CN111296552A - 一种果蔬低温等离子体保鲜处理设备 - Google Patents

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张泉
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Abstract

本发明涉及果蔬保鲜技术领域，具体地涉及一种果蔬低温等离子体保鲜处理设备，提出了利用等离子体无选择性灭菌的特性，对果蔬产品进行处理；采用窄带滤光片+快速PMT约化电场测量方法，将等离子体发出的光用透镜收集后进入分束器分为两束光，分别经过滤光片后进入PMTH7844，输出的电流信号进入放大器后输入示波器，能够同时测得N2(C‑B)和N2 +(B‑X,0‑0)的光强随放电的变化规律，使得保鲜技术更加安全可靠、绿色环保、同时提高了果蔬保鲜效果。

Description

一种果蔬低温等离子体保鲜处理设备
技术领域
本发明涉及果蔬保鲜技术领域，具体地涉及一种果蔬低温等离子体保鲜处理设备。
背景技术
低温等离子体保鲜技术作为一种简单易行、低能耗的保鲜技术，能够致死果蔬表面微生物、降解农药残留，且无次生污染物。针对例如冬枣、芹菜等果蔬采后极易失水、霉烂，影响其贮藏寿命和货架期寿命，使产品的供应期短，销售难度加大问题。以冬枣为例，冬枣是渤海湾及黄河三角洲地区特有的宝贵资源，含有人体所需的多种氨基酸、微量元素和维生素，食用价值和商品价值极高。但冬枣皮薄、肉厚、细嫩多汁易失水软化采后极易腐烂变质，室温仅能存放2～5d，使冬枣的供应期短，销售难度加大，因此冬枣的储藏保鲜问题亟待解决，受到广泛关注。严重制约了冬枣产业的发展。目前的保鲜方法主要包括物理方法、化学方法、生物方法及其复合方法，方法诸多，但各有利弊。随着人民生活水平的不断提高，人们对食品的品质和安全提出了更高的要求。
我国是农业大国，但食品加工技术的相对落后，特别食品保鲜、精深加工技术研究与应用起步较晚。研究食品加工的高新技术，提高食品工业的国际竞争力，对于国民经济的发展、人民生活水平和品质的提高具有重要的现实意义。在农产品的生长、采收、运输和加工过程中，各种微生物的污染是导致食物的腐败和变质或是引起食源性疾病。因此，如何快速有效地杀灭农产品表面的微生物，同时又不会明显改变农产品品质，是食品安全和食品保鲜领域的研究方向。随着消费者对食品品质和安全的要求越来越高，非热加工技术已经成为近些年来食品加工技术和食品安全领域的研究热点。目前，主要研究的非热加工技术有超高压处理、辐射、超声波、紫外线、臭氧和高压脉冲电场技术等，特别是近几年研究提出的新兴非热加工技术低温等离子体技术，已成为果蔬杀菌保鲜的新技。
等离子体工作原理是通过升压电路将低电压升至正高压及负高压，使得正高压和负高压电离空气产生大量的正离子和负离子，负离子的数量大于正离子的数量，让同时产生的正负离子进行瞬间电荷中和，释放的巨大能量引起周围气液态物质结构改变或能量转换，达到物质理化性能改变的目的。等离子体保鲜技术是利用等离子体发生装置，通过正负离子在空气中瞬间产生巨大的能量释放，对果蔬进行杀菌消毒、降解代谢产物和农药残留等保鲜作用口。低温等离子体能使果蔬保鲜的原理是果蔬保鲜基本上有五大要素抑制呼吸、保持水分、消毒杀菌、分解后熟激素和分解果蔬排出的有害气体,低温等离子体在这五个方面都具有程度不同的功效。当今保鲜技术正在朝着绿色、无毒、无残留的方向发展，而气调、臭氧等保鲜方式或多或少会有保鲜剂残留、营养破坏、费用高昂的缺陷。等离子体保鲜技术作为一种简单易行、低能耗的保鲜技术，能够致死果蔬表面微生物、降解农药残留，且无次生污染物。用常压低温等离子体处理液体果蔬制品发现，极短时间内可致死病源菌，能量消耗明显低于其他低温杀菌技术。为进一步探索更加安全可靠、绿色环保、提高果蔬保鲜效果的保鲜技术，特别是针对冬枣的保鲜处理，本发明设计了一种果蔬低温等离子体保鲜处理设备。
发明内容
本发明的目的在于提供一种果蔬低温等离子体保鲜处理设备。
本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：
一种果蔬低温等离子体保鲜处理设备，包括超净工作台，其内部用于放置待保鲜处理的果蔬产品；与超净工作台连通的等离子体发生装置，等离子体发生装置用于根据待保鲜处理的果蔬产品的品种产生对应的惰性气体，并将产生的惰性气体输送至超净工作台内，以对其内的待保鲜处理果蔬产品进行保鲜处理，其中，采用窄带滤光片+快速PMT约化电场测量方法，同时测得N2(C-B)和N2 +(B-X,0-0)的光强随放电的变化规律。
本发明所述约化电场测量机构，包括介质阻挡放电DBD(Dielectric BarrierDischarges)、透镜、准直透镜、分束器、两个滤光片、两个光电倍增管PMT(photomultipliertube)、两个电流-电压I-V放大器、示波器；所述DBD将等离子体发出的光，通过透镜和准直透镜收集后进入分束器分成两束光，分别经过两个滤光片后进入两个PMT，优选的PMT为PMTH7844，输出的电流信号进入两个I-V放大器后输入示波器，从而能够同时测得N2(C-B)和N2 +(B-X,0-0)的光强随放电的变化规律。
进一步的，所述果蔬低温等离子体保鲜处理设备还包括与等离子体发生装置电连接的智能控制系统，所述智能控制系统用于控制等离子体发生装置的工作参数，以控制所述等离子体发生装置产生对应的惰性气体；所述工作参数为工作气体种类、放电距离、发生电压、气体流速等。
进一步的，所述等离子体发生装置包括等离子体发射器、与等离子体发射器分别连接的惰性气体盛放瓶和高频电压交流电源、与高频电压交流电源连接的调压器；所述等离子体发射器、惰性气体盛放瓶上的流量计、高频电压交流电源和调压器均与智能控制系统电连接，由智能控制系统控制；等离子体发射器通入超净工作台内，位于待保鲜处理的果蔬产品上方，例如冬枣、苹果、草莓、芹菜等产品上方。
本发明的技术效果：
与现有技术相比，本发明的一种果蔬低温等离子体保鲜处理设备，提出了利用等离子体无选择性灭菌的特性，对果蔬产品进行处理；采用窄带滤光片+快速PMT约化电场测量方法，将等离子体发出的光用透镜收集后进入分束器分为两束光，分别经过滤光片后进入PMTH7844，输出的电流信号进入放大器后输入示波器，能够同时测得N2(C-B)和N2 +(B-X,0-0)的光强随放电的变化规律，使得保鲜技术更加安全可靠、绿色环保、同时提高了果蔬保鲜效果。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明约化电场测量原理框架示意图；
其中，超净工作台1、等离子体发生装置2、DBD 3、透镜4、准直透镜5、分束器6、两个滤光片7、PMT 8、I-V放大器9、示波器10、智能控制系统11、等离子体发射器21、惰性气体盛放瓶22、高频电压交流电源23、调压器24、流量计25。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
下面通过具体实施例并结合附图对本发明作进一步说明。
实施例1：
一种果蔬低温等离子体保鲜处理设备，包括超净工作台1，其内部用于放置待保鲜处理的果蔬产品；与超净工作台1连通的等离子体发生装置2，等离子体发生装置2用于根据待保鲜处理的果蔬产品的品种产生对应的惰性气体，并将产生的惰性气体输送至超净工作台1内，以对其内的待保鲜处理果蔬产品进行保鲜处理，其中，采用窄带滤光片+快速PMT约化电场测量方法，同时测得N2(C-B)和N2 +(B-X,0-0)的光强随放电的变化规律。
本发明约化电场测量机构原理示意图如图2所示，包括介质阻挡放电DBD(Dielectric Barrier Discharges)3、透镜4、准直透镜5、分束器6、两个滤光片7、两个光电倍增管PMT(photomultiplier tube)8、两个电流-电压I-V放大器9、示波器10；所述DBD 3将等离子体发出的光，通过透镜4和准直透镜5收集后进入分束器6分成两束光，分别经过两个滤光片7后进入两个PMT8，优选的PMT8为PMTH7844，输出的电流信号进入两个I-V放大器9后输入示波器10，从而能够同时测得N2(C-B)和N2 +(B-X,0-0)的光强随放电的变化规律。
进一步的，所述果蔬低温等离子体保鲜处理设备还包括与等离子体发生装置2电连接的智能控制系统11，所述智能控制系统11用于控制等离子体发生装置2的工作参数，以控制所述等离子体发生装置2产生对应的惰性气体；所述工作参数为工作气体种类、放电距离、发生电压、气体流速等。
进一步的，所述等离子体发生装置2包括等离子体发射器21、与等离子体发射器21分别连接的惰性气体盛放瓶22和高频电压交流电源23、与高频电压交流电源连接的调压器24；所述等离子体发射器21、惰性气体盛放瓶22上的流量计25、高频电压交流电源23和调压器24均与智能控制系统11电连接，由智能控制系统11控制；等离子体发射器21通入超净工作台1内，位于待保鲜处理的果蔬产品上方，例如冬枣、苹果、草莓、芹菜等产品上方。
进一步的，所述等离子体发射器21包括高压电源模块、进气检测调节模块、进气湿度检测调节模块、温度检测调节模块以及出气流量调节模块；所述高压电源模块用于将实时电压对应的标准信号发送至所述智能控制系统11，接收智能控制系统11发送的电压调节控制信号并根据该信号调节工作电压；所述进气检测调节模块用于实时监测进气流量信号并将该进气流量信号发送至智能控制系统11，接收智能控制系统11的进气流量调节控制信号并根据该进气流量调节控制信号调节进气流量大小；所述进气湿度检测调节模块用于实施监测进气湿度并将该进气湿度信号发送至智能控制系统11，接收所述智能控制系统11的进气湿度调节控制信号并根据该进气湿度调节控制信号调节气体的湿度；所述温度检测调节模块用于检测实时温度信号并发送至智能控制系统11，接收智能控制系统11发送的气体温度调节控制信号并根据该温度调节控制信号调节气体温度；所述出气流量调节模块用于接收智能控制系统11的稀释气体调节控制信号调节进入管道的稀释气体量，从而调节空气与活性气体的配比及处理流量；所述智能控制系统11用于接收等离子体发射器21、惰性气体盛放瓶22上的流量计25、高频电压交流电源23和调压器24的工作参数，将每一接收到的信号参数与存储的阈值进行比对，以判断接收到的信号参数是否落入所述阈值内，若未落入所述阈值内，则发送对应的调节控制信号至对应的模块以调节各个工作参数，至各工作参数落入所述阈值内，实现各参数的灵活调节。
本实施例还提供一种果蔬低温等离子体保鲜处理方法，包括以下工艺步骤：
(1)根据待处理果蔬产品的品种，确定惰性气体的种类，例如氩气等；
(2)根据实际情况调节等离子体发生装置的工作参数阈值，根据设定的各参数阈值调节等离子体发生装置的各个实际工作参数，使得等离子发生装置产生符合标准的惰性气体；
(3)将等离子发生装置的等离子体发射器产生的惰性气体作用于待检测果蔬产品上，调整作用时间，进行果蔬保鲜处理。
进一步的，所述步骤(3)采用窄带滤光片+快速PMT约化电场测量方法，同时测得N2(C-B)和N2 +(B-X,0-0)的光强随放电的变化规律，使得保鲜技术更加安全可靠、绿色环保、同时提高了果蔬保鲜效果。
更进一步的，所述约化电场测量原理为：DBD将等离子体发出的光，通过透镜和准直透镜收集后进入分束器分成两束光，分别经过两个滤光片后进入两个PMT，优选的PMT为PMTH7844，输出的电流信号进入两个I-V放大器后输入示波器。
本发明联合发射光谱、吸收光谱、理论计算等手段研究DBD放电体系中电子平均能量以及激发态、基态信息等关键物理参数，利用FTIR、色谱/质谱、荧光光谱等手段测试化学产物及规律，进而探寻它们之间的规律关系，找到合适的调控方法，并研究不同化学产物条件下，结合电化学、酶标仪、荧光显微镜等测试手段以及实际储藏对灭菌效果以及冬枣保鲜进行研究。主要实验手段及关键技术如下：
(1)DBD放电物理特性
物理参数的测试主要包括约化电场(E/N)、电子密度，并利用Bolsig+软件以E/N为变量，计算出不同情况下的电子能量分布函数进而得到电子平均能量。电子密度可采取在工作气体中混入微量H2测试Hβ(486.13nm)进而用斯塔克展宽法计算。在物理参数实验研究中，不断改变气体成分比例(N2:O2)、湿度以及电压等参数，测试它们的变化规律。放电通道的气体温度主要通过对发射光谱N2第二正带系的拟合得到。在研究过程中，改变外部条件，可以研究真实能量密度对温度的影响，还要特别注意连续测试温度值，从而研究时间累积带来的温度场变化情况。对于N、N+、
Figure BDA0002408773110000091
、O的激发态可以使用光谱仪进行检测。对于N、
Figure BDA0002408773110000092
、N2(A)、O等基态信息从采用吸收谱方法进行测量。
(2)产物成分类型及规律研究方案
对于多数稳态物质，主要采用红外傅里叶光谱仪以及紫外可见吸收光谱仪结合长光程吸收池进行测试。为了防止酸性物质对吸收池的腐蚀，傅里叶红外长光程吸收池采用金刚石窗片。测试中特别关注NO、NO2、HNO2、HNO3等物质。O3的检测在250nm附近的紫外波段更为灵敏和准确，因此使用长光程的紫外吸收检测。实验过程中，不断调整气体流速、电压、气体成分比例等条件，测试产物变化规律。结合测量的物理参数、氮和氧的主要激发态、基态规律，研究其对产物的影响，寻找电子平均能量ε和气体温度Tg对产物种类及其生成的主化学反应的影响规律。即ε→激发态、基态规律→所影响的主要链式反应→产物影响；Tg→主要链式反应化学速率→产物影响。通过物理、化学测试分析找出影响的主要化学反应途径，从而为调控奠定基础。
等离子体产生的化学物质诊断及其调控：等离子体在放电的过程中会引发上千种化学反应，激发产生多种稳态及瞬态化学物质。这里面有些化学物质是对保鲜有利的，比如N2O，有些物质是对灭菌有利的。但同样也会产生一些环境不友好物质，如O3，它会对操作者的呼吸道产生较大的刺激。因此，深入研究把控等离子体内部的化学反应过程，调控其产物，提高有利的化学物质，尽可能消除不利因素。
上述具体实施方式仅是本发明的具体个案，本发明的专利保护范围包括但不限于上述具体实施方式的产品形态和式样，任何符合本发明权利要求书且任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应落入本发明的专利保护范围。

Claims (6)

1.一种果蔬低温等离子体保鲜处理设备，其特征在于：包括超净工作台，其内部用于放置待保鲜处理的果蔬产品；与超净工作台连通的等离子体发生装置，等离子体发生装置用于根据待保鲜处理的果蔬产品的品种产生对应的惰性气体，并将产生的惰性气体输送至超净工作台内，以对其内的待保鲜处理果蔬产品进行保鲜处理，其中，采用窄带滤光片+快速PMT约化电场测量方法。
2.根据权利要求1所述的果蔬低温等离子体保鲜处理设备，其特征在于：所述约化电场测量机构，包括介质阻挡放电DBD、透镜、准直透镜、分束器、两个滤光片、两个光电倍增管PMT、两个电流-电压I-V放大器、示波器；所述DBD将等离子体发出的光，通过透镜和准直透镜收集后进入分束器分成两束光，分别经过两个滤光片后进入两个PMT，输出的电流信号进入两个I-V放大器后输入示波器，从而能够同时测得N2(C-B)和N2 +(B-X,0-0)的光强随放电的变化规律。
3.根据权利要求1所述的果蔬低温等离子体保鲜处理设备，其特征在于：所述果蔬低温等离子体保鲜处理设备还包括与等离子体发生装置电连接的智能控制系统，所述智能控制系统用于控制等离子体发生装置的工作参数，以控制所述等离子体发生装置产生对应的惰性气体。
4.根据权利要求3所述的果蔬低温等离子体保鲜处理设备，其特征在于：所述工作参数为工作气体种类、放电距离、发生电压、气体流速。
5.根据权利要求1所述的果蔬低温等离子体保鲜处理设备，其特征在于：所述等离子体发生装置包括等离子体发射器、与等离子体发射器分别连接的惰性气体盛放瓶和高频电压交流电源、与高频电压交流电源连接的调压器；所述等离子体发射器、惰性气体盛放瓶上的流量计、高频电压交流电源和调压器均与智能控制系统电连接，由智能控制系统控制；等离子体发射器通入超净工作台内，位于待保鲜处理的果蔬产品上方。
6.根据权利要求5所述的果蔬低温等离子体保鲜处理设备，其特征在于：所述等离子体发射器包括高压电源模块、进气检测调节模块、进气湿度检测调节模块、温度检测调节模块以及出气流量调节模块；所述高压电源模块用于将实时电压对应的标准信号发送至所述智能控制系统，接收智能控制系统发送的电压调节控制信号并根据该信号调节工作电压；所述进气检测调节模块用于实时监测进气流量信号并将该进气流量信号发送至智能控制系统，接收智能控制系统的进气流量调节控制信号并根据该进气流量调节控制信号调节进气流量大小；所述进气湿度检测调节模块用于实施监测进气湿度并将该进气湿度信号发送至智能控制系统，接收所述智能控制系统的进气湿度调节控制信号并根据该进气湿度调节控制信号调节气体的湿度；所述温度检测调节模块用于检测实时温度信号并发送至智能控制系统，接收智能控制系统发送的气体温度调节控制信号并根据该温度调节控制信号调节气体温度；所述出气流量调节模块用于接收智能控制系统的稀释气体调节控制信号调节进入管道的稀释气体量，从而调节空气与活性气体的配比及处理流量；所述智能控制系统用于接收等离子体发射器、惰性气体盛放瓶上的流量计、高频电压交流电源和调压器的工作参数，将每一接收到的信号参数与存储的阈值进行比对，以判断接收到的信号参数是否落入所述阈值内，若未落入所述阈值内，则发送对应的调节控制信号至对应的模块以调节各个工作参数，至各工作参数落入所述阈值内。
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