CN105289342A - 一种高浓度臭氧水制备装置及其制备方法和用途 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及食品加工领域，特别涉及一种高浓度臭氧水制备装置及其制备方法和用途。一种高浓度臭氧水制备装置，空气压缩机、冷干装置、空气过滤器、制氧机、氧气调节阀、臭氧发生管、气液混合泵之间通过气管依次连接，气液混合泵上设有进水管和出水管，所述进水管和出水管分别与臭氧水收集装置连接，臭氧水收集装置上设有二氧化氯溶液进口、自来水进口、臭氧水出口，所述臭氧水收集装置是可收缩装置。采用本装置经过压缩、净化空气，制作氧气、制作臭氧、气液混合等步骤得到稳定性高的臭氧水，可用于食品加工领域的杀菌处理。本发明制作的臭氧水稳定性高，杀菌效果好，可广泛应用于食品加工领域的杀菌处理。
Description
技术领域
本发明涉及食品加工技术领域，特别是一种高浓度臭氧水制备装置及其使用方法和用途。
背景技术
目前用于保鲜技术包括低温保鲜，化学保鲜，生物保鲜、气调保鲜、超高压保鲜、臭氧保鲜、辐照保鲜及其它保鲜技术等，在众多保鲜方法中，低温保鲜因其对水产品品质影响最小而一直是水产品保鲜的首选。影响冰温保鲜效果的因素主要有致死方式、初始菌落总数、包装形式、贮藏温度，制冷设备等。其中初始菌落总数是影响保鲜效果的重要因素之一，细菌污染程度较高时，即使在冰温条件下鱼体物质也会被微生物快速分解，从而导致腐败变质加速，后期保鲜效果降低，因此需对其进行减菌化处理，降低初始细菌总数，以保证后期保鲜效果，有效延长产品保鲜期。目前研究的减菌化方法主要有化学方法，包括有机酸溶液、二氧化氯、H2O2、壳聚糖、固体二氧化氯、NaClO、臭氧水等；物理方法，包括热水淋洗、蒸汽喷淋、低剂量辐照、紫外线照射等。高浓度的臭氧水杀菌速度是氯的600-3000倍，甚至在数秒内可以杀死细菌。因而高浓度臭氧水作为一种无残留的强氧化剂和杀菌消毒剂，在食品工业具有极其重要的意义。目前涉及水产品臭氧减菌化处理专利主要有：专利一种大黄鱼的复合保鲜方法(申请号201410187384.2)介绍的以臭氧发生机制备0.5-5.0mg/L臭氧水处理大黄鱼1-8分钟，再浸泡于已充分溶解无菌水的茶多酚和Nisin溶液20-40分钟，取出在壳聚糖溶液中浸泡30秒，沥干成膜后进行气调包装，0-4℃冷藏。专利一种金枪鱼渔船保鲜方法(CN103315039B)介绍了将宰杀完后的金枪鱼投入0-4℃浓度为1.0-1.5mg/L的臭氧水中进行杀菌。专利一种冷鲜鱼头的保鲜方法(CN102217668B)采用电解的方法产生1.5-2.0mg/L臭氧水对鱼头进行减菌化处理。这三个专利只介绍采用臭氧水对水产品进行减菌化处理，而对如何采用低成本制取高浓度臭氧水，瞬时杀菌，提高生产效率也是一项急需解决的问题。
从现有的技术文献来看，专利高浓度臭氧水的制造方法及高浓度臭氧水的制造装置(CN102946982A)介绍了一种生产高浓度的臭氧水生成装置，通过高压浓缩臭氧气体供给系统与臭氧气体溶解部相连通连接，高压浓缩臭氧气体供给系统包括臭氧气体产生部、浓缩部、加压部、冷却机构等。专利制备高浓度臭氧水的方法及装置(CN101829010A)涉及一种制备高浓度臭氧水的方法及该工艺配套使用的高浓度臭氧水的装置是由臭氧发生器、水泵、水箱、气泵以及连接管路组成。专利臭氧水生成装置、用于臭氧水生成装置的气液混合结构、臭氧水生成方法以及臭氧水(CN101123872B)提供了能够简单高效地生成高溶解度、高浓度臭氧水生成装置。这三个专利只关注了制备高浓度臭氧水的设备，而忽视了臭氧水的稳定性保持。
臭氧在水中的溶解包含了吸收、扩散和臭氧不可逆分解三个过程。臭氧在水中的溶解效率受多项因素的影响，如气液体积比、水流速、气液混合方式、臭氧气体浓度、系统运行压力、温度、化学成分等。臭氧在水中的稳定性包含了脱吸及臭氧在水中的自分解，臭氧在空气中分解较慢，但溶于水中时会加快分解，其分解受初始浓度、比表面积、室温、pH值、水中金属离子、水质等的影响。而目前关于如何保持高浓度臭氧水稳定性的专利只有一种大幅提高臭氧在水中的溶解度和稳定性的方法(CN101380552A)主要介绍了在去离子水里面加入含氧有机化合物，再通入臭氧，能使臭氧在水中的溶解度和稳定性显著提高。此专利没有从影响臭氧水稳定性的影响因素去控制。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种高浓度臭氧水制备装置及其使用方法和用途，此方法产生的高浓度的臭氧水的稳定性好，对食品减菌化处理效果明显，延长了产品的货架期。
一种高浓度臭氧水制备装置，包括空气压缩机、冷干装置、空气过滤器、制氧机、臭氧发生管，其特征在于，空气压缩机与冷干装置通过气管连接，冷干装置与空气过滤器通过气管连接，空气过滤器与制氧机通过气管连接，制氧机与臭氧发生管通过气管连接，臭氧发生管与气液混合泵通过气管连接，所述制氧机设有排出气管；
所述气液混合泵设有进水管和出水管；
所述进水管和出水管分别与臭氧水收集装置连接，臭氧水收集装置上设有二氧化氯溶液进口、自来水进口、臭氧水出口；
所述臭氧水收集装置是可收缩装置。
所述臭氧水收集装置中与臭氧水直接接触的腔体是采用抗氧化防腐蚀丙纶布涤纶布制成的部件。
所述制氧机臭氧发生管之间设有氧气调节阀。
所述的出水管上设有水压表、调节阀。
所述的臭氧发生管设有冷却水入口、冷却水出口，臭氧发生管采用介电常数80-85管式陶瓷介质间隙放电电极。用规格为ф41×300mm陶瓷管做介电材料，外壁镀金属镀层为外电极，金属管为内电极，管内通水冷却。氧气从内外电极间的缝隙中通过。臭氧产生原理是采用电晕放电法获取，在常压下使含氧气体在交变高压电场作用下产生电晕放电生成臭氧。
所述的所述空气过滤器设有空气冷凝水排出管，空气过滤器主要组成为孔径<20A°活性炭颗粒，两端设有脱脂棉花。
所述的冷干装置是由聚乙烯材质耳朵圆柱，圆柱内两端填充有脱脂棉花，中间填充有吸水硅胶颗粒。
所述的制氧机，主要利用布满无数超微孔的分子筛有着极强的吸附能力，氧分子筛在一定压力下对空气中的N、O不同的吸附能力，采用国际上先进的变压吸附技术，主要是加压吸附(氮气吸附在分子筛微孔中，氧气则穿其而过)和常压解吸(排出被吸附的氮气)，周而复始，达到连续不断地从空气中分离高纯度氧气。
所述的气液混合泵是采用高速旋转的泵叶轮将液体与气体混合搅拌，使用气液混合泵，提高溶气液制取效率、简化制取装置、节省场地、大幅降低初次投资、节省运行成本及维护费用。
一种高浓度臭氧水制备方法，其特征在于，所述制备方法步骤如下：
步骤一：空气压缩机将空气压缩，空气压缩机输出压力为0.25-0.3MPa，输出流量为0.2-0.9m3/h，得到压缩空气；
步骤二：压缩空气通过气管进入到冷干装置中进行冷干处理后，再通过气管进入空气过滤器中，过滤空气中的杂质，得到净化空气；
步骤三：净化空气通过气管进入到制氧机中，制备纯度大于90％的氧气，即得到高纯度氧气；
步骤四：高纯度氧气流经氧气调节阀进入到臭氧发生管中，制作得到臭氧；
步骤五：臭氧与通过进水管流入的水在气液混合泵中充分混合，气液比1:5～10，过泵流量1-50m3/h，处理水量1-150m3/h，得到臭氧水；
步骤六：臭氧水沿着出水管进入到臭氧水收集装置中储存，储存温度5-25℃；
步骤七：臭氧水收集装置中通入二氧化氯溶液，调节臭氧水的pH值为4-7。
所述的步骤五中，在气液混合泵(7)中充分混合后臭氧溶解效率达到80-100％，气泡直径20-39um，臭氧水浓度为80-120mg/L。
所述步骤七中的二氧化氯溶液浓度为0.05-0.2μg/mL。
所述的高浓度臭氧水制备装置或者所述的高浓度臭氧水制备方法，在食品加工领域的杀菌处理中的应用。
本发明提供的一种高浓度臭氧水制备装置及其使用方法和用途，有益效果如下：
1、臭氧水收集装置是可收缩装置，可根据实际储存的臭氧水体积大小调节臭氧水收集装置体积大小，减小臭氧水的比表面积，提高臭氧水的稳定性。
2、采用二氧化氯溶液来调节臭氧水的pH值4-7，此段pH值臭氧水稳定性高，同时二氧化氯与水反应产生次氯酸，增强了臭氧水对产品减菌化处理的效果。
3、本发明提供的方法成本低，能够带来较高的经济效益，适用范围广，适合推广应用。
附图说明
图1是高浓度臭氧水制备装置的示意图；
图中：空气压缩机1，冷干装置2，空气过滤器3，制氧机4，臭氧发生管5，氧气调节阀6，气液混合泵7，进水管8，出水管9，臭氧水收集装置10，水压表11，调节阀12，冷却水出口13，冷却水入口14，空气冷凝水排出管15，二氧化氯溶液进口16，自来水进口17，臭氧水出口18。
具体实施方式
下面结合实施例来进一步说明本发明，但本发明要求保护的范围并不局限于实施例表述的范围。
实施例1
一种高浓度臭氧水制备装置，包括空气压缩机1、冷干装置2、空气过滤器3、制氧机4、臭氧发生管5，空气压缩机1与冷干装置2通过气管连接，冷干装置2与空气过滤器3通过气管连接，空气过滤器3与制氧机4通过气管连接，制氧机4与臭氧发生管5通过气管连接，臭氧发生管5与气液混合泵7通过气管连接，所述制氧机4设有排出气管；
所述气液混合泵7设有进水管8和出水管9；
所述进水管8和出水管9分别与臭氧水收集装置10连接，臭氧水收集装置10上设有二氧化氯溶液进口16、自来水进口17、臭氧水出口18；
所述臭氧水收集装置10是可收缩装置。
所述制氧机4臭氧发生管5之间设有氧气调节阀6。
所述出水管9上设有水压表11、调节阀12。
述臭氧发生管5设有冷却水入口14、冷却水出口13。
所述的所述空气过滤器3设有空气冷凝水排出管15。
实施例2
一种高浓度臭氧水制备装置，包括空气压缩机1、冷干装置2、空气过滤器3、制氧机4、臭氧发生管5，空气压缩机1与冷干装置2通过气管连接，冷干装置2与空气过滤器3通过气管连接，空气过滤器3与制氧机4通过气管连接，制氧机4与臭氧发生管5通过气管连接，臭氧发生管5与气液混合泵7通过气管连接，所述制氧机4设有排出气管；
所述气液混合泵7设有进水管8和出水管9；
所述进水管8和出水管9分别与臭氧水收集装置10连接，臭氧水收集装置10上设有二氧化氯溶液进口16、自来水进口17、臭氧水出口18；
所述臭氧水收集装置10是可收缩装置。
所述臭氧水收集装置10中与臭氧水直接接触的腔体材质为抗氧化防腐蚀丙纶布涤纶布。
所述制氧机4臭氧发生管5之间设有氧气调节阀6。
所述出水管9上设有水压表11、调节阀12。
述臭氧发生管5设有冷却水入口14、冷却水出口13。
所述的所述空气过滤器3设有空气冷凝水排出管15。
实施例3
采用实施例1或2所述的高浓度臭氧水制备装置制备高浓度臭氧水，步骤如下：
1)空气压缩机1将空气压缩，空气压缩机1输出压力为0.28MPa，输出流量为0.6m3/h，得到压缩空气；
2)压缩空气通过气管进入到冷干装置2中进行冷干处理后，再通过气管进入空气过滤器3中，过滤空气中的杂质，得到净化空气；
3)净化空气通过气管进入到制氧机4中，制备纯度为96％的氧气，即得到高纯度氧气；
4)高纯度氧气流经氧气调节阀6进入到臭氧发生管5中，制作得到臭氧；
5)臭氧与通过进水管流入的水在气液混合泵中7充分混合，气液比1:7，过泵流量35m3/h，处理水量90m3/h，得到高浓度的臭氧水；
6)臭氧水沿着出水管9进入到臭氧水收集装置10中储存，臭氧水体积为15L，调节臭氧水收集装置10储存体积为15L，储存温度6℃；
7)臭氧水收集装置10中通入浓度为0.1μg/mL二氧化氯溶液，调节臭氧水的pH值为5。
测定存放在本发明中臭氧水收集装置10中双氧水、存放在固定体积存储装置(固定体积存储装置体积为50L)双氧水的衰减时间，同时用臭氧水对新鲜的猪肉片进行减菌化处理，测定臭氧水的减菌率，测定结果见表1，表1为臭氧水收集装置对臭氧水的影响。
表1臭氧水收集装置对臭氧水的影响
由表1可知，本发明可收缩的臭氧水收集装置10相比常用的固定体积存储装置，可提高臭氧水的稳定性，采用可收缩的臭氧水收集装置10储存臭氧水的时间长，减菌率高。
实施例4
采用实施例1或2所述的高浓度臭氧水制备装置制备高浓度臭氧水，步骤如下：
1)空气压缩机1将空气压缩，空气压缩机1输出压力为0.3MPa，输出流量为0.7m3/h，得到压缩空气；
2)压缩空气通过气管进入到冷干装置2中进行冷干处理后，再通过气管进入空气过滤器3中，过滤空气中的杂质，得到净化空气；
3)净化空气通过气管进入到制氧机4中，制备纯度93％的氧气，即得到高纯度氧气；
4)高纯度氧气流经氧气调节阀6进入到臭氧发生管5中，制作得到臭氧；
5)臭氧与通过进水管8流入的水在气液混合泵7中充分混合，气液比1:6，过泵流量35m3/h，处理水量80m3/h，得到浓度为120mg/L的臭氧水，臭氧溶解率达到90％，气泡直径30um；
6)臭氧水沿着出水管9进入到臭氧水收集装置10中储存，臭氧水体积为10L，调节臭氧水收集装置10储存体积为10L，储存温度5℃；
7)臭氧水收集装置10中通入浓度为0.09μg/mL二氧化氯溶液，调节臭氧水的pH值为4。
测定用二氧化氯溶液处理过的臭氧水(浓度为120mg/L)、未用二氧化氯溶液处理过处理过的臭氧水(浓度为120mg/L)浓度衰减到60mg/L所需时间，同时用臭氧水对新鲜的鱼片进行减菌化处理，测定臭氧水的减菌率，测定结果见表2，表2为二氧化氯溶液处理对臭氧水的影响。
表2二氧化氯溶液处理对臭氧水的影响
由表2可知，经添加二氧化氯溶液调节pH值的臭氧水衰减时间长，减菌率高。
虽然为说明的目的对本发明进行了详述，但是应当理解这些细节仅用于说明的目的，并且在不偏离本发明的范围的情况下，所述技术领域得技术人员能够对这些细节作出变型。
Claims (10)
1.一种高浓度臭氧水制备装置，包括空气压缩机(1)、冷干装置(2)、空气过滤器(3)、制氧机(4)、臭氧发生管(5)，其特征在于，空气压缩机(1)与冷干装置(2)通过气管连接，冷干装置(2)与空气过滤器(3)通过气管连接，空气过滤器(3)与制氧机(4)通过气管连接，制氧机(4)与臭氧发生管(5)通过气管连接，臭氧发生管(5)与气液混合泵(7)通过气管连接，所述制氧机(4)设有排出气管；
所述气液混合泵(7)设有进水管(8)和出水管(9)；
所述进水管(8)和出水管(9)分别与臭氧水收集装置(10)连接，臭氧水收集装置(10)上设有二氧化氯溶液进口(16)、自来水进口(17)、臭氧水出口(18)；
所述臭氧水收集装置(10)是可收缩装置。
2.根据权利要求1所述的高浓度臭氧水制备装置，其特征在于，所述臭氧水收集装置(10)中与臭氧水直接接触的腔体是采用抗氧化防腐蚀丙纶布涤纶布制成的部件。
3.根据权利要求1所述的高浓度臭氧水制备装置，其特征在于，所述制氧机(4)臭氧发生管(5)之间设有氧气调节阀(6)。
4.根据权利要求1所述的高浓度臭氧水制备装置，其特征在于，所述出水管(9)上设有水压表(11)、调节阀(12)。
5.根据权利要求1所述的高浓度臭氧水制备装置，其特征在于，所述臭氧发生管(5)设有冷却水入口(14)、冷却水出口(13)。
6.根据权利要求1所述的高浓度臭氧水制备装置，其特征在于，所述空气过滤器(3)设有空气冷凝水排出管(15)。
7.一种高浓度臭氧水制备方法，其特征在于，所述制备方法步骤如下：
步骤一：空气压缩机(1)将空气压缩，空气压缩机(1)输出压力为0.25-0.3MPa，输出流量为0.2-0.9m3/h，得到压缩空气；
步骤二：压缩空气通过气管进入到冷干装置(2)中进行冷干处理后，再通过气管进入空气过滤器(3)中，过滤空气中的杂质，得到净化空气；
步骤三：净化空气通过气管进入到制氧机(4)中，制备纯度大于90％的氧气，即得到高纯度氧气；
步骤四：高纯度氧气流经氧气调节阀(6)进入到臭氧发生管(5)中，制作得到臭氧；
步骤五：臭氧与通过进水管(8)流入的水在气液混合泵(7)中充分混合，气液比1:5～10，过泵流量1-50m3/h，处理水量1-150m3/h，得到臭氧水；
步骤六：臭氧水沿着出水管(9)进入到臭氧水收集装置(10)中储存，储存温度5-25℃；
步骤七：臭氧水收集装置(10)中通入二氧化氯溶液，调节臭氧水的pH值为4-7。
8.根据权利要求7所述的高浓度臭氧水制备方法，其特征在于，所述的步骤五中，在气液混合泵(7)中充分混合后臭氧溶解效率达到80-100％，气泡直径20-39um，臭氧水浓度为80-120mg/L。
9.根据权利要求7所述的高浓度臭氧水制备方法，其特征在于，所述步骤七中的二氧化氯溶液浓度为0.05-0.2μg/mL。
10.权利要求1-5任意一项所述的高浓度臭氧水制备装置或者权利要求6-8任意一项所述的高浓度臭氧水制备方法，在食品加工领域的杀菌处理中的应用。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: A device for preparing high concentration ozone water and its preparation method and use Effective date of registration: 20230925 Granted publication date: 20171208 Pledgee: Bank of China Limited by Share Ltd. Three Gorges Branch Pledgor: HUBEI TULAOHAN ECOLOGICAL AGRICULTURAL SCIENCE & TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: Y2023980058138 |