WO2018207667A1 - Method for producing agricultural crop - Google Patents
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- H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
- H05H1/24—Generating plasma
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- A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
- A01G—HORTICULTURE; CULTIVATION OF VEGETABLES, FLOWERS, RICE, FRUIT, VINES, HOPS OR SEAWEED; FORESTRY; WATERING
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- H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
- H05H1/24—Generating plasma
- H05H1/247—Generating plasma using discharges in liquid media
Definitions
- the technical field of this specification relates to a method for producing crops.
- Plasma technology is applied in the fields of electricity, chemistry, and materials. Inside the plasma, ultraviolet rays and radicals are generated in addition to charged particles such as electrons and ions. These have been found to have various effects on living tissues, including sterilization of living tissues.
- Patent Document 1 discloses a technique for sterilizing microorganisms in water by irradiating water with plasma. Moreover, the plasma apparatus of patent document 1 can irradiate plasma in water, without flowing an electric current in water.
- Patent Document 2 the number of viable yeast decreases when the yeast is irradiated with a large amount of atmospheric pressure plasma, but the number of viable yeast increases when the yeast is irradiated with a small amount of atmospheric pressure plasma. It is described to do. Thus, the possibility of activating and killing yeast by irradiation with plasma has been studied. However, the effects of plasma on other organisms are not always clear.
- the technology of this specification has been made to solve the problems of the conventional technology described above. That is, the place made into the subject is providing the production method of the crop which aimed at improving the quality of the crop.
- the method for producing a crop according to the first aspect includes an aqueous solution preparation step of preparing a first aqueous solution containing L-sodium lactate, and plasma irradiation that irradiates the first aqueous solution with atmospheric pressure plasma to form a second aqueous solution. And a step of supplying an aqueous solution to the soil on which the crop is grown.
- polyphenols can be increased inside the fruits of crops. Therefore, when a person eats this crop, the person becomes healthier.
- FIG. FIG. 2A is a cross-sectional view showing the configuration of the first plasma generator
- FIG. B is a figure which shows the shape of an electrode
- FIG. FIG. 3A is a cross-sectional view showing the configuration of the second plasma generator
- FIG. B is a partial cross-sectional view in a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the plasma region.
- FIG. 6 is a diagram (No. 1) for describing an experiment method in Experiment A;
- FIG. 6 is a diagram (No. 2) for describing an experiment method in Experiment A;
- It is a graph which shows the quantity of the anthocyanin contained in a strawberry.
- It is a graph which shows the sugar content of a strawberry.
- It is a graph which shows the acidity of a strawberry.
- It is a graph which shows the sugar acid ratio of a strawberry.
- crops include fruits and vegetables.
- a first embodiment will be described.
- a plasma activated aqueous solution is supplied to the soil of the crop.
- This plasma activated aqueous solution is obtained by irradiating an aqueous solution containing sodium lactate with plasma. Therefore, first, a plasma irradiation apparatus that irradiates plasma will be described.
- Plasma activated aqueous solution production apparatus 1-1 Configuration of Plasma Activated Aqueous Solution Manufacturing Apparatus
- the plasma activated aqueous solution manufacturing apparatus PM of the present embodiment includes a plasma irradiation apparatus P1 and an arm robot M1.
- the plasma irradiation apparatus P1 is for generating plasma and irradiating the plasma toward the solution.
- the arm robot M1 can move the position of the plasma irradiation apparatus P1 in each of the x-axis, y-axis, and z-axis directions.
- the direction of plasma irradiation is the ⁇ z-axis direction.
- this plasma activated aqueous solution manufacturing apparatus PM can irradiate plasma only for the time by setting plasma irradiation time beforehand.
- the third plasma generator P30 does not have the robot arm M1 shown in FIG.
- FIG. A is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the plasma generator P10.
- the plasma generator P10 is a first plasma generator that ejects plasma in the form of dots.
- FIG. B is shown in FIG. It is a figure which shows the detail of the shape of the electrodes 2a and 2b of the plasma generator P10 of A.
- the plasma generating apparatus P10 includes a casing unit 10, electrodes 2a and 2b, and a voltage application unit 3.
- the casing 10 is made of a sintered body made of alumina (Al 2 O 3 ) as a raw material.
- casing part 10 is a cylinder shape.
- casing part 10 is 2 mm or more and 3 mm or less.
- casing part 10 is 0.2 mm or more and 0.3 mm or less.
- casing part 10 is 10 cm or more and 30 cm or less.
- a gas inlet 10 i and a gas outlet 10 o are formed at both ends of the housing 10.
- the gas inlet 10i is for introducing a gas for generating plasma.
- the gas outlet 10 o is an irradiation unit for irradiating the outside of the housing unit 10 with plasma.
- the direction in which the gas moves is the direction of the arrow in the figure
- the electrodes 2a and 2b are a pair of opposed electrodes arranged to face each other.
- the lengths of the electrodes 2 a and 2 b in the facing surface direction are smaller than the inner diameter of the housing portion 10. For example, it is about 1 mm.
- the electrode 2a is disposed inside the casing 10 and in the vicinity of the gas inlet 10i.
- the electrode 2b is disposed inside the housing portion 10 and in the vicinity of the gas ejection port 10o. Therefore, in the plasma generator P10, gas is introduced from the opposite side of the facing surface of the electrode 2a, and the gas is ejected to the opposite side of the facing surface of the electrode 2b.
- the distance between the electrodes 2a and 2b is, for example, 24 cm. The distance between the electrodes 2a and 2b may be a smaller distance.
- the voltage application unit 3 is for applying an alternating voltage between the electrodes 2a and 2b.
- the voltage application unit 3 boosts the voltage to 9 kV using 60 Hz and 100 V, which are commercial AC voltages, and applies a voltage between the electrodes 2 a and 2 b.
- FIG. A region where plasma is generated is defined as a plasma generation region P as indicated by the hatched line A in FIG.
- the plasma generation region P is covered with the casing unit 10.
- FIG. A is a sectional view showing a schematic configuration of the plasma generator P20.
- the plasma generator P20 is a second plasma generator that ejects plasma linearly.
- FIG. B is shown in FIG. It is a fragmentary sectional view in the cross section perpendicular
- the plasma generating apparatus P20 includes a casing unit 11, electrodes 2a and 2b, and a voltage application unit 3.
- the casing 11 is made of a sintered body using alumina (Al 2 O 3 ) as a raw material.
- a gas introduction port 11 i and a large number of gas ejection ports 11 o are formed.
- the gas inlet 11i is shown in FIG. It has a slit shape with the left-right direction of A as the longitudinal direction.
- the slit width (the width in the left-right direction in FIG. 3.B) from the gas inlet 11i to just above the plasma region P is, for example, 1 mm.
- the gas outlet 11o is an irradiation unit for irradiating the outside of the casing 11 with plasma.
- the gas ejection port 11o has a cylindrical shape or a slit shape.
- the gas outlet 11o in the case of a cylindrical shape is formed in a straight line along the longitudinal direction of the plasma region.
- the inner diameter of the gas ejection port 11o is in the range of 1 mm to 2 mm.
- the slit width of the gas ejection port 11o is preferably 1 mm or less. Thereby, a stable plasma is formed.
- the gas inlet 11i introduces gas in a direction intersecting with a line connecting the electrode 2a and the electrode 2b.
- the electrodes 2a and 2b and the voltage application unit 3 are the same as those of the plasma generator P10 shown in FIG. Similarly, a voltage is applied between the electrodes 2a and 2b using a commercial AC voltage. Thereby, plasma can be ejected in a straight line.
- a plasma generator P20 that ejects plasma in a straight line is shown in FIG. If arranged in a line in the left-right direction of B, the plasma can be ejected in a plane over a rectangular region.
- FIG. 4 is a conceptual diagram showing a schematic configuration of a third plasma generator P30.
- the plasma generator P30 is for irradiating the contained solution with plasma.
- the plasma generator P30 includes a first electrode 110, a second electrode 210, a first potential applying unit 120, a second potential applying unit 220, and a first lead wire 130.
- the first electrode 110 has a cylindrical portion 110a.
- the plasma gas can be supplied into the cylindrical portion 110a. That is, the inside of the first electrode 110 communicates with the gas supply unit 140.
- the first electrode 110 blows gas from the cylindrical portion 110a toward the second electrode 210.
- tip part of the 1st electrode 110 is carrying out the injection needle shape. That is, the tip of the first electrode 110 has an inclined surface that is inclined with respect to a direction perpendicular to the axial direction of the first electrode 110.
- a micro hollow is formed at the tip of the first electrode 110.
- the second electrode 210 is an electrode facing the first electrode 110.
- the second electrode 210 is a rod-shaped electrode.
- the second electrode 210 has a cylindrical shape. Alternatively, it may be a polygonal column shape. Alternatively, it may have a needle shape with a sharp tip.
- the second electrode 210 has a tip portion 211.
- the tip portion 211 of the second electrode 210 is made of an iridium alloy containing iridium. For example, an alloy of iridium and platinum. Alternatively, an alloy of iridium, platinum, and osmium.
- the iridium alloy has high hardness and excellent heat resistance. Therefore, the iridium alloy is suitable for the tip portion 211 of the second electrode 210.
- platinum may be used instead of iridium.
- palladium may be used.
- it may be a metal or alloy containing at least one of iridium, platinum, and palladium.
- the tip 211 of the second electrode 210 may be gold. Further, at the time of discharging, the second electrode 210 is immersed in the solution stored in the container 250.
- the first potential applying unit 120 is for applying a periodically changing potential to the first electrode 110.
- the second potential applying unit 220 is for applying a periodically changing potential to the second electrode 210.
- one of the first potential applying unit 120 and the second potential applying unit 220 may be grounded.
- the first lead wire 130 is for electrically connecting the first electrode 110 and the first potential applying unit 120.
- the first lead wire 130 may be a nickel alloy or stainless steel.
- the second lead wire 230 is for electrically connecting the second electrode 210 and the second potential applying unit 220.
- the second lead wire 230 may be a nickel alloy or stainless steel.
- a high-frequency voltage is applied between the first electrode 110 and the second electrode 210. That is, the first potential application unit 120 and the second potential application unit 220 are voltage application units for applying a voltage between the first electrode 110 and the second electrode 210.
- the plasma generation apparatus P30 includes the gas supply unit 140, the gas pipe coupling connector 150, and the gas pipe 160. Therefore, the gas supply unit 140 supplies plasma gas to the inside of the cylindrical portion of the first electrode 110 via the gas pipe 160 and the gas pipe coupling connector 150.
- the gas supply unit 160 supplies, for example, Ar gas. Alternatively, other rare gas may be supplied. Alternatively, a trace amount of other gases such as oxygen gas may be included. Therefore, the plasma gas is sprayed from the first electrode 110 toward the solution stored in the solution 250.
- FIG. 5 is a diagram showing an upper structure of the plasma generator P30.
- the first electrode 110 has a tip 111.
- the distal end portion 111 is disposed at a position facing the second electrode 210.
- the tip 111 of the first electrode 110 has an inclined surface 111a.
- the inclined surface 111 a is a surface that is inclined with respect to a surface perpendicular to the axial direction of the first electrode 110.
- a micro hollow 111b is formed at the tip 111.
- the micro hollow 111b is a minute recess having a length of 0.5 mm to 1 mm and a width of 0.3 mm to 0.5 mm.
- the plasma generator P30 includes the sealing member 191 and the coupling member 192.
- the sealing member 191 is attached to the container 250 shown in FIG. 4 and seals the inside of the container 250.
- the coupling member 192 is a member for connecting the first electrode 110 and the gas pipe coupling connector 150 via the sealing member 191 or the like.
- FIG. 6 is a diagram showing a lower structure of the plasma generator P30.
- the plasma generator P30 includes the container 250, the sealing member 260, and the gantry 270.
- the container 250 can accommodate a solution therein.
- the solution includes an aqueous solution and an organic solvent.
- the container 250 houses the first electrode 110 and the second electrode 210 therein.
- the container 250 is good to have a scale. This is for measuring the amount of the solution stored in the container 250.
- the sealing member 260 is for closing the gap between the second electrode protection member 240 and the container 250.
- An example of the sealing member 260 is O-ring.
- Other members may be applied as long as the sealing property of the container 250 is ensured and the solution prevents the solution from leaking to the bottom of the container 250.
- the gantry 270 is for supporting the container 250 and other members.
- Plasma generated by plasma generator 2-1 The first plasma generator and the second plasma generator
- the plasma generated by the plasma generators P10 and P20 is non-equilibrium atmospheric pressure plasma.
- atmospheric pressure plasma refers to plasma having a pressure in the range of 0.5 to 2.0 atmospheres.
- Ar gas is mainly used as the plasma generating gas.
- electrons and Ar ions are generated in the plasma generated by the plasma generators P10 and P20.
- Ar ions generate ultraviolet rays. Further, since this plasma is released into the atmosphere, it generates oxygen radicals, nitrogen radicals, and the like.
- the plasma density of this plasma is in the range of 1 ⁇ 10 14 cm ⁇ 3 to 1 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 .
- the plasma density in the plasma generated by the dielectric barrier discharge is about 1 ⁇ 10 11 cm ⁇ 3 to 1 ⁇ 10 13 cm ⁇ 3 . Therefore, the plasma density of the plasma generated by the plasma generators P10 and P20 is about three orders of magnitude higher than the plasma density of the plasma generated by the dielectric barrier discharge. Therefore, more Ar ions are generated inside the plasma. Therefore, the amount of radicals and ultraviolet rays is also large.
- This plasma density is approximately equal to the electron density inside the plasma.
- the plasma temperature at the time of this plasma generation is in the range of about 1000K to 2500K.
- the electron temperature in this plasma is larger than the gas temperature.
- the gas temperature is in the range of about 1000 K to 2500 K.
- the temperature of this plasma is the temperature in the plasma generation region P where plasma is generated. Therefore, the plasma temperature at the position of the liquid level can be set to about room temperature by setting the plasma conditions and the distance from the gas outlet to the water surface to be different.
- FIG. 7 is a diagram schematically showing how the plasma generating device P30 generates plasma.
- the plasma generated by the plasma generator P30 is non-equilibrium atmospheric pressure plasma.
- the plasma gas supplied from the gas supply unit 140 is released from the first electrode 110 in the direction of the arrow K1.
- a plasma generation region PG1 is formed between the first electrode 110 and the second electrode 210.
- the plasma generation region PG1 in FIG. 7 is drawn conceptually.
- the second electrode 210 is disposed inside the liquid. ing. As described above, between the first electrode 110 and the second electrode 210, there are the liquid stored in the container 250 and the atmosphere. A line connecting the first electrode and the second electrode intersects the liquid level LL1 of the liquid.
- plasma is generated between the liquid level LL 1 of the liquid and the first electrode 110.
- the liquid level LL1 of the liquid is recessed toward the liquid side due to the wind pressure of the plasma gas discharged from the first electrode 110 in the direction of the arrow K1.
- the solution is partially electrolyzed and vaporized inside the liquid.
- Plasma is also generated inside the vaporized gas.
- Plasma generation region PG1 is in contact with liquid level LL1.
- radicals derived from the atmosphere or water are generated. And a radical will be irradiated to a solution. Thereby, radicals react with water molecules or solutes in solution.
- Aqueous solution preparation step First, a first aqueous solution is prepared.
- the first aqueous solution refers to an aqueous solution before being irradiated with plasma.
- the first aqueous solution contains L-sodium lactate, sodium chloride, potassium chloride, and calcium chloride.
- the first aqueous solution is irradiated with atmospheric pressure plasma generated in the plasma generation region by the plasma activated aqueous solution manufacturing apparatus PM.
- the distance between the liquid surface and the plasma outlet when the plasma is irradiated is, for example, 3 mm. Further, this distance may be changed within a range of 0.1 cm to 3 cm, for example.
- the plasma density in the plasma generation region is in the range of 1 ⁇ 10 14 cm ⁇ 3 to 1 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 .
- the plasma temperature in this plasma exists in the range of about 1000K or more and 2500K or less. However, the plasma temperature can be lowered to about room temperature (about 300 K) at the liquid level.
- These plasma conditions are shown in Table 1. These conditions are merely examples.
- the first aqueous solution is changed to the second aqueous solution by irradiating the first aqueous solution with atmospheric pressure plasma. It is considered that the components of the first aqueous solution react with radicals derived from the plasma by irradiation with atmospheric pressure plasma. Further, nitrite ions and nitrate ions increase in the aqueous solution. The components of the first aqueous solution are considered to react with these ions and the like.
- This second aqueous solution is a plasma-activated aqueous solution that increases polyphenols contained in agricultural products.
- the plasma density of the atmospheric pressure plasma is, for example, 2 ⁇ 10 16 cm ⁇ 3 .
- the irradiation time of atmospheric pressure plasma is, for example, not less than 30 seconds and not more than 600 seconds.
- the volume of the first aqueous solution at the time of irradiation with atmospheric pressure plasma is, for example, 10 ml or more and 1000 ml or less.
- the plasma density time product per unit volume in the second aqueous solution is 6 ⁇ 10 14 sec ⁇ cm ⁇ 3 ⁇ ml ⁇ 1 or more and 1.2 ⁇ 10 18 sec ⁇ cm ⁇ 3 ⁇ ml ⁇ 1 or less. It is.
- the plasma density time product per unit volume is (plasma density) ⁇ (irradiation time) / (volume of the first aqueous solution). That is, the plasma density time product per unit volume is the amount of plasma product irradiated to the first aqueous solution per unit volume.
- the plasma activated aqueous solution of the present embodiment is obtained by irradiating an aqueous solution containing L-sodium lactate with plasma. More specifically, the first aqueous solution containing L-sodium lactate, sodium chloride, potassium chloride, and calcium chloride is irradiated with atmospheric pressure plasma. As will be described later, this plasma activated aqueous solution increases the amount of polyphenols contained in agricultural products. Polyphenols are a kind of antioxidant. More specifically, the increasing polyphenols are anthocyanins. Therefore, people who eat this crop will be healthier. In addition, the color of fruits and the like is good.
- the production method of agricultural product of this embodiment includes an aqueous solution preparation step of preparing a first aqueous solution containing L-sodium lactate, and irradiating the first aqueous solution with atmospheric pressure plasma. And a plasma irradiation step for forming a second aqueous solution, and an aqueous solution supply step for supplying the second aqueous solution to the soil on which the crop is grown.
- aqueous solution preparation step a first aqueous solution containing L-sodium lactate, sodium chloride, potassium chloride, and calcium chloride is prepared.
- Plasma irradiation process Next, a plasma irradiation process is performed. As described above, in this step, the first aqueous solution is irradiated with atmospheric pressure plasma to form a second aqueous solution.
- Aqueous solution supply step Next, an aqueous solution supply step is performed.
- the second aqueous solution is supplied to the soil of the crop.
- the second aqueous solution is added at a concentration of 5 to 1000 times the total volume.
- the plasma density time product per unit volume in the aqueous solution supplied to the soil is 6 ⁇ 10 11 sec ⁇ cm ⁇ 3 ⁇ ml ⁇ 1 to 2.4 ⁇ 10 17 sec ⁇ cm ⁇ 3 ⁇ ml ⁇ 1 .
- the dilution rate of the second aqueous solution is preferably 25 times or more and 500 times or less.
- fertilizer and water are separately supplied to the soil of the crops.
- the plasma generator P30 may be used when manufacturing the plasma activated aqueous solution.
- the first aqueous solution is irradiated with atmospheric pressure plasma generated in the plasma generation region by the plasma generator P30.
- the first electrode 110 is disposed outside the first aqueous solution, and the second electrode 210 is disposed in the first aqueous solution.
- the gas is irradiated from the cylindrical portion 110a of the first electrode 110 toward the first aqueous solution. In this state, a voltage is applied between the first electrode 110 and the second electrode 210.
- the cylindrical portion 110a of the first electrode 110 has a cylindrical shape. However, it is not limited to a cylindrical shape. As long as it is cylindrical, it may be polygonal.
- the plasma generators P10, P20, etc. may be further miniaturized. By sufficiently downsizing, a pen-type plasma generator can be manufactured. Even in that case, a plasma density equivalent to that of the plasma generators P10 and P20 can be obtained.
- a freezing step may be performed to store the second aqueous solution.
- the freezing step is performed after the plasma irradiation step and before the aqueous solution supply step.
- the second aqueous solution is frozen within a range of ⁇ 196 ° C. to 0 ° C. Specifically, it stores in a freezer.
- a biological laboratory refrigerator for example, BioFreezer GS-5203KHC manufactured by Nippon Freezer Co., Ltd.
- the storage temperature of the second aqueous solution frozen in this freezer is in the range of ⁇ 28 ° C. or higher and ⁇ 14 ° C. or lower. Further, the storage temperature of the second aqueous solution is not limited to this range. Any ordinary freezing temperature may be used. For example, it is within a range of ⁇ 196 ° C. or more and 0 ° C. or less. Preferably, it is ⁇ 196 ° C. or more and ⁇ 10 ° or less. More preferably, it is ⁇ 150 ° C. or higher and ⁇ 20 ° C. or lower. More preferably, it is ⁇ 80 ° C. or higher and ⁇ 30 ° C. or lower.
- the plasma activated aqueous solution can be stored. Therefore, the frozen plasma activated aqueous solution may be thawed before being supplied to the soil of the agricultural crop.
- the plasma-activated aqueous solution of this embodiment is obtained by irradiating the first aqueous solution containing L-sodium lactate with plasma.
- this plasma-activated aqueous solution is supplied to the crop soil, the polyphenols in the crop increase.
- Crop production method 1-1 Plasma irradiation process
- the atmospheric pressure plasma is directly irradiated to the region including the growth point of the crop.
- the growth point is a location where the cell division is actively performed while being located near the tip of the plant stem.
- the distance between the plasma irradiation port and the growth point of the crop is, for example, 0 cm or more and 10 cm or less.
- the plasma irradiation port faces the growth point of the crop.
- the plasma density is the same as in the first embodiment.
- the plasma irradiation time is, for example, 30 seconds to 600 seconds.
- the plasma density time product which is the product of the plasma density of the atmospheric pressure plasma and the irradiation time, is 6 ⁇ 10 17 sec ⁇ cm ⁇ 3 or more and 1 2 ⁇ 10 19 sec ⁇ cm ⁇ 3 or less.
- the plasma activated aqueous solution in this experiment is a solution (PAL: Plasma Activated Lactec (Lactec is a registered trademark)) in which an aqueous solution having the same components as Lactec (registered trademark) is irradiated with plasma.
- Lactec (registered trademark) is a lactated Ringer's solution containing sodium chloride, potassium chloride, calcium chloride, and L-sodium lactate.
- the concentration of sodium chloride is 6.0 g / L.
- the concentration of potassium chloride is 0.3 g / L.
- the concentration of calcium chloride hydrate is 0.2 g / L.
- the concentration of L-sodium lactate is 3.1 g / L.
- a plasma generator P20 was used as the plasma device.
- the plasma irradiation time was 5 minutes per time.
- Argon gas was used as the type of gas.
- the distance between the plasma generation region and the first aqueous solution was 2 mm.
- the plasma density in the plasma generator P20 was 2 ⁇ 10 16 cm ⁇ 3 .
- a plasma activated aqueous solution (PAL) was supplied to the soil of strawberry planted.
- a pipe for water distribution was placed on the planted strawberry seedling, and the plasma activated aqueous solution was sprayed from the through hole of the pipe.
- other aqueous solutions were sprayed.
- Table 2 is a table showing grouping of strawberry seedlings. As shown in Table 2, many strawberry seedlings were grouped and supplied with different supplies. Of course, the same amount of water and fertilizer was given to all groups. That is, Table 2 is a table extracted for supplies and the like that are different for each group among those given inside the same greenhouse. Group A is given nothing other than normal water and fertilizer. Group C was given distilled water in the same amount as the aqueous solution given in Group DG. That is, the amount of water in group C is greater than the amount of water in group A.
- FIG. 9 is a diagram showing a state in which plasma is directly irradiated onto strawberries.
- the growth points of the strawberry are scattered around the apex of the stem part where the leaf part of the strawberry grows.
- FIG. 10 is a graph showing the amount of anthocyanins contained in harvested strawberries.
- the anthocyanin content of group A was about 16 mg / 100 g.
- Group B had an anthocyanin content of about 20 mg / 100 g.
- Group C anthocyanin content was about 16 mg / 100 g.
- Group D anthocyanin content was about 13 mg / 100 g.
- Group E has an anthocyanin content of about 18 mg / 100 g.
- the anthocyanin content of Group F was about 12 mg / 100 g.
- Group G has an anthocyanin content of about 19 mg / 100 g.
- the group B directly irradiated with plasma and the groups E and G supplied with PAL are more in comparison with the other groups not supplied with plasma components. Contains a lot of anthocyanins.
- the anthocyanin content of group B is increased by about 25% by direct plasma irradiation.
- the amounts of water and fertilizer given to Group A and Group B are comparable.
- the anthocyanin content of Group E given PAL is increased by about 45%.
- the content of anthocyanins in group D given Lactec® is reduced by about 18% compared to group C given distilled water. That is, the component of LACTEC (registered trademark) itself has an effect of reducing the content of anthocyanins.
- LACTEC registered trademark
- PAL activated by irradiating with plasma has the effect of increasing the content of anthocyanins.
- the content of anthocyanins of group E given PAL was about 13% higher than the content of anthocyanins of group C given distilled water.
- the anthocyanin content of Group G given PAL has increased by about 55%.
- the content of anthocyanins in group F given Lactec® is reduced by about 18% compared to group C given distilled water.
- LACTEK registered trademark
- the content of anthocyanins of group G given PAL was about 19% higher than the content of anthocyanins of group C given distilled water.
- Experiment B 2-1 Sample Preparation An experiment was performed by preparing a sample in the same manner as in Experiment A. At that time, nine types of samples were prepared as shown in Table 3.
- Table 3 is a table showing grouping of strawberry seedlings. Similar to Table 2, Table 3 is a table in which different supplies and the like are extracted for each group.
- group B1 is a sample directly irradiated with plasma for 30 seconds per time in the first and second stages of strawberry seedling cultivation.
- Group B2 is a sample directly irradiated with plasma for 120 seconds per time in the first and second stages of strawberry seedling cultivation.
- Group B3 is a sample additionally prepared in the later stage of strawberry seedling cultivation. Therefore, group B3 summarizes only the late data of strawberry seedling cultivation.
- FIG. 11 is a graph showing the sugar content of strawberries.
- the sugar content of group A no irradiation
- the sugar content of Group B1 (30 seconds direct irradiation) was about 12.3%.
- the sugar content of Group B2 120 seconds direct irradiation was about 11.8%.
- the sugar content of Group B3 (late cultivation period, direct irradiation for 120 seconds) was about 12.3%.
- the sugar content of Group C distilled water
- the sugar content of Group D (100 times unirradiated) was about 12.1%.
- the sugar content of Group E 100-fold PAL
- the sugar content of Group F 25 times unirradiated
- the sugar content of group G 25-fold PAL
- the sugar content of group B1-B3 that is directly irradiated with plasma is higher than that of group A that is not irradiated with plasma.
- group C the sugar content of groups D and E diluted 100 times tends to be slightly higher, and the sugar content of groups F and G diluted 25 times tends to be slightly lower.
- the sugar content of strawberries that are directly irradiated with plasma or supplied with PAL tends to be higher.
- FIG. 12 is a graph showing the acidity of strawberries.
- the acidity of group A no irradiation
- the acidity of group B1 was about 0.70%.
- the acidity of group B2 was about 0.66%.
- the acidity of group B3 was about 0.67%.
- the acidity of Group C was about 0.64%.
- the acidity of group D was about 0.66%.
- the acidity of Group E was about 0.65%.
- the acidity of Group F was about 0.66%.
- the acidity of group G was about 0.61%.
- the acidity of group B1-B3 that is directly irradiated with plasma tends to be lower than the acidity of group A that is not irradiated with plasma.
- the acidity of the groups E and G to which PAL is supplied tends to be lower than that of the groups A and C.
- the acidity of group G was the lowest.
- FIG. 13 is a graph showing the sugar acid ratio of strawberries.
- the sugar acid ratio is sugar / acidity.
- the group A sugar acid ratio was about 16.8.
- the sugar acid ratio of group B1 was about 17.6.
- the sugar acid ratio of group B2 was about 17.8.
- the sugar acid ratio of group B3 was about 18.7.
- the sugar acid ratio of group C was about 18.5.
- the sugar acid ratio of Group D was about 18.4.
- the sugar acid ratio of Group E was about 18.4.
- the sugar acid ratio of Group F was about 17.5.
- the sugar acid ratio of group G was about 18.7.
- the saccharide acid ratio of group B1-B3 that is directly irradiated with plasma is sufficiently higher than that of group A that is not irradiated with plasma.
- the ratio of sugar acids in groups E and G using PAL is sufficiently higher than that in group A.
- the sugar acid ratio of strawberries increases by irradiating with plasma.
- the method for producing a crop according to the first aspect includes an aqueous solution preparation step of preparing a first aqueous solution containing L-sodium lactate, and plasma that is irradiated with atmospheric pressure plasma to form a second aqueous solution. An irradiation step, and an aqueous solution supply step of supplying a second aqueous solution to the soil on which the crop is grown.
- the plasma density time product per unit volume in the second aqueous solution is 6 ⁇ 10 11 sec ⁇ cm ⁇ 3 ⁇ ml ⁇ 1 or more and 2.4 ⁇ 10. 17 sec ⁇ cm -3 ⁇ ml -1 or less
- the crop production method includes a freezing step of freezing the second aqueous solution.
- the freezing step the second aqueous solution is frozen within a range of ⁇ 196 ° C. to 0 ° C.
- the atmospheric pressure plasma is directly irradiated onto the region including the growth point of the crop.
- the plasma density time product which is the product of the plasma density of the atmospheric pressure plasma and the irradiation time, is 6 ⁇ 10 17 sec ⁇ cm ⁇ 3 or more and 1.2 ⁇ 10 19 sec ⁇ cm ⁇ 3 or less.
Landscapes
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Abstract
Description
本明細書の技術分野は、農作物の生産方法に関する。 The technical field of this specification relates to a method for producing crops.
プラズマ技術は、電気、化学、材料の各分野に応用されている。プラズマの内部では、電子やイオン等の荷電粒子の他に、紫外線やラジカルが発生する。これらには、生体組織の殺菌をはじめとして、生体組織に対する種々の効果があることが分かってきている。 Plasma technology is applied in the fields of electricity, chemistry, and materials. Inside the plasma, ultraviolet rays and radicals are generated in addition to charged particles such as electrons and ions. These have been found to have various effects on living tissues, including sterilization of living tissues.
例えば、特許文献1には、水にプラズマを照射することにより水中の微生物等を殺菌する技術が開示されている。また、特許文献1のプラズマ装置は、水中に電流を流すことなくプラズマを水中に照射することができる。
For example,
ところで、特許文献2には、酵母に大量の大気圧プラズマを照射した場合には酵母の生菌数は減少するが、酵母に少量の大気圧プラズマを照射した場合に酵母の生菌数は増加することが記載されている。このように、プラズマを照射することにより酵母を活性化する可能性および死滅させる可能性について研究されてきている。しかし、その他の生物へのプラズマの影響については必ずしも明らかではない。
By the way, in
本明細書の技術は、前述した従来の技術が有する問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題とするところは、農作物の品質を向上させることを図った農作物の生産方法を提供することである。 The technology of this specification has been made to solve the problems of the conventional technology described above. That is, the place made into the subject is providing the production method of the crop which aimed at improving the quality of the crop.
第1の態様における農作物の生産方法は、L-乳酸ナトリウムを含有する第1の水溶液を準備する水溶液準備工程と、第1の水溶液に大気圧プラズマを照射して第2の水溶液とするプラズマ照射工程と、農作物を生育する土壌に第2の水溶液を供給する水溶液供給工程と、を有する。 The method for producing a crop according to the first aspect includes an aqueous solution preparation step of preparing a first aqueous solution containing L-sodium lactate, and plasma irradiation that irradiates the first aqueous solution with atmospheric pressure plasma to form a second aqueous solution. And a step of supplying an aqueous solution to the soil on which the crop is grown.
この農作物の生産方法においては、農作物の果実等の内部においてポリフェノール類を増加させることができる。そのため、人がこの農作物を食べることにより、その人がより健康になる。 In this crop production method, polyphenols can be increased inside the fruits of crops. Therefore, when a person eats this crop, the person becomes healthier.
本明細書では、農作物の品質を向上させることを図った農作物の生産方法が提供されている。 In this specification, there is provided a method for producing crops that is intended to improve the quality of the crops.
以下、具体的な実施形態について、農作物の生産方法を例に挙げて図を参照しつつ説明する。本明細書において、農作物は果物と野菜とを含む。 Hereinafter, specific embodiments will be described with reference to the drawings, taking a method for producing crops as an example. As used herein, crops include fruits and vegetables.
(第1の実施形態)
第1の実施形態について説明する。第1の実施形態の農作物の生産方法においては、プラズマ活性化水溶液を農作物の土壌に供給する。このプラズマ活性化水溶液は、乳酸ナトリウムを含有する水溶液にプラズマを照射したものである。そのため、まず、プラズマを照射するプラズマ照射装置について説明する。
(First embodiment)
A first embodiment will be described. In the crop production method of the first embodiment, a plasma activated aqueous solution is supplied to the soil of the crop. This plasma activated aqueous solution is obtained by irradiating an aqueous solution containing sodium lactate with plasma. Therefore, first, a plasma irradiation apparatus that irradiates plasma will be described.
1.プラズマ活性化水溶液製造装置
1-1.プラズマ活性化水溶液製造装置の構成
本実施形態のプラズマ活性化水溶液製造装置PMは、図1に示すように、プラズマ照射装置P1と、アームロボットM1とを有している。プラズマ照射装置P1は、プラズマを発生させるとともに、そのプラズマを溶液に向けて照射するためのものである。
1. Plasma activated aqueous solution production apparatus 1-1. Configuration of Plasma Activated Aqueous Solution Manufacturing Apparatus As shown in FIG. 1, the plasma activated aqueous solution manufacturing apparatus PM of the present embodiment includes a plasma irradiation apparatus P1 and an arm robot M1. The plasma irradiation apparatus P1 is for generating plasma and irradiating the plasma toward the solution.
アームロボットM1は、図1に示すように、プラズマ照射装置P1の位置をx軸、y軸、z軸方向のそれぞれの方向に移動させることができるようになっている。なお、説明の便宜上、プラズマを照射する向きを-z軸方向としている。これにより、溶液の液面と、プラズマ照射装置P1との間の距離を調整することができる。また、このプラズマ活性化水溶液製造装置PMは、予めプラズマ照射時間を設定することにより、その時間だけプラズマを照射することができるものである。 As shown in FIG. 1, the arm robot M1 can move the position of the plasma irradiation apparatus P1 in each of the x-axis, y-axis, and z-axis directions. For convenience of explanation, the direction of plasma irradiation is the −z-axis direction. Thereby, the distance between the liquid level of a solution and the plasma irradiation apparatus P1 can be adjusted. Moreover, this plasma activated aqueous solution manufacturing apparatus PM can irradiate plasma only for the time by setting plasma irradiation time beforehand.
プラズマ照射装置P1には、後述するように、3種類の方式(第1のプラズマ発生装置P10および第2のプラズマ発生装置P20および第3のプラズマ発生装置P30)がある。そして、いずれの方式を用いてもよい。なお、第3のプラズマ発生装置P30は、図1に示すロボットアームM1等を有していない。 There are three types of plasma irradiation apparatus P1 (a first plasma generation apparatus P10, a second plasma generation apparatus P20, and a third plasma generation apparatus P30), as will be described later. Any method may be used. The third plasma generator P30 does not have the robot arm M1 shown in FIG.
1-2.第1のプラズマ発生装置
図2.Aはプラズマ発生装置P10の概略構成を示す断面図である。ここで、プラズマ発生装置P10は、プラズマを点状に噴出する第1のプラズマ発生装置である。図2.Bは、図2.Aのプラズマ発生装置P10の電極2a、2bの形状の詳細を示す図である。
1-2. First plasma generator FIG. A is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the plasma generator P10. Here, the plasma generator P10 is a first plasma generator that ejects plasma in the form of dots. FIG. B is shown in FIG. It is a figure which shows the detail of the shape of the
プラズマ発生装置P10は、筐体部10と、電極2a、2bと、電圧印加部3と、を有している。筐体部10は、アルミナ(Al2 O3 )を原料とする焼結体から成るものである。そして、筐体部10の形状は、筒形状である。筐体部10の内径は2mm以上3mm以下である。筐体部10の厚みは0.2mm以上0.3mm以下である。筐体部10の長さは10cm以上30cm以下である。筐体部10の両端には、ガス導入口10iと、ガス噴出口10oとが形成されている。ガス導入口10iは、プラズマを発生させるためのガスを導入するためのものである。ガス噴出口10oは、プラズマを筐体部10の外部に照射するための照射部である。なお、ガスの移動する向きは、図中の矢印の向きである。
The plasma generating apparatus P10 includes a
電極2a、2bは、対向して配置されている対向電極対である。電極2a、2bの対向面方向の長さは、筐体部10の内径より小さい。例えば1mm程度である。電極2a、2bには、図2.Bに示すように、対向面のそれぞれに凹部(ホロー)Hが多数形成されている。そのため、電極2a、2bの対向面は、微細な凹凸形状となっている。なお、この凹部Hの深さは、0.5mm程度である。
The
電極2aは、筐体部10の内部であってガス導入口10iの近傍に配置されている。電極2bは、筐体部10の内部であってガス噴出口10oの近傍に配置されている。そのため、プラズマ発生装置P10では、電極2aの対向面の反対側からガスを導入するとともに、電極2bの対向面の反対側にガスを噴出するようになっている。そして、電極2a、2b間の距離は、例えば24cmである。電極2a、2b間の距離は、これより小さい距離であってもよい。
The
電圧印加部3は、電極2a、2b間に交流電圧を印加するためのものである。電圧印加部3は、商用交流電圧である、60Hz、100Vを用いて9kVに昇圧するとともに、電極2a、2b間に電圧を印加する。
The
ガス導入口10iからアルゴンを導入するとともに、電圧印加部3により、電極2a、2b間に電圧を印加すると、筐体部10の内部にプラズマが発生する。図2.Aの斜線で示すように、プラズマが発生する領域をプラズマ発生領域Pとする。プラズマ発生領域Pは、筐体部10に覆われている。
When argon is introduced from the
1-3.第2のプラズマ発生装置
図3.Aはプラズマ発生装置P20の概略構成を示す断面図である。ここで、プラズマ発生装置P20は、プラズマを線状に噴出する第2のプラズマ発生装置である。図3.Bは、図3.Aのプラズマ発生装置P20のプラズマ領域Pの長手方向に垂直な断面における部分断面図である。
1-3. Second plasma generator FIG. A is a sectional view showing a schematic configuration of the plasma generator P20. Here, the plasma generator P20 is a second plasma generator that ejects plasma linearly. FIG. B is shown in FIG. It is a fragmentary sectional view in the cross section perpendicular | vertical to the longitudinal direction of the plasma area | region P of the plasma generator P20 of A. FIG.
プラズマ発生装置P20は、筐体部11と、電極2a、2bと、電圧印加部3と、を有している。筐体部11は、アルミナ(Al2 O3 )を原料とする焼結体から成るものである。筐体部11の両端には、ガス導入口11iと、多数のガス噴出口11oとが形成されている。ガス導入口11iは、図3.Aの左右方向を長手方向とするスリット形状をしている。ガス導入口11iからプラズマ領域Pの直上までのスリット幅(図3.Bの左右方向の幅)は、例えば1mmである。
The plasma generating apparatus P20 includes a
ガス噴出口11oは、プラズマを筐体部11の外部に照射するための照射部である。ガス噴出口11oは、円筒形状もしくはスリット形状である。円筒形状の場合のガス噴出口11oは、プラズマ領域の長手方向に沿って一直線状に形成されている。ガス噴出口11oの内径は1mm以上2mm以下の範囲内である。また、スリット形状の場合には、ガス噴出口11oのスリット幅を1mm以下とすることが好ましい。これにより、安定したプラズマが形成される。また、ガス導入口11iは、電極2aと電極2bとを結ぶ線と交差する向きにガスを導入するようになっている。
The gas outlet 11o is an irradiation unit for irradiating the outside of the
電極2a、2bおよび電圧印加部3については、図1に示したプラズマ発生装置P10と同じものである。そして、同様に、商用交流電圧を用いて、電極2a、2b間に電圧を印加する。これにより、プラズマを一直線状に噴出することができる。
The
また、この一直線状にプラズマを噴出するプラズマ発生装置P20を図3.Bの左右方向に列状に並べて配置すれば、プラズマをある長方形の領域にわたって平面的に噴出することができる。 Also, a plasma generator P20 that ejects plasma in a straight line is shown in FIG. If arranged in a line in the left-right direction of B, the plasma can be ejected in a plane over a rectangular region.
1-4.第3のプラズマ発生装置
図4は、第3のプラズマ発生装置P30の概略構成を示す概念図である。プラズマ発生装置P30は、収容している溶液にプラズマを照射するためのものである。
1-4. Third Plasma Generator FIG. 4 is a conceptual diagram showing a schematic configuration of a third plasma generator P30. The plasma generator P30 is for irradiating the contained solution with plasma.
図4に示すように、プラズマ発生装置P30は、第1電極110と、第2電極210と、第1の電位付与部120と、第2の電位付与部220と、第1のリード線130と、第2のリード線230と、ガス供給部140と、ガス管結合コネクター150と、ガス管160と、第1電極保護部材170と、第2電極保護部材240と、第1電極支持部材180と、密閉部材191と、結合部材192と、容器250と、封止部材260と、架台270と、を有している。
As shown in FIG. 4, the plasma generator P30 includes a
1-4-1.電極の概略構成
第1電極110は、筒形状部110aを有している。そして、その筒形状部110aの内部にプラズマガスを供給することができるようになっている。つまり、第1電極110の内部は、ガス供給部140と連通している。第1電極110は、筒形状部110aから第2電極210に向けてガスを吹き出すようになっている。そして、第1電極110の先端部は、注射針形状をしている。つまり、第1電極110の先端部は、第1電極110の軸方向に垂直な方向に対して傾斜する傾斜面を有している。そして、第1電極110の先端部には、マイクロホローが形成されている。
1-4-1. Schematic Configuration of Electrode The
第2電極210は、第1電極110と対向する電極である。第2電極210は、棒状電極である。第2電極210は、円柱形状である。もしくは、多角柱形状であってもよい。もしくは、先端の尖った針形状であってもよい。ここで、第2電極210は、先端部211を有している。第2電極210の先端部211は、イリジウムを含有するイリジウム合金でできている。例えば、イリジウムと白金との合金である。または、イリジウムと白金とオスミウムとの合金である。イリジウム合金は、硬度が高く、耐熱性に優れている。そのため、イリジウム合金は、第2電極210の先端部211に好適である。また、イリジウムの代わりに、白金を用いてもよい。もしくは、パラジウムであってもよい。または、イリジウムと白金とパラジウムとのうちの少なくとも一種類以上を含む金属もしくは合金であるとよい。また、第2電極210の先端部211は金であってもよい。また、放電時には、第2電極210は、容器250に収容されている溶液に浸かっている。
The
第1の電位付与部120は、第1電極110に周期的に変化する電位を付与するためのものである。第2の電位付与部220は、第2電極210に周期的に変化する電位を付与するためのものである。ここで、第1の電位付与部120と第2の電位付与部220とのうちのどちらか一方は、接地されていてもよい。第1のリード線130は、第1電極110と第1の電位付与部120とを電気的に接続するためのものである。第1のリード線130は、ニッケル合金もしくはステンレスであるとよい。第2のリード線230は、第2電極210と第2の電位付与部220とを電気的に接続するためのものである。第2のリード線230は、ニッケル合金もしくはステンレスであるとよい。これにより、第1電極110と第2電極210との間に高周波の電圧が印加されることとなる。つまり、第1の電位付与部120および第2の電位付与部220は、第1電極110と第2電極210との間に電圧を印加するための電圧印加部である。
The first
1-4-2.ガス供給経路
プラズマ発生装置P30は、前述したように、ガス供給部140と、ガス管結合コネクター150と、ガス管160と、を有している。そのため、ガス供給部140は、ガス管160およびガス管結合コネクター150を介して、第1電極110の筒形状部の内部にプラズマガスを供給する。ここで、ガス供給部160は、例えば、Arガスを供給する。もしくは、その他の希ガスを供給してもよい。もしくは、酸素ガス等その他のガスを微量に含んでいてもよい。そのため、プラズマガスは、第1電極110から溶液250に収容されている溶液に向けて吹き付けられることとなる。
1-4-2. Gas Supply Path As described above, the plasma generation apparatus P30 includes the
1-4-3.上部構造の構成
図5は、プラズマ発生装置P30の上部構造を示す図である。図5に示すように、第1電極110は、先端部111を有している。先端部111は、図4に示すように、第2電極210に対面する位置に配置されている。第1電極110の先端部111は、傾斜面111aを有している。傾斜面111aは、第1電極110の軸方向に垂直な面に対して傾斜している面である。また、先端部111には、マイクロホロー111bが形成されている。マイクロホロー111bは、長さ0.5mm以上1mm以下、幅0.3mm以上0.5mm以下の微小な凹部である。
1-4-3. Configuration of Upper Structure FIG. 5 is a diagram showing an upper structure of the plasma generator P30. As shown in FIG. 5, the
また、前述したように、プラズマ発生装置P30は、密閉部材191と、結合部材192と、を有している。密閉部材191は、図4に示す容器250に取り付けられるとともに容器250の内部を密閉するためのものである。結合部材192は、第1電極110とガス管結合コネクター150とを、密閉部材191等を介して連結するための部材である。
As described above, the plasma generator P30 includes the sealing
1-4-4.下部構造の構成
図6は、プラズマ発生装置P30の下部構造を示す図である。前述したように、プラズマ発生装置P30は、容器250と、封止部材260と、架台270と、を有している。容器250は、内部に溶液を収容することができるようになっている。ここで、溶液とは、水溶液や有機溶剤をも含むこととする。また、容器250は、第1電極110および第2電極210を内部に収容している。また、容器250は、目盛を有しているとよい。容器250の内部に収容されている溶液の量を計量するためである。
1-4-4. Configuration of Lower Structure FIG. 6 is a diagram showing a lower structure of the plasma generator P30. As described above, the plasma generator P30 includes the
封止部材260は、第2電極保護部材240と、容器250との間の隙間を塞ぐためのものである。封止部材260として、例えば、オーリングが挙げられる。容器250の密閉性を確保し、溶液が容器250の底部に漏れ出すのを防止するものであれば、これ以外の部材を適用してもよい。架台270は、容器250その他の各部材を支持するためのものである。
The sealing
2.プラズマ発生装置により発生されるプラズマ
2-1.第1のプラズマ発生装置および第2のプラズマ発生装置
プラズマ発生装置P10、P20により発生されるプラズマは、非平衡大気圧プラズマである。ここで、大気圧プラズマとは、0.5気圧以上2.0気圧以下の範囲内の圧力であるプラズマをいう。
2. 2. Plasma generated by plasma generator 2-1. The first plasma generator and the second plasma generator The plasma generated by the plasma generators P10 and P20 is non-equilibrium atmospheric pressure plasma. Here, atmospheric pressure plasma refers to plasma having a pressure in the range of 0.5 to 2.0 atmospheres.
本実施の形態では、プラズマ発生ガスとして、主にArガスを用いる。プラズマ発生装置P10、P20により発生されるプラズマの内部では、もちろん、電子と、Arイオンとが生成されている。そして、Arイオンは、紫外線を発生させる。また、このプラズマは大気中に放出されているため、酸素ラジカルや窒素ラジカル等を発生させる。 In this embodiment, Ar gas is mainly used as the plasma generating gas. Of course, electrons and Ar ions are generated in the plasma generated by the plasma generators P10 and P20. Ar ions generate ultraviolet rays. Further, since this plasma is released into the atmosphere, it generates oxygen radicals, nitrogen radicals, and the like.
このプラズマのプラズマ密度は、1×1014cm-3以上1×1017cm-3以下の範囲内である。なお、誘電体バリア放電により発生されるプラズマにおけるプラズマ密度は、1×1011cm-3以上1×1013cm-3以下の程度である。したがって、プラズマ発生装置P10、P20により発生されるプラズマのプラズマ密度は、誘電体バリア放電により発生されるプラズマのプラズマ密度に比べて、3桁程度大きい。したがって、このプラズマの内部では、より多くのArイオンが生成する。そのため、ラジカルや、紫外線の発生量も多い。なお、このプラズマ密度は、プラズマ内部の電子密度にほぼ等しい。
The plasma density of this plasma is in the range of 1 × 10 14
そして、このプラズマ発生時におけるプラズマ温度は、およそ1000K以上2500K以下の範囲内である。また、このプラズマにおける電子温度は、ガスの温度に比べて大きい。しかも、電子の密度が1×1014cm-3以上1×1017cm-3以下の範囲内の程度であるにもかかわらず、ガスの温度はおよそ1000K以上2500K以下の範囲内である。このプラズマの温度は、プラズマの発生しているプラズマ発生領域Pでの温度である。したがって、プラズマの条件や、ガス噴出口から水面までの距離を異なる条件とすることにより、液面の位置でのプラズマ温度を室温程度とすることができる。
And the plasma temperature at the time of this plasma generation is in the range of about 1000K to 2500K. Moreover, the electron temperature in this plasma is larger than the gas temperature. Moreover, although the electron density is in the range of 1 × 10 14
2-2.第3のプラズマ発生装置
図7は、プラズマ発生装置P30がプラズマを発生させている様子を模式的に示す図である。プラズマ発生装置P30により発生されるプラズマは、非平衡大気圧プラズマである。
2-2. Third Plasma Generating Device FIG. 7 is a diagram schematically showing how the plasma generating device P30 generates plasma. The plasma generated by the plasma generator P30 is non-equilibrium atmospheric pressure plasma.
図7に示すように、ガス供給部140から供給されるプラズマガスは、第1電極110から矢印K1の向きに放出される。そして、第1電極110と第2電極210との間に高周波の電圧を印加すると、第1電極110と第2電極210との間にプラズマ発生領域PG1が形成される。図7のプラズマ発生領域PG1は、概念的に描かれている。
As shown in FIG. 7, the plasma gas supplied from the
第1の電位付与部120および第2の電位付与部220が、第1電極110と第2電極210との間に電圧を印加する電圧印加時には、第2電極210は、液体の内部に配置されている。このように、第1電極110と第2電極210との間には、容器250に収容されている液体と大気とがある。そして、第1電極と第2電極とを結ぶ線が、液体の液面LL1と交差している。
When the first
そのため、液体の液面LL1と第1電極110との間にプラズマが発生する。このとき、液体の液面LL1は、第1電極110から矢印K1の向きに放出されるプラズマガスの風圧を受けて、液体の側に向かって凹んでいる。そして、液体の内部では溶液が部分的に電気分解し、気化する。その気化したガスの内部でもプラズマが発生する。また、プラズマ発生領域PG1は、液体の液面LL1に接触している。
Therefore, plasma is generated between the
以上により、大気もしくは水に由来するラジカルが発生する。そして、溶液にラジカルが照射されることとなる。これにより、ラジカルは、水分子もしくは溶液中の溶質と反応する。 As a result, radicals derived from the atmosphere or water are generated. And a radical will be irradiated to a solution. Thereby, radicals react with water molecules or solutes in solution.
3.プラズマ活性化水溶液の製造方法
3-1.水溶液準備工程
まず、第1の水溶液を準備する。第1の水溶液とは、プラズマを照射する前の水溶液のことをいう。第1の水溶液は、L-乳酸ナトリウムと、塩化ナトリウムと、塩化カリウムと、塩化カルシウムと、を含有する。
3. 3. Method for producing plasma activated aqueous solution 3-1. Aqueous solution preparation step First, a first aqueous solution is prepared. The first aqueous solution refers to an aqueous solution before being irradiated with plasma. The first aqueous solution contains L-sodium lactate, sodium chloride, potassium chloride, and calcium chloride.
3-2.プラズマ照射工程
次に、プラズマ活性化水溶液製造装置PMによりプラズマ発生領域に発生させた大気圧プラズマを第1の水溶液に照射する。プラズマを照射する際における液面とプラズマ噴出口との間の距離は、例えば、3mmである。また、この距離は、例えば、0.1cm以上3cm以下の範囲内で変えてもよい。プラズマ発生領域におけるプラズマ密度は、1×1014cm-3以上1×1017cm-3以下の範囲内である。そして、このプラズマにおけるプラズマ温度は、およそ1000K以上2500K以下の範囲内である。ただし、このプラズマ温度は、液面では、室温程度(300K程度)まで下げることもできる。これらのプラズマ条件を表1に示す。これらの条件は、あくまで一例である。
3-2. Plasma Irradiation Step Next, the first aqueous solution is irradiated with atmospheric pressure plasma generated in the plasma generation region by the plasma activated aqueous solution manufacturing apparatus PM. The distance between the liquid surface and the plasma outlet when the plasma is irradiated is, for example, 3 mm. Further, this distance may be changed within a range of 0.1 cm to 3 cm, for example. The plasma density in the plasma generation region is in the range of 1 × 10 14
[表1]
条件 数値範囲
液面-噴出口距離 0.1cm以上 3cm以下
プラズマ密度 1×1014cm-3以上 1×1017cm-3以下
プラズマ温度 1000K以上 2500K以下
[Table 1]
Conditions Numerical range Liquid level-outlet distance 0.1 cm or more 3 cm or less Plasma density 1 x 10 14 cm -3 or more 1 x 10 17 cm -3 or less Plasma temperature 1000 K or more 2500 K or less
このように、第1の水溶液に大気圧プラズマを照射することにより、第1の水溶液を第2の水溶液にする。大気圧プラズマの照射により、第1の水溶液の成分とプラズマに由来するラジカル等とが反応すると考えられる。また、水溶液中に亜硝酸イオンや硝酸イオンが増加する。第1の水溶液の成分は、これらのイオン等とも反応すると考えられる。この第2の水溶液は、農作物に含まれるポリフェノール類を増加させるプラズマ活性化水溶液である。 Thus, the first aqueous solution is changed to the second aqueous solution by irradiating the first aqueous solution with atmospheric pressure plasma. It is considered that the components of the first aqueous solution react with radicals derived from the plasma by irradiation with atmospheric pressure plasma. Further, nitrite ions and nitrate ions increase in the aqueous solution. The components of the first aqueous solution are considered to react with these ions and the like. This second aqueous solution is a plasma-activated aqueous solution that increases polyphenols contained in agricultural products.
大気圧プラズマのプラズマ密度は、例えば、2×1016cm-3である。大気圧プラズマの照射時間は、例えば、30秒以上600秒以下である。大気圧プラズマを照射する際の第1の水溶液の体積は、例えば、10ml以上1000ml以下である。 The plasma density of the atmospheric pressure plasma is, for example, 2 × 10 16 cm −3 . The irradiation time of atmospheric pressure plasma is, for example, not less than 30 seconds and not more than 600 seconds. The volume of the first aqueous solution at the time of irradiation with atmospheric pressure plasma is, for example, 10 ml or more and 1000 ml or less.
この場合には、第2の水溶液における単位体積当たりのプラズマ密度時間積は、6×1014sec・cm-3・ml-1以上1.2×1018sec・cm-3・ml-1以下である。ここで、単位体積当たりのプラズマ密度時間積とは、(プラズマ密度)×(照射時間)/(第1の水溶液の体積)である。つまり、単位体積当たりのプラズマ密度時間積は、単位体積当たりの第1の水溶液に照射されるプラズマ生成物の量である。 In this case, the plasma density time product per unit volume in the second aqueous solution is 6 × 10 14 sec · cm −3 · ml −1 or more and 1.2 × 10 18 sec · cm −3 · ml −1 or less. It is. Here, the plasma density time product per unit volume is (plasma density) × (irradiation time) / (volume of the first aqueous solution). That is, the plasma density time product per unit volume is the amount of plasma product irradiated to the first aqueous solution per unit volume.
4.プラズマ活性化水溶液の効果
本実施形態のプラズマ活性化水溶液は、L-乳酸ナトリウムを含有する水溶液にプラズマを照射したものである。より具体的には、L-乳酸ナトリウムと、塩化ナトリウムと、塩化カリウムと、塩化カルシウムと、を含有する第1の水溶液に大気圧プラズマを照射したものである。このプラズマ活性化水溶液は、後述するように、農作物に含まれるポリフェノール類の量を増加させる。ポリフェノール類は、抗酸化物質の一種である。より具体的には、増加するポリフェノール類は、アントシアニンである。そのため、この農作物を食べた人はより健康になる。また、果物の果実等の発色もよい。
4). Effect of Plasma Activated Aqueous Solution The plasma activated aqueous solution of the present embodiment is obtained by irradiating an aqueous solution containing L-sodium lactate with plasma. More specifically, the first aqueous solution containing L-sodium lactate, sodium chloride, potassium chloride, and calcium chloride is irradiated with atmospheric pressure plasma. As will be described later, this plasma activated aqueous solution increases the amount of polyphenols contained in agricultural products. Polyphenols are a kind of antioxidant. More specifically, the increasing polyphenols are anthocyanins. Therefore, people who eat this crop will be healthier. In addition, the color of fruits and the like is good.
5.プラズマ活性化水溶液を用いた農作物の生産方法
本実施形態の農作物の生産方法は、L-乳酸ナトリウムを含有する第1の水溶液を準備する水溶液準備工程と、第1の水溶液に大気圧プラズマを照射して第2の水溶液とするプラズマ照射工程と、農作物を生育する土壌に第2の水溶液を供給する水溶液供給工程と、を有する。
5). Production method of agricultural product using plasma activated aqueous solution The production method of agricultural product of this embodiment includes an aqueous solution preparation step of preparing a first aqueous solution containing L-sodium lactate, and irradiating the first aqueous solution with atmospheric pressure plasma. And a plasma irradiation step for forming a second aqueous solution, and an aqueous solution supply step for supplying the second aqueous solution to the soil on which the crop is grown.
5-1.水溶液準備工程
前述したように、水溶液準備工程では、L-乳酸ナトリウムと、塩化ナトリウムと、塩化カリウムと、塩化カルシウムと、を含有する第1の水溶液を準備する。
5-1. As described above, in the aqueous solution preparation step, a first aqueous solution containing L-sodium lactate, sodium chloride, potassium chloride, and calcium chloride is prepared.
5-2.プラズマ照射工程
次に、プラズマ照射工程を実施する。前述したように、この工程では、第1の水溶液に大気圧プラズマを照射して第2の水溶液とする。
5-2. Plasma irradiation process Next, a plasma irradiation process is performed. As described above, in this step, the first aqueous solution is irradiated with atmospheric pressure plasma to form a second aqueous solution.
5-3.水溶液供給工程
次に、水溶液供給工程を実施する。この工程では、第2の水溶液を農作物の土壌に供給する。このとき、全体の体積に対して第2の水溶液を5倍以上1000倍以下の濃度で添加する。土壌に供給する水溶液における単位体積当たりのプラズマ密度時間積は6×1011sec・cm-3・ml-1以上2.4×1017sec・cm-3・ml-1以下とする。この第2の水溶液の希釈率は、好ましくは、25倍以上500倍以下である。また、もちろん、農作物の土壌に肥料や水等を別途供給する。
5-3. Aqueous solution supply step Next, an aqueous solution supply step is performed. In this step, the second aqueous solution is supplied to the soil of the crop. At this time, the second aqueous solution is added at a concentration of 5 to 1000 times the total volume. The plasma density time product per unit volume in the aqueous solution supplied to the soil is 6 × 10 11 sec · cm −3 · ml −1 to 2.4 × 10 17 sec · cm −3 · ml −1 . The dilution rate of the second aqueous solution is preferably 25 times or more and 500 times or less. Of course, fertilizer and water are separately supplied to the soil of the crops.
6.変形例
6-1.第3のプラズマ発生装置
プラズマ活性化水溶液を製造するにあたってプラズマ発生装置P30を用いてもよい。そのために、プラズマ発生装置P30によりプラズマ発生領域に発生させた大気圧プラズマを第1の水溶液に照射する。第1電極110を第1の水溶液の外に配置するとともに第2電極210を第1の水溶液の中に配置する。そして、第1電極110の筒形状部110aから第1の水溶液に向かってガスを照射する。そして、その状態で第1電極110と第2電極210との間に電圧を印加する。
6). Modification 6-1. Third Plasma Generator The plasma generator P30 may be used when manufacturing the plasma activated aqueous solution. For this purpose, the first aqueous solution is irradiated with atmospheric pressure plasma generated in the plasma generation region by the plasma generator P30. The
6-2.第3のプラズマ発生装置の第1電極
本実施形態のプラズマ発生装置P30では、第1電極110の筒形状部110aは、円筒形状である。しかし、円筒形状に限らない。筒形状であれば、多角形形状であってもよい。
6-2. First Electrode of Third Plasma Generator In the plasma generator P30 of the present embodiment, the
6-3.小型化したプラズマ発生装置
プラズマ発生装置P10、P20等をさらに小型化してもよい。十分に小型化することにより、ペン型のプラズマ発生装置を製造することができる。その場合であっても、プラズマ発生装置P10、P20と同等のプラズマ密度が得られる。
6-3. Miniaturized plasma generators The plasma generators P10, P20, etc. may be further miniaturized. By sufficiently downsizing, a pen-type plasma generator can be manufactured. Even in that case, a plasma density equivalent to that of the plasma generators P10 and P20 can be obtained.
6-4.冷凍工程
また、第2の水溶液を保存するために冷凍工程を実施してもよい。冷凍工程は、プラズマ照射工程の後であって水溶液供給工程の前に実施する。冷凍工程では、第2の水溶液を-196℃以上0℃以下の範囲内で冷凍する。具体的には、冷凍庫に保存する。冷凍庫として例えば、生物実験用冷蔵庫(例えば、日本フリーザー株式会社製のバイオフリーザーGS-5203KHC)を用いることができる。
6-4. Freezing step In addition, a freezing step may be performed to store the second aqueous solution. The freezing step is performed after the plasma irradiation step and before the aqueous solution supply step. In the freezing step, the second aqueous solution is frozen within a range of −196 ° C. to 0 ° C. Specifically, it stores in a freezer. As the freezer, for example, a biological laboratory refrigerator (for example, BioFreezer GS-5203KHC manufactured by Nippon Freezer Co., Ltd.) can be used.
この冷凍庫で冷凍した第2の水溶液の保存温度は、-28℃以上-14℃以下の範囲内である。また、第2の水溶液の保存温度は、この範囲に限らない。通常の冷凍温度であればよい。例えば、-196℃以上0℃以下の範囲内である。好ましくは、-196℃以上-10°以下である。より好ましくは、-150℃以上-20℃以下である。さらに好ましくは、-80℃以上―30℃以下である。 The storage temperature of the second aqueous solution frozen in this freezer is in the range of −28 ° C. or higher and −14 ° C. or lower. Further, the storage temperature of the second aqueous solution is not limited to this range. Any ordinary freezing temperature may be used. For example, it is within a range of −196 ° C. or more and 0 ° C. or less. Preferably, it is −196 ° C. or more and −10 ° or less. More preferably, it is −150 ° C. or higher and −20 ° C. or lower. More preferably, it is −80 ° C. or higher and −30 ° C. or lower.
この冷凍工程をすることにより、プラズマ活性化水溶液を保存することができる。そのため、農作物の土壌に供給する前に冷凍状態のプラズマ活性化水溶液を解凍すればよい。 By performing this freezing step, the plasma activated aqueous solution can be stored. Therefore, the frozen plasma activated aqueous solution may be thawed before being supplied to the soil of the agricultural crop.
6-5.プラズマ発生装置の数値
第1のプラズマ発生装置P10および第2のプラズマ発生装置P20の数値範囲は、例示である。そのため、本実施形態における数値範囲に限らず適用することができる。
6-5. Numerical values of the plasma generator The numerical ranges of the first plasma generator P10 and the second plasma generator P20 are examples. Therefore, the present invention can be applied without being limited to the numerical range in the present embodiment.
6-6.組み合わせ
第1の実施形態の変形例を適宜組み合わせてもよい。
6-6. Combination You may combine suitably the modification of 1st Embodiment.
7.本実施形態のまとめ
以上詳細に説明したように、本実施形態のプラズマ活性化水溶液は、L-乳酸ナトリウムを含む第1の水溶液にプラズマを照射したものである。このプラズマ活性化水溶液を農作物の土壌に供給すると、農作物のポリフェノール類は増加する。
7). Summary of this embodiment As described in detail above, the plasma-activated aqueous solution of this embodiment is obtained by irradiating the first aqueous solution containing L-sodium lactate with plasma. When this plasma-activated aqueous solution is supplied to the crop soil, the polyphenols in the crop increase.
(第2の実施形態)
第2の実施形態について説明する。第2の実施形態においては、第1の実施形態のプラズマ活性化水溶液を用いない。その代わりに、第2の実施形態においては、大気圧プラズマを農作物に直接照射する。大気圧プラズマ装置は、第1の実施形態と共通のものを用いることができる。そのため、第1の実施形態と異なる点について説明する。
(Second Embodiment)
A second embodiment will be described. In the second embodiment, the plasma activated aqueous solution of the first embodiment is not used. Instead, in the second embodiment, the atmospheric crop is directly irradiated with the atmospheric pressure plasma. As the atmospheric pressure plasma apparatus, the same one as in the first embodiment can be used. Therefore, differences from the first embodiment will be described.
1.農作物の生産方法
1-1.プラズマ照射工程
このプラズマ照射工程においては、農作物の成長点を含む領域に大気圧プラズマを直接照射する。ここで、成長点とは、植物の茎の先端部付近に位置するとともに細胞分裂が活発に行われている箇所である。プラズマの照射口と農作物の成長点との間の距離は、例えば、0cm以上10cm以下である。また、プラズマの照射口は農作物の成長点を向いているとよい。
1. Crop production method 1-1. Plasma irradiation process In this plasma irradiation process, the atmospheric pressure plasma is directly irradiated to the region including the growth point of the crop. Here, the growth point is a location where the cell division is actively performed while being located near the tip of the plant stem. The distance between the plasma irradiation port and the growth point of the crop is, for example, 0 cm or more and 10 cm or less. Moreover, it is preferable that the plasma irradiation port faces the growth point of the crop.
プラズマ密度は、第1の実施形態と同様である。プラズマを照射する時間は例えば30秒以上600秒以下である。例えば、大気圧プラズマのプラズマ密度を2×1016cm-3とすると、大気圧プラズマのプラズマ密度と照射時間との積であるプラズマ密度時間積は、6×1017sec・cm-3以上1.2×1019sec・cm-3以下である。 The plasma density is the same as in the first embodiment. The plasma irradiation time is, for example, 30 seconds to 600 seconds. For example, when the plasma density of the atmospheric pressure plasma is 2 × 10 16 cm −3 , the plasma density time product, which is the product of the plasma density of the atmospheric pressure plasma and the irradiation time, is 6 × 10 17 sec · cm −3 or more and 1 2 × 10 19 sec · cm −3 or less.
2.プラズマを農作物に直接照射する効果
農作物の成長点を含む領域に大気圧プラズマを照射することにより、後述するように、農作物に含まれるポリフェノール類の量が増加する。より具体的には、増加するポリフェノール類は、アントシアニンである。そのため、この農作物を食べた人はより健康になる。
2. Effect of Directly Irradiating Agricultural Products with Agricultural Products By irradiating a region including the growth point of agricultural products with atmospheric pressure plasma, the amount of polyphenols contained in the agricultural products increases as will be described later. More specifically, the increasing polyphenols are anthocyanins. Therefore, people who eat this crop will be healthier.
このように、農作物の成長点を含む領域に大気圧プラズマを直接照射することにより、窒素原子または酸素原子に由来する原子・分子、イオン、ラジカル等が農作物の成長点に供給される。その結果、農作物は、このような外的刺激に対して抗酸化作用を自発的に強化していると予測される。この結果、果物の果実にポリフェノール類といった抗酸化物質が多く生成されると考えられる。 Thus, by directly irradiating the region including the growth point of the crop with atmospheric pressure plasma, atoms / molecules, ions, radicals, etc. derived from nitrogen atoms or oxygen atoms are supplied to the growth point of the crop. As a result, crops are expected to spontaneously enhance their antioxidant effects against such external stimuli. As a result, it is considered that many antioxidant substances such as polyphenols are produced in the fruit of the fruit.
1.実験A
1-1.農作物(イチゴ)
本実験では、農作物としてイチゴを栽培した。イチゴの品種は紅ほっぺ(登録商標)である。ここでは、花芽形成されたイチゴの苗をビニールハウス内部に定植した。
1. Experiment A
1-1. Crop (strawberry)
In this experiment, strawberries were cultivated as agricultural crops. Strawberry variety is Red Hoppe (registered trademark). Here, strawberry seedlings with flower buds were planted inside the greenhouse.
1-2.プラズマ活性化水溶液の製造
本実験のプラズマ活性化水溶液は、ラクテック(登録商標)と同じ成分の水溶液にプラズマを照射した溶液(PAL:Plasma Activated Lactec(Lactecは登録商標))である。ラクテック(登録商標)は、塩化ナトリウムと、塩化カリウムと、塩化カルシウムと、L-乳酸ナトリウムと、を含有する乳酸リンゲル液である。塩化ナトリウムの濃度は、6.0g/Lである。塩化カリウムの濃度は、0.3g/Lである。塩化カルシウム水和物の濃度は、0.2g/Lである。L-乳酸ナトリウムの濃度は、3.1g/Lである。
1-2. Production of Plasma Activated Aqueous Solution The plasma activated aqueous solution in this experiment is a solution (PAL: Plasma Activated Lactec (Lactec is a registered trademark)) in which an aqueous solution having the same components as Lactec (registered trademark) is irradiated with plasma. Lactec (registered trademark) is a lactated Ringer's solution containing sodium chloride, potassium chloride, calcium chloride, and L-sodium lactate. The concentration of sodium chloride is 6.0 g / L. The concentration of potassium chloride is 0.3 g / L. The concentration of calcium chloride hydrate is 0.2 g / L. The concentration of L-sodium lactate is 3.1 g / L.
プラズマ装置として、プラズマ発生装置P20を用いた。プラズマの照射時間は、1回あたり5分であった。ガスの種類としてアルゴンガスを用いた。プラズマ発生装置P20では、プラズマ発生領域と第1の水溶液との間の距離は、2mmであった。プラズマ発生装置P20におけるプラズマ密度は、2×1016cm-3であった。 As the plasma device, a plasma generator P20 was used. The plasma irradiation time was 5 minutes per time. Argon gas was used as the type of gas. In the plasma generator P20, the distance between the plasma generation region and the first aqueous solution was 2 mm. The plasma density in the plasma generator P20 was 2 × 10 16 cm −3 .
1-3.プラズマ活性化水溶液の供給
図8に示すように、定植したイチゴの土壌にプラズマ活性化水溶液(PAL)を供給した。定植されたイチゴの苗に配水用のパイプを配置し、そのパイプの貫通孔からプラズマ活性化水溶液を散水した。また、実験効果を比較するために、その他の水溶液を散布した。
1-3. Supply of Plasma Activated Aqueous Solution As shown in FIG. 8, a plasma activated aqueous solution (PAL) was supplied to the soil of strawberry planted. A pipe for water distribution was placed on the planted strawberry seedling, and the plasma activated aqueous solution was sprayed from the through hole of the pipe. Moreover, in order to compare experimental effects, other aqueous solutions were sprayed.
表2は、イチゴの苗のグループ分けを示す表である。表2に示すように、多数のイチゴの苗をグループ分けして、それぞれ別の供給物等を供給した。もちろん、いずれのグループに対しても水や肥料を同程度与えた。つまり、表2は、同じビニールハウスの内部で与えたもののうち、グループ毎に異なる供給物等について抜き出した表である。グループAには、通常の水および肥料の他には何も与えていない。グループCには、グループD-Gで与える水溶液の水量と同じ量の蒸留水を与えた。つまり、グループCの水量は、グループAの水量よりも多い。 Table 2 is a table showing grouping of strawberry seedlings. As shown in Table 2, many strawberry seedlings were grouped and supplied with different supplies. Of course, the same amount of water and fertilizer was given to all groups. That is, Table 2 is a table extracted for supplies and the like that are different for each group among those given inside the same greenhouse. Group A is given nothing other than normal water and fertilizer. Group C was given distilled water in the same amount as the aqueous solution given in Group DG. That is, the amount of water in group C is greater than the amount of water in group A.
1-4.プラズマの直接照射
また、グループBにおいては、イチゴの苗にプラズマを直接照射した。その際には、イチゴの苗における成長点に向けてプラズマを照射した。イチゴの成長点とプラズマ照射装置の照射口との間の距離は、3cm程度である。そのため、プラズマは、イチゴの成長点を含む領域に照射されることとなる。なお、プラズマガスとしてヘリウムガスを用いた。
1-4. Direct irradiation of plasma In group B, the strawberry seedlings were directly irradiated with plasma. In that case, the plasma was irradiated toward the growth point in the strawberry seedling. The distance between the growth point of the strawberry and the irradiation port of the plasma irradiation apparatus is about 3 cm. Therefore, the plasma is irradiated to a region including the growth point of strawberry. In addition, helium gas was used as plasma gas.
図9は、イチゴにプラズマを直接照射する様子を示す図である。ここでイチゴの成長点は、イチゴの葉部が成長する茎部の頂点付近に点在する。 FIG. 9 is a diagram showing a state in which plasma is directly irradiated onto strawberries. Here, the growth points of the strawberry are scattered around the apex of the stem part where the leaf part of the strawberry grows.
なお、プラズマ活性化水溶液およびプラズマの直接照射については、1日に2回を1セットとし、1週間に3セットを実施した。つまり、1週間に6回プラズマを照射した。 In addition, about the plasma activation aqueous solution and the direct irradiation of plasma, 2 sets were performed twice a day, and 3 sets were implemented per week. That is, the plasma was irradiated 6 times a week.
[表2]
グループ 供給物等 希釈率
グループA 追加無し(ctrl) -
グループB プラズマ直接照射 -
グループC 蒸留水 -
グループD ラクテック(登録商標) 100倍希釈
グループE プラズマ活性化水溶液 100倍希釈
グループF ラクテック(登録商標) 25倍希釈
グループG プラズマ活性化水溶液 25倍希釈
[Table 2]
Group Supply, etc. Dilution rate Group A No addition (ctrl)-
Group B Plasma direct irradiation-
Group C distilled water-
Group D Lactec (registered trademark) 100-fold diluted Group E Plasma activated aqueous solution 100-fold diluted Group F Lactec (registered trademark) 25-fold diluted Group G Plasma-activated aqueous solution 25-fold diluted
1-5.実験結果
図10は、収穫済みのイチゴに含まれるアントシアニンの量を示すグラフである。図10に示すように、グループAのアントシアニン含有量は16mg/100g程度であった。グループBのアントシアニン含有量は20mg/100g程度であった。グループCのアントシアニン含有量は16mg/100g程度であった。グループDのアントシアニン含有量は13mg/100g程度であった。グループEのアントシアニン含有量は18mg/100g程度であった。グループFのアントシアニン含有量は12mg/100g程度であった。グループGのアントシアニン含有量は19mg/100g程度であった。
1-5. Experimental Results FIG. 10 is a graph showing the amount of anthocyanins contained in harvested strawberries. As shown in FIG. 10, the anthocyanin content of group A was about 16 mg / 100 g. Group B had an anthocyanin content of about 20 mg / 100 g. Group C anthocyanin content was about 16 mg / 100 g. Group D anthocyanin content was about 13 mg / 100 g. Group E has an anthocyanin content of about 18 mg / 100 g. The anthocyanin content of Group F was about 12 mg / 100 g. Group G has an anthocyanin content of about 19 mg / 100 g.
図10に示すように、誤差を考慮したとしても、プラズマを直接照射したグループBと、PALを供給したグループE、Gとは、プラズマの成分を供給していないその他のグループと比較してより多くのアントシアニンを含有している。 As shown in FIG. 10, even if the error is taken into consideration, the group B directly irradiated with plasma and the groups E and G supplied with PAL are more in comparison with the other groups not supplied with plasma components. Contains a lot of anthocyanins.
グループAとグループBとを比較すると、プラズマを直接照射することによりグループBのアントシアニンの含有量は25%程度増加している。ここで、グループAとグループBとに与えた水および肥料の量は同程度である。 When comparing group A and group B, the anthocyanin content of group B is increased by about 25% by direct plasma irradiation. Here, the amounts of water and fertilizer given to Group A and Group B are comparable.
グループEとグループDとを比較すると、PALを与えたグループEのアントシアニンの含有量は45%程度増加している。ラクテック(登録商標)を与えたグループDのアントシアニンの含有量は、蒸留水を与えたグループCと比較して18%程度減少している。つまり、ラクテック(登録商標)の成分自体は、アントシアニンの含有量を減少させる効果を担っている。しかし、プラズマを照射することにより活性化させたPALは、アントシアニンの含有量を増加させる効果を奏する。また、PALを与えたグループEのアントシアニンの含有量は、蒸留水を与えたグループCのアントシアニンの含有量よりも13%程度高かった。 When comparing Group E and Group D, the anthocyanin content of Group E given PAL is increased by about 45%. The content of anthocyanins in group D given Lactec® is reduced by about 18% compared to group C given distilled water. That is, the component of LACTEC (registered trademark) itself has an effect of reducing the content of anthocyanins. However, PAL activated by irradiating with plasma has the effect of increasing the content of anthocyanins. In addition, the content of anthocyanins of group E given PAL was about 13% higher than the content of anthocyanins of group C given distilled water.
グループGとグループFとを比較すると、PALを与えたグループGのアントシアニンの含有量は55%程度増加している。ラクテック(登録商標)を与えたグループFのアントシアニンの含有量は、蒸留水を与えたグループCと比較して18%程度減少している。このように、ラクテック(登録商標)の希釈の度合いによらず、同様の傾向が得られた。また、PALを与えたグループGのアントシアニンの含有量は、蒸留水を与えたグループCのアントシアニンの含有量よりも19%程度高かった。 When comparing Group G and Group F, the anthocyanin content of Group G given PAL has increased by about 55%. The content of anthocyanins in group F given Lactec® is reduced by about 18% compared to group C given distilled water. Thus, the same tendency was obtained irrespective of the degree of dilution of LACTEK (registered trademark). In addition, the content of anthocyanins of group G given PAL was about 19% higher than the content of anthocyanins of group C given distilled water.
1-6.考察
上記のように、イチゴの成長点を含む領域にプラズマを照射したグループBと、PALを供給したグループE、Gとにおいては、イチゴにプラズマ生成物に由来する物質が作用したと考えられる。例えば、活性酸素種(ROS)等がイチゴの成長点に作用することにより、イチゴの苗が活性酸素種に対抗するために抗酸化物質の一種であるアントシアニンを増加させたという考え方もできる。
1-6. Discussion As described above, it is considered that the substance derived from the plasma product acted on the strawberry in the group B in which the region including the growth point of the strawberry was irradiated with the plasma and the groups E and G to which the PAL was supplied. For example, it can be considered that reactive oxygen species (ROS) and the like act on the growth point of strawberry, so that strawberry seedlings have increased anthocyanins, which are a kind of antioxidant, in order to counter active oxygen species.
2.実験B
2-1.サンプルの作製
実験Aと同様にサンプルを作製して実験を行った。その際に表3に示すように9種類のサンプルを作製した。表3は、イチゴの苗のグループ分けを示す表である。表3は、表2と同様に、グループ毎に異なる供給物等を抜き出した表である。
2. Experiment B
2-1. Sample Preparation An experiment was performed by preparing a sample in the same manner as in Experiment A. At that time, nine types of samples were prepared as shown in Table 3. Table 3 is a table showing grouping of strawberry seedlings. Similar to Table 2, Table 3 is a table in which different supplies and the like are extracted for each group.
ここで、グループB1は、イチゴ苗栽培の前期および後期にプラズマを1回あたり30秒間直接照射したサンプルである。グループB2は、イチゴ苗栽培の前期および後期にプラズマを1回あたり120秒間直接照射したサンプルである。グループB3は、イチゴ苗栽培の後期に追加的に用意したサンプルである。そのため、グループB3は、イチゴ苗栽培の後期のデータのみをまとめたものである。 Here, group B1 is a sample directly irradiated with plasma for 30 seconds per time in the first and second stages of strawberry seedling cultivation. Group B2 is a sample directly irradiated with plasma for 120 seconds per time in the first and second stages of strawberry seedling cultivation. Group B3 is a sample additionally prepared in the later stage of strawberry seedling cultivation. Therefore, group B3 summarizes only the late data of strawberry seedling cultivation.
なお、プラズマ活性化水溶液およびプラズマの直接照射については、1日に2回を1セットとし、1週間に3セットを実施した。つまり、1週間に6回プラズマを照射した。 In addition, about the plasma activation aqueous solution and the direct irradiation of plasma, 2 sets were performed twice a day, and 3 sets were implemented per week. That is, the plasma was irradiated 6 times a week.
[表3]
グループ 供給物等 希釈率
グループA 追加無し(ctrl) -
グループB1 プラズマ直接照射(30秒) -
グループB2 プラズマ直接照射(120秒) -
グループB3 プラズマ直接照射(後期、120秒) -
グループC 蒸留水(DW) -
グループD ラクテック(登録商標) 100倍希釈
グループE プラズマ活性化水溶液 100倍希釈
グループF ラクテック(登録商標) 25倍希釈
グループG プラズマ活性化水溶液 25倍希釈
[Table 3]
Group Supply, etc. Dilution rate Group A No addition (ctrl)-
Group B1 Plasma direct irradiation (30 seconds)-
Group B2 Plasma direct irradiation (120 seconds)-
Group B3 Plasma direct irradiation (late stage, 120 seconds)-
Group C Distilled water (DW)-
Group D Lactec (registered trademark) 100-fold diluted Group E Plasma activated aqueous solution 100-fold diluted Group F Lactec (registered trademark) 25-fold diluted Group G Plasma-activated aqueous solution 25-fold diluted
2-2.実験結果2
図11は、イチゴの糖度を示すグラフである。図11に示すように、グループA(照射無し)の糖度は11.6%程度であった。グループB1(30秒直接照射)の糖度は、12.3%程度であった。グループB2(120秒直接照射)の糖度は、11.8%程度であった。グループB3(栽培後期、120秒直接照射)の糖度は、12.3%程度であった。グループC(蒸留水)の糖度は、11.8%程度であった。グループD(100倍未照射)の糖度は、12.1%程度であった。グループE(100倍PAL)の糖度は、11.9%程度であった。グループF(25倍未照射)の糖度は、11.4%程度であった。グループG(25倍PAL)の糖度は、11.4%程度であった。
2-2.
FIG. 11 is a graph showing the sugar content of strawberries. As shown in FIG. 11, the sugar content of group A (no irradiation) was about 11.6%. The sugar content of Group B1 (30 seconds direct irradiation) was about 12.3%. The sugar content of Group B2 (120 seconds direct irradiation) was about 11.8%. The sugar content of Group B3 (late cultivation period, direct irradiation for 120 seconds) was about 12.3%. The sugar content of Group C (distilled water) was about 11.8%. The sugar content of Group D (100 times unirradiated) was about 12.1%. The sugar content of Group E (100-fold PAL) was about 11.9%. The sugar content of Group F (25 times unirradiated) was about 11.4%. The sugar content of group G (25-fold PAL) was about 11.4%.
図11に示すように、プラズマを直接照射するグループB1-B3の糖度は、プラズマを照射しないグループAの糖度より高い。蒸留水(グループC)に比べて、100倍希釈のグループD、Eの糖度はやや高く、25倍希釈のグループF、Gの糖度はやや低い傾向にある。また、全体として、グループAに比べて、プラズマを直接照射するか、PALを供給したイチゴの糖度は高い傾向にある。 As shown in FIG. 11, the sugar content of group B1-B3 that is directly irradiated with plasma is higher than that of group A that is not irradiated with plasma. Compared to distilled water (group C), the sugar content of groups D and E diluted 100 times tends to be slightly higher, and the sugar content of groups F and G diluted 25 times tends to be slightly lower. Moreover, as a whole, compared to Group A, the sugar content of strawberries that are directly irradiated with plasma or supplied with PAL tends to be higher.
図12は、イチゴの酸度を示すグラフである。図12に示すように、グループA(照射無し)の酸度は、0.69%程度であった。グループB1の酸度は、0.70%程度であった。グループB2の酸度は、0.66%程度であった。グループB3の酸度は、0.67%程度であった。グループCの酸度は、0.64%程度であった。グループDの酸度は、0.66%程度であった。グループEの酸度は、0.65%程度であった。グループFの酸度は、0.66%程度であった。グループGの酸度は、0.61%程度であった。 FIG. 12 is a graph showing the acidity of strawberries. As shown in FIG. 12, the acidity of group A (no irradiation) was about 0.69%. The acidity of group B1 was about 0.70%. The acidity of group B2 was about 0.66%. The acidity of group B3 was about 0.67%. The acidity of Group C was about 0.64%. The acidity of group D was about 0.66%. The acidity of Group E was about 0.65%. The acidity of Group F was about 0.66%. The acidity of group G was about 0.61%.
図12に示すように、プラズマを直接照射するグループB1-B3の酸度は、プラズマを照射しないグループAの酸度より低い傾向にある。また、PALを供給したグループE、Gの酸度は、グループA、Cに比べて低い傾向にある。また、グループGの酸度が最も低かった。 As shown in FIG. 12, the acidity of group B1-B3 that is directly irradiated with plasma tends to be lower than the acidity of group A that is not irradiated with plasma. Moreover, the acidity of the groups E and G to which PAL is supplied tends to be lower than that of the groups A and C. The acidity of group G was the lowest.
図13は、イチゴの糖酸比を示すグラフである。糖酸比は、糖度/酸度である。図13に示すように、グループAの糖酸比は16.8程度であった。グループB1の糖酸比は17.6程度であった。グループB2の糖酸比は17.8程度であった。グループB3の糖酸比は18.7程度であった。グループCの糖酸比は18.5程度であった。グループDの糖酸比は18.4程度であった。グループEの糖酸比は18.4程度であった。グループFの糖酸比は17.5程度であった。グループGの糖酸比は18.7程度であった。 FIG. 13 is a graph showing the sugar acid ratio of strawberries. The sugar acid ratio is sugar / acidity. As shown in FIG. 13, the group A sugar acid ratio was about 16.8. The sugar acid ratio of group B1 was about 17.6. The sugar acid ratio of group B2 was about 17.8. The sugar acid ratio of group B3 was about 18.7. The sugar acid ratio of group C was about 18.5. The sugar acid ratio of Group D was about 18.4. The sugar acid ratio of Group E was about 18.4. The sugar acid ratio of Group F was about 17.5. The sugar acid ratio of group G was about 18.7.
図13に示すように、プラズマを照射しないグループAに比べて、プラズマを直接照射するグループB1-B3の糖酸比は十分に高い。PALを用いるグループE、Gの糖酸比は、グループAの糖酸比に比べて十分に高い。 As shown in FIG. 13, the saccharide acid ratio of group B1-B3 that is directly irradiated with plasma is sufficiently higher than that of group A that is not irradiated with plasma. The ratio of sugar acids in groups E and G using PAL is sufficiently higher than that in group A.
このように、プラズマを照射することにより、イチゴの糖酸比は上昇する。 Thus, the sugar acid ratio of strawberries increases by irradiating with plasma.
A.付記
第1の態様における農作物の生産方法は、L-乳酸ナトリウムを含有する第1の水溶液を準備する水溶液準備工程と、第1の水溶液に大気圧プラズマを照射して第2の水溶液とするプラズマ照射工程と、農作物を生育する土壌に第2の水溶液を供給する水溶液供給工程と、を有する。
A. Additional Notes The method for producing a crop according to the first aspect includes an aqueous solution preparation step of preparing a first aqueous solution containing L-sodium lactate, and plasma that is irradiated with atmospheric pressure plasma to form a second aqueous solution. An irradiation step, and an aqueous solution supply step of supplying a second aqueous solution to the soil on which the crop is grown.
第2の態様における農作物の生産方法においては、水溶液供給工程では、第2の水溶液における単位体積当たりのプラズマ密度時間積を6×1011sec・cm-3・ml-1以上2.4×1017sec・cm-3・ml-1以下とする。 In the crop production method according to the second aspect, in the aqueous solution supplying step, the plasma density time product per unit volume in the second aqueous solution is 6 × 10 11 sec · cm −3 · ml −1 or more and 2.4 × 10. 17 sec · cm -3 · ml -1 or less
第3の態様における農作物の生産方法は、第2の水溶液を冷凍する冷凍工程を有する。冷凍工程では、第2の水溶液を-196℃以上0℃以下の範囲内で冷凍する。 The crop production method according to the third aspect includes a freezing step of freezing the second aqueous solution. In the freezing step, the second aqueous solution is frozen within a range of −196 ° C. to 0 ° C.
第4の態様における農作物の生産方法においては、農作物の成長点を含む領域に大気圧プラズマを直接照射する。 In the crop production method according to the fourth aspect, the atmospheric pressure plasma is directly irradiated onto the region including the growth point of the crop.
第5の態様における農作物の生産方法においては、大気圧プラズマのプラズマ密度と照射時間との積であるプラズマ密度時間積は、6×1017sec・cm-3以上1.2×1019sec・cm-3以下である。 In the crop production method according to the fifth aspect, the plasma density time product, which is the product of the plasma density of the atmospheric pressure plasma and the irradiation time, is 6 × 10 17 sec · cm −3 or more and 1.2 × 10 19 sec · cm −3 or less.
P1…プラズマ照射装置
M1…ロボットアーム
PM…プラズマ活性化水溶液製造装置
P10、P20、P30…プラズマ発生装置
10、11…筐体部
10i、11i…ガス導入口
10o、11o…ガス噴出口
2a、2b…電極
P…プラズマ領域
H…凹部(ホロー)
110…第1電極
120…第1の電位付与部
130…第1のリード線
140…ガス供給部
150…ガス管結合コネクター
160…ガス管
170…第1電極保護部材
210…第2電極
220…第2の電位付与部
230…第2のリード線
240…第2電極保護部材
250…容器
260…封止部材
270…架台
P1 ... Plasma irradiation apparatus M1 ... Robot arm PM ... Plasma activated aqueous solution manufacturing apparatus P10, P20, P30 ...
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記第1の水溶液に大気圧プラズマを照射して第2の水溶液とするプラズマ照射工程と、
農作物を生育する土壌に前記第2の水溶液を供給する水溶液供給工程と、
を有すること
を特徴とする農作物の生産方法。 An aqueous solution preparation step of preparing a first aqueous solution containing L-sodium lactate;
A plasma irradiation step of irradiating the first aqueous solution with atmospheric pressure plasma to form a second aqueous solution;
An aqueous solution supplying step of supplying the second aqueous solution to the soil on which the crop is grown;
A method for producing agricultural products, comprising:
前記水溶液供給工程では、
前記第2の水溶液における単位体積当たりのプラズマ密度時間積を6×1011sec・cm-3・ml-1以上2.4×1017sec・cm-3・ml-1以下とすること
を特徴とする農作物の生産方法。 The method for producing a crop according to claim 1,
In the aqueous solution supply step,
The plasma density time product per unit volume in the second aqueous solution is 6 × 10 11 sec · cm −3 · ml −1 or more and 2.4 × 10 17 sec · cm −3 · ml −1 or less. A method for producing crops.
前記第2の水溶液を冷凍する冷凍工程を有し、
前記冷凍工程では、
前記第2の水溶液を-196℃以上0℃以下の範囲内で冷凍すること
を特徴とする農作物の生産方法。 In the method for producing agricultural products according to claim 1 or 2,
Having a freezing step of freezing the second aqueous solution;
In the freezing step,
A method for producing an agricultural product, wherein the second aqueous solution is frozen within a range of -196 ° C to 0 ° C.
を特徴とする農作物の生産方法。 A method for producing a crop, characterized by directly irradiating an atmospheric pressure plasma to a region including a growth point of the crop.
前記大気圧プラズマのプラズマ密度と照射時間との積であるプラズマ密度時間積は、
6×1017sec・cm-3以上1.2×1019sec・cm-3以下であること
を特徴とする農作物の生産方法。 The method for producing a crop according to claim 4,
The plasma density time product, which is the product of the plasma density of the atmospheric pressure plasma and the irradiation time,
A method for producing agricultural products, wherein the production method is 6 × 10 17 sec · cm −3 or more and 1.2 × 10 19 sec · cm −3 or less.
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