CN109998018A - 一种用于果蔬定向钝酶的加工与自消毒一体化装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于果蔬定向钝酶的加工与自消毒一体化装置，属于农产品与食品加工及机械装备制造技术领域。本发明装置中输送带分别穿过红外、射频、微波及紫外辐照腔；光纤测温传感器、监视器摄像头分别安装在射频抑制器、射频/微波抑制器及紫外辐照腔上面，并与控制柜相连。果蔬原料通过输送带进入红外辐照腔、射频辐照腔、微波辐照腔及紫外辐照腔进行钝酶与消毒。其根据果蔬原料中各种酶对电磁场的选择吸收特性及电磁场杀菌特性实现果蔬的定向钝酶及自消毒加工。本发明能够节能减排、提高产品品质：采用电磁场钝酶不但缩短钝酶时间、节省水资源、降低废水排放，而且能够降低果蔬中水溶性营养成分损失，实现果蔬钝酶预处理加工高效、清洁及高品质。

Description

一种用于果蔬定向钝酶的加工与自消毒一体化装置
技术领域
本发明涉及一种用于果蔬定向钝酶的加工与自消毒一体化装置，适应于各种果蔬高效、精准、高品质钝酶预处理加工与消毒，属于农产品与食品加工及机械装备制造技术领域。
背景技术
当今农产品及食品加工技术与机械装备制造相对成熟。利用新型电磁场技术及装备是提升传统果蔬钝酶预处理加工行业的一个重要方向。目前新型加工技术，如红外、微波、射频同属于电磁场加工技术，是利用电磁场的能量使得极性分子发生偶极旋转和离子迁移，相互摩擦碰撞产生热量，然后实现物料的整体加热和对微生物活性的抑制。电磁场技术能够提高加热速率，缩短加工时间，在短时间内钝化酶活，且具备一定的消毒能力。但每种技术存在显著性的问题，例如红外的穿透深度不够，仅适用于薄层物料；微波、射频的均匀性差，存在局部过冷过热现象；此外，上述的电磁场技术虽然具有一定的消毒能力，但仍可能存在消毒不佳的情况。紫外杀菌技术可以破坏微生物机体细胞的DNA或RNA的分子结构，造成细胞死亡，从而达到消毒杀菌的效果，同时通过联合电磁场加工技术改善消毒效果。另外，果蔬种类丰富且富含多种酶类，可能会对果蔬品质带来有利或不利的影响，同时新鲜果蔬中包含的微生物同样会导致产品劣变。对微生物进行消毒处理，钝化对品质不益的酶类，保留有益消化吸收的酶类是果蔬加工行业发展的重要选择。传统的果蔬预处理采用简单的热水处理，导致果蔬中的酶和微生物不同程度失活，营养物质损失，品质劣变，产生大量废水等问题。近年来，国内外市场对节能、低污染的果蔬预处理设备抱有强烈期望。本发明通过红外、射频、微波以及紫外辐照结合满足复杂多样的果蔬预处理，又能够针对不同果蔬实现定向钝酶和自消毒的需求。与传统热水处理相比，本发明实现果蔬中主要酶（多酚氧化酶、过氧化物酶等）定向灭活率达到90%以上，同时杀灭致病菌，真正实现果蔬定向钝酶及自调节消毒。
马亚琴、王珺、黄林华、黄学根、孙志高、王华（2017年）公开了“利用超声-微波联合处理钝化柑橘果球表面残留酶活的方法”发明专利（专利申请号201711373896.8）。该专利采用酶法与间隙真空方式结合的方法使柑橘去皮和脱囊衣实现一体化，再利用先超声后微波处理的方法钝化果球表面的残留酶（主要是过氧化物酶）。该专利适合柑橘类水果的表层钝酶，不能解决果蔬内部劣质酶的问题。本发明的不同在于根据果蔬的种类与特性、需要钝化的酶类，选择合适的电磁场实现果蔬整体钝酶及定向钝酶。
刘云宏、苗帅、孙悦、朱文学、段续、任广跃（2014年）公开了“一种快速钝酶方法”发明专利（专利申请号201410347715.4）。该专利设备包括远红外辐射板控制器、远红外辐射板、超声波辐射板、超声波换能器、超声波发生器组成。远红外辐射板在物料（金银花）进入设备前需进行预热，达到设定工作参数。物料进入后放置在超声波辐射板上，并启动超声波辐射装置，同时调控远红外辐射板与物料之间距离。该专利适合多酚氧化酶的钝化，对于富含过氧化物酶的物料，该专利不能解决此种酶的钝化问题。本发明的不同之处在于采用多种电磁场单独或联合实现多种酶的选择性钝化；同时，物料经电磁场处理后进行紫外辐照，实现辅助消毒，解决了果蔬定向钝酶和自消毒一体化的问题。
张弘、郑华、涂行浩、陈晓鸣、冯颖、甘瑾、张敏（2011年）公开了“一种钝化玛咖黑芥子酶活性的方法”发明专利（专利申请号201110286518.2）。该专利是将玛咖置于微波辐射条件下，使得玛咖中的黑芥子酶的活性降低到98.9%以上。该专利适用于钝化黑芥子酶，对于果蔬中常见的过氧化物酶、多酚氧化酶未见研究，不能钝化或抑制果蔬中其它酶类。本发明的不同之处在于采用电磁场单独或联用实现果蔬定向钝酶；采用紫外辐照，解决果蔬电磁场定向钝酶后微生物污染问题。
赵伟、田一雄、杨瑞金、颜文旭（2017年）公开了“一种射频耦合高压脉冲电场处理的果蔬汁加工方法”发明专利（专利申请号CN201710422609.1）。该专利将射频和高压脉冲电场相结合，对物料整体组织进行射频加热处理，然后榨汁后进行高压脉冲电场进一步钝酶。该专利适合易榨汁的物料，且仅能够解决多酚氧化酶的钝化问题。本发明的不同之处在于加工前后对物料形态没有改变，且针对不同果蔬中所包含的酶采用单个或联合电磁场设备进行处理，实现果蔬定向钝酶；采用紫外辐照辅助消毒实现定向钝酶的同时又达到消毒的目的。
Kachhadiya, S., Kumar, N., Seth, N. (Journal of food science and technology 2018, 55(12), 4823-4832) 探究了不同烫漂方法对甜玉米的理化性质及过氧化物酶活性动力学的影响。与热水烫漂、蒸汽烫漂比较，微波烫漂具有钝化过氧化物酶的时间最短，并且在总糖、抗坏血酸、水分含量、籽粒质量以及几何直径都具有最大的保留率。该研究显示了微波钝化过氧化物酶的效果，但不能解决果蔬中其他酶的定向钝化以及消毒问题。本发明通过红外、射频、微波等电磁场的联用，能够满足多种不同酶的定向钝化，并采用紫外辐照技术改善消毒问题。
Zhang Z., Wang J., Zhang X., Shi Q., Xin L., Fu H., Wang Y. (Food chemistry 2018, 248, 173-182) 研究了射频辅助烫漂对马铃薯的多酚氧化酶、重量损失、质构、颜色和微观结构的影响。该研究采用纯化的多酚氧化酶探究射频烫漂的机理，并使用马铃薯来验证。该研究证明多酚氧化酶在80℃-85℃条件下能够被完全钝化。与此研究相比，本发明采用红外、射频、微波等电磁场能够实现完全钝化多酚氧化酶。此外，还可调控参数钝化其它酶类，并且兼备消毒功效。
王永、王兆安（2017年）公开了“鲜果杀菌消毒装置”实用新型专利（专利申请号201720639363.9）。在该专利中，无灯丝热阴极紫外线灯产生高浓度的臭氧混入，并随着空气上升，经过传送带将鲜果进行杀菌，配合顶射灯的紫外线照射，使得果蔬杀菌消毒彻底。该专利适用于果蔬消毒处理，无法满足果蔬的钝酶需求。本发明的不同之处在于采用电磁场定向钝酶后，经由紫外辐照装置消毒，同时实现钝酶和消毒的需求。
总之，果蔬的多组合电磁场及紫外辐照一体化装置及加工方法，在国内未见报导，在国外到目前为止也没有检索到这方面的论文和专利。本发明将是一种创新，是对国内这一技术空白的填补。
发明内容
本发明的目的是克服上述不足之处，根据果蔬中酶对电磁场的选择吸收特性及电磁场的杀菌特性，提供一种利用电磁场实现果蔬定向钝酶与自消毒的加工及一体化装置。
本发明的技术方案，一种用于果蔬定向钝酶的加工与自消毒一体化装置，包括红外辐照腔、射频抑制器、射频辐照腔、射频/微波抑制器、微波辐照腔、微波抑制器、紫外辐照腔和输送带；
所述红外辐照腔通过射频抑制器与射频辐照腔相连接，射频辐照腔通过射频/微波抑制器与微波辐照腔相连接，微波辐照腔通过微波抑制器与紫外辐照腔相连接；
所述输送带依次穿过红外辐照腔、射频抑制器、射频辐照腔、射频/微波抑制器、微波辐照腔、微波抑制器和紫外辐照腔。
还包括第一光纤测温传感器、第二光纤测温传感器和第三光纤测温传感器；所述第一光纤测温传感器设置于射频抑制器上，第二光纤测温传感器设置于射频/微波抑制器上，第三光纤测温传感器设置于微波抑制器上。
还包括第一监视器摄像头、第二监视器摄像头和第三监视器摄像头；所述第一监视器摄像头设置于射频抑制器上，第二监视器摄像头设置于射频/微波抑制器上，第三监视器摄像头设置于微波抑制器上。
所述的红外辐照腔为长方体结构，长800-2000mm，宽500-800mm,高250-500mm，侧面设置检修门；红外辐照腔内设有红外发生器；红外发生器设置为管状结构，发射波长为短波、中波及长波三种波段；短波、中波及长波红外管依次排列三个区域，并固定在红外辐照腔内，每种红外波长管子数量在5支以上；三种波长的红外管单管功率范围为100-5000W；三种波长的红外管工作独立控制，温度在室温～150℃范围内调节。
所述的射频辐照腔为长方体结构，长800-3000mm，宽800-1200mm，高800-1200mm，侧面设置检修门，射频辐照腔内安装射频发生器和上下电极板；射频发生器通过射频传送线与上下电极板连接；射频辐照腔与微波辐照腔通过射频/微波抑制器连接，防止射频发生器与微波发生器相互干扰。
所述射频发生器发射的频率为27.12MHz；所述上下电极板中的上电极板尺寸为长800-2000mm,宽400-800mm, 下电极板尺寸为长1000-2500mm,宽600-1000mm。
所述的微波辐照腔结构为长方体，长为800-2000mm，宽500-800mm,高250-500mm，侧面设计检修门；所述微波辐照腔上设有微波发生器；微波发生器设置为发射频率为915MHz与2450MHz两种微波源；波导馈口设置在微波辐照腔的上面，形状均为喇叭型，交替排列。
所述的紫外辐照腔为长方体结构，长为500-1000mm，宽500-800mm,高250-500mm，侧面设计有检修门；所述紫外辐照腔内设有紫外发生器；所述紫外发生器为管状，并排固定在紫外辐照腔的上部，紫外管布置数量在5-10支。
所述的光纤测温传感器、监视器摄像头分别安装在射频抑制器、射频/微波抑制器、微波抑制器上面，并与控制柜相连。
所述的输送带分别穿过红外辐照腔、射频辐照腔、微波辐照腔及紫外辐照腔，并根据设定温度自动调整运转速度。
所述的红外发生器、射频发生器及微波发生器发射功率根据各区域光纤测温传感器温度测量值能够自动调整，并根据设定温度自动调整输送带运转速度。
还包括控制柜；所述控制柜分别控制红外发生器、射频发生器、上下电极板、微波发生器、紫外发生器、第一光纤测温传感器、第二光纤测温传感器、第三光纤测温传感器、第一监视器摄像头、第二监视器摄像头、第三监视器摄像头和输送带。所述控制柜为PLC控制柜。
所述控制柜控制红外发生器的启停和功率，控制射频发生器的启停与功率，和上下电极板之间的间距，控制微波发生器的启停和功率，控制紫外发生器的启停，采集第一光纤测温传感器、第二光纤测温传感器和第三光纤测温传感器的温度数据，采集第一监视器摄像头、第二监视器摄像头和第三监视器摄像头的图像数据，控制输送带的启停和转速。
本发明所述输送带分别穿过红外辐照腔、射频辐照腔、微波辐照腔及紫外辐照腔，并根据第一光纤测温传感器、第二光纤测温传感器和第三光纤测温传感器设定温度调整运转速度。
本发明的有益效果：本发明能够提高钝酶精度、降低有益酶损失：由于果蔬中的各种酶对电磁场具有选择吸收特性，通过研究果蔬中各种酶的电磁场吸收特性，选择合适的电磁场及组合对有益酶保留，对有害酶进行灭活，从而实现果蔬定向钝酶，降低果蔬钝酶过程中有益酶损失。
本发明降低了环境污染、提高了产品安全：电磁场（微波、射频）具有非热杀菌特性，紫外场具有消毒特性，采用电磁场进行果蔬钝酶，在定向钝酶的同时对果蔬产品进行杀菌与消毒，提高产品质量安全。
本发明能够节能减排、提高产品品质：采用电磁场钝酶不但缩短钝酶时间、节省水资源、降低废水排放，而且能够降低果蔬中水溶性营养成分损失，实现果蔬钝酶预处理加工高效、清洁及高品质。
附图说明
图1是本发明系统结构示意图。
图2是本发明控制原理示意图。
附图标记说明：1、红外辐照腔；2、红外发生器；3、射频抑制器；4、第一光纤测温传感器；5、第一监视器摄像头；6、射频辐照腔；7、射频发生器；8、上下电极板；9、射频/微波抑制器；10、第二光纤测温传感器；11、第二监视器摄像头；12、微波辐照腔；13、微波发生器；14、微波抑制器；15、第三光纤测温传感器；16、第三监视器摄像头；17、紫外辐照腔；18、紫外发生器；19、输送带；20、控制柜。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细地描述。
实施例1
如图1-2所示，一种用于果蔬定向钝酶的加工与自消毒一体化装置，包括红外辐照腔1、射频抑制器3、射频辐照腔6、射频/微波抑制器9、微波辐照腔12、微波抑制器14、紫外辐照腔17和输送带19；
所述红外辐照腔1通过射频抑制器3与射频辐照腔6相连接，射频辐照腔6通过射频/微波抑制器9与微波辐照腔12相连接，微波辐照腔12通过微波抑制器14与紫外辐照腔17相连接；
所述输送带19依次穿过红外辐照腔1、射频抑制器3、射频辐照腔6、射频/微波抑制器9、微波辐照腔12、微波抑制器14和紫外辐照腔17。
还包括第一光纤测温传感器4、第二光纤测温传感器10和第三光纤测温传感器15；所述第一光纤测温传感器4设置于射频抑制器3上，第二光纤测温传感器10设置于射频/微波抑制器9上，第三光纤测温传感器15设置于微波抑制器14上。
还包括第一监视器摄像头5、第二监视器摄像头11和第三监视器摄像头16；所述第一监视器摄像头5设置于射频抑制器3上，第二监视器摄像头11设置于射频/微波抑制器9上，第三监视器摄像头16设置于微波抑制器14上。
红外辐照腔1为长方体结构，长800-2000mm，宽500-800mm,高250-500mm，侧面设计检修门；红外发生器2为管状结构，发射波长为短波、中波及长波三种波段；三种波长的红外管依次排列，并固定在红外辐照腔2内，每种红外波长管子数量在5支以上；三种波长的红外管单管功率范围为100-5000W；三种波长的红外管工作独立控制，温度在室温-150℃范围内调节。
所述射频辐照腔6为长方体结构，长800-3000mm，宽800-1200mm,高800-1200mm，侧面设计检修门；射频发生器7发射的频率为27.12MHz，上下电极板8安装在射频辐照腔6内，上电极板尺寸为长800-2000mm,宽400-800mm, 下电极板尺寸为长1000-2500mm,宽600-1000mm；射频辐照腔6与微波辐照腔12通过射频/微波抑制器9连接，防止射频发生器7与微波发生器13相互干扰。
所述微波辐照腔12结构为长方体，长为800-2000mm，宽500-800mm,高250-500mm，侧面设计检修门；所述微波辐照腔12上设有微波发生器13；所述微波发生器13发射频率为915MHz与2450MHz两种微波源，2450MHz与915MHz微波发生器13波导馈口设计在微波辐照腔12上，形状均为喇叭型，交替排列。
所述紫外辐照腔17为长方体结构，长为500-1000mm，宽500-800mm,高250-500mm，侧面设计有检修门；所述紫外辐照腔17内设有紫外发生器18；所述紫外发生器18为管状，并排固定在紫外辐照腔17的上部，紫外管布置数量在5-10支。
还包括控制柜20；所述控制柜20分别控制红外发生器2、射频发生器7、上下电极板8、微波发生器13、紫外发生器18、第一光纤测温传感器4、第二光纤测温传感器10、第三光纤测温传感器15、第一监视器摄像头5、第二监视器摄像头11、第三监视器摄像头16和输送带19。所述控制柜20为PLC控制柜。
本发明工作时，物料经输送带19输送入红外辐照腔1中，红外发生器2发射的三种红外波作用在物料上；物料经输送带19通过射频抑制器3进入射频辐照腔6，射频发生器7产生射频作用于物料，射频抑制器3控制射频泄露；第一光纤测温传感器4、第二光纤测温传感器10、第三光纤测温传感器15、第一监视器摄像头5、第二监视器摄像头11和第三监视器摄像头16分别用于测定物料的温度及观察物料形状及色泽变化；随后物料通过射频/微波抑制器9进入微波辐照腔12，微波发生器13发射的微波作用于物料，射频/微波抑制器9及微波抑制器14防止微波泄露；物料通过微波抑制器14进入紫外辐照腔17中，紫外发生器18产生紫外线进行辅助消毒处理；控制柜20进行工艺参数的设定及运行控制。
本发明采用红外辐射、射频、微波以及紫外辐照融合方式提高果蔬钝酶预处理加工效率、降低环境污染、保护果蔬品质，解决果蔬钝酶、消毒不彻底及过度钝酶等问题，实现果蔬定向钝酶与自消毒一体化。
应用实施例1 苹果电磁场定向钝酶（多酚氧化酶）与自消毒一体化的加工方法
取清洗、切割（10x10x10 mm3）预处理的苹果粒100kg，均匀放入输送带19上，厚度20mm。
启动红外发生器2（短波），射频发生器7、微波发生器13（2450MHz），对苹果粒进行钝酶。启动紫外发生器，对苹果粒进行杀菌消毒处理。输送带19速度设定1m/min，苹果粒温度设定值为90℃，加热功率根据物料温度设定值自动连续调整，物料温度由第一光纤测温传感器4、第二光纤测温传感器10和第三光纤测温传感器15进行检测。通过第一监视器摄像头5、第二监视器摄像头11和第三监视器摄像头16进行苹果粒形态及色泽观察，每隔10s记录温度值。处理结束后，预处理后的苹果粒从紫外辐照腔17出口端处由输送带输送出。
测定多酚氧化酶活性及微生物指标。
应用实施例2 西兰花电磁场定向钝酶（黑芥子酶）与自消毒一体化的加工方法
取清洗、切割（15x15x15 mm3）预处理的西兰花80kg,均匀地放在输送带19上，厚度为单层。
启动红外发生器2（中波），射频发生器7、微波发生器13（915MHz）,对西兰花进行钝酶。启动紫外发生器，对西兰花进行杀菌消毒处理。输送带19速度设定0.5m/min，西兰花温度设定值为85℃，加热功率根据物料温度设定值自动连续调整，物料温度由第一光纤测温传感器4、第二光纤测温传感器10和第三光纤测温传感器15进行检测。通过第一监视器摄像头5、第二监视器摄像头11和第三监视器摄像头16进行西兰花形态及色泽观察，每隔10s记录温度值。处理结束后，预处理后的西兰花从紫外辐照腔17出口端处由输送带输送出。
测定过氧化物酶、多酚氧化酶、黑芥子酶活性及微生物指标。

Claims (10)

1.一种用于果蔬定向钝酶的加工与自消毒一体化装置，其特征是：包括红外辐照腔（1）、射频抑制器（3）、射频辐照腔（6）、射频/微波抑制器（9）、微波辐照腔（12）、微波抑制器（14）、紫外辐照腔（17）和输送带（19）；
所述红外辐照腔（1）通过射频抑制器（3）与射频辐照腔（6）相连接，射频辐照腔（6）通过射频/微波抑制器（9）与微波辐照腔（12）相连接，微波辐照腔（12）通过微波抑制器（14）与紫外辐照腔（17）相连接；
所述输送带（19）依次穿过红外辐照腔（1）、射频抑制器（3）、射频辐照腔（6）、射频/微波抑制器（9）、微波辐照腔（12）、微波抑制器（14）和紫外辐照腔（17）。
2.根据权利要求1所述用于果蔬定向钝酶的加工与自消毒一体化装置，其特征是：还包括第一光纤测温传感器（4）、第二光纤测温传感器（10）和第三光纤测温传感器（15）；所述第一光纤测温传感器（4）设置于射频抑制器（3）上，第二光纤测温传感器（10）设置于射频/微波抑制器（9）上，第三光纤测温传感器（15）设置于微波抑制器（14）上。
3.根据权利要求1所述用于果蔬定向钝酶的加工与自消毒一体化装置，其特征是：还包括第一监视器摄像头（5）、第二监视器摄像头（11）和第三监视器摄像头（16）；所述第一监视器摄像头（5）设置于射频抑制器（3）上，第二监视器摄像头（11）设置于射频/微波抑制器（9）上，第三监视器摄像头（16）设置于微波抑制器（14）上。
4.根据权利要求1所述用于果蔬定向钝酶的加工与自消毒一体化装置，其特征是：所述红外辐照腔（1）内设有红外发生器（2）；所述红外发生器（2）具体为能够分别发射波长为短波、中波及长波三种波段的红外管构成，每种红外波长管子数量在5支以上；三种波长的红外管单管功率范围为100-5000W。
5.根据权利要求1所述用于果蔬定向钝酶的加工与自消毒一体化装置，其特征是：所述射频辐照腔（6）内设有射频发生器（7）和上下电极板（8）；所述上下电极板（8）设置于射频辐照腔（6）内，射频发生器（7）通过射频传送线与上下电极板（8）连接。
6.根据权利要求5所述用于果蔬定向钝酶的加工与自消毒一体化装置，其特征是：所述射频发生器（7）发射的频率为27.12MHz；所述上下电极板（8）中的上电极板尺寸为长800-2000mm,宽400-800mm, 下电极板尺寸为长1000-2500mm，宽600-1000mm。
7.根据权利要求1所述用于果蔬定向钝酶的加工与自消毒一体化装置，其特征是：所述微波辐照腔（12）上设有微波发生器（13）；所述微波发生器（13）发射频率为915MHz与2450MHz两种微波源。
8.根据权利要求1所述用于果蔬定向钝酶的加工与自消毒一体化装置，其特征是：所述紫外辐照腔（17）内设有紫外发生器（18）；所述紫外发生器（18）为管状，并排固定在紫外辐照腔（17）的上部，紫外管布置数量在5-10支。
9.根据权利要求1-8之一所述用于果蔬定向钝酶的加工与自消毒一体化装置，其特征是：还包括控制柜（20）；所述控制柜（20）分别控制红外发生器（2）、射频发生器（7）、上下电极板（8）、微波发生器（13）、紫外发生器（18）、第一光纤测温传感器（4）、第二光纤测温传感器（10）、第三光纤测温传感器（15）、第一监视器摄像头（5）、第二监视器摄像头（11）、第三监视器摄像头（16）和输送带（19）。
10.根据权利要求9所述用于果蔬定向钝酶的加工与自消毒一体化装置，其特征是：所述控制柜（20）为PLC控制柜。
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