CN110572924B - 一种滚动果蔬表面微生物控制的等离子体*** - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种等离子体***，包括电源、介质管、高压电极、地电极；所述介质管为两端为通孔的中空结构，所述高压电极覆盖于所述介质管的外侧面；所述地电极设置于所述介质管内侧面，且所述设置地电极的内侧面所对应的介质管外侧面没有覆盖所述高压电极；本发明***可以将等离子体在果蔬表面产生，除了等离子体产生的长寿命活性物种以外，还有短寿命的活性物种(羟基自由基、超氧阴离子等)，以及等离子体自身的高能电子的轰击与自身的电效应。
Description
技术领域
本发明属于低温等离子体领域，主要涉及一种可以在滚动果蔬表面进行病原微生物净化的等离子体消毒***。
背景技术
在农业领域，尤其是采摘后果蔬储藏领域，采后果蔬的腐烂率居高不下一直是困扰行业发展的重要因素。为了降低采后果蔬在贮藏期间的腐烂率，目前被广泛采用的方法是大量的使用化学试剂、生物制剂等表面消毒产品，对采后果蔬表面进行高质量的消毒。但使用价格低廉的化学试剂进行果蔬表面消毒处理时，往往会造成大量的农药残留，对消费者的身心健康造成非常不利的影响；使用生物制剂进行果蔬表面消毒时，价格相对高昂的生物制剂只能小规模的应用在精品果蔬的表面消毒，大量使用生物制剂会造成生产成本的加剧，不利于果蔬商人的利益。而低温等离子体技术作为一种新兴的食品表面消毒技术，凭借其快速高效、绿色无残留、适用于大规模应用等显著优点正在越来越广泛的应用在果蔬表面杀菌过程中。在目前应用的低温等离子体技术当中，基本都是通过使用等离子体产生的长寿命活性物种来进行表面消毒的。但，相对于等离子体本身的能量来说，其产生活性物种所释放的化学能远小于等离子体本身具备的能量。因此，如何提升等离子体的能量利用效率，直接利用等离子体中的高能电子进行表面消毒，是目前低温等离子体研究领域的一个核心问题。
发明内容
基于以上背景技术，本发明目的在于提供一种快速高效、结构简单、便于维护、方便应用且等离子体对滚动果蔬表面直接放电处理的等离子体表面消毒***。
为实现上述目的，采用以下的技术方案：
本发明一方面提供一种等离子体***，主要包括电源、介质管、高压电极、地电极，电源用于驱动等离子装置。所述介质管为两端为通孔的中空结构，所述高压电极覆盖于所述介质管的外侧面所述地电极设置于所述介质管内侧面，且所述设置地电极的内侧面所对应的介质管外侧面没有覆盖所述高压电极，即在与没有被高压电极覆盖的介质管外侧相对(同一个方向)的介质管内侧，地电极居中固定在该区域的中间部分，所述地电极的边缘线与所述高压电极边缘线的距离大于0.5cm，设置有地电极的一侧相对应(此处的相对应指的是同一方向)的外侧不能设置高压电极，并且边缘相距大于0.5cm(所述的边缘相距是指设置在内侧的地电极对应到外侧后，与位于外侧的高压电极边缘线之间的距离)，是为了确保介质管内侧不会产生沿面放电，根据等离子体产生的性质我们可以知道，等离子体产生的能量很容易被介质管壁吸附(即等离子体很容易在介质管壁表面形成)，当边缘距离大于0.5cm时，等离子体很容易在介质管表面形成，从而产生沿面放电。沿面放电产生后，形成的等离子体通道相比于还没有产生等离子体的空气间隙来说相当于阻值较小的电阻，也就更容易通过电流，即更加适合放电的延续与产生。因此，当沿面放电产生后，会阻碍等离子体在水果表面的产生。
基于以上技术方案，优选的，介质管为绝缘材料制成，优选为石英、聚四氟乙烯与陶瓷。
基于以上技术方案，优选的，高压电极为导电材料制成，优选为金属、导电漆、导电膜等，只要能紧密附着在介质管外表面的导电材料均可，地电极为导电材料制成(金属、导电漆、导电膜等，只要能紧密附着在介质管内表面的导电材料均可)，所述的金属为铜箔、铝箔等。果蔬作为地电极的延伸，可以以各种运动方式进入介质管中滑动、滚动等。介质管的长度、内径、外径与壁厚，可以根据实际处理果蔬需要而进行相应的调整。
基于以上技术方案，优选的，所述电源为交流电源或脉冲直流电源，所述脉冲直流电源的频率为1～20kHz，电压峰值为0～100kv，所述交流电源的频率为100～30kHz，电压峰峰值为0～50kv。
基于以上技术方案，优选的，所述高压电极的边缘线距离介质管端面边缘的距离大于0.5cm。
基于以上技术方案，优选的，所述高压电极表面覆盖有绝缘胶带，保证安全。
有益效果
(1)传统的等离子体表面消毒设备一般是利用等离子体产生的长寿命活性物种(如臭氧等)进行果蔬表面的杀菌，均不是直接使用等离子体来处理果蔬，本发明***可以将等离子体在果蔬表面产生，除了等离子体产生的长寿命活性物种以外，还有短寿命的活性物种(羟基自由基、超氧阴离子等)，以及等离子体自身的高能电子的轰击与自身的电效应。
(2)如果没有果蔬通过本发明***进行消毒，该装置***本身产生不了等离子体，也就没有功率的损耗，大大降低了本发明***的耗电量，对使用厂商节约成本起到了关键作用。
(3)本发明可以提升对水果的处理效率，水果只要不停的在放电装置内滚动就可以被处理到表面，不需要传统果蔬表面处理装置还需要将水果放入装置内然后取出等步骤。
(4)使用本发明处理水果(以杏为例)，可以在杏滚动时间为15秒时，对杏表面阿托力农药的降解效率达到99.998％。对杏表面致病细菌的杀灭效果达到99.999999％。
附图说明
图1是本发明结构示意图；
其中：1-高压电极、2-介质管、3-地电极。
图2为实施例1的结构示意图。
图3为本发明在实施例1条件下的工作图。
图4为实施例1的等离子体***处理杏表面致病微生物的效果图。
图5为实施例2的等离子体***处理西红柿表面致病微生物的效果图。
具体实施方式
本发明的工作过程大致如下：
介质管外侧的高压电极连接高压电源，介质管内侧的地电极接地。高压电源供电后，由于高压电极与地电极之间的距离过大，装置中并不能产生等离子体。将待处理的果蔬滚动进入介质管内部，由于水果可以导电，果蔬与地电极接触后变成了地电极的一部分，之前由于高压电极与地电极之间的距离过大而不能产生的等离子体，将在果蔬与介质管内壁(外侧有高压电极覆盖)之间的气体间隙产生，此时的等离子体直接处理到果蔬表面，实现对果蔬表面快速高效的灭菌。
实施例1
如图2所示为实施例1装置的正视示意图，介质管采用石英作为材料，介质管长度为15厘米，外径5厘米，壁厚0.2厘米，内径4.6厘米。采用20目的铜网作为高压电极，高压电极长度13厘米，宽15厘米，高压电极边缘距离石英管两侧均为1厘米，从两侧石英管边缘到高压电极2.5厘米处均覆盖有绝缘胶带，起到固定与绝缘的作用。地电极使用长度为15厘米，宽为2厘米的铝箔，粘贴在石英管底部，地电极两侧边缘距离高压电极两侧边缘均为1.3厘米。此时处理的采后果蔬为直径大小为3.6～4.3厘米的杏，放电照片如图3所示，从图中可看出，白光部分为产生的等离子体，可以看到等离子体均匀且剧烈的在杏的表面产生.。将杏表面涂布108CFU/ml的大肠杆菌，在脉冲直流电源电压为21千伏，频率1千赫兹，脉宽为3微秒，上升沿、下降沿时间均为50纳秒，滚动时间15秒时的杀菌结果如图4所示(A/B/C/D/E为在水果表面随机取样的5个点)，从图中可以看出，使用等离子体***处理后的杏表面大肠杆菌的数量降低了99.999999％，通过该装置的处理，可以对附着在杏表面的致病微生物进行高效的灭菌，在保证消费者食用安全的同时，也降低了杏的腐烂概率，延长杏的保质期.。
实施例2
介质管采用陶瓷作为材料，介质管长度为100厘米，外径10厘米，壁厚0.5厘米，内径9厘米。采用导电银胶作为高压电极，覆盖介质管外径边长为68.5厘米，高压电极左右边缘距离石英管两侧均为5厘米，从两侧石英管边缘到高压电极8厘米处均覆盖有绝缘胶带，起到绝缘的作用。地电极使用长度为100厘米，宽为4厘米的ITO导电膜，粘贴在石英管底部，地电极两侧边缘距离高压电极两侧边缘均为3厘米。此时处理的采后果蔬为长径长度为6.6～8.6厘米的西红柿。将西红柿表面涂布108CFU/ml的大肠杆菌，在交流电源峰峰值电压为24千伏，频率8千赫兹，滚动时间15秒时的杀菌结果如图5所示(A/B/C/D/E为在水果表面随机取样的5个点)，从图中可以看出，使用等离子体***处理后的西红柿表面大肠杆菌的数量降低了99.999999％，通过该装置的处理，可以对附着在西红柿表面的致病微生物进行高效的灭菌，在保证消费者食用安全的同时，也降低了西红柿的腐烂概率，延长西红柿的保质期.。
Claims (9)
1.一种等离子体***，其特征在于，包括电源、介质管、高压电极、地电极、果蔬；所述介质管为两端为通孔的中空结构，所述高压电极覆盖于所述介质管径向截面的外壁圆周中上部呈上弧形；所述地电极设置于所述介质管径向截面的内壁圆周底部呈下弧形，所述地电极固定于于介质管内侧底部，地电极长度与介质管长度一致，地电极与高压电极相对设置不重叠；且所述设置地电极的内侧面所对应的介质管外侧面没有覆盖所述高压电极；所述地电极的边缘线与同侧高压电极边缘线的距离大于0.5cm；果蔬置于地电极上为地电极的一部分，电源与高压电极连接，地电极与大地相连，等离子体在介质管内表面至果蔬外表面的气体空间内产生。
2.根据权利要求1所述的等离子体***，其特征在于，所述介质管的材质为绝缘材料。
3.根据权利要求1所述的等离子体***，其特征在于，所述高压电极和地电极为导电材料制备。
4.根据权利要求1所述的等离子体***，其特征在于，所述电源为交流电源或脉冲直流电源，所述直流电源的频率为1～20kHz，电压峰值为0～100kv，所述交流电源的频率为100～30kHz，电压峰峰值为0～50kv。
5.根据权利要求1所述的等离子体***，其特征在于，所述高压电极的边缘线距离介质管端面边缘的距离大于0.5cm。
6.根据权利要求2所述的等离子体***，其特征在于，所述绝缘材料为石英、聚四氟乙烯或陶瓷。
7.根据权利要求3所述的等离子体***，其特征在于，所述导电材料为金属、导电漆或导电膜。
8.根据权利要求7所述的等离子体***，其特征在于，所述金属为铜或铝。
9.根据权利要求1所述的等离子体***，其特征在于，所述果蔬进入介质管内并与地电极接触。
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