CN113575020A - 一种种子灭菌方法与装置 - Google Patents

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Abstract

一种种子灭菌方法与装置，该种子灭菌方法包括如下步骤：通过微处理器控制高压脉冲电源产生设定电压、脉冲频率和脉冲脉宽，施加于电极板，产生高压脉冲静电场；驱动种子在静电场连续运动，并控制所述高压脉冲静电场处理种子的时间：以及采用绝缘层屏蔽所述电极板、高压脉冲电源和高压脉冲静电场，在保障用电安全的前提下，实现种子在设定高压脉冲静电场的连续灭菌。本发明还提供了采用该种子灭菌方法的种子灭菌装置，实现了不伤种、无化学污染、效率高的种子灭菌。

Description

一种种子灭菌方法与装置
技术领域
本发明涉及种子加工技术领域，特别是一种连续式种子高压静电场灭菌方法与装置。
背景技术
种子常携带病原菌，如常见于南瓜、西葫芦的葫芦科植物细菌性果斑病、常见于芹菜的根腐病菌。流通种子带菌影响种子产量，造成经济损失，因此农业生产中常在播种前对种子进行灭菌处理。目前常用的灭菌方法有热力法、化学法、生物防治法，这些方法存在伤种严重、化学试剂污染、防治效果不稳定等问题。
高压脉冲静电场技术可用于灭菌，其原理是电场击穿细胞膜杀菌。具体来说，作用灭菌对象一定电压、脉冲频率、脉冲脉宽和时间的电场，细菌的细胞膜两侧产生电位差，离子吸引并挤压细胞膜形成穿孔极化，细胞内汁液流出，生物酶活性降低，导致细菌死亡。这种方法多用于果汁、葡萄酒、酱油等液体灭菌，有研究者将这种方法用于种子灭菌，但因方法和装置未实现连续式作业，生产效率低，尚未用于商业化生产。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术种子灭菌方法伤种严重、化学试剂污染、防治效果不稳定，以及种子高压静电场灭菌无法连续作业的问题，提供一种连续式种子高压静电场灭菌方法与装置，以实现不伤种、环保且高效的种子防控消毒效果。
为了实现上述目的，本发明提供了一种种子灭菌方法，其中，包括如下步骤：
S100、通过微处理器控制高压脉冲电源产生设定电压、脉冲频率和脉冲脉宽，施加于电极板，产生高压脉冲静电场；
S200、驱动种子在静电场连续运动，并控制所述高压脉冲静电场处理种子的时间：以及
S300、采用绝缘层屏蔽所述电极板、高压脉冲电源和高压脉冲静电场，在保障用电安全的前提下，实现种子在设定高压脉冲静电场的连续灭菌。
上述的种子灭菌方法，其特征在于，步骤S200中，由螺旋输送机驱动种子在所述高压脉冲静电场连续运动，并由所述螺旋输送机的电机控制所述高压脉冲静电场处理种子的时间。
为了更好地实现上述目的，本发明还提供了一种种子灭菌装置，包括一密闭的处理仓，其中，采用连续式高压静电场进行种子灭菌，所述处理仓内设置有：
进料室，位于所述处理仓的上部，所述处理仓的顶端对应于所述进料室设置有进料口；
处理室，位于所述进料室下方，所述处理室内设置有螺旋输送机和高压静电场，所述螺旋输送机位于所述高压静电场内，并通过上输种管与所述进料室连接；
出料室，位于所述处理室下方，并通过下输种管与所述螺旋输送机连接；以及
控制室，位于所述处理室上方，所述控制室内设置有微处理器，所述微处理器分别与所述螺旋输送机和高压静电场连接。
上述的种子灭菌装置，其中，所述进料室内设置有种仓，所述种仓的底端与所述上输种管的顶端连接，所述种仓与所述上输种管的连接处还设置有限速阀，所述限速阀与限速电机连接，所述微处理器与所述限速电机连接以控制进入所述螺旋输送机的种子容积。
上述的种子灭菌装置，其中，所述螺旋输送机包括套筒、搅龙和输送电机，所述搅龙位于所述套筒内并与所述输送电机连接，所述输送电机与所述微处理器连接以控制种子在所述高压静电场内处理时间，所述搅龙的轴线与水平面间具有一倾斜角，所述上输种管和下输种管分别与所述套筒的两端连接。
上述的种子灭菌装置，其中，所述高压静电场包括正电极板、负电极板和高压脉冲电源，所述正电极板位于所述套筒的上方，所述负电极板位于所述套筒的下方，所述正电极板和负电极板对应设置，且所述高压脉冲电源分别与所述正电极板和负电极板连接，所述微处理器与所述高压脉冲电源连接，以控制所述正电极板和负电极板的电压、脉冲频率和脉冲脉宽。
上述的种子灭菌装置，其中，所述高压脉冲电源位于所述正电极板一侧且位于所述下输种管的轴线延长线上。
上述的种子灭菌装置，其中，所述倾斜角为5-10度。
上述的种子灭菌装置，其中，所述处理室内还设置有绝缘层，所述绝缘层分别包覆在所述电极板、高压脉冲电源和所述螺旋输送机外。
上述的种子灭菌装置，其中，所述处理室的内壁上也包覆有所述绝缘层。
本发明的技术效果在于：
本发明基于高压静电场的连续式种子灭菌方法与装置，通过微处理器控制高压脉冲电源产生设定电压、脉冲频率和脉冲脉宽，施加于电极板，产生高压脉冲静电场。种子由螺旋输送机的驱动在高压脉冲静电场内连续运动，高压脉冲静电场处理种子时间由输送电机控制。绝缘层屏蔽电极板、高压脉冲电源和螺旋输送机的电场。在保障用电安全的前提下，实现种子在设定高压脉冲静电场的连续灭菌。为种子提供了不伤种、无化学污染、效率高的灭菌手段。
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
附图说明
图1为本发明一实施例的工作原理图；
图2为本发明一实施例的装置结构框图；
图3为本发明一实施例的装置结构示意图。
其中，附图标记
1 进料室
11 种仓
12 限速阀
13 限速电机
2 处理室
21 上输种管
22 下输种管
23 螺旋输送机
24 输送电机
25 搅龙
26 套筒
27 正电极板
28 负电极板
29 高压脉冲电源
20 绝缘层
3 出料室
31 种箱
4 控制室
41 微处理器
42 操作面板
具体实施方式
下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述：
参见图1-图2，图1为本发明一实施例的工作原理图。本发明的种子灭菌方法，包括如下步骤：
步骤S100、通过微处理器控制高压脉冲电源产生设定电压、脉冲频率和脉冲脉宽，施加于电极板，产生高压脉冲静电场；
步骤S200、驱动种子在静电场连续运动，并控制所述高压脉冲静电场处理种子的时间：以及
步骤S300、采用绝缘层屏蔽所述电极板、高压脉冲电源和高压脉冲静电场，在保障用电安全的前提下，实现种子在设定高压脉冲静电场的连续灭菌。
其中，步骤S200中，优选由螺旋输送机驱动种子在所述高压脉冲静电场连续运动，并由所述螺旋输送机的电机控制所述高压脉冲静电场处理种子的时间。
参见图2，图2为本发明一实施例的装置结构框图。本发明的种子灭菌装置，包括一密闭的处理仓，采用连续式高压静电场进行种子灭菌，所述处理仓内设置有：进料室1，位于所述处理仓的上部，所述处理仓的顶端对应于所述进料室1设置有进料口；处理室2，位于所述进料室1下方，所述处理室2内设置有螺旋输送机23和高压静电场，所述螺旋输送机23位于所述高压静电场内，并通过上输种管21与所述进料室1连接；出料室3，位于所述处理室2下方，并通过下输种管22与所述螺旋输送机23连接，出料室3内可对应于下输种管22的末端设置种箱31，接收下输种管22排出的种子；以及控制室4，位于所述处理室2上方，所述控制室4内设置有微处理器41，所述微处理器41分别与所述螺旋输送机23和高压静电场连接。控制室4还可外嵌操作面板42，操作面板42连接微处理器41，操作面板42上可设置电源开关、运行按钮、急停按钮、电压设置旋钮、脉冲频率设置旋钮、脉冲脉宽设置旋钮、处理时间设置旋钮、电压显示窗、频率显示窗、脉宽显示窗、时间显示窗和电场显示窗等。
参见图3，图3为本发明一实施例的装置结构示意图。本实施例中，所述进料室1内设置有种仓11，所述种仓11的底端与所述上输种管21的顶端连接，所述种仓11与所述上输种管21的连接处还设置有限速阀12，所述限速阀12与限速电机13连接，所述微处理器41与所述限速电机13连接以控制限速阀12，进而控制上输种管21进口尺寸，限制进种速度和数量，即通过控制进入所述螺旋输送机23的种子容积，防止装置堵塞。其中，所述螺旋输送机23包括套筒26、搅龙25和输送电机24，所述搅龙25位于所述套筒26内并与所述输送电机24连接，套筒26的外直径优选9cm，所述输送电机24与所述微处理器41连接，以控制搅龙25转速，进而控制种子在螺旋输送机23中的运行时间，即在所述高压静电场内的处理时间，所述搅龙25的轴线与水平面间具有一倾斜角，所述倾斜角为5-10°，优选倾斜角为5°，即螺旋输送机23存在一定倾斜度，利用重力辅助种子输送，所述上输种管21和下输种管22分别与所述套筒26的两端连接。所述高压静电场包括正电极板27、负电极板28和高压脉冲电源29，所述正电极板27位于所述套筒26的上方，优选位于套筒26上方0.5cm处，所述负电极板28位于所述套筒26的下方，优选位于套筒26下方0.5cm，所述正电极板27和负电极板28对应设置，且所述高压脉冲电源29分别与所述正电极板27和负电极板28连接使之中间产生高压脉冲静电场，正、负电极板28和螺旋输送机23分别由绝缘支架固定于处理室2，所述微处理器41与所述高压脉冲电源29连接，以控制所述正电极板27和负电极板28的电压、脉冲频率和脉冲脉宽。所述高压脉冲电源29位于所述正电极板27一侧且位于所述下输种管22的轴线延长线上。所述处理室2内还设置有绝缘层20，优选为聚四氟乙烯绝缘层20，也可采用厚度1cm的聚乙烯板。所述绝缘层20分别包覆在所述电极板、高压脉冲电源29和所述螺旋输送机23外。所述处理室2的内壁上也包覆有所述绝缘层20。本实施例的正、负电极板28、高压脉冲电源29、螺旋输送机23外均安装聚四氟乙烯绝缘层20，以保障用电安全。
该种子灭菌装置的具体工作过程如下：
向进料室1倒入待处理的种子，并给种子灭菌装置通电，种子由进料口进入种仓11，通过重力作用流入上输种管21，其中，还可包括限定种子进入所述螺旋输送机23的速度，以控制进入所述高压脉冲静电场的种子容积，具体可在上输种管21上安装限速阀12，由限速电机13驱动限速阀12控制进入处理室2的种子容积；
控制高压脉冲电源29产生设定电压、脉冲频率和脉冲脉宽，施加于正电极板27和负电极板28，产生高压脉冲静电场；
设定种子在所述高压脉冲静电场内处理的时间，上输种管21进入的种子进入螺旋输送机23的搅龙25和套筒26间隙，种子在设定时间内，由螺旋输送机23驱动搅龙25的旋转作用下，在所述高压脉冲静电场中自上输种管21处向下输种管22处连续移动；以及
种子在所述高压脉冲静电场连续灭菌完成后，自所述下输种管22排出以备后续贮存或包装。
本实施例中，首先向进料口倒入待处理的种子，按电源开关使装置通电；限速电机13驱动限速阀12打开，限速电机13转速根据处理时间换算确定：
处理种子的单位时间容积为螺旋输送机23的输送容积I(单位cm3/min)，
Figure BDA0002475859600000061
D1是搅龙25外径，本实施例为9cm；
D2是搅龙25内径，本实施例为1cm；
V是输送速度，本实施例为50cm/min；
Figure BDA0002475859600000062
是填充系数，优选为0.4；
本实施例的限速阀12为6槽，容积W为212cm3。为满足螺旋输送机23的输送容积，输送电机24的转速N2为14.8rpm；
Figure BDA0002475859600000071
算得I为1256cm3/min。
然后设置参数，例如：设置电压50kV、脉冲频率100Hz、脉冲脉宽20μs、处理时间2min。当正、负电极板28间距为10cm时，产生高压脉冲静电场的电场强度为5kV/cm。其中，高压脉冲电源29输出额定电压、频率、脉宽给正、负电极板28，通过换算得出处理室2电场强度，可显示在操作面板42上。
其中，电场强度E(单位kV/cm)计算公式为：
E＝V/H；
V是电压(单位kV)；H是基板间距(单位cm)。
接着按运行按钮，输送电机24驱动搅龙25转动，产生高压脉冲静电场处理种子时间由输送电机24控制，转速根据处理时间换算确定。本实施例设处理时间2min，旋转搅龙25长度1m，算得输送速度为0.5m/min；螺距160mm，算得转速为3.125rpm。根据具体使用情况不同，种子处理时间可在1-10min之间选择设定，由于限速电机13的转速与处理时间、搅龙25长度、螺距相关，本实施例的限速电机13转速优选为0.5-8rpm。
限速电机13转速N1(单位rpm)计算公式为：
N1＝V/S＝L/(T*S)
其中，V是输送速度(单位m/min)；S是螺距(单位m)；L是搅龙25长度(单位m)；T是处理时间(单位min)。
随着下输种管22逐渐有完成灭菌的种子排出，用种箱31接种，便于后续贮存或包装。
在灭菌完成后，关闭电源开关。
灭菌过程中，如遇紧急情况，按急停按钮，装置停止工作。急停按钮直接控制高压电路电源。如需恢复，拔出急停按钮，重新点击运行按钮即可。
本发明基于高压静电场的连续式种子灭菌方法与装置，通过微处理器41控制高压脉冲电源29产生设定电压、脉冲频率和脉冲脉宽，施加于电极板，产生高压脉冲静电场。种子由螺旋输送机23的驱动在高压脉冲静电场内连续运动，高压脉冲静电场处理种子时间由输送电机24控制。绝缘层20屏蔽电极板、高压脉冲电源29和螺旋输送机23的电场。在保障用电安全的前提下，实现种子在设定高压脉冲静电场的连续灭菌。为种子提供了不伤种、无化学污染、效率高的灭菌手段。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种种子灭菌方法，其特征在于，包括如下步骤：
S100、通过微处理器控制高压脉冲电源产生设定电压、脉冲频率和脉冲脉宽，施加于电极板，产生高压脉冲静电场；
S200、驱动种子在静电场连续运动，并控制所述高压脉冲静电场处理种子的时间：以及
S300、采用绝缘层屏蔽所述电极板、高压脉冲电源和高压脉冲静电场，在保障用电安全的前提下，实现种子在设定高压脉冲静电场的连续灭菌。
2.如权利要求1所述的种子灭菌方法，其特征在于，步骤S200中，由螺旋输送机驱动种子在所述高压脉冲静电场连续运动，并由所述螺旋输送机的电机控制所述高压脉冲静电场处理种子的时间。
3.一种种子灭菌装置，包括一密闭的处理仓，其特征在于，采用连续式高压静电场进行种子灭菌，所述处理仓内设置有：
进料室，位于所述处理仓的上部，所述处理仓的顶端对应于所述进料室设置有进料口；
处理室，位于所述进料室下方，所述处理室内设置有螺旋输送机和高压静电场，所述螺旋输送机位于所述高压静电场内，并通过上输种管与所述进料室连接；
出料室，位于所述处理室下方，并通过下输种管与所述螺旋输送机连接；以及
控制室，位于所述处理室上方，所述控制室内设置有微处理器，所述微处理器分别与所述螺旋输送机和高压静电场连接。
4.如权利要求3所述的种子灭菌装置，其特征在于，所述进料室内设置有种仓，所述种仓的底端与所述上输种管的顶端连接，所述种仓与所述上输种管的连接处还设置有限速阀，所述限速阀与限速电机连接，所述微处理器与所述限速电机连接以控制进入所述螺旋输送机的种子容积。
5.如权利要求3或4所述的种子灭菌装置，其特征在于，所述螺旋输送机包括套筒、搅龙和输送电机，所述搅龙位于所述套筒内并与所述输送电机连接，所述输送电机与所述微处理器连接以控制种子在所述高压静电场内处理时间，所述搅龙的轴线与水平面间具有一倾斜角，所述上输种管和下输种管分别与所述套筒的两端连接。
6.如权利要求5所述的种子灭菌装置，其特征在于，所述高压静电场包括正电极板、负电极板和高压脉冲电源，所述正电极板位于所述套筒的上方，所述负电极板位于所述套筒的下方，所述正电极板和负电极板对应设置，且所述高压脉冲电源分别与所述正电极板和负电极板连接，所述微处理器与所述高压脉冲电源连接，以控制所述正电极板和负电极板的电压、脉冲频率和脉冲脉宽。
7.如权利要求6所述的种子灭菌装置，其特征在于，所述高压脉冲电源位于所述正电极板一侧且位于所述下输种管的轴线延长线上。
8.如权利要求5所述的种子灭菌装置，其特征在于，所述倾斜角为5-10度。
9.如权利要求5所述的种子灭菌装置，其特征在于，所述处理室内还设置有绝缘层，所述绝缘层分别包覆在所述电极板、高压脉冲电源和所述螺旋输送机外。
10.如权利要求9所述的种子灭菌装置，其特征在于，所述处理室的内壁上也包覆有所述绝缘层。
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