CN110734112A - 一种等离子体活性水的制备及应用 - Google Patents

一种等离子体活性水的制备及应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种等离子体活性水的制备装置，其特征在于：包括水制备反应器和清洗容器，所述水制备反应器包括电源、反应室、储水容器、进气管和滑动弧；所述储水容器和清洗容器通过循环水路连接；所述进气管一端连接反应室，另一端连接外源气源；电源与反应室相连，所述反应室内设有两个平行电极，外源气体通入反应室中在两电极间放电形成等离子体；所述滑动弧在外源气体的驱动下被移出至反应室下端，距离储水容器的液面高度为1mm‑50mm，制成等离子体活性水；所述等离子体活性水可对包含圣女果等各类果蔬类新鲜食品或农产品进行清洗，可有效延长储藏保鲜周期。

Description

一种等离子体活性水的制备及应用
技术领域
本发明属于农产品储藏保鲜领域，具体涉及一种等离子体活性水的制备。
背景技术
新鲜果蔬产品腐烂的一个重要原因是表面存在各种食源性有害微生物，一般的杀菌消毒手段，如高温灭菌、高温瞬时灭菌等通过温度或蒸汽的杀菌方法会破坏营养物质，不适用于新鲜果蔬产品的清洗，而次氯酸、臭氧水、双氧水等化学杀菌方法存在一定的化学残留和污染，不适用于新鲜果蔬的清洗消毒。因此，新鲜果蔬较好的杀菌方法是物理杀菌方法，如超高压杀菌，高压电场杀菌，辐照杀菌，这些杀菌方法虽能有效灭杀果蔬表面存在的微生物，同时也一定程度上破坏了果蔬的品质和风味，在果蔬保鲜中的应用较少。等离子体活性水是一种新型无残留的绿色杀菌技术，对各种食源性致病菌具有良好的杀菌效果，杀菌效果随等离子体放电产生模式的不同存在较大的差异。
发明内容
针对上述问题，本发明采用滑动弧放电制备一种等离子体活性水，具有较强的杀菌效果，可有效清洗新鲜果蔬产品表面存在的微生物，延长储藏保鲜周期。
本发明采用一种滑动弧放电的方式制备等离子体活性水，通过水的均匀性和流动性来吸纳等离子体中的有效活性成分，在清洗新鲜果蔬的同时也可达到良好的杀菌效果，并且等离子体活性水中的活性杀菌成分具有短暂的稳定性，经过一段时间后自然失效，是一种绿色、环保的清洗消毒方法。
本发明一种等离子体活性水的制备装置，包括水制备反应器和清洗容器，所述水制备反应器包括电源、反应室、储水容器、进气管和滑动弧；所述滑动弧由两个平行电极构成，通过高压电线连接至电源；所述储水容器和清洗容器通过循环水路连接；所述进气管一端连接反应室，另一端连接外源气源；外源气体通入反应室中在两电极间放电形成等离子体羽辉；所述滑动弧在外源气体的驱动下被移出至反应室下端，羽辉边缘距离储水容器的液面高度为1mm-50mm，制成等离子体活性水；所述滑动弧制备等离子体活性水的放电处理时间为2-10min。
优选地，所述等离子体羽辉边缘距离储水容器中液面的高度为15-25mm。
所述储水容器的容量为0.1L-1L，清洗容器的容量为1L-10L。
所述循环水路包括水泵和水管，水管上设有气流控制开关，控制储水容器中液面与等离子体之间的距离。所述水泵功率可根据实际容量大小进行调节，一般为1W-100W，水的流量为0.1L/min-0.5L/min，可通过水量控制开关来实现。
所述清洗容器的出水口处设有放水开关一，用于调整清洗容器出水量。放水开关二设置在储水容器的出水口处，用于调节储水容器的液面与等离子体羽辉之间的距离。
所述电源的电压控制为3kV-10kV，功率为400W-500W。
所述反应室采用绝缘材料制成，包括聚四氟乙烯、陶瓷，其他的水管和气管均具有绝缘性能，以保证操作安全。
所述电极材料可选铜、不锈钢、钨等金属导电材料，电极间距为1-50mm，优选为2-15mm。
所述进气管通入气体种类包括氮气、氧气、空气、氩气、氦气或其混合气体，气体流量为1.0L/min-100L/min。
本发明还公开了将上述装置制备得到的等离子体活性水用于新鲜果蔬的清洗，一般清洗浸泡时间为1min-20min。
本发明中，滑动弧放电是一种较为直接的放电方式，通过陶瓷管进行简单的设计，放电电极不会侵入水中即可在常压下实现的一种气体电离形式，形成的等离子体是一种不带电的气体，放电过程中产生的热量通过外源气体排出，具有安全、稳定、便携、温度低等特点。外源气体通过反应室将等离子体吹出，通过控制电源功率、羽辉间距和气体种类调整等离子体中的有效抑菌成分的种类和浓度；利用溶液的均匀性、流动性和分散性来接收等离子体中的活性有效成分，形成等离子体活性水。该模式下不会产生气泡，也不会导致放电不稳定，具有安全可靠，操作简单且不产生有害气体的特点。储水容器和清洗容器有效分开，可有效避免清洗时蔬菜中的杂质对等离子体活性水的污染，便于清洗多种蔬菜。
附图说明
图1本发明制备装置的结构示意图；
图2气体种类及放电时间对活性水灭菌效果的影响；
图3 等离子体羽辉与储水容器中液面的间距对活性水灭菌效果的影响；
图4清洗时间对圣女果表面菌落总数的影响；
图5放电功率对圣女果失重率的影响。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步说明。
图中：1-电源，2-水泵，3-滑动弧，4-反应室，5-进气管，6-水量控制开关，7-水管，8-放水开关一，9-放水开关二。
实施例1
如图1所示，一种等离子体活性水的制备装置，包括水制备反应器、储水容器和清洗容器，所述水制备反应器包括电源1、反应室4、进气管5和滑动弧3；滑动弧3由两个平行电极构成，通过高压电线连接至电源；所述储水容器和清洗容器通过循环水路连接；所述进气管5一端连接反应室4，另一端连接外源气体；外源气体通入反应室中在两电极间放电形成等离子体羽辉。滑动弧3在外源气体的驱动下被移出至反应室4下端，滑动弧放电形成的等离子羽辉体距离储水容器内的液面高度为1mm-50mm。
所述循环水路包括水泵2和水管7，水管上设有水量控制开关6。所述清洗容器的出水口处设有放水开关一8。放水开关二9位于储水容器的出水口，用于调节液面高度。
实施例2
上述制备装置中，放电时间、气体种类、等离子体羽辉与储水容器中液面的高度等参数会影响制备得到的等离子体活性水的性能，清洗时间也会在一定程度上影响后续新鲜果蔬的清洗杀菌效果。
（1）放电气体种类、放电时间对等离子体活性水灭菌效果的影响；
采用实施例1的装置制备等离子体活性水，其中液面与等离子体羽辉边缘的距离为2.0cm，气体流量为40-60L/min，放电功率为500W，滑动弧放电处理时间为2min，4min，6min，8min，10min。分别通入空气 、氧气和氮气，制备得到等离子体活性水对金黄色葡萄球菌的菌液进行灭杀，菌落数的降低程度如图2所示。空气、氧气、氮气三种气体均具有一定的杀菌作用，其中氧气的杀菌效果不显著，氮气为三种气体中最佳的杀菌气体。活性水杀菌能力随杀菌时间增长而逐渐增强，通过放电10min制备的离子体活性水，能达到最优的杀菌效果。空气的初始菌落为379 cfu/ml，经过6min杀菌后菌落数达到86 cfu/ml，杀菌效果显著；氮气初始菌落385 cfu/ml，经8min的杀菌处理后，菌落数为15cfu/ml，根据菌落计数GB4789.2-2016，低于30 cfu/ml可忽略不计，经10min杀菌处理，金黄色葡萄球菌被完全灭活。通过此项实验可以确定最优杀菌时间与杀菌气体为氮气，杀菌10min。
（2）等离子体羽辉与储水容器中液面的间距对等离子体活性水灭菌效果的影响；
采用实施例1的装置制备等离子体活性水，其中液面与等离子体羽辉边缘的间距分别设为1mm、5mm、10mm、15mm、20mm、25mm、30mm、35mm、40mm、45mm、50mm、55mm、60mm，放电功率为500W，放电时间10min，通入氮气，气体流量为40-60L/min。如图3所示，液面与等离子体羽辉边缘的间距对灭菌效果具有一定的影响力，当液面与等离子体羽辉边缘的间距为20mm时杀菌效果最好，菌落数为0cfu/ml，金黄色葡萄球菌被完全灭活。通过此项实验可以确定液面与等离子体羽辉边缘的间距最优应控制在15mm-25mm内，杀菌效果最佳。
实施例3
（1）清洗时间对圣女果表面菌落总数的影响
采用实施例1的装置制备等离子体活性水，其中液面与等离子体羽辉边缘的距离为2.0cm，放电功率为500W。取54份表观新鲜度类似的圣女果，分成三组，每组18份，测定初始圣女果上菌落总数的变化。在空气滑动弧放电下储水容器中水的体积为800ml，处理10min后停止放电。将圣女果放入清洗容器中分别浸泡清洗1min、5min、10min、15min、20min，测定圣女果表面菌落总数的变化，测试结果如图4所示。在等离子体活化水的处理时间不变的情况下，菌落总数会随着清洗时间的增加而明显减少，在清洗时间为15min后达到最低水平，杀菌率达到98%，杀菌率随清洗时间的增加维持在这一水平。
（2）放电功率对圣女果失重率的影响
采用实施例1的装置制备等离子体活性水，其中液面与等离子体羽辉边缘的距离为2.0cm，活性水的循环处理次数为5次，浸泡清洗时间为15min，放电功率分别为500W，400W，300W，两组对照样放电功率为600W与200W，两组对照样测量后取平均值。取54份表观新鲜度类似的圣女果，分成三组，每组18份，测定圣女果失重率的变化。图5为等离子体活性水清洗对圣女果失重率的变化。等离子体活性水的放电功率越高，圣女果的失重率的变化就越小，与对照相比，300W制备的等离子体活性水对圣女果的清洗效果较低，而500W下制备的等离子体电解水对圣女果清洗效果基本保持了重量不发生较大变化，进一步说明了圣女果的清洗效果与等离子体电解水的放电功率紧密相关。在冷藏时间达到5天时，对照样样品开始腐烂，出现霉变，活化水清洗过的样品至10天后发生腐烂，表明该技术可有效延长圣女果的储藏保鲜周期，至少5天以上。

Claims (10)

1.一种等离子体活性水的制备装置，其特征在于：包括水制备反应器和清洗容器，所述水制备反应器包括电源、反应室、储水容器、进气管和滑动弧；所述滑动弧由两个平行电极构成，通过高压电线连接至电源；所述储水容器和清洗容器通过循环水路连接；所述进气管一端连接反应室，另一端连接外源气源；外源气体通入反应室中在两电极间放电形成等离子体羽辉；所述滑动弧在外源气体的驱动下被移出至反应室下端，等离子体羽辉边缘距离储水容器中液面的高度为1mm-50mm，制成等离子体活性水；所述滑动弧制备等离子体活性水的放电处理时间为2-10min。
2.根据权利要求1所述的等离子体活性水的制备装置，其特征在于：所述等离子体羽辉边缘距离储水容器中液面的高度为15mm-25mm。
3.根据权利要求1所述的等离子体活性水的制备装置，其特征在于：所述循环水路包括水泵和水管，水管上设有气流控制开关，控制储水容器中液面与等离子体之间的距离。
4.根据权利要求1所述的等离子体活性水的制备装置，其特征在于：所述清洗容器的出水口处设有放水开关一；放水开关二设置在储水容器的出水口处，用于调节储水容器的液面与滑动弧放电之间的距离。
5.根据权利要求1所述的等离子体活性水的制备装置，其特征在于：所述电源的电压控制为3kV-10kV，功率为400W-500W。
6.根据权利要求1所述的等离子体活性水的制备装置，其特征在于：所述反应室采用绝缘材料制成，包括聚四氟乙烯、陶瓷。
7.根据权利要求1所述的等离子体活性水的制备装置，其特征在于：所述电极材料选用铜、不锈钢或钨。
8.根据权利要求1所述的等离子体活性水的制备装置，其特征在于：所述进气管通入气体种类包括氮气、氧气、空气、氩气、氦气或其混合气体，气体流量为1.0L/min -100L/min。
9.根据权利要求1所述的等离子体活性水的制备装置，其特征在于：所述电源功率为500W，通入外源气体为氮气，放电处理10min。
10.采用权利要求1-9任一项所述装置制备等离子体活性水用于新鲜果蔬的清洗。
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