CN112931761A - 基于大气压冷等离子体的茶叶农残降解与消毒装置及方法 - Google Patents

Abstract

本公开公开的基于大气压冷等离子体的茶叶农残降解与消毒装置及方法，包括：等离子体处理仓和大气压冷等离子体制备装置，大气压冷等离子体制备装置与等离子体射流阵列连接，等离子体射流阵列经旋转驱动装置安装于等离子体处理仓内壁上，旋转驱动装置驱动等离子体射流阵列沿等离子体处理仓径向摆动，大气压冷等离子体制备装置制备的大气压冷等离子体经等离子体射流阵列进入等离子体处理仓内，对茶叶进行农残降解与消毒杀菌。利用大气压冷等离子体对茶叶进行农残降解及杀菌消毒，实现了茶叶表面农药残留的降解以及细菌真菌等微生物的杀灭，同时不会对茶叶本身状态与口感产生破坏。

Description

基于大气压冷等离子体的茶叶农残降解与消毒装置及方法

技术领域

本发明涉及茶叶制备技术领域，尤其涉及基于大气压冷等离子体的茶叶农残降解与消毒装置及方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

茶叶在加工过程中普通采用机炒和手工炒制方法,由于加工条件和环境因素的原因,微生物污染很难控制,不同程度地影响了茶叶的卫生质量。同时由于长期以来茶园病虫害严重，部分山区的茶农忽视农药的正确使用，致使茶叶中农药残留量高，严重超标，从而影响到饮用者的人身健康。

传统的农残处理及灭菌方法主要在于热力、化学和辐射等方面，特别是目前农残处理主要依赖水或其他液体清洗。由于茶叶本身需要保持干燥的特性，无法采用高温蒸汽的方式处理其农药残留；而化学处理中采用EO(还氧乙烷化学灭菌)同样不适,因为EO有残留,污染环境,而且还会产生化学异味并影响茶叶的品质。因此，目前茶叶尚未实现较为适用的农药残留降解与杀菌消毒方法。

发明内容

本公开为了解决上述问题，提出了基于大气压冷等离子体的茶叶农残降解与消毒装置及方法，利用大气压冷等离子体对茶叶进行农残降解及杀菌消毒，实现了茶叶表面农药残留的降解以及细菌真菌等微生物的杀灭，同时不会对茶叶本身状态与口感产生破坏。

为实现上述目的，本公开采用如下技术方案：

第一方面，提出了基于大气压冷等离子体的茶叶农残降解与消毒装置，包括：等离子体处理仓和大气压冷等离子体制备装置，大气压冷等离子体制备装置与等离子体射流阵列连接，等离子体射流阵列经旋转驱动装置安装于等离子体处理仓内壁上，旋转驱动装置驱动等离子体射流阵列沿等离子体处理仓径向摆动，大气压冷等离子体制备装置制备的大气压冷等离子体经等离子体射流阵列进入等离子体处理仓内，对茶叶进行农残降解与消毒杀菌。

第二方面，提出了基于大气压冷等离子体的茶叶农残降解与消毒方法，包括：

大气压冷等离子体制备装置制备的大气压冷等离子体经等离子体射流阵列进入等离子体处理仓内，对等离子体处理仓内的茶叶进行农残降解及消毒杀菌。

在向等离子体处理仓内注射大气压冷等离子体时，等离子体射流阵列沿等离子体处理仓径向摆动。

与现有技术相比，本公开的有益效果为：

1、本公开利用大气压冷等离子体对茶叶进行农残降解及杀菌消毒，实现了茶叶表面农药残留的降解以及细菌真菌等微生物的杀灭，同时不会对茶叶本身状态与口感产生破坏。

2、本公开在通过大气压冷等离子体对茶叶进行农残降解及消毒杀菌的过程中，由搅拌系统对茶叶进行搅拌，使得茶叶能够与大气压冷等离子体进行全面充分接触，有效保证了茶叶农药残留的降解效果及消毒杀菌效果。

3、本公开采用多个均布的等离子体射流阵列产生大量大气压冷等离子体，且等离子体射流阵列在旋转驱动装置的驱动下能够沿等离子体处理仓的径向摆动，有效增大大气压冷等离子体的处理面积，使得等离子体处理仓内各处均分布大气压冷等离子体，从而提高了茶叶农残降解的效率。

4、本公开自动完成茶叶进仓、农残降解和消杀、出仓卸料全过程，自动化程度高，具有良好的安全系数与应用适应性。

本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为本公开实施例1公开装置的整体结构示意图；

图2为本公开实施例1公开装置的剖视图；

图3为本公开实施例1公开的等离子体发生模块示意图；

图4为本公开实施例1公开的等离子体处理仓结构俯视图；

图5为本公开实施例1公开装置的原理流程示意图。

其中：1、箱体，2、观察窗口，3、操作面板，4、卸料门，5、出库传送带，6、入料口，7、进气管道，8、气罐，9、电源模块，10、等离子体处理仓，11、搅拌叶片，12、转轴，13、电机，14、等离子体射流阵列，15、等离子体发生模块，16、洗气装置，17、流量控制装置，18、旋转驱动装置，19、高压电极，20、接地电极，21、接地端。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在本公开中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本公开各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本公开中任一部件或元件，不能理解为对本公开的限制。

本公开中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本公开中的具体含义，不能理解为对本公开的限制。

实施例1

在该实施例中，公开了基于大气压冷等离子体的茶叶农残降解与消毒装置，包括：等离子体处理仓和大气压冷等离子体制备装置，大气压冷等离子体制备装置与等离子体射流阵列连接，等离子体射流阵列经旋转驱动装置安装于等离子体处理仓内壁上，旋转驱动装置驱动等离子体射流阵列沿等离子体处理仓径向摆动，大气压冷等离子体制备装置制备的大气压冷等离子体经等离子体射流阵列进入等离子体处理仓内，对茶叶进行农残降解与消毒杀菌。

进一步的，等离子体处理仓内设置对茶叶进行搅拌的搅拌系统。

进一步的，搅拌系统包括搅拌叶片、转轴和电机，电机输出轴与转轴连接，搅拌叶片固定于转轴上。

进一步的，大气压冷等离子体制备装置包括等离子体发生模块、等离子体发生模块经进气管道与气罐连接，等离子体发生模块与等离子体射流阵列连接。

进一步的，进气管道上设置洗气装置和流量控制装置。

进一步的，气罐位于等离子体处理仓外部。

进一步的，等离子体处理仓内壁设置多个等离子体射流阵列，多个等离子体射流阵列均布设置。

进一步的，旋转驱动装置包括驱动电机、滑轨和滑轮，等离子体射流阵列上设置滑轮，滑轮与滑轨配合，并能沿滑轨移动，滑轮与驱动电机连接，通过驱动电机驱动滑轮在滑轨内移动。

进一步的，等离子体处理仓上设置入料口、出料口和观察窗口，出料口处设置可开启关闭的卸料门。

结合图1-5对本实施例公开的基于大气压冷等离子体的茶叶农残降解与消毒装置进行详细说明。

由于茶叶自身的独特特性，对于其农残处理与消毒杀菌方法提出了很高要求：首先，由于茶叶形状不均匀，处理方法应实现与茶叶的全面接触，并且具有较强的农残处理及杀菌能力，保证处理后的茶叶无论是农药残留还是细菌微生物均符合检验标准；其次，为保证茶叶的口感，整个处理过程温度不宜过高或过低；最后，为保证茶叶的干燥，整个处理过程中不能有水或水蒸气的介入。

近年来，利用大气压冷等离子体处理空气中含有的有机污染物成为科学研究的新领域，主要是利用放电过程中产生的高能电子和活性基团轰击有机污染物使其分解，从而达到降解的目的。虽然其应用日益广泛，但利用等离子体处理果蔬等食品使其农药降解相关方面的研究不多。不同于低气压等离子体需要真空的密闭环境，大气压等离子体能够在开放环境条件下产生和维持并且有效降解农药残留，同时大气压冷等离子体温度接近于室温，其中各类活性粒子以气态的形式实现杀菌功能，杀菌能力较强，此外，大气压冷等离子体成本较低、无毒副产品、能够最大限度保证被处理物原有的感官特性。以上优点均符合对茶叶农药残留降解与消毒杀菌方法的要求，因此，本实施例提出了基于大气压冷等离子体的茶叶农残降解与消毒装置，利用大气压冷等离子体对茶叶进行农残降解与消杀。

本实施例公开的基于大气压冷等离子体的茶叶农残降解与消毒装置，如图1所示，包括：箱体1，箱体1内设置用于容纳茶叶的等离子体处理仓10，等离子处理仓10上设置入料口6和出料口，并在出料口处设置可自动开启关闭的卸料门，在等离子处理仓的出料口处设置传送带5，传动带5由驱动电机带动旋转，传动带5用于将农残降解与消毒杀菌后的茶叶送出等离子体处理仓10。

箱体1上还设置观察窗口2，通过观察窗口2观察等离子体处理仓10内情况，在进行茶叶进行农残降解时，将茶叶经入料口6放入等离子体处理仓10内，在农残降解完成后，卸料门4打开，处理后茶叶经传送带5自动送出，在农残降解的过程中，可通过观察窗口2观察等离子体处理仓10内茶叶的处理状况。

如图2所示，本实施例公开装置的主要工作场所为等离子体处理仓10，为了实现通过大气压冷等离子体对等离子体处理仓10内的茶叶进行农残降解与消毒杀菌，在等离子体处理仓10内设置了等离子体射流阵列14，等离子体射流阵列14与大气压冷等离子体制备装置连接，大气压冷等离子体制备装置制备的大气压冷等离子体经等离子体射流阵列14进入等离子体处理仓10内，对茶叶进行农残降解与消杀。

大气压冷等离子体制备装置包括相连接的等离子体发生模块15和气流模块连接，等离子体发生模块15与等离子体射流阵列14连接。

其中，气流模块包括气罐8、进气管道7、洗气装置16和流量控制装置17，气罐8与进气管道7的一端连通，进气管道7的另一端与等离子体发生模块15连接，进气管道7上设置了洗气装置16和流量控制装置17，其中，洗气装置16内存储洗气物质，用于去除气体中的水分，洗气物质可以为浓硫酸或其余能够去除气体中水分的物质，流量控制装置17用于控制进入等离子体发生模块15的气体的速度及气体中其他掺杂物的比例，从而调整产生的大气压冷等离子体的浓度。

气罐8中的气体经洗气装置16和流量控制装置17后进入等离子体发生模块15，产生大气压冷等离子体，最终经等离子体射流阵列14进入等离子体处理仓10中。

气罐8安装于箱体1外部，方便气罐的更换，同时，保证等离子体处理仓10的密闭性。

等离子体发生模块15如图3所示，包括放电组件和等离子发生器，放电组件包括套筒，套筒与进气管道7连接，套筒内安装高压电极19和接地电极20，高压电极19与脉冲电源连接，接地电极20用于连接接地端21，高压电极19与接地电极20之间具有设定距离。等离子体射流阵列的一端伸入套筒内，另一端为若干组针状结构用于产生等离子体射流。

气罐中存储的工作气体为氮气和氧气，这两种气体安全无毒，成本低，易于获得，在高浓度氮气环境下，大气压冷等离子体能够在常温常压下产生，所得到的大气压冷等离子体温度低，不会对茶叶产生破坏，保证了茶叶原有的品质，充分发挥了大气压冷等离子体在保证茶叶自身特性的前提下的农残降解及灭菌作用。

为了保证等离子体处理仓内各处均分布大气压冷等离子体，大气压冷等离子体覆盖整个等离子体处理仓，从而提高茶叶农残降解的效率，在等离子体处理仓内设置多个等离子体射流阵列，如图4所示，多个等离子体射流阵列均布于等离子体处理仓内，且将等离子体射流阵列通过旋转驱动装置18固定于等离子体处理仓内，旋转驱动装置驱动等离子体射流阵列沿等离子体处理仓的径向摆动，其中，旋转驱动装置包括驱动电机、滑轨和滑轮，滑轨固定于等离子体处理仓内壁上，滑轮与滑轨配合，在等离子体射流阵列上设置滑轮，滑轮与驱动电机连接，驱动电机驱动滑轮沿滑轨移动，在移动的过程中，带动等离子体射流阵列沿等离子体处理仓的径向摆动。

在具体实施过程中，等离子体射流阵列为四组，与之对应的放电组件为四组，将等离子体射流阵列均布于等离子体处理仓内壁上，相邻等离子体射流阵列间隔90°，滑轨为圆弧形，滑轮沿圆弧形的滑轨移动，实现了等离子体射流阵列沿等离子体处理仓正负45°的摆动，实现了等离子体处理仓内的360°消毒，有效增大了处理面积，提高茶叶农残降解的效率。

为了实现等离子体处理仓内茶叶与大气压冷等离子体充分接触，从而对茶叶进行充分的农残降解和消杀，在等离子体处理仓内设置了搅拌茶叶的搅拌系统，搅拌系统包括搅拌叶片11、转轴12和电机13，电机13的输出轴与转轴12连接，搅拌叶片11固定于转轴12上，电机13带动转轴12旋转，使得搅拌叶片11对茶叶进行搅拌，从而使得茶叶与大气压冷等离子体充分接触，提高茶叶农残降解与消毒杀菌的效率。

此外，本实施例提出的基于大气压冷等离子体的茶叶农残降解与消毒装置，还在箱体1上设置了操作面板3，操作面板3分别与旋转电机13、卸料门、驱动传动带旋转的驱动电机和旋转驱动装置中的驱动电机连接，通过操作面板3对各电机的旋转速度及运行时间进行设定，从而对茶叶的农残降解及消杀过程进行控制。

本实施例提出的基于大气压冷等离子体的茶叶农残降解与消毒装置，还包括电源模块9，电源模块9分别与操作面板3、电机13、放电组件、驱动传动带旋转的驱动电机和旋转驱动装置中的驱动电机连接，通过电源模块9为本实施例公开装置中的各用电部件供电。

本实施例提出的基于大气压冷等离子体的茶叶农残降解与消毒装置的原理如图5所示，气罐中的保护气、掺杂气体等通过进气管道经洗气装置，流量控制装置后进入等离子体发生模块，制备射流等离子体，最后经由等离子体射流阵列进入等离子体处理仓中，实现仓内侧面360°射流农残降解与消毒杀菌。

工作气体选取氮气、氧气，能够制备室温等离子体的前提下同时不会产生毒性附加物，保证了茶叶的自身特性。洗气装置中加入浓硫酸或其他吸水物质，保证工作气体中没有水蒸汽的存在。通过流量控制装置控制进气速度与工作其体掺杂比例。通过旋转驱动装置有效增加处理面积，流量控制装置与旋转驱动装置均由操作面板控制，方便可靠。

待处理的茶叶经入仓口进入等离子体处理仓，与制备的射流等离子体充分接触，进行农残降解与消毒杀菌。为保证农药残留处理与消毒杀菌的全面性，等离子体处理仓内设置搅拌系统，增大了茶叶与大气压冷等离子体的接触面积。处理完毕后，茶叶经卸料门的传送带送出，完成整个农残降解与消毒杀菌过程。

搅拌系统的搅拌速度以及卸料门开关、传送带开关均由机身表面的操作面板控制，整个过程自动化程度高，安全可靠，适宜大范围推广。利用了大气压冷等离子体与茶叶在等离子体处理仓内直接接触，在保证茶叶自身特性的前提下，实现降解农残与灭菌消毒作用。

本公开提出的基于大气压冷等离子体的茶叶农残降解与消毒装置，通过等离子体处理仓、搅拌系统、等离子体发生模块以及与其配合的气流模块、旋转驱动模块、电源模块的协同作用。实现了茶叶由进仓到搅拌之后农药残留降解与消毒杀菌直至最终出仓卸料的等离子体农残降解及杀菌过程。通过大气压冷等离子体中的大量活性成分，如带电粒子、紫外线、处于激发态和亚稳态的粒子以及化学活性粒子(包括氧化性极强的活性氧粒子与活性氮粒子)等，实现其对茶叶的气态农残降解及杀菌消毒功能。与传统方式相比，本装置将大气压冷等离子体应用于茶叶农残降解杀菌领域，具有高效率、低能耗、安全可靠、无毒副产品等优点，满足了茶叶这一特殊食品对整个过程的独特要求，实现了茶叶表面农药残留的降解以及细菌真菌等微生物的杀灭，同时不会对茶叶本身状态与口感产生破坏。

本公开的由等离子体处理仓、入料口、出料口、卸料门和传送带组成的茶叶农残降解及杀菌模块从传统的炒茶机器出发，实现了茶叶进入等离子体处理仓，在仓中不断搅拌实现与等离子体的全面接触，处理结束后由卸料门配备的传送带统一运出这一系统过程，自动化程度高，操作安全可靠。等离子体发生模块采用等离子体射流阵列方式，能够产生大量等离子体进入等离子体处理仓。与其配合的气流模块能够将气罐中的惰性气体通入等离子体发生模块。旋转驱动模块通过电动机带动实现消毒仓侧壁上的等离子体射流阵列实现正负45°摆动，从而有效增大处理面积，保证等离子体处理仓内360°大气压冷等离子体分布。电源模块连接电源模块连接等离子体发生模块脉冲电源、搅拌转轴、旋转驱动模块、操作面板以及卸料门传送带，为整体装置提供电能，安全可靠。整个装置自动化程度高，具有较好的安全系数与应用适应性。

实施例2

在该实施例中，公开了基于大气压冷等离子体的茶叶农残降解与消毒方法，包括：

大气压冷等离子体制备装置制备的大气压冷等离子体经等离子体射流阵列进入等离子体处理仓内，对等离子体处理仓内的茶叶进行农残降解及消毒杀菌；

在向等离子体处理仓内注射大气压冷等离子体时，等离子体射流阵列沿等离子体处理仓径向摆动；

在大气压冷等离子体对茶叶进行农残降解及消毒杀菌的过程中，由搅拌系统对茶叶进行搅拌。

以上仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.基于大气压冷等离子体的茶叶农残降解与消毒装置，其特征在于，包括：等离子体处理仓和大气压冷等离子体制备装置，大气压冷等离子体制备装置与等离子体射流阵列连接，等离子体射流阵列经旋转驱动装置安装于等离子体处理仓内壁上，旋转驱动装置驱动等离子体射流阵列沿等离子体处理仓径向摆动，大气压冷等离子体制备装置制备的大气压冷等离子体经等离子体射流阵列进入等离子体处理仓内，对茶叶进行农残降解与消毒杀菌。

2.如权利要求1所述的基于大气压冷等离子体的茶叶农残降解与消毒装置，其特征在于，等离子体处理仓内设置对茶叶进行搅拌的搅拌系统。

3.如权利要求2所述的基于大气压冷等离子体的茶叶农残降解与消毒装置，其特征在于，搅拌系统包括搅拌叶片、转轴和电机，电机输出轴与转轴连接，搅拌叶片固定于转轴上。

4.如权利要求1所述的基于大气压冷等离子体的茶叶农残降解与消毒装置，其特征在于，大气压冷等离子体制备装置包括等离子体发生模块、等离子体发生模块经进气管道与气罐连接，等离子体发生模块与等离子体射流阵列连接。

5.如权利要求4所述的基于大气压冷等离子体的茶叶农残降解与消毒装置，其特征在于，进气管道上设置洗气装置和流量控制装置。

6.如权利要求4所述的基于大气压冷等离子体的茶叶农残降解与消毒装置，其特征在于，气罐位于等离子体处理仓外部。

7.如权利要求1所述的基于大气压冷等离子体的茶叶农残降解与消毒装置，其特征在于，等离子体处理仓内壁设置多个等离子体射流阵列，多个等离子体射流阵列均布设置。

8.如权利要求1所述的基于大气压冷等离子体的茶叶农残降解与消毒装置，其特征在于，旋转驱动装置包括驱动电机、滑轨和滑轮，等离子体射流阵列上设置滑轮，滑轮与滑轨配合，并能沿滑轨移动，滑轮与驱动电机连接，通过驱动电机驱动滑轮在滑轨内移动。

9.如权利要求1所述的基于大气压冷等离子体的茶叶农残降解与消毒装置，其特征在于，等离子体处理仓上设置入料口、出料口和观察窗口，出料口处设置可开启关闭的卸料门。

10.基于大气压冷等离子体的茶叶农残降解与消毒方法，其特征在于，包括：

大气压冷等离子体制备装置制备的大气压冷等离子体经等离子体射流阵列进入等离子体处理仓内，对等离子体处理仓内的茶叶进行农残降解及消毒杀菌，

在向等离子体处理仓内注射大气压冷等离子体时，等离子体射流阵列沿等离子体处理仓径向摆动。

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