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利用低场核磁检测烘烤过程烟叶水分相态变化

西南大学学报（自然科学版） 2017年第12期39卷 12-17页

作者：宋朝鹏魏硕黄克久汪代斌陈少鹏汪真增郭保银江厚龙杨超河南农业大学烟草学院郑州450002 中国烟草总公司重庆市公司重庆400023

研究烟叶烘烤过程中水分相态变化,为烘烤工艺优化提供理论依据.以烤烟上部叶为材料,应用低场核磁共振技术对烘烤过程烟叶水分进行检测,经过1万次和10万次迭代分析,获取烟叶内部水分相态组成及信号幅值变化规律.结果表明:以10万次迭代反... 详细信息

研究烟叶烘烤过程中水分相态变化,为烘烤工艺优化提供理论依据.以烤烟上部叶为材料,应用低场核磁共振技术对烘烤过程烟叶水分进行检测,经过1万次和10万次迭代分析,获取烟叶内部水分相态组成及信号幅值变化规律.结果表明:以10万次迭代反演所获取的结合水、半结合水和自由水3种相态表述烟叶叶片水分相态组成较优;烘烤过程中烟叶自由水信号幅值呈逐渐减小趋势,半结合水在38℃时明显增大,之后呈减小趋势,结合水在38℃时明显增大,42~45℃期间逐渐减小,48~54℃期间呈快速增大趋势;烘烤过程烟叶失水干燥表现为自由水流动性较大,首先从烟叶中脱除,半结合水通过转化为自由水散失,结合水不具有流动性,不易被干燥去除.低场核磁共振解析了烘烤过程烟叶水分相态变化规律,提供了一种快速精准检测烘烤过程烟叶中水分相态的方法.

关键词：低场核磁烟叶烘烤水分相态

紫荆种子吸胀和层积过程中不同相态水分变化的核磁共振检测

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南京林业大学学报（自然科学版） 2023年第6期47卷 42-50页

作者：宫楠祖鑫解志军朱长红李淑娴南京林业大学林草学院南方现代林业协同创新中心江苏南京210037 襄阳市林业科学技术推广站湖北襄阳441022

【目的】应用低场核磁共振技术揭示紫荆(Cercis chinensis)种子吸胀和层积过程中水分相态的变化,再结合层积过程中营养物质含量的变化,分析各相态水分在其中的作用,揭示紫荆种子萌发过程中的物质基础和生理状态。【方法】对80℃热水处... 详细信息

【目的】应用低场核磁共振技术揭示紫荆(Cercis chinensis)种子吸胀和层积过程中水分相态的变化,再结合层积过程中营养物质含量的变化,分析各相态水分在其中的作用,揭示紫荆种子萌发过程中的物质基础和生理状态。【方法】对80℃热水处理解除硬实后的紫荆种子,用称重法确定其吸水曲线。随机选取一部分紫荆种子经低温层积处理解除其生理休眠,测定不同层积阶段紫荆种子的发芽率和营养物质含量,同时采用低场核磁共振技术测定吸胀和层积过程水分相态及含量的动态变化。【结果】(1)80℃热水浸种5 min后再进行60 d低温层积可以有效提高紫荆种子的发芽率。(2)紫荆种子的吸水曲线呈“S”形变化,(0,9]h为快速吸水阶段,(9,24]h吸水速率逐渐减慢,24 h后进入平衡吸水期。(3)核磁共振波谱图表明,紫荆种子水分质量(x)与核磁共振弛豫图谱峰面积(y)呈显著线性关系:y=164604.7 x+4962.3,决定系数R^(2)=0.9996。(4)根据核磁共振T2弛豫谱将紫荆种子吸胀过程中水分相态分为束缚水(T_(2a))、自由水(T_(2b))和刚进入种子的水分(T_(2c))3种。(5)紫荆种子吸水0~3 h过程中T_(2a)含量持续下降,T_(2b)含量大幅度增加;3 h后出现了T_(2c),此后仅存在T_(2b)和T_(2c),两者含量均呈增加趋势,峰顶点右移,水分流动性增强。层积过程中T_(2b)和T_(2c)峰顶点向右偏移,峰面积和峰比例波动变化,总的来说向水分流动性增强的趋势发展。(6)紫荆种子层积过程中,淀粉含量持续下降,可溶性糖含量呈上升态势,可溶性蛋白含量呈先上升后下降的变化趋势。【结论】紫荆种子吸水层积过程中,水分的流动性增强。吸胀过程紫荆种子中出现过T_(2a)、T_(2b)和T_(2c)3种相态的水分,层积过程仅出现过T_(2b)和T_(2c)两种水分,且淀粉、可溶性糖和可溶性蛋白等营养物质含量的变化与T_(2b)含量的变化趋势大体相同。各相态水分的波动变化为紫荆种子萌发提供适宜的水分环境,其中层积过程T_(2b)的各种变化可能与其萌发密切相关。

关键词：紫荆吸胀层积核磁共振水分相态营养物质

蚕豆种子脱水过程中细胞层面各相态水分流动及形变特征

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制冷学报 2020年第4期41卷 144-150页

作者：诸凯李言洁王雅博王金山天津商业大学天津市制冷技术重点实验室天津300134

本文利用低场核磁共振技术,分析蚕豆种子内部的水分含量及各相态下形变的规律,研究不同低温环境及不同真空度条件下种子脱水和变形特性。结果表明:z(厚度)方向收缩变化最大,易受到脱水环境影响。结合水含量在真空脱水过程中变化较小;半... 详细信息

本文利用低场核磁共振技术,分析蚕豆种子内部的水分含量及各相态下形变的规律,研究不同低温环境及不同真空度条件下种子脱水和变形特性。结果表明:z(厚度)方向收缩变化最大,易受到脱水环境影响。结合水含量在真空脱水过程中变化较小;半结合水含量呈增加-减少趋势;自由水含量不断减少至零。自由水在细胞间自由流动会增加呼吸代谢和营养消耗,应尽快排出;半结合水的转化与逸出对维持蚕豆种子组织形态有一定作用,结合水的逸出与细胞破裂有直接关系,对种子存活至关重要。蚕豆种子内部细胞膜破裂有3个阶段,水分运输行为与其相互影响,为维持种子活性,脱水应在第3阶段以前结束。

关键词：水分相态核磁共振真空脱水收缩变形

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基于核磁共振技术的合欢种子吸水特性

林业科学 2022年第4期58卷 22-31页

作者：杜恬恬代松钱滕朱铭玮陈丽张中会李淑娴南京林业大学南方现代林业协同创新中心南京210037 铜仁科学院铜仁554300 安徽林业职业技术学院合肥230031 苏州泰纽测试服务有限公司苏州215163

【目的】采用核磁共振技术,从时间、空间角度探究热水处理后合欢种子的初始吸水位点及水分的动态移动过程,揭示其内部水分相态的变化,为合欢种子吸水特性研究提供一种全新的技术手段。【方法】对始温80℃热水处理后的合欢种子,用称重法... 详细信息

【目的】采用核磁共振技术,从时间、空间角度探究热水处理后合欢种子的初始吸水位点及水分的动态移动过程,揭示其内部水分相态的变化,为合欢种子吸水特性研究提供一种全新的技术手段。【方法】对始温80℃热水处理后的合欢种子,用称重法确定种子吸水曲线,用核磁共振成像技术(MRI)观察初始吸水位点及水分在种子体内的移动规律,同时结合横向弛豫时间T2,探究吸水过程中水分相态及其含量、比例的动态变化。【结果】1)合欢种子吸水曲线呈“S”型变化,吸水前期(0~4 h)种子吸水率缓慢增加;4~12 h进入快速吸水阶段,吸水率增幅较大;吸水12 h后进入缓慢吸水期。核磁共振成像结果表明,水分最初从种孔进入种子,然后通过3条路线移动:沿着种皮两侧的维管束向合点端移动;通过种皮与子叶的缝隙向下(合点端)移动,同时进入子叶的外侧;水分通过胚根进入胚轴,由胚轴进入子叶并向合点端移动,但其移动速度明显慢于第二条。吸水初期(0~6 h),右侧种皮的吸胀面积明显大于左侧,之后随浸种时间延长,左侧吸水速度较快,吸胀面积与右侧无明显差异。2)核磁共振波谱图表明,合欢种子水分质量(X)与核磁共振弛豫图谱峰面积(S)呈显著线性关系:S=21132X+695.05,R2=0.9996。3)核磁共振驰豫图谱结果表明,合欢种子内主要存在3种状态的水,分别是结合水、胞内水和胞外自由水。4)在0 h时,结合水占45.13%,胞外自由水占53.51%,几乎没有胞内水。在吸水过程中,结合水含量明显减少,比例持续降低,在48 h时仅占2.08%;胞内水比例呈先迅速增加后逐渐减小的变化趋势,胞外自由水的比例一直呈上升趋势,在48 h时二者分别为29.12%、68.80%。整个吸水过程中3种状态水分含量的比例始终处于动态变化中,并且胞外自由水的含量远高于其他状态的水。吸水过程中结合水与胞外自由水的峰顶点呈现左移现象(即流动性在减弱)。【结论】种孔是合欢种子的最初吸水位点,水分进入后通过两侧种皮、种皮与子叶缝隙以及胚轴向合点端移动。吸水过程中,合欢种子中始终存在结合水、胞内水、胞外自由水这3种相态的水,且在整个吸胀过程中相互转化,为种子萌发提供前期准备。

关键词：合欢吸水核磁共振技术水分相态

利用低场核磁共振技术检测刺槐种子吸水过程水分的变化

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南京林业大学学报（自然科学版） 2022年第2期46卷 135-142页

作者：袁鸣朱铭玮侯静朱莹莹李淑娴南京林业大学林学院南方现代林业协同创新中心江苏南京210037 苏州纽迈分析仪器股份有限公司江苏苏州215163 苏州市职业大学江苏苏州215104

【目的】探究种子吸水萌发过程中水分相态的变化,为种子吸水､萌发研究提供一种新的研究手段。【方法】以初始温度85℃热水处理后的刺槐种子为材料,采用质量法确定种子的吸水曲线,低场核磁共振技术(L-NMR)采集刺槐种子吸水､萌发过程中横... 详细信息

【目的】探究种子吸水萌发过程中水分相态的变化,为种子吸水､萌发研究提供一种新的研究手段。【方法】以初始温度85℃热水处理后的刺槐种子为材料,采用质量法确定种子的吸水曲线,低场核磁共振技术(L-NMR)采集刺槐种子吸水､萌发过程中横向弛豫时间(T2)的信号,并反演得到T2弛豫谱,分析此过程中种子体内水分相态及含量的变化。【结果】热水处理后刺槐种子的吸水率远远高于对照组,0~12 h为快速吸水阶段,之后吸水速度变缓,至36 h时吸水渐趋于平衡。核磁共振波谱图表明,刺槐种子水分质量(x)与核磁共振弛豫图谱峰面积(y)呈一元线性回归关系,其线性回归方程为:y=21132x+698.05,R2=0.9996。刺槐种子在吸水萌发过程中存在3种相态的水:束缚水(T21,>0.1~1.0 ms)､不易流动水(T22,>1~100 ms)､自由水(T23,>100~1000 ms)。吸水萌发过程中束缚水的峰顶点变化不显著,弛豫范围､峰面积总体呈先上升后下降的趋势,但峰比例总体呈下降趋势,吸水24 h后,比例维持在4%以下,胚根伸出时,束缚水消失。在吸水3~9 h过程中,不易流动水的峰显著向右偏移,随后峰顶点时间趋于稳定(9~96 h);胚根伸出时,峰再次显著向右偏移;弛豫时间范围基本呈不断增大的趋势,胚根伸出时又显著减小;其峰面积总体呈先迅速上升(3~12 h)后保持基本稳定的趋势,但比例略有下降。自由水峰顶点随时间呈先上升后下降的趋势,且在吸水72 h时达到最大值;峰面积及比例的最大值出现在胚根伸出时(3 h时峰面积最大值是最小值的4.16倍)。【结论】刺槐种子在吸水萌发过程中存在3种相态的水,其中不易流动水占比最大,各相态水的含量处于一个动态变化过程;随吸水时间的延长,种子内部营养物质开始分解转化,水分结合能力变弱,特别是胚根穿过种皮时,种子代谢活动旺盛,自由水含量大幅增加。

关键词：刺槐种子吸水过程低场核磁共振技术水分相态

高压电场处理对种子萌发过程水分运移规律的影响研究

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高压电场处理对种子萌发过程水分运移规律的影响研究

作者：侯天罡沈阳农业大学

学位级别：硕士

种子呼吸作用、新陈代谢和细胞液营养状态与其内部水分运移过程密切相关,水分的运移规律影响种子萌发速度与质量。高压电场处理会对种子萌发过程中水分的运移规律产生影响,合理的高压电场预处理可提高种子萌发初期的活力揭示种子活力提... 详细信息

种子呼吸作用、新陈代谢和细胞液营养状态与其内部水分运移过程密切相关,水分的运移规律影响种子萌发速度与质量。高压电场处理会对种子萌发过程中水分的运移规律产生影响,合理的高压电场预处理可提高种子萌发初期的活力揭示种子活力提升机理及确定最佳电场参数具有重要意义。本研究以稻花香2号为试验用水稻种子,利用低场核磁共振、高压电场处理和标准发芽试验,分析发芽率、吸水率、结合水、自由水和半结合水等变化规律,揭示经高压电场处理后的种子内部水分运移机理,为高压电场处理提升种子活力研究奠定理论基础。主要研究内容及结论如下:(1)采用单因素试验,对不同电场处理条件下的水稻种子浸泡24h,分析种子吸水过程中相对吸水量和吸水速率的变化规律。试验结果表明:高压电场处理会降低水稻种子的这两个指标,使其较早的进入萌发状态。当电场为脉冲电场,强度为200k V/m,处理时间为20min的条件下,种子两个指标的下降趋势最为明显。(2)采用单因素试验,利用低场核磁共振技术,对经不同电场条件处理的水稻种子24h浸水过程中横向弛豫时间的弛豫谱中的数据进行分析,考查种子内部各相态水及总水的变化趋势,并且考查自由水和结合水波峰的结束时间的变化趋势,讨论其对种子活力的预测。试验分析结果显示:电场处理会降低种子总水量和结合水量,提高种子自由水量,并使水分比例产生大范围波动。其中电场类型为脉冲电场,电场强度为200k V/m,处理时间为20min的电场条件,种子内部的总水量和结合水量最少,自由水量最多。并且试验还发现高压电场处理后的水稻种子,其结合水波峰结束时间提前,自由水波峰结束时间延后,在上述的电场条件下,两指标的变化最为明显,后经验证,该条件下的种子活力最好,因此说明二者可以预测种子的活力。(3)通过组合试验,利用低场核磁共振技术,对不同电场强度、处理时间处理的水稻种子萌发过程中其横向弛豫时间的弛豫谱中得到的数据进行分析,考察种子内部各相态水及总水的变化规律。试验结果表明:高压电场处理后的水稻种子,在萌发期间其结合水波峰右移,结合水量较对照组相比减少,自由水量与对照组相比增加,且经电场处理后的水稻种子的半结合水波峰提前消失,说明了高压电场可以加快水分的转化,使其提前进入萌发状态。试验中的处理组L5表现最好,对应的电场强度在120k V/m-161k V/m的范围内,处理时间在13.05min-32.50min的范围内。(4)采用二因素二次通用旋转组合试验设计方法研究高压脉冲电场的电场强度和处理时间对水稻种子萌发的影响,主要考查萌发期间的种子萌发指标,并运用主成分分析方法对种子萌发指标进行降维处理,建模寻优。试验结果表明:高压脉冲电场处理水稻种子显著影响其萌发活力(p水分运移规律进行动态监测。利用核磁共振采集到的灰度图,经过统一映射后,处理为伪彩图,更为直观的展现这一过程的变化。试验结果表明:水稻种子在萌发初期水分由外界向种子的胚部移动,进入发芽期后由胚部运移到种子的需养器官,整个过程中胚部富集的水分最多。与未处理的对照组相比,处理组分别在第2天和第5天进入了萌动期和发芽期,并且胚的活力始终保持着较高的水平。

关键词：高压电场低场核磁共振水分相态种子萌发指标核磁成像

低温真空环境下种子的水分运输机理及结构变化研究

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低温真空环境下种子的水分运输机理及结构变化研究

作者：李言洁天津商业大学

学位级别：硕士

种子作为典型的生命材料,是农业生产的前沿和根本,对于我国农业发展和国家安全具有重要意义。本文以蚕豆种子为研究对象,研究不同温度(0、4、8°C)和真空度(95、97、99k Pa)环境下的热量传递以及水分迁移过程。蚕豆脱水过程的平均有效... 详细信息

种子作为典型的生命材料,是农业生产的前沿和根本,对于我国农业发展和国家安全具有重要意义。本文以蚕豆种子为研究对象,研究不同温度(0、4、8°C)和真空度(95、97、99k Pa)环境下的热量传递以及水分迁移过程。蚕豆脱水过程的平均有效水分扩散系数D在0.65～2.97×10m/s之间变化,可以将其大致分为三个阶段,前5个小时为水分快速流失阶段,第5小时到第25小时左右为匀速脱水阶段,第25小时以后为含水率下降极其缓慢的第三阶段。这种变化是由蚕豆内部水分与外部环境的蒸汽压差以及内部结构破坏改变了水分扩散路径,增加了脱水阻力导致的。同时结合低场核磁共振技术,通过分析核磁共振信号与水含量关系得到了蚕豆种子在脱水过程中的水分相态变化。新鲜蚕豆的核磁共振波谱一般有3～4个峰,较短弛豫时间范围T(0.01～1ms)部分的水分子对应与细胞内大分子结合的结合水,较长弛豫时间范围T(1～50ms)部分的水分子对应亲附于组织胶体表面的半结合水,以及最长弛豫时间范围T(50～1000ms)部分的水分子对应游离在细胞间,自由度较高的自由水。在真空脱水过程中,结合水不易排出,含量仅有小幅度波动变化,最终含量减少了45.3%;半结合水含量呈增加-减少趋势,最终含量减少了88.5%;自由水蒸发速度最快,含量不断减少至零。自由水在细胞间自由流动会增加呼吸代谢和营养消耗,向外排出会导致细胞间隙变窄而造成宏观尺寸收缩,主要体现在厚度方向,说明水分向外扩散主要沿着厚度方向进行;半结合水的转化与逸出对维持蚕豆种子组织内部形态有一定作用;细胞破裂与结合水的逸出有直接关系,这对种子存活至关重要。并且蚕豆种子内部细胞膜破裂并不是同时发生的,而是分为三个阶段,水分运输行为与其相互影响,为维持种子活性,脱水应在第三阶段以前结束。采用COMSOL软件建立干燥的移动边界有限元模型,估算了初始温度为25°C的蚕豆在4°C、97k Pa环境下,水分含量和温度的变化。模拟结果与实验结果对比,两者之间最大相对误差约为15%,低于一般数值模拟的20%精度要求,验证了所建立的水分运输数学模型。蚕豆的水分和温度分布图显示,脱水过程中水分和热量都由中心向表面扩散传递,蚕豆内部的水分和温度在分布从初期整体较高的均匀状态转为内高外低状态,在脱水后期又逐渐趋于整体较低的均匀状态。观察了蚕豆内部和外表面不同位置点的温度和含水率变化,在脱水初期蚕豆种子同一时刻内部点和外表面温差可达17°C,而含水率则相差约0.65;在整个脱水过程中,同一个外部点的温度变化最大可达26.7°C,含水率则下降了0.95876。同时,对模型有无收缩现象的结果进行了对比,发现有无收缩含水率和温度的变化有显著差异。对于温度参数,有收缩的决定系数R=0.9709,无收缩的决定系数R=0.9301;对于含水率参数,有收缩的决定系数R=0.9805,无收缩的决定系数R=0.9291,证明蚕豆脱水过程不能忽略收缩现象。蚕豆种子收缩呈各向异性,厚度方向收缩导致的体积变化是最大的,因而对含水率的影响也最大,所以厚度方向的收缩变形是不可忽略的。研究各方向尺寸变化较大的不规则体的热质传递时,必须考虑最短尺寸方向的收缩。

关键词：种子保存低温真空脱水收缩变形水分相态各向异性

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国槐种子发育及其吸水特性研究

国槐种子发育及其吸水特性研究

作者：朱铭玮南京林业大学

学位级别：硕士

本研究以国槐(Sophora japonica L.)种子为研究材料,对发育各阶段种子外观、吸水曲线、发芽情况进行研究,观察种皮结构的发育和种子内水分空间及相态变化。同时还研究了成熟种子种皮吸水前后的变化,确定种子吸水位点、吸水路径和种子内... 详细信息

本研究以国槐(Sophora japonica L.)种子为研究材料,对发育各阶段种子外观、吸水曲线、发芽情况进行研究,观察种皮结构的发育和种子内水分空间及相态变化。同时还研究了成熟种子种皮吸水前后的变化,确定种子吸水位点、吸水路径和种子内水分的相态变化。该研究旨在为揭示国槐种子硬实性的形成和吸水机制,主要结果如下:1、发育过程中,果皮和种子的含水量不断下降,荚果由翠绿色变为黄褐色且逐渐成念珠状,种子也逐渐从翠绿色变为黑色并且变小。随着种皮中栅栏层不断发育,种皮的不透性逐渐形成,种子吸水变得缓慢,发芽速度也逐渐变慢,种子硬实性逐渐形成。2、结合核磁共振技术研究发现:发育过程中,果皮的水分含量先增加后下降,通过种脐、种脊区域与种子连接。发育初期,胚乳中的水分高于种胚。随着种子成熟脱水,胚乳和种胚中水分逐渐下降。最终种胚水分较低,而胚乳几乎不含水。在种子发育过程中,水分从自由状态逐渐向束缚状态转变,最终主要以结合水的形式存在。3、国槐种子种孔、种脐和种脊处的种皮结构不同。种孔、种脐区域种皮较厚,种孔处主要由角质层、栅栏层、石细胞层和厚壁细胞层组成;种脐区域主要是由反栅栏层、栅栏层、管胞群、厚壁细胞层和薄壁细胞层组成;种脊区域种皮最薄,由角质层、栅栏层和厚壁细胞层组成。其中栅栏层是阻碍国槐种子吸水的主要结构,当种脊区域打开一条裂缝,栅栏层细胞被破坏后,种子即可吸水。4、结合凡士林封堵、TTC染色和核磁共振成像实验的结果表明,种脊是国槐种子的初始吸水位点。5、种子吸水过程中水分的空间变化:水分由种脊进入种子后存在两条迁移路径,首先向子叶末端移动,之后通过维管束向种脐部位运输水分。种脐区域水化后,水分迁移至种孔区域,胚根水化后种子进入快速吸水阶段,水分通过胚根运输至子叶。当种子吸水至84h时,种孔打开,种子准备萌发。6、种子吸水过程中水分的相态变化:水分相态的变化与发育过程相反,成熟种子中水分主要以结合水存在。随着种子吸水的不断进行,种子各个部位被逐步活化,水分从结合向自由状态转变。

关键词：国槐种子硬实性吸水位点水分相态核磁共振技术