CN112830544A - 一种大通量等离子体活化水制备装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种大通量等离子体活化水制备装置，包括预处理罐、至少两个等离子体射流装置、高压电场发生器、变压器，预处理罐的输入端安装有进水阀，输出端连接第一个等离子体射流装置，等离子体射流装置之间依次首尾相连，最后一个等离子体射流装置的输出端连接出水阀，每个等离子体射流装置均连接一个高压电场发生器和变压器。为提高等离子体活化水的杀菌效能，通过在装置水中添加0～0.20％乳酸，制备乳酸调控型等离子体活化水，应用于畜禽肉的杀菌；在装置水中添加0～1.5mmol/L水杨酸，制备杨酸调控型等离子体活化水，应用于果蔬的杀菌。
Description
技术领域
本发明属于等离子体技术领域，尤其是一种大通量等离子体活化水制备装置。
背景技术
等离子体活化水因具有广谱杀菌、无化学残留、绿色安全等特点，适合用于食品行业以取代传统的化学杀菌剂如次氯酸钠，来达到产品杀菌保鲜的目的。发明专利201911276662.0(一种高效等离子体活化水产生设备)中指出该等离子体活化水制备装置适宜处理水量为1-2.5L，实际上远远无法满足工业需求，不能实现高效应用。发明专利201910196952.8(一种具有高效抑菌性能的等离子体活化乳酸液及其制备方法和应用)中是采用单个喷枪处理方式，本专利则是在此基础上改善。增大液体处理量，发展高效杀菌消毒的等离子体活化液成了研究难点和热点之一。目前等离子体处理液体主要有去离子水，磷酸缓冲液，过氧化氢溶液等，这些方法主要存在的问题是：1)液体处理量小，一般是用96孔板，培养皿或50mL烧杯来盛放处理液；2)处理效率低，等离子体活化液与菌液的比例需要9:1，甚至是99:1。因此，建立一种高效、可工业化应用的等离子体活化液用制备方法对于食品工业而言是至关重要的。
发明内容
本发明针对现有等离子体活化液存在的缺陷，提供一种大通量等离子体活化水制备装置。
实现本发明目的的技术解决方案为：
一种大通量等离子体活化水制备装置，包括预处理罐、至少两个等离子体射流装置、高压电场发生器、变压器，预处理罐的输入端安装有进水阀，输出端连接第一个等离子体射流装置，等离子体射流装置之间依次首尾相连，最后一个等离子体射流装置的输出端连接出水阀，每个等离子体射流装置均连接一个高压电场发生器和变压器；每个等离子体射流装置均包括至少两个等离子体射流发生器、水箱、控制主机，水箱的进水管路连接进水阀门，出水管路连接出水阀门，进水管路和出水管路上均设有流量计；等离子体射流发生器嵌装在水箱的顶面，等离子体射流发生器的顶端电极与高压电场发生器连接，等离子体射流发生器的底端射流喷枪口浸没在水箱内的水平面下方；每个等离子体射流发生器分别与一个控制主机连接。
进一步的，本发明的大通量等离子体活化水制备装置，水箱上的排气口设有调压阀。
进一步的，本发明的大通量等离子体活化水制备装置，等离子体射流发生器的射流喷枪口浸没在水箱内水平面下3～10mm。
进一步的，本发明的大通量等离子体活化水制备装置，等离子体射流装置的数量优选为3～5个，每个等离子体射流装置中等离子体射流发生器的数量优选为2～4个。
进一步的，本发明的大通量等离子体活化水制备装置，高压电场发生器的电压为10～30kV、电流为0.01～0.1mA、频率为20kHz。
进一步的，本发明的大通量等离子体活化水制备装置，水箱的容积为10～50L。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
1、本发明的大通量等离子体活化水制备装置制备量大，目前可实现240L/h乳酸调控型等离子活化水的制备量；
2、本发明的大通量等离子体活化水制备装置杀菌效率高，等离子体活化水与菌液1:1混合，可以杀死106CFU/mL的细菌；
3、本发明的大通量等离子体活化水制备装置抗菌时效长，乳酸调控型等离子体活化水的抗菌活性可以保持48h。
附图说明
图1是本发明的大通量等离子体活化水制备装置的结构示意图。
图2是本发明的大通量等离子体活化水制备装置的等离子体射流装置的结构示意图。
图3是本发明的大通量等离子体活化水制备装置的等离子体射流发生器的结构示意图。
图4是本发明实施例2的等离子体活化液抗菌性能的稳定性示意图。
附图标记含义：1：等离子体射流发生器，11：电极，12：射流喷枪口，2：水箱，3：控制主机，4：进水阀门，5：出水阀门，6：流量计。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
一种大通量等离子体活化水制备装置，如图1所示，包括预处理罐、至少3～5个等离子体射流装置、高压电场发生器、变压器，预处理罐的输入端安装有进水阀，输出端连接第一个等离子体射流装置，等离子体射流装置之间依次首尾相连，最后一个等离子体射流装置的输出端连接出水阀，每个等离子体射流装置均连接一个高压电场发生器和变压器。高压电场发生器的电压为10～30kV、电流为0.01～0.1mA、频率为20kHz。
如图2所示，每个等离子体射流装置均包括至少2～4个等离子体射流发生器1、水箱2、控制主机3，水箱2的进水管路连接进水阀门4，出水管路连接出水阀门5，进水管路和出水管路上均设有流量计6。等离子体射流发生器1嵌装在水箱2的顶面，如图3所示，等离子体射流发生器1的顶端电极11与高压电场发生器连接，等离子体射流发生器1的底端射流喷枪口12浸没在水箱2内的水平面下方3～10mm。每个等离子体射流发生器1分别与一个控制主机3连接。水箱上的排气口设有调压阀7，水箱2的容积为10～50L。
为提高等离子体活化水的杀菌效能，通过在水中添加0～0.20％乳酸，制备等离子体活化乳酸，应用于畜禽肉的杀菌；在水中添加0～1.5mmol/L水杨酸，制备等离子体活化水杨酸，应用于果蔬的杀菌。
本方案的大通量等离子体活化水制备装置制备活化水的过程如下：
以空气为工作气体，气体流量为10～30L/min，经等离子体射流发生器后产生等离子体，控制处理电压10～30kV、电流0.01～0.1mA，等离子体进入待处液10-50L，处理液中可加0.01～5％乳酸，处理0-30min后得到高效抗菌的等离子体活化液。
以下实施例以空气为工作气体、气体流量控制22.5L/min，经等离子体射流发生装置后产生等离子体，控制处理电压19kV、电流0.0024mA、频率为20kHZ，等离子体射流喷枪口在待处理液液面下方10mm，处理水量为40L。
实施例1
验证处理时间对等离子体活化液抗菌活性的影响分析：
利用等离子体射流发生装置(采用4组发生装置组合的方式，每组发生装置含4个等离子体射流发生器)分别将40L水和0.20％乳酸溶液处理0-30min。将处理好的等离子体活化水和等离子体活化乳酸分别与108CFU/mL的肠炎沙门氏菌菌体悬浊液按照1:1的比例反应15min。通过平板计数分析不同等离子体活化液的抗菌性能，结果如表1所示。
表1不同处理时间对等离子体活化液杀菌性能的影响
表1中数据显示，在相同的处理时间下，乳酸调控型等离子体活化水的抗菌效果显著优于等离子体活化水。经等离子体射流发生装置处理30min后，等离子体活化水使肠炎沙门氏菌的菌落数从108CFU/mL降至50CFU/mL，乳酸调控型等离子体活化水只需处理10min即可使菌落数降至100CFU/mL，显著缩短等离子体处理时间，提高制备效率。
实施例2
等离子体活化液抗菌性能的稳定性分析：
利用等离子体射流发生装置(采用4组发生装置组合的方式，每组发生装置含4个等离子体射流发生器)分别将40L水和0.20％乳酸溶液处理30min，在室温条件下储藏48h，每隔6h测定一次乳酸调控型等离子体活化水的抗菌性能：将各个时间点的等离子体活化液与肠炎沙门氏菌(108CFU/mL)等体积反应15min，通过平板计数法确定等离子体活化液的抗菌稳定性，结果如图4所示。
图4结果表明，随着储藏时间的增加，等离子体活化水对沙门氏菌的抗菌能力逐渐降低，经储藏12h后，菌落数从初始的(储藏0h)1.7log10CFU/mL增至5.4log10CFU/mL，当储藏时间超过18h后，等离子体活化水的抗菌性完全消失。乳酸调控型等离子体活化水则在储藏前24h能够有效地抑制肠炎沙门氏菌的生长，当储藏48h后，仍能使肠炎杀菌氏菌的菌落数从8.0log10CFU/mL降至4.8log10CFU/mL。
实施例3
等离子体活化液对禽肉品质的影响分析：
利用等离子体射流发生装置(采用4组发生装置组合的方式，每组发生装置含4个等离子体射流发生器)分别将40L水和0.20％乳酸溶液处理30min。将鸡翅分别在不同种等离子体活化液中浸泡15min，以水和0.05％次氯酸钠溶液为对照组。处理结束后检测样品菌落总数、大肠杆菌、pH值和脂质氧化的变化情况，结果如表2所示。
表2等离子体活化液浸泡处理对鸡翅品质的影响
表2中数据显示，经不同液体浸泡杀菌处理后，次氯酸钠溶液能使菌落总数降低0.42log10CFU/g，等离子体活化水能降低0.36log10CFU/g，乳酸调控型等离子体活化水则能降低1.16log10CFU/g，显著地提高了现有工艺的抗菌效果。同时，不同处理组对鸡翅中的食源性致病菌大肠杆菌和假单胞菌呈现出相同的抗菌趋势。从脂质氧化结果发现，乳酸调控型等离子体活化水在一定程度上抑制了鸡翅的脂质氧化。
实施例4
等离子体活化液对牛肉品质的影响分析：
利用等离子体射流发生装置(采用4组发生装置组合的方式，每组发生装置含4个等离子体射流发生器)分别将40L水和0.20％乳酸溶液处理30min。将不同种等离子体活化液分别以喷雾的形式均匀分散在牛腿肉片(40×40×2mm)表面，以水和2.0％乳酸溶液为对照组。处理结束后检测样品菌落总数、pH值和脂质氧化的变化情况结果如表3所示。
表3等离子体活化液喷淋处理对牛肉品质的影响
表3中数据显示，牛肉经等离子体活化液雾化喷淋处理后，与水处理和现有工艺处理相比，牛肉pH值及脂质氧化均无显著性差异。而从抗菌效果上来看，2.0％的乳酸溶液能够使牛肉上的菌落总数降低0.57log10CFU/g，等离子体活化水能降低0.54log10CFU/g，乳酸调控型等离子体活化水则能降低1.11log10CFU/g。对牛肉中的假单胞菌也呈现相同的抗菌趋势，能够较好地减少生鲜牛肉中食源性致病菌的存在。等离子体活化水中的活性氧物质并不会造成牛肉发生显著的脂质氧化现象。
实施例5
等离子体活化液对生菜品质的影响分析：
利用等离子体射流发生装置(采用4组发生装置组合的方式，每组发生装置含4个等离子体射流发生器)分别将40L水和0.20％乳酸溶液处理30min。将新鲜生菜分别在不同种等离子体活化液中浸泡10min，以水浸泡为对照组。处理后检测样品菌落总数及颜色的变化情况，如表4所示。
表4等离子体活化液对生菜菌落总数及色泽的影响
表4中数据显示，生菜经等离子体活化水或乳酸调控型等离子体活化水处理后，其菌落总数均显著降低，分别减少了1.53和2.33log10CFU/g。与单纯水浸泡处理相比，等离子体活化液浸泡处理并不会对生菜的颜色造成显著影响。结果表明，等离子体活化液浸泡处理能够有效地降低生菜中的菌落总数，且不会对生菜的表观品质造成影响。
以上所述仅是本发明的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种大通量等离子体活化水制备装置，其特征在于，包括预处理罐、至少两个等离子体射流装置、高压电场发生器、变压器，预处理罐的输入端安装有进水阀，输出端连接第一个等离子体射流装置，等离子体射流装置之间依次首尾相连，最后一个等离子体射流装置的输出端连接出水阀，每个等离子体射流装置均连接一个高压电场发生器和变压器；
每个等离子体射流装置均包括至少两个等离子体射流发生器(1)、水箱(2)、控制主机(3)，水箱(2)的进水管路连接进水阀门(4)，出水管路连接出水阀门(5)，进水管路和出水管路上均设有流量计(6)；等离子体射流发生器(1)嵌装在水箱(2)的顶面，等离子体射流发生器(1)的顶端电极(11)与高压电场发生器连接，等离子体射流发生器(1)的底端射流喷枪口(12)浸没在水箱(2)内的水平面下方；每个等离子体射流发生器(1)分别与一个控制主机(3)连接。
2.根据权利要求1所述的大通量等离子体活化水制备装置，其特征在于，水箱上的排气口设有调压阀(7)。
3.根据权利要求1所述的大通量等离子体活化水制备装置，其特征在于，等离子体射流发生器的射流喷枪口浸没在水箱内水平面下3～10mm。
4.根据权利要求1所述的大通量等离子体活化水制备装置，其特征在于，等离子体射流装置的数量优选为3～5个，每个等离子体射流装置中等离子体射流发生器的数量优选为2～4个。
5.根据权利要求1所述的大通量等离子体活化水制备装置，其特征在于，高压电场发生器的电压为10～30kV、电流为0.01～0.1mA、频率为20kHz。
6.根据权利要求1所述的大通量等离子体活化水制备装置，其特征在于，水箱(2)的容积为10～50L。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20210525 |