[发明专利]种子的连续超声处理

说明书

技术领域

本发明一般涉及用于将水或其它物质以及溶解物质摄取到种子中的超声降解和吸胀方法，更具体地，涉及一种用声波处理种子的方法，其目的是赋予种子增强摄取物质的记忆，该物质提高对种子或所得植物生长特性，或者在商业处理期间增加种子的价值。特别地，本发明包括以下发现：曾种植在土壤中并经受超声波能量处理的种子比常规种植的种子以更快的速度成熟。几个实施例公开了包括实验室装置，试点批处理系统和用于连续处理系统的设计，其将超声波应用于经过处理器的长度的种子，处理器的长度可以贯穿超声处理管道并且可以包括螺旋系统。

背景技术

种子休眠是大多数植物采用的时间上分散发芽和优化后代生存的一种独特形式的发育停滞。在种子休眠期间，水分含量和呼吸速率显着降低。打破种子休眠的最初步骤是呼吸所需的水的摄取(吸收)和发芽所需的淀粉储备的调动。吸收是一个双相过程：I)水通过种皮的物理吸收和胚胎的水合；和II)通过胚轴的生长和伸长所决定的发芽，导致毛囊和胚根的出苗。这两个阶段在时间上是分开的，已经完成了第I阶段的种子被称为“引发种子”，即准备好第II阶段：发芽。吸收的第I阶段也用于种子的商业加工，即玉米的湿磨分级和用于蒸馏酒发酵的制麦过程。

通过增强吸水引发种子有利于植物活力，例如，增强出苗、增长和产量特征。种子引发还使种子的发芽同步，导致同一田地的植物同时成熟，以在收获期间获得最大的产量。除了水之外，种子引发提供了使种子与营养物，微生物或害虫抑制剂一起加载以促进成苗率的途径。通过在吸胀阶段I期间向种子中加入分子，分子或有机物可以储存在引发的种子中，因此在种植时呈现。与在整个田地添加类似分子相比，在种子中“大分子的加载”是非常有效的。一个例子是添加肥料以刺激根生长并加速幼苗出苗。在种植之前将肥料载入种子中对于幼苗更有效，对农民更有成本效率。要载入种子的其他有益分子是激素，如促进发芽的赤霉素/赤霉酸，用于细胞延长的细胞分裂素和脱落酸抑制剂以促进从种子休眠释放。通过加入三唑(调节干旱和高温影响的植物生长调节剂)或杀真菌剂来抑制在凉爽、潮湿的土壤里的种子和幼苗中真菌的生长，或加入杀虫剂以对抗攻击幼苗的昆虫例如玉米根虫，种子品种可以根据具体的生长地区进行定制。除了大分子之外，在种子引发期间可以加载有益微生物如氮芥螺或根瘤菌作为作物接种物。

玉米的商业分级从湿磨开始。玉米是淀粉、蛋白质、油、水、纤维、矿物质、维生素和颜料的复杂混合物。湿磨是将玉米成分分离成分离的同质馏分的过程。在爱荷华州，每年收获的10亿蒲式耳玉米中约有20％是湿磨的。湿磨工业和附属制造业代表着巨大的工业成就。随着湿磨工艺不断地被新技术改进，可以以工业量分离新的副产物，例如，乙醇，玉米甜味剂，蛋白质肽和维生素C和E。技术创新没有改变湿磨，浸渍的初始步骤。浸渍包括将清洁干燥的玉米(含水量<16％)浸泡在温水中，直到其膨胀至45％水合。这个过程需要30-50小时，温度为120-130°F。在浸泡过程中，大量的水以逆流方式流过大量的玉米。此外，在此期间，生长在浸渍水中的有益微生物如乳杆菌和铜绿假单胞菌有助于玉米蛋白质的蛋白水解切割。然而，水合所需的大量浸渍水的和时间限制了细菌消化的效率。消化副产物主要通过蒸发浓缩从浸渍水中纯化。

制麦过程是谷物发酵生产酒饮的第一步。麦芽的质量(和所得的发酵)取决于谷物的同步和有效的发芽(germination)。储存在种子中的淀粉在发芽的早期阶段被转化为糖。在起初时，发芽停止，转化的糖在发酵过程中用于生产乙醇。历史上，制麦过程是一项劳动密集型工作。谷物被铺到一个“麦芽地板”上，从顶部洒水器吸收水分，并在一到两周的时间内每天用手转动，以释放被捕获的热量和气体。在幼芽出苗时，淀粉已经转化为糖，将发芽的谷物窑干，研磨成麦芽。微型酿酒厂和酿酒厂仍然使用这种旧的制麦技术的变型来生产高品质的麦芽。一些酿酒厂通过添加赤霉酸(gibberllic acid,GA)诱导统一的发芽，以产生用于发酵的最高质量的麦芽，例如在单一麦芽苏格兰威士忌蒸馏中。GA是调节发芽的植物激素。这种质量的麦芽生产是耗时且昂贵的。

正常植物发芽

水是帮助种子发芽的关键因素。可以通过润湿来准备种子用于发芽。要注意不要将种子完全浸泡在水中。当水渗透种子时，种子膨胀，如图1所示。当种皮软化时，种子断裂，幼苗出现。种子通常在里面储存一定量的食物。用水处理时，将这种食物提供给幼苗，帮助发芽。图2示出了植物从发芽到完全发育的生长。