一种植物种子的发芽工艺.pdf

本发明涉及一种植物种子的发芽工艺，尤其是农作物种子例如谷芽、米芽、麦芽等的工业化发芽生产技术，以及植物种子播种前的发芽技术。本发明运用注排水进行湿呼吸发芽技术、抽放真空进行干呼吸发芽技术和双重呼吸发芽技术，利用水的热容大和水具有不定形、粘度小、易流动等的特性，通过控制水温并向容器内的植物种子进行注排水呼吸和抽放真空呼吸操作工序，使植物种子均匀获得发芽所需的水分、温度与新鲜空气，排出种子在发芽过程中释放废气，快速、高效地完成种子发芽过程。本发明发芽周期短，操作简单，干、湿呼吸法的生产成本极低，在不添加催芽剂、营养液的情况下，发芽率仍然达到95％以上，适合工业化大规模生产。

1、  一种植物种子的发芽工艺，包括对种子用水进行清洗和浸泡，其特征是：对装填在发芽容器内的种子进行注水以提供种子发芽所需的水分、温度、换气，注水时从发芽容器进入，直至浸没种子，注排水时发芽容器与大气连通，以便更换发芽容器中的空气部分，排水与下次注水的间隔时间依据种子温度、含水率以及该种子适宜的注排水时间确定，当种子的实际温度偏离适宜的发芽温度范围，或当种子的含水率低于该种子适宜的含水率，或当种子的实际温度在适宜的发芽温度范围内且注排水时间到，进行一次注水和排水，当种子实际温度低于适宜的发芽温度范围时，注入的水温在适宜的发芽温度范围内或适度高于适宜的发芽温度范围，种子实际温度高于适宜的发芽温度范围时，注入的水温在适宜的发芽温度范围内或适度低于适宜的发芽温度范围，所述的适度是指不大于5℃，排水时从发芽容器底部排尽发芽容器内的流动水以更换种子周围的空气，注水和排水循环进行直至种子发芽完成。

2、  根据权利要求1所述的植物种子的发芽工艺，其特征是：当种子的含水率与温度都在合适的范围内且处于保持状态时，对装填在发芽容器中的种子每隔10～60min进行一次抽真空和放真空操作，更换种子周围的空气。

3、  根据权利要求2所述的植物种子的发芽工艺，其特征是：抽真空至发芽容器产生≤-0.05Mpa压力时即释放真空。

4、  根据权利要求1～3任一权利要求所述的植物种子的发芽工艺，其特征在是：还设置有灭活步骤，向发芽容器注入水温在该种子适宜的灭活温度范围内的水并浸没种子，确保种子温度达到该种子的灭活温度，并保持该种子适宜的灭活时间。

5、  根据权利要求1～3任一权利要求所述的植物种子的发芽工艺，其特征是：排水时，向放置种子的容器中输入氧气、氮气、臭氧中的一种、两种或上述气体的混合物。

6、  根据权利要求2或3所述的植物种子的发芽工艺，其特征是：放真空时，向发芽容器中输入氧气、氮气、臭氧中的一种、两种或上述气体的混合物。

7、  根据权利要求1～3任一权利要求所述的植物种子的发芽工艺，其特征是：向注入的水中添加催芽剂或营养物质。

8、  根据权利要求1～3任一权利要求所述的植物种子的发芽工艺，其特征是：排出的水可以重复使用或进行热交换后重复使用，或对水进行过滤、灭菌、消毒、除臭后重复使用，或向水中添加催芽、营养等物质后重复使用。

9、  根据权利要求1～3任一权利要求所述的植物种子的发芽工艺，其特征是：所述种子为糙米，注水温度为25～40℃，所述适宜的发芽温度范围为32～36℃，所述适宜的含水率为35％以上，所述适宜的注排水时间为2小时。

10、  根据权利要求1～3任一权利要求所述的植物种子的发芽工艺，其特征是：所述种子为小麦，浸泡时的水温在17～19℃，使得清洗和浸泡后的小麦含水率在40％～45％，注水温度为10～24℃，所述适宜的发芽温度范围为15～19℃，所述适宜的含水率为40％～45％，所述适宜的注排水时间为4小时。

一种植物种子的发芽工艺
技术领域：
本发明涉及一种植物种子的发芽工艺，尤其是一种农作物种子如谷芽、米芽、麦芽等的工业化发芽工艺，涉及农业生产(植物播种前种子发芽)、大米加工(糙米发芽)、啤酒生产和食品加工等技术领域。
背景技术：
植物种子的发芽原本是自然界的一种自然现象，绝大部分植物种子在适宜的温度、水分、空气等条件下能自然发芽，其发芽质量的优劣、时间、快慢等完全取决于温度、水分、空气等自然条件。水分是种子发芽所绝对必须的。有了水分，酵素才能活动，种子贮藏的养分才能水解产生作用，细胞才能膨胀伸长。一般种子发芽需要的吸水量超过种子干重的30％左右，有的甚至更多，例如水稻的籽粒吸水量为40％，小麦为56％，棉为52％，油菜为48％，落花生为40～60％，大豆为120％，豌豆为186％，蚕豆为150％等。植物种子的发芽温度可以从0～40℃的范围，但每一种植物都有其发芽适温，也就是最适合于发芽的温度。植物的发芽适温因原产地而异，一般而言，温带植物以15～20℃为最适，亚热带及热带植物以25～30℃为适。随着社会的发展，一些植物的种子需要按照人们不同的需求实现其发芽过程，如啤酒工业使用的麦芽生产，中药炮制中的谷牙、麦芽，水稻播种前的稻谷发芽，近几年发展起来的糙米发芽等。
啤酒工业使用的麦芽生产，是工业化程度较高的一种植物种子发芽生产方式。经历了地板式、撒拉丁式、劳斯曼式以及塔式等几个麦芽生产阶段，自上世纪七十年代第一个塔式麦芽生产设备使用以来，麦芽生产工业进入了大型化和集约化时代。大部分生产技术一直沿用至今。发芽方式基本上围绕着工业化、大批量、高效率、低成本、高发芽率等目标，不断提升工艺和装备技术水平。
专利ZL 01226358.3提供了一种麦芽试验机，专利ZL 98221224.0公开了一种小批量麦芽制造工艺试验机，其发芽的主要原理均基于地板式、撒拉丁式、劳斯曼式，即用水浸泡或喷淋麦子，使麦子获得发芽所需要的水分，用风机更换空气，给麦子提供新鲜空气，通过喷淋水调节麦子的温度或水分。专利ZL 02295675.1提供了一种翻麦机发芽箱，是一种撒拉丁式麦芽生产工艺和设备。该专利针对撒拉丁式制麦芽工艺翻麦机和出料机分别工作存在的不足，提供了翻麦、出料一体化的发芽设备。
专利ZL 02115468.6提供了一种黑小麦麦芽的制备工艺，发明专利申请号03143935.7公开了啤酒小麦麦芽的生产工艺，以及发明专利申请号200610041840.8公开了一种麦芽制备工艺。上述专利的麦芽发芽过程在浸麦阶段，基本上按时段采用水浸泡麦子，或间隔喷淋雾化水，使麦子获得发芽所需要的水分；在发芽阶段，采用通风、搅拌等手段，使麦子在规定的温度、湿度和适宜的空气条件下发芽。专利CN 1017444B公开了麦芽生产快速浸麦新工艺，采用减压-喷淋法浸麦，以减压法将麦粒中的气体抽出，由于负压的存在水被迅速吸入麦粒中，以此提高浸麦速度，此后采用间歇喷淋法，吸水与供氧同时进行。
专利(瑞士)ZL 200480019441.0提供了一种用于将谷物制成麦芽的设备，是一种塔式麦芽生产设备。该设备包括彼此分开的若干层，每一层都包括透气的承载板以支撑待发芽的谷物，塔内还有用于调节空气的空气调节装置和置换装置，以及供应通道和排放通道。谷物浸泡后装载于塔板，通过供应通道和排放通道使谷物在适宜的温度、湿度等条件下发芽。专利申请号200510038044.4公开了一种啤酒大麦的制麦新工艺，采用浸水和断水喷淋交替浸麦，浸水时间隔通风，断水时间隔大量水喷淋浸麦，浸麦温度17～19℃，出槽浸麦度40～46％，浸麦阶段配合抽吸二氧化碳，发芽温度14～19℃，高低温交替控制发芽。专利ZL200820033049.7提供了一种新型旋转式制麦设备，是对旋转式麦芽炉、发芽箱的技术改进，提供了一种旋转式的承料台、固定位置的一体化制麦主机，使承料台上所有物料既能翻动又能围绕箱体中心转动，消除加工“盲区”，使得物料能被均匀加工。
专利ZL 03272874.3提供了一种具臭氧供给系统的电子加热式发芽器供一般家庭发芽使用。该专利通过加热器对糙米及水加热，同时用送气泵将臭氧注入水中，应用臭氧有效解决杀菌、除臭、缩短糙米发芽时间等问题。
专利02253500.4提供的一种发芽糙米的一体化生产设备，专利申请号02142475.6公开了发芽胚芽米的制造方法和装置，200310115408.5公开了制备发芽糙米的方法及由此制得的发芽糙米，专利200320104631.5提供的一种糙米发芽装置，专利200620095695.7提供的一种糙米发芽机，200620118150.3提供的一种罐式分层浸泡与发芽装置，专利200620021855.3提供的一种发芽糙米设备，
专利申请号200610156160.0公开了一种发芽胚芽米的制备方法及其装置，其主要方法是：将糙米摊展成为薄层，加水进行浸泡；浸泡好后将糙米原状取出，对原糙米所处的空间进行恒湿处理，使该空间湿度保持在65％～100％，促进糙米发芽；糙米发芽后再原状取出，往发芽糙米中加入70℃～100℃的热水，进行钝化处理，终止其胚芽的继续生长。
现有的发芽技术大多发芽周期长，生产成本高，操作复杂，达不到工业化生产的要求，因此出现了催芽剂，以缩短种子发芽的时间和提高发芽率。比如申请号为200510127301.1提供的提高花楸种子发芽率工艺方法，该专利采用硝酸钾溶液、清水、高锰酸钾溶液反复浸泡以提高发芽率。申请号为93101336.4公开了对结缕草种子促进发芽的处理方法，其中包括完全成熟种子的碱处理工程，碱溶液的水洗及中和工程，酸处理工程，酸溶液的水洗及中和工程，燃料染色工程以及脱水及干燥工程。
小结：
1、植物种子发芽的基本条件是使植物种子保持适宜的温度、水分和新鲜空气；要获得高的发芽率，使植物种子均匀获得温度、水分和新鲜空气的方法成为关键技术。如专利申请号200510038044.4采用三次浸水和断水喷淋交替浸麦，浸水时间隔通风，高低温交替控制发芽。专利CN 1017444B采用减压-喷淋法浸麦，以提高浸麦速度。专利公开号CN 1361658A只解决了使糙米获得温度与水分的问题，不能解决糙米在发芽过程中所需的空气。这些已有技术取得的效果仍不理想，发芽时间长，生产成本降不下来。另外，在水的连续循环条件下，由于会产生壁流、沟流等现象，水的流速较高区域与较低区域，植物种子的温度是不均匀的，会影响种子的发芽率。
2、已有的种子发芽技术大多根据经验或试验结果，采用较长时间水浸泡的方式进行种子发芽，更易于种子中微生物生长而产生发馊、发臭等异味，不利于大批量、规模化生产。
发明内容：
本发明的目的是克服已有技术的不足，使得植物种子均匀获得发芽所需的温度、水分和新鲜空气为关键技术的突破口，提供一种产量大、工艺简单、发芽率高、生产成本低的植物种子的发芽工艺。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：该植物种子的发芽工艺，包括对种子(所述种子均指植物种子，下同)进行清洗和浸泡，其特征在于对装填在容器内的种子进行注水以提供种子发芽所需的水分、温度，注水时从发芽容器进入，直至浸没种子，注排水时发芽容器与大气连通，以便更换发芽容器中的空气，排水与下次注水的间隔时间依据种子温度、含水率以及该种子适宜的注排水时间确定，当种子的实际温度偏离适宜的发芽温度范围，或当种子的含水率低于该种子适宜的含水率，或当种子的实际温度在适宜的发芽温度范围内且注排水时间到，进行一次注水和排水，当种子实际温度低于适宜的发芽温度范围时，注入的水温在适宜的发芽温度范围内或适度高于适宜的发芽温度范围，种子实际温度高于适宜的发芽温度范围时，注入的水温在适宜的发芽温度范围内或适度低于适宜的发芽温度范围，所述的适度是指不大于5℃，即水温在发芽温度范围下限-5℃～发芽温度范围上限+5℃范围内，排水时从发芽容器底部排尽发芽容器内的流动水以更换种子周围的空气，注水和排水循环进行直至种子发芽完成。该方案的要点是通过不断进行的注排水呼吸法，使得种子得到有利生长的水温、湿度和新鲜空气(氧气)，从而更好地均匀地发芽。
本发明解决上述技术问题所采用的进一步改进的技术方案是：对装填在发芽容器中的种子每隔一段时间进行一次抽真空和放真空操作，更换种子周围的空气。抽真空时，当发芽容器产生≤-0.05Mpa压力(表压)时即可释放真空。该方案的要点是通过抽放真空式呼吸法，使得种子得到有利生长的新鲜空气(氧气)，从而更好地均匀地发芽。
本发明向容器内种子进行注水和排水，通过注水和排水调节和控制种子发芽所需的水分、温度，利用水置换空气的方式更换种子周围的空气，称之为“湿呼吸”或“注排水呼吸法”。当种子的含水率与温度都在合适的范围内时向容器抽真空，使发芽容器产生≤-0.05Mpa压力(表压)再释放真空，通过抽真空和释放真空的方式更换容器内的空气，使种子获得发芽所需的新鲜空气，称之为“干呼吸”或“抽放真空式呼吸法”。排水与下次注水的间隔时间依据种子温度和含水率确定，当种子的实际温度偏离适宜的发芽温度时，或当种子的含水率低于20％时，进行一次注水和排水。当种子的含水率与温度都在合适的范围内时，每隔10～60min进行一次抽真空和放真空操作。
在本发明中，注入水的温度可以根据不同种子发芽的需要进行控制。
在植物种子发芽过程中，排出的水可以重复使用，或对水进行热交换，或对水进行过滤、灭菌、消毒、除臭，或向水中添加催芽、营养等物质后再重复使用。
在植物种子发芽过程中，进行排水或放真空时，还可以向发芽容器输入氧气、氮气、臭氧或以上气体的混合物等，供给种子发芽和灭菌。
在植物种子发芽过程中，还可以向注入的水中添加催芽、营养等物质，以进一步提高发芽率和缩短发芽时间。
本发明的有益效果在于：
(1)采用湿呼吸对种子进行发芽，解决了工业化大批量进行种子发芽的关键技术，即为使种子获得较高的发芽率，糙米必须均匀地获得其发芽所需的温度、水分和新鲜空气。通过向容器内的种子进行注水和排水，利用水的热容大和水具有不定形、粘度小、易流动等的特性，注水时种子周围的空气被排出，种子可以获得水分和水的热能，排水时种子周围又补充新鲜空气，除可以清洗种子外，还使得发芽容器内种子均匀地获得发芽所需的温度、水分和新鲜空气，排除种子发芽过程中放出的废气，因此此法具有较高的发芽率，其发芽率与最优化的实验方法相比可达到95％以上，甚至是100％。
(2)采用了抽放真空干呼吸与注排水湿呼吸进行交替发芽的生产工艺，可以实现自动将种子装填到发芽容器，干呼吸部分替代湿呼吸，节约水资源，增加呼吸频率，可以进一步提高种子发芽率，缩短发芽时间。
(3)湿呼吸与干呼吸在种子发芽生产中的应用，为富氧、富氮条件下种子发芽提供了技术保证，为进一步生产优质的发芽种子提供了可行的技术与装备。
(4)便于实现全自动化生产。本发明的发芽工艺包含了清洗、浸泡、发芽三道工序，也可增加第四道灭活工序。进行灭活的目的是为了防止某些植物种子继续发芽而影响产品质量，当后续的干燥时间短，或对种子进行粉碎等加工，或种子的继续发芽不影响产品质量，或者当环境温度低于种子发芽温度(如冬天)等情况下，可以不进行灭活。通过对种子发芽过程的水温、种子温度、水位、压力、时间、泵、阀门等的自动控制，实现种子发芽过程的自动控制，结合工业生产干燥设备，容易实现发芽种子的全自动化生产。
(5)有利于实现各种先进的种子发芽技术。如已有技术中关于对种子进行灭菌、消毒、除臭、催芽、营养等，通过向水中添加某些物质，实现对发芽糙米进行灭菌、消毒、除臭、催芽、营养等需要。
(6)此法比浸水与断水交替法，喷雾浸麦法、减压-喷淋法等具有设备简单，操作简便，浸水速度快，发芽周期短，生产成本低，产品质量好，即使在不添加任何催芽剂、营养液的条件下，就可以达到较高的发芽率，有较高的科学性、先进性和实用性，有显著的社会效益和较高的经济效益。
具体实施方式：
实施例1：
本实施例以糙米发芽为例。
1、植物种子的前期准备和发芽温度确定
为确保每粒糙米均能发芽，应购买完好的糙米。完好的糙米应该包含米糠层、芽胚、胚乳，其中糠层光滑、透亮的为完好糙米。另外，用于加工糙米的稻谷应确认其在干燥过程中未进行过高温处理，以免失活。
糙米发芽温度确定：根据糙米品种，以及发芽时间、发芽米的品质等要求，先在实验条件下进行发芽。其方法是：采用恒温水浴锅，糙米投放量为小于50g/l水，在不同的温度下进行连续浸泡发芽，根据发芽糙米的品质、芽长和发芽时间等情况，确定适宜的发芽温度。上述控制水浴锅的温度可视作糙米适宜的发芽温度。据试验，普通籼糙米依据一般发芽要求，适宜的发芽温度为32～36℃。
2、发芽工艺
2.1清洗、浸泡
将糙米装填至发芽容器中，用水进行清洗、浸泡，使得糙米的含水率达到35％或以上，糙米的温度达到适宜的发芽温度范围，即32～36℃。
2.2注排水呼吸法(注排水气液置换呼吸法)
根据糙米的发芽温度进行注水和排水，注水温度为27～41℃，当糙米的实际温度低于或高于适宜的发芽温度范围(本实施例为32～36℃)时，都要进行一次注水和排水，水从发芽容器底部注入，直至浸没糙米，注排水时发芽容器与大气连通，以便更换发芽容器中的空气，排水与下次注水的间隔时间依据糙米温度、含水率以及糙米适宜的注排水时间确定，当糙米的实际温度偏离适宜的发芽温度范围，或当糙米的含水率低于35％，或当糙米的实际温度在适宜的发芽温度范围内且注排水时间(本实施例为2小时)到，进行一次注水和排水，排水时从发芽容器底部排尽发芽容器内的流动水以更换糙米周围的空气，注水和排水循环进行直至糙米发芽完成。具体做法是每次注水浸没米面后10min或待水温与糙米温度基本平衡后排水。排水时可以向发芽容器中输入氧气、氮气、臭氧中的一种、两种或上述气体的混合物，供给糙米发芽和灭菌，确保米芽茁壮成长。从发芽容器中排出的水可以重复使用，或经过热交换重复使用，或者对水进行过滤、灭菌、消毒、除臭，或向水中添加催芽剂、营养物质后重复使用。但在发芽过程中若浸泡水出现浑浊、异味等，应排放出去。其中：糙米实际温度低于适宜的发芽温度范围时，注入的水温在适宜的发芽温度范围内或适度高于适宜的发芽温度范围，种子实际温度高于适宜的发芽温度范围时，注入的水温在适宜的发芽温度范围内或适度低于适宜的发芽温度范围，所述的适度是指不大于5℃，即水温在27℃～41℃范围内，本实施例在30～40℃范围内。
2.3注排水呼吸法与抽放真空式呼吸法的组合
抽放真空式呼吸法应结合注排水呼吸法进行(即可交替进行)，当糙米的温度与水分低于其发芽的要求时，进行注排水呼吸法，以提供糙米发芽所需的温度与水分，同时更换种子周围的空气；当糙米的含水率与温度都在合适的范围内且处于保持状态时，对装填在发芽容器中的糙米每隔2h进行一次抽真空和放真空操作，抽真空至发芽容器内产生≤-0.05Mpa压力(表压)时即可释放真空，以便用抽真空和放真空的方法来更换糙米周围的空气。发芽过程中不断进行注排水和抽放真空工序，使得糙米均匀地获得其发芽所需的温度、水分和新鲜空气。
2.4灭活
待芽长符合要求时进入灭活阶段。进行灭活时，向发芽容器注入70℃的热水并浸没米面，确保发芽米温度达到或超过60℃，并保持15min左右，完成灭活过程。
实施例2：
本实施例以小麦发芽为例，主要步骤同实施例1，具体参数步骤如下。
1、清洗与浸泡
将选取好的小麦装填至发芽器中，用水清洗、浸泡，浸泡时的水温在17～19℃，使得清洗和浸泡后的小麦含水率在40％～45％。
2、发芽
发芽温度控制在15～19℃，含水率在40％～45％，每隔4h进行注排水，注水温度为10～24℃，同时每隔4h进行一次抽真空和放真空操作，抽真空至发芽容器内产生≤-0.05Mpa压力(表压)时即可释放真空。
实施例3：
本实施例以大豆发芽为例，主要步骤同实施例1，具体参数步骤如下。
1、清洗与浸泡
将选取好的大豆装填至发芽器中，用水清洗、浸泡，浸泡温度在25℃左右，使得大豆含水率达到65％左右，大豆的发芽温度为25～30℃。
2、发芽
发芽温度控制在25～30℃，含水率控制在65％以上，每隔4h进行注排水，注水温度为20～35℃，同时每隔4h进行一次抽真空和放真空操作，抽真空至发芽容器内产生≤-0.05Mpa压力(表压)时即可释放真空。
表一、不同植物种子的发芽工艺与参数