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研究テーマ
エネルギー・環境
学科の分類
工学部電気電子システム工学科

植物種子へのプラズマ照射による発芽・成長促進と機能性改善

工学部

電気電子システム工学科

プラズマ科学研究室

眞銅雅子 准教授

共同研究者

松尾充啓
高木大輔

プラズマを植物種子に照射すると、発芽率の向上や成長促進、機能性の改善効果などが見られます。これは、気体を電離させてつくるプラズマが多量に含む化学的活性の高い粒子(活性種)が生体にとりこまれて細胞にはたらきかけるためと推測されています。したがって、植物への適切なプラズマ照射は、近年の食の安全性への関心や、健康志向による機能性食品の需要増に応えることできると期待されます。本研究では、植物種子等の生体表面にプラズマ照射を行うことで、種子表面の殺菌や、成長の促進、鮮度保持、機能性の向上等を目指しています。

植物種子にプラズマを照射することで期待される効果

  • 発芽率が向上します。
  • 発芽後の成長が速くなります。
  • 抗酸化能などの機能性が向上します。
  • 水を使用しませんので、照射後の長期保存が可能です。
  • 化学活性種が植物細胞中に取り込まれて作用し、機能性改善を行います。また、活性種が有機物を分解するため、殺菌消毒・洗浄効果も併せ持ちます。
  • 酸素や窒素などの無毒なガスを使いますので、有害物が対象物に残留する心配がありません。また、ガスの混合比を変えることで、活性種の発生量をコントロールすることができます。
  • ポストハーベスト処理により、農産物の長距離輸送が可能となります。

プラズマ照射用装置

（左）ＤＢＤプラズマ装置を用いて種子にプラズマ照射を行っている様子（右）プラズマ装置内で発光するプラズマ（右）
低気圧高周波放電プラズマ装置

大気圧誘電体バリア放電（DBD）プラズマ（左図）または低気圧RF放電プラズマ（右図）を用います。DBDプラズマは、装置の構造が簡単である上に様々な形の電極を作ることが可能であり、かつ安価にプロセスを行うことができます。プラズマが小さな空間のみに生成されるため、種子にプラズマが効率よく照射されるように電極を設計することが重要です。一方、低気圧RF放電プラズマは、大容積のプラズマ生成が可能であるため、多数の種子を一度に処理するのに適しています。ガスの種類や圧力も変更できるため、自由度の高いプラズマ生成が可能です。

これまでの研究成果の例

低気圧RF放電プラズマ装置を用いて、リーフレタスの種子にプラズマを照射し、一定の温度・湿度下で水耕栽培を行った例を示します。播種後２週間が経過するまでは、照射・未照射のものでは葉の成長はほぼ同じですが（右上図）、根の長さに違いが出ていました（左上図）。この違いがその後の成長に影響を与えており、プラズマ照射したものが速く成長していました（左中図）。また、播種後30日目に収穫を行い、抗酸化能を測定したところ、プラズマを30分照射した場合が最も抗酸化能が高くなりました（右中図）。また、ある野菜の種子にDBDプラズマを照射したところ、5分間の照射で最も発芽率が大きくなることが分かりました（下図）

まとめ

  • プラズマを種子や野菜、食品の表面に照射することで、成長の促進、機能性の向上、 滅菌・殺菌・消毒、食品の鮮度保持への効果が期待されます。
  • この技術は医療用器具の滅菌や、物質の表面改質も可能です。
  • プラズマを用いた本技術は、人と環境に優しい技術です。

研究者INFO: 工学部 電気電子システム工学科 プラズマ科学研究室 眞銅雅子 准教授

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