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.

1. Misra N.N., Schlüter O., Cullen P.J. Cold plasma in food and agriculture: fundamentals and applications. Academic Press, 2016. P. 205–221. doi: 10.1016/B978–0–12–801365–6.00008–1.

2. 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. doi: 10.1016/j.tifs.2017.08.007

3. 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. doi: 10.1002/ppap.202000181

4. 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. doi: 10.3390/jof7080650

5. 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. doi: 10.1016/j.rsci.2021.12.001

6. 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. doi: 10.1088/1361–6463/ab7960

7. 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. doi: 10.1109/27.842898

8. Scholtz V., Šerá B., Khun J., Šerý M et al. Effects of Nonthermal Plasma on Wheat Grains and Products // J. Food Qual. 2019. 7917825. doi: 10.1155/2019/7917825

9. 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. doi: 10.1134/S1063780X2001002X

10. 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. doi: 10.1002/ppap.201500042

11. 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. doi: 10.1038/srep05859

12. 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. doi: 10.1038/s41598–018–32692–9

13. 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. doi: 10.1016/j.ifset.2020.102529

14. 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. doi: 10.1002/ppap.201800148

15. 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. doi: 10.1016/j.abb.2018.08.004

16. 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. doi: 10.1007/s11090–015–9627–8

17. 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. doi: 10.1002/jsfa.11296

18. 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.

19. 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. doi: 10.5713/ajas.2014.14305

20. Шорсткий И.А., Яковлев Н. Метод формирования поглощающего материала на основе магнитоуправляемых частиц Fe3O4 // Неорганические материалы: прикладные исследования. 2020. V. 11 (5). doi: 10.1134/S2075113320050317

21. Реимер Л.А. Сканирующая электронная микроскопия: Физика формирования изображений и микроанализа. Спрингер, 2013. Т. 45.

22. 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. doi: 10.1116/1.3368466

23. 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. doi: 10.1016/j.carbon.2020.09.019

24. 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. doi: 10.1103/PhysRevApplied.3.014002

25. Sommerfeld A. Electrodynamics: Lectures on Theoretical Physics. Academic Press, 2013. V. 3.

26. Tang H., Cheng X. Measurement of Liquid Surface Tension by Fitting the Lying Droplet Profile // Measurement. 2022. V. 188. P. 110379. doi: 10.1016/j.measurement.2021.110379

27. 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. doi:10.1134/S1063784221080144

28. 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. doi: 10.21603/2074-9414-2022-3–2391

29. 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. doi: 10.1016/j.foodchem.2019.03.061

30. 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. doi: 10.2478/s11756–012–0046–5

31. 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. doi: 10.1016/j.vacuum.2005.06.008

32. 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. doi: 10.1109/TPS.2010.2060728

33. 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. doi: 10.21603/2074–9414–2021–1–86–97

34. 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. doi: 10.1016/j.sajb.2021.06.025

35. 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. doi: 10.1093/jxb/erp037

36. 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.. doi: 10.1016/j.foodres.2018.12.055

37. 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. doi.org/10.1016/j.chemosphere.2021.129972