CN113384719A - 一种大气压介质阻挡放电等离子体快速杀菌的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种大气压介质阻挡放电等离子体快速杀菌的方法,采用大气压介质阻挡放电等离子体快速杀菌装置进行,气体中含有一定含量的水蒸气。将待处理样品表面放在地电极Ⅰ上或介质管处理7‑10s左右,之后取出即可。本发明利用产生的等离子体中的活性物种杀菌,由于活性物质具有很强的化学活性,能与细菌等微生物发生生化反应,与现有技术相比能够在短时间内快速有效杀菌,具有杀菌效率高的显著优点。

Description

一种大气压介质阻挡放电等离子体快速杀菌的方法
技术领域
本发明涉及一种食品外包装表面快速杀菌的高效处理方法,具体涉及一种大气压介质阻挡放电等离子体快速杀菌的方法。
背景技术
我国是一个食品大国,食品安全关乎国家安全和民族兴旺。随着我国食品加工业的大规模发展,人们也越来越重视健康,食品安全和环境保护也成为了政府所关注和全力解决的重大问题,因此对食品进行检测保证其使用安全具有十分重要的意义。
随着等离子体技术的发展,等离子体技术的应用也越来越多。介质阻挡放电等离子体在气体放电发展过程中被发现,对其的研究也成为了等离子体领域的热点,有关大气压等离子体介质阻挡放电的报道更是越来越多。大气压介质阻挡放电等离子体是把一种不导电的媒质引入到充入气体的放电空间中,若在这两个导电极板通入足够高的电压,这两个极板就会激发极板之间的气体产生放电,产生等离子体。对于介质阻挡其放电结构多样化,这种制备工艺简单,价格低廉,产生方法简单,并且可随用随制。等离子体在制备过程会发生一系列化学反应,使空间中会含有臭氧,氢氧自由基等活性氧分子及一些氮氧化物等活性氮分子,可用于灭活食品外包装表面微生物,破坏其生物分子结构。
发明内容
为解决现有技术的问题,本发明提供一种大气压介质阻挡放电等离子体快速杀菌的方法。
本发明的目的通过以下技术方案来实现:一种大气压介质阻挡放电等离子体快速杀菌的方法,采用大气压介质阻挡放电等离子体快速杀菌装置进行,
所述大气压介质阻挡放电等离子体快速杀菌装置,包括高压电极Ⅰ、介质板、地电极Ⅰ、固定板、支撑板、风扇、密封罩,所述支撑板的上方设有固定板和密封罩,所述密封罩位于两块固定板的中间,所述支撑板与固定板固定或可拆卸连接,所述固定板、支撑板与密封罩固定或可拆卸连接;
所述支撑板内设有凹槽,所述介质板固定在支撑板内的凹槽中,所述介质板的下表面设有高压电极Ⅰ,所述介质板的上表面设有均匀排布的地电极Ⅰ;
所述介质板的两端设有微槽(即宽度很窄的凹槽),用于添加微量水,通过外部蠕动泵来缓慢控制流入微槽内的水流速,在放电产生的等离子体的热效应下将水加热在密闭腔室内形成蒸汽,可以更快速的提高杀菌效率;
所述固定板用于将介质板牢牢固定在支撑板上;所述密封罩的正下方为放电区域,将密封罩固定在放电区域的正上方,使得放电区域密闭;
或所述大气压介质阻挡放电等离子体快速杀菌装置为三明治式介质阻挡放电结构,包括高压电极Ⅱ、地电极Ⅱ、固定座、介质管,所述高压电极Ⅱ、地电极Ⅱ、介质管位于两块固定座之间,所述高压电极Ⅱ、地电极Ⅱ各自插入到对应装有氧化铝的介质管中,且高压电极Ⅱ、地电极Ⅱ交错排列;
所述介质管的外壁上设有垫片,用于添加水,将水滴在垫片上可以高效杀菌。
上述大气压介质阻挡放电等离子体快速杀菌的方法,包括如下步骤:
(1)等离子体的产生:上述大气压介质阻挡放电等离子体快速杀菌装置的高压电极通过高压线将其与高压电源连接,在介质板上的微槽中滴入少量水,或将介质管周围垫片铺满薄薄的水层后,通入或不通入工作气体,开启高压电源,产生等离子体并将装置预热1-5min,放电空间内的气体中含有一定含量的水蒸气;
(2)将待处理样品放在地电极Ⅰ上或介质管之间进行杀菌处理,杀菌处理的时间为7-10s左右,之后取出即可。
进一步的,所述等离子体的制备所用到的工作气体为空气、氧气或氮氧混合气体等可用的非腐蚀性气体。
进一步的,所述杀菌处理的电压为7-21kV。
进一步的,开启高压电源之后,产生等离子体并将大气压介质阻挡放电等离子体快速杀菌预热1-5min。
进一步的,所述支撑板的下方设有风扇,用于给介质板散热。
进一步的,所述介质板、固定板、支撑板、密封罩、固定座都是由绝缘材料制成的方形板。
进一步的,所述介质板、固定板、固定座的材质为石英玻璃或陶瓷等绝缘材料。
进一步的,所述支撑板采用是聚四氟乙烯或尼龙等绝缘材料。
进一步的,所述密封罩上设有盖口,用于取放样品。
进一步的,所述支撑板上设有散热孔。
进一步的,所述介质板与高压电极Ⅰ、地电极Ⅰ固定连接。
进一步的,高压电极Ⅱ、地电极Ⅱ、介质管通过固定座固定。
进一步的,所述高压电极Ⅰ的一侧面向凹槽放置。
进一步的,所述密封罩的边缘一侧设有气孔,用于连接转接头,所述转接头通过气管与外部的气泵进行连接,所述气管与气泵之间设有质量流量控制器。
进一步的,所述支撑板的四周固定有支撑柱,作为本装置的支撑。
进一步的,所述高压电极Ⅰ、高压电极Ⅱ分别通过高压线与高压电源连接。
进一步的,所述高压电极Ⅰ、高压电极Ⅱ采用的是铜箔、铝箔或金属针等导电材料,所述金属针为钢针、银针等。
进一步的,所述地电极Ⅰ、地电极Ⅱ结构采用的是在介质表面排布密集且均匀的金属丝材料或网孔状的金属网材料等导电材料,所述金属丝材料为钨丝、钢丝、铜丝等,所述网孔状的金属网材料为网孔状的铜网、钢网等金属网材料。
进一步的,所述支撑柱采用铜等金属材料。
进一步的,所述垫片间隔放置。
进一步的,所述待处理样品为产品外包装(包括食品外包装),对杀灭细菌、病毒、噬菌体等微生物制成的菌样。
本发明利用产生的等离子体中的活性物种杀菌,由于活性物质具有很强的化学活性,能与细菌等微生物发生生化反应,与现有技术相比能够在短时间内快速有效杀菌,具有杀菌效率高的显著优点。
本发明提出处理的表面杀菌方法是基于等离子体中活性物种的杀菌特性,由于等离子体在制备过程中会互相之间发生生化反应,使空间中含有氧原子,臭氧分子等活性氧物种和含氮的活性氮物种,由于添加少量水蒸气后可促进等离子体中的电离过程,生成羟基自由基等高活性物种,这些活性物质能够有效的抑制表面微生物生长,并且在短时间内提供杀菌效率;本发明使用的大气压介质阻挡放电等离子体快速杀菌装置内部的放电区域通入的工作气体先通过洗气装置,其优点是为密闭的放电区域提供少量水蒸气,促进等离子体中的电离过程,提高杀菌效率。与现有技术相比能够在短时间内快速有效杀菌,具有杀菌效率高的显著优点。
本发明与现有技术相比具有如下优点:
(1)产生等离子体的介质阻挡放电结构上设计有用于放置水的微槽和垫片,利用产生的等离子体的热效应将水加热形成蒸汽,提高杀菌效率,能在短时间内快速有效杀菌,具有杀菌效率高的显著优点;
(2)等离子体产生方式简单,随用随制;
(3)等离子体装置工艺简单,操作方便,安装维修方便。
附图说明
图1为本发明实施例1的装置的等轴测结构示意图。
图2为本发明实施例1的装置的内部结构示意图。
图3为本发明实施例1的装置的固定板的结构示意图。
图4为本发明实施例1的装置的介质板的结构示意图。
图5为本发明实施例2的装置的前视图。
图6为本发明实施例3的实验结果数据曲线图。
图中:1、高压电极Ⅰ,2、介质板,3、地电极Ⅰ,4、固定板,5、支撑板,6、密封罩,7、凹槽,8、微槽,9、盖口,10、气孔,11、散热孔,12、支撑柱,13、高压电极Ⅱ,14、地电极Ⅱ,15、固定座,16、介质管,17、垫片。
具体实施方式
下述非限定性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明,但不以任何方式限制本发明。
实施例1
一种大气压介质阻挡放电等离子体快速杀菌的方法,采用大气压介质阻挡放电等离子体快速杀菌装置进行,大气压介质阻挡放电等离子体快速杀菌装置主要包括有高压电极Ⅰ1、介质板2、地电极Ⅰ3、固定板4、支撑板5、风扇以及密封罩6,其中介质板2、固定板4、支撑板5以及密封罩6都是由绝缘材料制成的方形板,支撑板5的上方设有固定板4和密封罩6,密封罩6位于两块固定板4的中间,支撑板5的下方(背面)固定安装有一架风扇,用于给介质板2散热;支撑板5内设有凹槽7,介质板2被固定在含有的凹槽7的支撑板5上,介质板2的下表面设有高压电极Ⅰ1,高压电极Ⅰ1面向凹槽7放置,介质板2的上表面设有均匀排布的地电极Ⅰ3,即介质板2的一侧贴有铜箔材料作为高压电极Ⅰ1,另一侧表面是由均匀排布的铁丝作为地电极Ⅰ3,在介质板2两侧与铁丝垂直放置两块固定板4,用于将介质板2牢牢固定在支撑板5上;再将密封罩6盖在支撑板5和固定板4上,密封罩6的正下方为放电区域,密封罩6用于将此区域密闭;介质板2的两端设有微槽8(即宽度很窄的凹槽),用于添加微量水,通过外部蠕动泵来缓慢控制水流速0.2-0.3mL/min;在密封罩6上边缘一侧设有气孔,气孔连接转接头通过一根气管与外部质量流量控制器进行连接。支撑板5上设有散热孔11,密封罩6上设有盖口9,用于取放样品,在放电过程中用聚四氟乙烯制成的上盖将密封罩6的盖口封闭形成密闭空间;支撑板5的四周固定有四根高度大小一致的支撑柱12,支撑柱12为铜柱。介质板2、固定板4以及密封罩6的材质为石英玻璃,支撑板5的材质为聚四氟乙烯。
上述大气压介质阻挡放电等离子体快速杀菌的方法,包括如下步骤:
(1)等离子体的产生:上述大气压介质阻挡放电等离子体快速杀菌装置的介质板2一侧的铜箔通过高压线将其与高压电源连接,在介质板上的微槽8中滴入少量水,通过气孔通入空气到密闭的放电区域,待密闭区域内充满工作气体后,停止通气,向开启高压电源,产生等离子体并将装置预热1min;
(2)将待处理样品表面放在地电极Ⅰ3上在电压为7-21kV条件下处理10s左右后取出。
实施例2
一种大气压介质阻挡放电等离子体快速杀菌的方法,采用大气压介质阻挡放电等离子体快速杀菌装置进行,大气压介质阻挡放电等离子体快速杀菌装置,主要包括有高压电极Ⅱ13、地电极Ⅱ14、固定座15、介质管16,高压电极Ⅱ13、地电极Ⅱ14、介质管16位于两块固定座15之间,其中钢针作为高压电极Ⅱ13和地电极Ⅱ14,并且高压电极Ⅱ13和地电极Ⅱ14交替排列,固定座15为聚四氟乙烯的方板,介质管16为石英玻璃管,高压电极Ⅱ13和地电极Ⅱ14均放入底部装有氧化铝的介质管16内,且交替放置,介质管16的排布间隔距离一定,另外高压电极Ⅱ13和地电极Ⅱ14的顶部分别由两块固定座15固定,高压电极Ⅱ13的一端焊接有高压线,地电极Ⅱ14一端焊接有地线;在每隔一个介质管16的另外介质管16的外壁上都有一枚垫片17,用于放置水滴,垫片17的材质为聚四氟乙烯。
上述大气压介质阻挡放电等离子体快速杀菌的方法,包括如下步骤:
(1)等离子体的产生:上述大气压介质阻挡放电等离子体快速杀菌装置的高压线与高压电源连接,地线接地,每个垫片上滴100微升的水,开启高压电源,产生等离子体并将装置预热1min;
(2)将待处理样品放入介质管16的间隔处在电压为7-21kV条件下处理7-10s后取出。
实施例3(应用实例)
将制备的十组含有大肠杆菌的1x1 cm2菌片(大肠杆菌的个数为1.0×105CFU/cm2)放置在实施例1装置的地电极Ⅰ3丝上与等离子体直接接触进行处理:第一组菌片在施加电压为7kV的情况下被处理s;第二组菌片在施加电压为9kV的情况下被处理;第三组菌片在施加电压为11kV的情况下被处理;第四组菌片在施加电压为13kV的情况下被处理;第五组菌片在施加电压为15kV的情况下被处理;第六组菌片在施加电压为17kV的情况下被处理;第七组菌片在施加电压为19kV的情况下被处理;第八组菌片在施加电压为20kV的情况下被处理;第九组菌片在施加电压为21kV的情况下被处理;第十组菌片作为对照组,不做任何处理。每组菌片在等离子体处理10s后取出,并将其放入含有2mL无菌水的离心管中将菌从菌片上冲洗下来。最后从每组2mL的菌液中取出300μL液体涂在培养基(成分为:10g/L胰蛋白胨、5g/L酵母提取物、10g/L氯化钠、15g/L琼脂)上,并放置培养箱中在37℃下培养24h,随后对其进行观察,如图6所示,当施加电压为13kV时,等离子体处理后的菌片上所含菌量已经达到0,可见在含有水蒸气的空气中沿面放电产生的等离子体可以在短时间内高效灭活表面细菌,且施加电压越高,效果越明显。
对于任何熟悉本领域的技术人员而言,在不脱离本发明技术方案范围情况下,都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰,或修改为等同变化的等效实施例。因此,凡是未脱离本发明技术方案的内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰,均应仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种大气压介质阻挡放电等离子体快速杀菌的方法,其特征在于:采用大气压介质阻挡放电等离子体快速杀菌装置进行,
所述大气压介质阻挡放电等离子体快速杀菌装置,包括高压电极Ⅰ、介质板、地电极Ⅰ、固定板、支撑板、密封罩,所述支撑板的上方设有固定板和密封罩,所述密封罩位于两块固定板的中间;
所述支撑板内设有凹槽,所述介质板固定在支撑板内的凹槽中,所述介质板的下表面设有高压电极Ⅰ,所述介质板的上表面设有均匀排布的地电极Ⅰ;
所述介质板的两端设有用于添加水的微槽;
或所述大气压介质阻挡放电等离子体快速杀菌装置,包括高压电极Ⅱ、地电极Ⅱ、固定座、介质管,所述高压电极Ⅱ、地电极Ⅱ、介质管位于两块固定座之间,所述高压电极Ⅱ、地电极Ⅱ各自插入到对应装有氧化铝的介质管中,且高压电极Ⅱ、地电极Ⅱ交错排列;
所述介质管的外壁上设有用于添加水的垫片;
所述大气压介质阻挡放电等离子体快速杀菌的方法,包括如下步骤:
(1)等离子体的产生:上述大气压介质阻挡放电等离子体快速杀菌装置的高压电极Ⅰ或高压电极Ⅱ与高压电源连接,在介质板上的微槽中滴入水,或在介质管周围垫片上滴入后,通入或不通入工作气体,开启高压电源;
(2)将待处理样品放在地电极Ⅰ上或介质管之间进行杀菌处理,杀菌处理的时间为7-10s。
2.根据权利要求1所述的大气压介质阻挡放电等离子体快速杀菌的方法,其特征在于:所述支撑板的下方设有风扇。
3.根据权利要求1所述的大气压介质阻挡放电等离子体快速杀菌的方法,其特征在于:所述密封罩上设有盖口。
4.根据权利要求1所述的大气压介质阻挡放电等离子体快速杀菌的方法,其特征在于:所述密封罩上设有气孔;所述支撑板上设有散热孔。
5.根据权利要求1所述的大气压介质阻挡放电等离子体快速杀菌的方法,其特征在于:所述高压电极Ⅰ、高压电极Ⅱ分别通过高压线与高压电源连接。
6.根据权利要求1所述的大气压介质阻挡放电等离子体快速杀菌的方法,其特征在于:所述介质板、固定板、支撑板、密封罩、固定座均是由绝缘材料制成;所述高压电极Ⅰ、高压电极Ⅱ、地电极Ⅰ、地电极Ⅱ为导电材料。
7.根据权利要求1所述的大气压介质阻挡放电等离子体快速杀菌的方法,其特征在于:所述支撑板的四周固定有支撑柱;所述微槽与蠕动泵连接。
8.根据权利要求3所述的大气压介质阻挡放电等离子体快速杀菌的方法,其特征在于:所述气孔连接转接头,所述转接头通过气管与外部的气泵进行连接,所述气管与气泵之间设有质量流量控制器。
9.根据权利要求1所述的大气压介质阻挡放电等离子体快速杀菌的方法,其特征在于:所述工作气体为空气、氧气或氮氧混合气体;所述杀菌处理的电压为7-21kV。
10.根据权利要求1所述的大气压介质阻挡放电等离子体快速杀菌的方法,其特征在于:开启高压电源之后,将大气压介质阻挡放电等离子体快速杀菌装置预热1-5min。
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