CN115039807B - 一种延长果蔬保鲜期的等离子体处理装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种延长果蔬保鲜期的等离子体处理装置，包括：等离子体发生装置和水池；所述等离子体发生装置的电极位于水池上方；所述等离子体处理装置工作时，果蔬浸没于水池的水中，等离子体一方面直接作用于电极下方的果蔬；另一方面，等离子体在气液界面产生的活性物质，形成等离子体活化水。本发明还公开了延长果蔬保鲜期的等离子体处理方法。本发明结合了等离子体直接处理和等离子体活化水处理两种杀菌方式，可实现果蔬的连续处理和多份样品同时处理，提高等离子体利用效率，降低能耗；结合清洗灭菌于一体，在不破坏食品品质的基础上进行有效清洗保鲜，最大限度保持原生态新鲜，消除果蔬表面农药残留，延长果蔬保鲜期。
Description
技术领域
本发明涉及果蔬保鲜领域，特别涉及一种延长果蔬保鲜期的等离子体处理装置及方法。
背景技术
果蔬保鲜是重要的农产品加工方向，由于采后果蔬仍然保持活跃的新陈代谢，酶类的作用和新陈代谢产物的积累会导致其品质的劣变，同时作为高水分、高营养物质的基质，果蔬备受腐败微生物青睐，导致腐败、霉变等问题，使果蔬的价值大打折扣，因此有效的保鲜措施显得尤为重要。
等离子体技术是一种新型非热加工技术，通过高压电场向气体中输入能量，使气体发生电离，产生紫外光子、电子、正负离子、激发和未激发分子，根据功能也可分为带电粒子和活性成分，能够改变品质劣变相关酶的构象、活性，破坏微生物细胞结构，达到果蔬保鲜的目的。
等离子体对果蔬的作用方式有两种，直接处理和活性水处理。等离子体直接处理果蔬时，其产生的带电粒子引起细胞电荷变化，造成细胞膜破裂，导致果蔬的物理损伤，随后微生物在破损部位迅速增殖，从而使其品质衰退，因此选用等离子体直接处理时，研究者常采用PET薄膜或PVC包装盒包装后再处理，或选用间接处理方法，如专利201910608718.1公开了一种连续果蔬保鲜等离子体处理装置及使用方法，其采用空气循环系统将产生的等离子体气体循环扩散至整个腔体，以避免等离子体直接处理。等离子体活性水由等离子体处理得到，其作用原理是等离子体产生的成分通过气液界面传递，形成含有羟基自由基、过氧化氢、超氧阴离子和氮氧自由基等活性基团的活性水。通过引起细胞内氧化应激，降低细胞膜通透性，氧化生物大分子如蛋白质、核酸，等离子体活性水能够灭活微生物，延长果蔬保鲜时间。
但是，现有技术中等离子体直接处理所需的包装和活性水处理的活性水制备过程，工艺较为繁琐并且难以实现连续化生产。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺点与不足，本发明的目的在于提供一种延长果蔬保鲜期的等离子体处理装置，结合等离子体直接处理和等离子体活化水处理两种杀菌方式，增强活性水保鲜效果，降低等离子体直接处理带来的损伤，并且操作简便。
本发明的另一目的在于提供一种基于上述延长果蔬保鲜期的等离子体处理装置的延长果蔬保鲜期的等离子体处理方法。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种延长果蔬保鲜期的等离子体处理装置，包括：
等离子体发生装置和水池；
所述等离子体发生装置的电极位于水池上方；
所述等离子体处理装置工作时，果蔬浸没于水池的水中，等离子体一方面直接作用于电极下方的果蔬；另一方面，等离子体在气液界面产生的活性物质，形成等离子体活化水。
优选的，所述的延长果蔬保鲜期的等离子体处理装置，还包括传送装置，所述传送装置包括进料口、卸料口及传送带；所述进料口、卸料口分别位于水池的两端；所述传送带用于将果蔬从进料口传送至水池中，通过等离子体发生装置的电极下方后，到达卸料口。
优选的，所述等离子体的电压范围为40～120kV，频率为40～80Hz，功率为60～800W，处理间隔45s～15s。
优选的，所述电极到传送带的距离为14～40cm。
优选的，所述等离子体发生装置的气源为空气、氦气、氩气和氧气的混合气体、氧气中的一种。
优选的，所述果蔬通过水池的时间为10～40min。
优选的，所述的延长果蔬保鲜期的等离子体处理装置，还包括冷却水循环装置，所述冷却水循环装置与水池相连通。
优选的，所述水池中水流速为0.5～2L/min。
优选的，所述进料口和与传送带夹角大于等于150°；所述卸料口与传送带夹角大于等于150°。
基于所述的延长果蔬保鲜期的等离子体处理装置的延长果蔬保鲜期的等离子体处理方法，包括以下步骤：
(1)在水池中蓄满水；
(2)使果蔬浸没于水池中；
(3)启动等离子体处理装置，电极下方的果蔬受等离子体直接作用，同时气液界面产生的活性物质随水流扩散至整个水池中，形成的等离子体活化水，对果蔬进行双重杀菌作用；
(4)处理后的果蔬样品沥干后冷藏保存。
与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：
(1)本发明的延长果蔬保鲜期的等离子体处理装置，结合等离子体直接处理和等离子体活化水处理两种杀菌方式，同时克服了现有技术中等离子体直接处理所需的包装和活性水处理的需要制备活性水的缺点，增强活性水保鲜效果，降低等离子体直接处理带来的损伤。
(2)本发明的延长果蔬保鲜期的等离子体处理装置，利用传送带传递样品，实现果蔬的连续处理和多份样品同时处理，提高等离子体利用效率，降低能耗。
(3)本发明的延长果蔬保鲜期的等离子体处理装置，采用冷却水循环装置，可以在水池中保留较高含量的活性物质，最大限度的保留果蔬营养成分同时有效灭菌，达到灭活微生物生长及抑制酶促反应作用。
(4)本发明的延长果蔬保鲜期的等离子体处理方法，可将果蔬保质期延长5～8天。
(5)本发明的延长果蔬保鲜期的等离子体处理方法，结合清洗灭菌于一体，在不破坏果蔬品质的基础上进行有效清洗保鲜，最大限度保持原生态新鲜，消除果蔬表面农药残留，延长果蔬保鲜期。
附图说明
图1为本发明的实施例的延长果蔬保鲜期的等离子体处理装置结构示意图。
图2为本发明的实施例的等离子体发生装置示意图。
图3为本发明的实施例的延长果蔬保鲜期的等离子体处理装置的放电作用示意图。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
如图1～3所示，本实施例的延长果蔬保鲜期的等离子体处理装置包括箱体1、水池2、等离子体发生装置3、传送装置和冷却水循环装置4。
在本实施例中，传送装置包括传送带5、进料口6及卸料口7，进料口6、卸料口7分别位于水池2的两端。本实施例中，进料口和卸料口与载物平台夹角大于等于150°，使样品平缓过渡，防止样品受到机械损伤。
所述等离子体发生装置包括电极301、高压发生装置302、气瓶303、变压器304、电流稳定器305、电极支架306；电极支架安装于箱体1上；水池穿过箱体，位于电极下方；高压发生装置、气瓶、变压器、电流稳定器固定于地面；电源位于箱体侧面。
在本实施例中，等离子体处理装置工作时，果蔬浸没于水池的水中，产生的等离子体一方面直接作用于电极下方的果蔬；另一方面，产生的等离子体在气液界面产生的活性物质，形成等离子体活化水。
在本实施例中，电极可采用单电极放电中的射频(等离子体射流)放电，其他可选电极包括表面介质阻挡等离子体放电等，两种放电电极放电均匀，适用于本装置。
为达到杀菌保鲜效果且减少样品表面损伤，在本实施例中，电极的工作电压范围为40～120kV，频率40～80Hz，功率60～800W，处理间隔45s～15s，工作气源为空气，由气瓶提供，由于空气气源产生的等离子体具有一定氧化性，根据实际生产需求可更换为氦气、氩气氧气混合气体、氧气。
为适合不同体积果蔬样品的杀菌保鲜处理，所述电极由电极支架支撑，通过但不限于螺旋结构改变电极高度，调节电极与传送带间距离，可调节范围14～40cm。
同种类果蔬样品的杀菌保鲜所需时间不同，在本实施例中，传送带速度可根据需要在0.125～0.5m/min，传送带工作长度5m，可实现10～40min果蔬样品连续处理。
在本实施例中，冷却水循环系统不断向水池中补充冷却水，回收循环水，水流速度0.5～2L/min，远低于传送带传送速度，最大限度增加样品在水池中停留时间，同时保持水池中处理水的不断更新。
实施例2
采用本发明的实施例1的延长果蔬保鲜期的等离子体处理装置，采用射频等离子体作为放电电极，延长果蔬保鲜期的等离子体处理方法如下：
(1)新鲜生菜经进料口进入传送带(夹角160°)，随传送带浸泡于盛有清水的水池中；传送带速度为0.25m/min，极板与传送带距离为36cm；水池中水流速度1L/min。
(2)启动射频等离子体，处理条件为电压80kV、90kV、100kV，频率50Hz，功率500W，处理间隔45s～15s，工作气源空气(气瓶)。
(3)样品总处理时间20min。
(4)处理完的生菜沥干后包装，4℃储存。
采用《GB 4789.2～2016食品安全国家标准食品微生物学检验菌落总数测定》、《GB5009.86～2016食品安全国家标准食品中抗坏血酸的测定》、称量法，检测实施例1的生菜中菌落数、维生素C的含量和失重率，与清水处理组对比，结果如表1所示。菌落数下降了7.36％～24.30％，失重率下降了9.91％～16.07％，维生素C含量提高了11.67％～25.64％，制备的生菜颜色等质量属性保持较好，贮藏期显著延长。
表1等离子体处理延长生菜保鲜效果的探究
实施例3
采用本发明的实施例1的延长果蔬保鲜期的等离子体处理装置，采用表面介质阻挡放电等离子体作为放电电极，延长果蔬保鲜期的等离子体处理方法如下：
(1)新鲜草莓经进料口进入传送带(夹角150°)，随传送带浸泡于盛有清水的水池中；传送带速度为0.5m/min，极板与传送带距离为18cm；水池中水流速度0.5L/min。
(2)启动表面介质阻挡放电等离子体，处理条件为电压70kV，频率60Hz，功率600W，处理间隔45s～15s，工作气源空气(气瓶)。
(3)样品总处理时间10min。
(4)处理完的草莓风干后包装，4℃储存。
本实施例的方法使草莓颜色等质量属性保持较好，硬度高于对照组，可溶性固形物和维生素C含量没有显著变化，贮藏期第6天时微生物总数低于对照组2.0log CFU/mL。
表2等离子体处理延长草莓保鲜效果的探究
实施例4
采用本发明的实施例1的延长果蔬保鲜期的等离子体处理装置，采用表面介质阻挡放电等离子体作为放电电极，延长果蔬保鲜期的等离子体处理方法如下：
(1)新鲜荔枝经进料口进入传送带(夹角170°)，随传送带浸泡于盛有清水的水池中；传送带速度为0.5m/min，极板与传送带距离为20cm；水池中水流速度0.6L/min。
(2)启动表面介质阻挡放电等离子体，处理条件为电压60kV，频率80Hz，功率500W，处理间隔45s～15s，工作气源空气(气瓶)。
(3)样品总处理时间10min。
(4)处理完的荔枝风干后包装，4℃储存。
对比例1
采用本发明的实施例1的延长果蔬保鲜期的等离子体处理装置，具体包含以下步骤：
(1)新鲜荔枝经进料口进入传送带(夹角170°)，随传送带浸泡于盛有清水的水池中；传送带速度为0.5m/min，极板与传送带距离为20cm；水池中水流速度0.6L/min。
(2)不启动表面介质阻挡放电等离子体。
(3)样品总处理时间10min。
(4)处理完的荔枝风干后包装，4℃储存。
对比例2
采用本发明的实施例1的延长果蔬保鲜期的等离子体处理装置，具体包含以下步骤：
(1)新鲜荔枝置于传送带，传送带保持不动，等离子体直接处理位于传送带上方电极下方荔枝，极板与传送带距离为20cm，水池中无水。
(2)启动表面介质阻挡放电等离子体。
(3)样品总处理时间10min。
(4)处理完的荔枝风干后包装，4℃储存。
表3等离子体处理延长荔枝保鲜效果的探究
本发明的实施例4的方法处理的荔枝品质贮藏第7天仍维持较高水平，维生素C含量高于直接处理组，失重率与清水组持平，显著优于直接处理组，贮藏期第7天时微生物总数仍保持较低水平。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种延长果蔬保鲜期的等离子体处理装置，其特征在于，包括：
等离子体发生装置、传动装置、冷却水循环装置和水池；
所述等离子体发生装置的电极位于水池上方；
所述等离子体处理装置工作时，果蔬浸没于水池的水中，等离子体一方面直接作用于电极下方的果蔬；另一方面，等离子体在气液界面产生的活性物质，形成等离子体活化水；
所述传送装置包括进料口、卸料口及传送带；所述进料口、卸料口分别位于水池的两端；所述传送带用于将果蔬从进料口传送至水池中，通过等离子体发生装置的电极下方后，到达卸料口；
所述等离子体的电压范围为40~120 kV，频率为40~80 Hz，功率为60~800 W，处理间隔15 s ~45 s；
所述电极到传送带的距离为14~40 cm；
所述果蔬通过水池的时间为10~40 min；
所述冷却水循环装置与水池相连通；
所述水池中水流速为0.5~2 L/min。
2.根据权利要求1所述的延长果蔬保鲜期的等离子体处理装置，其特征在于，所述等离子体发生装置的气源为空气、氦气、氩气和氧气的混合气体、氧气中的一种。
3.根据权利要求1所述的延长果蔬保鲜期的等离子体处理装置，其特征在于，所述进料口与传送带夹角大于等于150o；所述卸料口与传送带夹角大于等于150o。
4.一种基于权利要求1~3任一项所述的延长果蔬保鲜期的等离子体处理装置的延长果蔬保鲜期的等离子体处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）在水池中蓄满水；
（2）使果蔬浸没于水池中；
（3）启动等离子体处理装置，电极下方的果蔬受等离子体直接作用，同时气液界面产生的活性物质随水流扩散至整个水池中，形成的等离子体活化水，对果蔬进行双重杀菌作用；
（4）处理后的果蔬样品沥干后冷藏保存。
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