессов и технологий в пищевой и перерабатывающей промышленности. На базе физического эффекта эмиссии электронов от термоэмиссионного источника была получена низкотемпературная атмосферная плазма (НАП) слаботочных высоковольтных разрядов, которую успешно применили для воздействия на зерновой материал. В качестве основных методов анализа электрофизического воздействия были рассмотрены физические характеристики и эволюция низкотемпературной атмосферной плазмы. Для оценки эффекта воздействия низкотемпературной плазмы на зерновой материал проводили измерения водопоглощающей способности и анализ модификации поверхности методами электронной сканирующей микроскопии. Экспериментально установлено, что обработка НАП способствует более интенсивному процессу водопоглощения за счет изменения поверхностной структуры зернового материала. Общая длительность процесса водопоглощения зернового материла после обработки НАП снизилась более чем в три раза до достижения равновесного влагосодержания. Сканирующая электронная микроскопия показала, что обработка НАП приводит к возникновению мелкоячеистой структуры поверхности зернового материала. Эффект обработки НАП приводит к модификации поверхности семян, заключающейся в проявлении мелкоячеистой структуры на поверхности семян. Учитывая преимущества технологии НАП, а именно отсутствие необходимости вакуумирования и малая длительность обработки, технология обладает высоким практическим потенциалом.

Еще

Зерновой материал, атмосферная плазма, модификация поверхности, водопоглощение, пищевое сырье

Короткий адрес: https://sciup.org/140303212

IDR: 140303212   |   DOI: 10.20914/2310-1202-2023-2-23-31

Список литературы Влияние низкотемпературной атмосферной плазмы слаботочных высоковольтных разрядов на структуру поверхности и водопоглощающую способность зернового материала

  • Misra N.N., Schlüter O., Cullen P.J. Cold plasma in food and agriculture: fundamentals and applications. Academic Press, 2016. P. 205-221. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-801365-6.00008-1.
  • Ekezie F.G.C., Sun D.W., Cheng J.H. A review on recent advances in cold plasma technology for the food industry: Current applications and future trends // Trends in food science & technology. 2017. V. 69. P. 46-58. https://doi.org/10.1016/j.tifs.2017.08.007
  • Hashizume H., Kitano H., Mizuno H., Abe A. et al. Improvement of yield and grain quality by periodic cold plasma treatment with rice plants in a paddy field // Plasma Processes and Polymers. 2021. V. 18. №. 1. P. 2000181. https://doi.org/10.1002/ppap.202000181
  • Mravlje J., Regvar M., Vogel-Mikuš K. Development of cold plasma technologies for surface decontamination of seed fungal pathogens: Present status and perspectives // Journal of Fungi. 2021. V. 7. №. 8. P. 650. https://doi.org/10.3390/jof7080650
  • Misnal M.F.I., Redzuan N., Zainal M.N.F., Ahmad N. et al. Cold Plasma: A Potential Alternative for Rice Grain Postharvest Treatment Management in Malaysia // Rice Sci. 2022. V. 29. № 1. P. 1-15. https://doi.org/10.1016/j.rsci.2021.12.001
  • Filatova I., Lyushkevich V., Goncharik S., Zhukovsky A.et al. The effect of low-pressure plasma treatment of seeds on the plant resistance to pathogens and crop yields // Journal of Physics D: Applied Physics. 2020. V. 53. №. 24. P. 244001. https://doi.org/10.1088/1361-6463/ab7960
  • Дубинов А.Е., Лазаренко Е.Р., Селемир В.Д. Влияние воздушной плазмы тлеющего разряда на семена зерновых культур // IEEE Трансакции по плазменной науке. 2000. Т. 28. № 1. С. 180-183. https://doi.org/10.1109/27.842898
  • Scholtz V., Šerá B., Khun J., Šerý M et al. Effects of Nonthermal Plasma on Wheat Grains and Products // J. Food Qual. 2019. 7917825. https://doi.org/10.1155/2019/7917825
  • Балданов Б.Б., Ранжуров Т.В., Сордонова М.Н., Будажапов Л.В. Изменение свойств и структуры поверхности зерен под воздействием тлеющего разряда при атмосферном давлении // Доклады по физике плазмы. 2020. Т. 46. № 1. С. 110-114. https://doi.org/10.1134/S1063780X2001002X
  • Randeniya L.K., de Groot G.J.J.B. Non-Thermal Plasma Treatment of Agricultural Seeds for Stimulation of Germination, Removal of Surface Contamination and Other Benefits: A Review // Plasma Process. Polym. 2015. V.12 (7). P. 608-623. https://doi.org/10.1002/ppap.201500042
  • Li L., Jiang J., Li J., Shen M. et al. Effects of Cold Plasma Treatment on Seed Germination and Seedling Growth of Soybean // Sci. Rep. 2014. V. 4 (1). P. 1-7. https://doi.org/10.1038/srep05859
  • de Groot, G.J.J.B., Hundt A., Murphy A.B., Bange M.P. et al. Cold Plasma Treatment for Cotton Seed Germination Improvement // Sci. Rep. 2018. V. 8 (1). P. 14372. https://doi.org/10.1038/s41598-018-32692-9
  • Chaple S., Sarangapani C., Jones J., Carey E. et al. Effect of Atmospheric Cold Plasma on the Functional Properties of Whole Wheat (Triticum Aestivum L.) Grain and Wheat Flour // Innov. Food Sci. Emerg. Technol. 2020. V. 66. P. 102529. https://doi.org/10.1016/j.ifset.2020.102529
  • Los A., Ziuzina D., Boehm D., Cullen P.J. et al. Investigation of Mechanisms Involved in Germination Enhancement of Wheat (Triticum Aestivum) by Cold Plasma: Effects on Seed Surface Chemistry and Characteristics // Plasma Process. Polym. 2019. V. 16 (4). P. 1-12. https://doi.org/10.1002/ppap.201800148
  • Zhang B., Li R., Yan J. Study on Activation and Improvement of Crop Seeds by the Application of Plasma Treating Seeds Equipment // Arch. Biochem. Biophys. 2018. V. 655. P. 37-42. https://doi.org/10.1016/j.abb.2018.08.004
  • Stolárik T., Henselová M., Martinka M., Novák O. et al. Effect of Low-Temperature Plasma on the Structure of Seeds, Growth and Metabolism of Endogenous Phytohormones in Pea (Pisum Sativum L.) // Plasma Chem. Plasma Process. 2015. V. 35 (4). P. 659-676. https://doi.org/10.1007/s11090-015-9627-8
  • Karim N., Shishir M.R.I., Bao T., Chen W. Effect of Cold Plasma Pretreated Hot-Air Drying on the Physicochemical Characteristics, Nutritional Values and Antioxidant Activity of Shiitake Mushroom // J. Sci. Food Agric. 2021. https://doi.org/10.1002/jsfa.11296
  • Pothiraja R., Lackmann J.-W., Keil G., Bibinov N. et al. Biological Decontamination Using Pulsed Filamentary Microplasma Jet. In Plasma for Bio-Decontamination // Medicine and Food Security; Springer. 2012. P. 45-55.
  • Ahn J.Y., Kil D.Y., Kong C., Kim B.G. Comparison of Oven-Drying Methods for Determination of Moisture Content in Feed Ingredients // Asian-Australasian J. Anim. Sci. 2014. V. 27 (11). P. 1615-1622. https://doi.org/10.5713/ajas.2014.14305
  • Шорсткий И.А., Яковлев Н. Метод формирования поглощающего материала на основе магнитоуправляемых частиц Fe3O4 // Неорганические материалы: прикладные исследования. 2020. V. 11 (5). https://doi.org/10.1134/S2075113320050317
  • Реимер Л.А. Сканирующая электронная микроскопия: Физика формирования изображений и микроанализа. Спрингер, 2013. Т. 45.
  • Westover T.L., Franklin A.D., Cola B.A., Fisher T.S. et al. Photo-and thermionic emission from potassium-intercalated carbon nanotube arrays // Journal of Vacuum Science & Technology B, Nanotechnology and Microelectronics: Materials, Processing, Measurement, and Phenomena. 2010. V. 28. №. 2. P. 423-434. https://doi.org/10.1116/1.3368466
  • James M.C., Fogarty F., Zulkharnay R., Fox N.A. et al. A review of surface functionalisation of diamond for thermionic emission applications // Carbon. 2021. V. 171. P. 532-550. https://doi.org/10.1016/j.carbon.2020.09.019
  • Liang S.J., Ang L.K. Electron thermionic emission from graphene and a thermionic energy converter // Physical Review Applied. 2015. V. 3. №. 1. P. 014002. https://doi.org/10.1103/PhysRevApplied.3.014002
  • Sommerfeld A. Electrodynamics: Lectures on Theoretical Physics. Academic Press, 2013. V. 3.
  • Tang H., Cheng X. Measurement of Liquid Surface Tension by Fitting the Lying Droplet Profile // Measurement. 2022. V. 188. P. 110379. https://doi.org/10.1016/j.measurement.2021.110379
  • Шорсткий И.А., Яковлев Н. Экспериментальное исследование таунсендовского разряда с многоточечным катодом на динамической платформе из магнитоуправляемых частиц Fe и Fe - Al // Журнал технической физики. 2021. Т. 66 (8). С. 1276-1285. https://doi.org/10.1134/S1063784221080144
  • Шорсткий И.А. Предварительная обработка холодной плазмой при сушке растительного сырья // Пищевые процессы. Техника и технология пищевых производств. 2022. Т. 52. № 3. С. 613-622. https://doi.org/10.21603/2074-9414-2022-3-2391
  • Yodpitak S., Mahatheeranont S., Boonyawan D., Sookwong P. et al. Cold plasma treatment to improve germination and enhance the bioactive phytochemical content of germinated brown rice // Food chemistry. 2019. V. 289. P. 328-339. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2019.03.061
  • Henselová M., Slováková Ľ., Martinka M., Zahoranová A. Growth, anatomy and enzyme activity changes in maize roots induced by treatment of seeds with low-temperature plasma // Biologia. 2012. V. 67. P. 490-497. https://doi.org/10.2478/s11756-012-0046-5
  • Dhayal M., Lee S.Y., Park S.U. Using low-pressure plasma for Carthamus tinctorium L. seed surface modification // Vacuum. 2006. V. 80. №. 5. P. 499-506. https://doi.org/10.1016/j.vacuum.2005.06.008
  • Sera B., Spatenka P., S̆erý M., Vrchotova N. et al. Influence of plasma treatment on wheat and oat germination and early growth // IEEE Transactions on Plasma Science. 2010. V. 38. №. 10. P. 2963-2968. https://doi.org/10.1109/TPS.2010.2060728
  • Петрухина Д.И., Полякова И.В., Горбатов С.А. биоцидная эффективность нетермальной аргоновой плазмы атмосферного давления // Пищевые процессы. Техника и технология пищевых производств. 2021. V. 51 (1). P. 86-97. https://doi.org/10.21603/2074-9414-2021-1-86-97
  • Rasooli Z., Barzin G., Mahabadi T.D., Entezari M. Stimulating effects of cold plasma seed priming on germination and seedling growth of cumin plant // South African Journal of Botany. 2021. V. 142. P. 106-113. https://doi.org/10.1016/j.sajb.2021.06.025
  • Rathjen J.R., Strounina E.V., Mares D.J. Water movement into dormant and non-dormant wheat (Triticum aestivum L.) grains // Journal of experimental botany. 2009. V. 60. №. 6. P. 1619-1631. https://doi.org/10.1093/jxb/erp037
  • Qiu L., Zhang M., Tang J., Adhikari B.et al. Innovative technologies for producing and preserving intermediate moisture foods: A review // Food research international. 2019. V. 116. P. 90-102.. https://doi.org/10.1016/j.foodres.2018.12.055
  • Misnal M.F.I., Redzuan N., Zainal M.N.F., Ibrahim R.K.R. et al. Emerging cold plasma treatment on rice grains: A mini review // Chemosphere. 2021. V. 274. P. 129972. https://doi.org/doi.org/10.1016/j.chemosphere.2021.129972
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp