摘要
西瓜噬酸菌（Acidovoraxcitrulli）是一种植物检疫性有害生物，在西瓜种子内部与外部均有检出，从而增大了瓜类细菌性果斑病随种子调运传播的风险。因此，需要对种子进行杀菌以满足流通与检疫要求。射频加热作为新型物理加工技术，穿透深度大且能使样品整体快速加热，具有高效杀灭西瓜种子内外致病菌的潜力。为实现保持种子活力同时有效杀菌的目标，在开发可靠的西瓜种子射频杀菌工艺前，有必要系统检测西瓜种子介电特性及热特性，探明种子发芽率变化规律，揭示西瓜噬酸菌热致死动力学，建立热杀菌参数计算模型，明确样品射频加热均匀性及电场分布规律，验证热杀菌参数并分析射频杀菌前后种子活力。基于此，本文具体的研究内容与结果如下： （1）借助末端开路同轴探头方法系统研究了不同水分含量、温度和射频频率波段下西瓜种子种皮和种胚的介电特性与热特性。在给定的水分含量和温度范围内，多项式模型能精确计算西瓜种子种皮与种胚在27.12MHz下介电特性（R2=0.935~0.999）与热特性（R2=0.974~0.994）。当温度从20℃增加到80℃时，用混合物方程计算得到水分含量为14.70%±0.11%（w.b.）的西瓜种子介电特性和热特性值均逐渐增大。 （2）通过可精确控制加热速率、温度和保温时间的加热板系统研究了西瓜种子发芽率在不同水分含量、不同温度和不同加热速率下的变化规律。为使发芽率应大于或等于90%，西瓜种子的热处理温度不应超过75℃。西瓜种子耐热性随着水分含量的降低而增加，所以热处理时，可降低种子水分含量和加热速率以增加处理时间。Weibull模型是预测西瓜种子发芽率变化曲线的可行且有效的数学模型（R2=0.800~0.999和RMSE=0.024~0.450）。 （3）利用加热板系统确定了较耐热种胚中的致病菌耐热性随不同水分活度和温度变化的规律，并通过结合微生物热致死动力学、加热均匀性指数与种子发芽率变化曲线构建了潜在的热杀菌参数计算模型。西瓜种子种胚中西瓜噬酸菌耐热性显著（Plt;0.05）高于在种皮中；A.citrulli耐热性随水分活度和温度降低而增加。与一阶动力学模型相比（R2=0.927~0.988和RMSE=0.164~0.467），Weibull模型更好地拟合了种胚中A.citrulli的热致死动力学曲线（R2=0.965~0.999和RMSE=0.023~0.304）。根据西瓜种子潜在热杀菌参数计算模型，当加热均匀性指数为0.04时，潜在高和低发芽率下的热处理平均温度与处理时间的参考值分别为63.6℃与136.2min和65.3℃与98.1min。 （4）使用有限元软件（COMSOL）与实际试验相结合的方法系统研究了西瓜种子中添加介电或金属板材对射频加热均匀性的影响。插入不同材料的板材会导致第二层样品的电场分布不同；并且插入铝（AL）板后，第二层种子的体积射频加热均匀性优于插入聚丙烯（PP）板的样品。随着AL板厚度从0.5mm增加到16.0mm，整个样品的体积加热均匀性指数从0.166增加到0.281。随着空气间距增加，电场线逐渐集中在样品中第二层的角落和边缘，并且AL板的体积平均电场强度随电导率变化而变化。基于模拟结果，探索和验证了使用中心和外围部分分别为AL板和PP板的复合板（210×150×2mm3）提高射频加热均匀性的新方法，即通过每间隔样品高度1/4（10mm）插入1块水平复合板和3块AL板可有效提高样品射频加热均匀性。 （5）在进一步提高种子射频加热均匀性并验证了潜在的热杀菌参数后，开发并优化了西瓜种子射频-热风联合杀菌工艺。通过在西瓜种子第一层中心加入表面积为样品上表面40%的PP框架（134×94×17mm3）可进一步减小样品不同层之间的温差。在验证潜在的高和低发芽率下热杀菌参数后，优化的西瓜种子射频-热风联合杀菌工艺为：射频加热西瓜种子6.5min，随后将堆叠的容器放入64.5℃的热风烘箱中进行保温处理50min，之后将各层容器平铺成单层进行热风干燥30min，最后使用强制风冷却6min。优化工艺处理后，种子发芽势、发芽率、发芽指数、活力指数和浸出液电导率和对照组（未处理）之间无显著性差异（Pgt;0.05）。因此，本研究中确定的射频-热风联合杀菌工艺可为后续的射频杀菌技术在种子加工业中应用提供参考。
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