CN115500379A - 基于等离子体活化气体的鸡蛋表面无菌处理装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于等离子体活化气体的鸡蛋表面无菌处理装置及方法，装置中，第一刀片电极竖直地设于所述反应腔内，所述第一刀片电极具有朝向第二刀片电极的第一圆弧边，第二刀片电极竖直地设于所述反应腔内且与所述第一刀片电极相对地间隔布置，所述第二刀片电极具有朝向第一刀片电极的第二圆弧边，所述第一圆弧边和第二圆弧边之间形成放电间隙，所述放电间隙自上而下逐渐变大，喷嘴位于所述反应腔内以朝所述放电间隙喷射气体，所述第一刀片电极和第二刀片电极在所述放电间隙放电以生成等离子体活化气体；鸡蛋处理盒气体连通所述反应腔以导入所述等离子体活化气体。

Description

基于等离子体活化气体的鸡蛋表面无菌处理装置及方法

技术领域

本发明属于食品表面的灭菌技术领域，特别是一种基于等离子体活化气体的鸡蛋表面无菌处理装置及方法。

背景技术

鸡蛋由于其含有丰富的蛋白质，脂类，矿物质维生素，因此食用价值和营养价值都较高，深受广大消费者的喜爱。但鸡蛋在产后及销售过程中极易受到微生物的污染，影响鸡蛋的食用安全性和品质。鸡蛋有害微生物，特别是大肠杆菌和肠炎沙门氏菌所引起的中毒事件屡有报道。而鸡蛋的无菌处理可以杀灭蛋壳上部分残留细菌，延长了鲜蛋的货架期，有利于保护消费者的健康。目前工业化生产中主要采用的鸡蛋去污方法是用化学消毒剂清洗鸡蛋，例如有机酸、氯溶液或电解水。然而，使用化学消毒剂的洗涤过程会损坏鸡蛋的保护结构，从而增加病原微生物穿透蛋壳的风险。此外，用化学消毒剂清洗鸡蛋也会产生工业废水，污染环境。因此，有必要为鸡蛋的无菌加工建立简单、安全、便捷的灭菌策略。

在背景技术部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提出一种基于等离子体活化气体的鸡蛋表面无菌处理装置及方法，采用等离子体活化空气间接作用于放置在鸡蛋处理盒中的鸡蛋样本，达到批量去污鸡蛋的目的,克服传统杀菌方法的不足。

本发明的目的是通过以下技术方案予以实现，一种基于等离子体活化气体的鸡蛋表面无菌处理装置制备方法包括：

滑动电弧放电装置，其包括；

反应腔，其具有密封的盖以构成密闭空间；

第一刀片电极，其竖直地设于所述反应腔内，所述第一刀片电极具有朝向第二刀片电极的第一圆弧边；

第二刀片电极，其竖直地设于所述反应腔内且与所述第一刀片电极相对地间隔布置，所述第二刀片电极具有朝向第一刀片电极的第二圆弧边，所述第一圆弧边和第二圆弧边之间形成放电间隙，所述放电间隙自上而下逐渐变大；

喷嘴，其位于所述反应腔内以朝所述放电间隙喷射气体，所述第一刀片电极和第二刀片电极在所述放电间隙放电以生成等离子体活化气体；

鸡蛋处理盒，其气体连通所述反应腔以导入所述等离子体活化气体。

所述的基于等离子体活化气体的鸡蛋表面无菌处理装置中，还包括连接第一刀片电极和第二刀片电极的交流电源，以及连通所述喷嘴的气源。

所述的基于等离子体活化气体的鸡蛋表面无菌处理装置中，所述交流电源设有功率计和调压器以调节电源功率，所述气源具有流量计以调节气体流量和流速。

所述的基于等离子体活化气体的鸡蛋表面无菌处理装置中，所述交流电源的频率为50Hz、额定电压为8kV，放电功率为50W-100W。

所述的基于等离子体活化气体的鸡蛋表面无菌处理装置中，气源的流速为0.25-1L/min。

所述的基于等离子体活化气体的鸡蛋表面无菌处理装置，其特征在于，喷射的气体为氩气、氦气、空气、氮气或氧气中的一种或多种。

所述的基于等离子体活化气体的鸡蛋表面无菌处理装置中，所述第一刀片电极和第二刀片电极全等。

所述的基于等离子体活化气体的鸡蛋表面无菌处理装置中，所述放电间隙在垂直方向上的高度为35毫米，放电间隙最小距离为1-6毫米且位于第一刀片电极和第二刀片电极的最上端。

所述的基于等离子体活化气体的鸡蛋表面无菌处理装置中，鸡蛋处理盒经由可拆卸管道连通所述反应腔的底端。

所述的基于等离子体活化气体的鸡蛋表面无菌处理装置中，所述鸡蛋处理盒包括导入等离子体活化气体的进气口、多层间隔放置鸡蛋的隔层和导出等离子体活化气体的出气口。

所述的基于等离子体活化气体的鸡蛋表面无菌处理装置的处理方法包括以下步骤，

基于放电间隙调节喷嘴喷射气体的流速以及调节交流电源的频率、电压和功率；

喷嘴朝放电间隙喷射气体，第一刀片电极和第二刀片电极连接电源，以在所述放电间隙放电以生成等离子体活化气体，其中，放电间隙之间的电弧在气体放电的过程中沿着第一刀片电极和第二刀片电极逐渐下拉；

等离子体活化气体导入鸡蛋处理盒，自下而上处理其中的鸡蛋预定时刻后导出。

和现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明所述的基于等离子体活化气体的鸡蛋表面无菌处理装置采用滑动电弧放电产生的等离子体将通入的空气活化，进而将活化气体通入处理盒处理鸡蛋。本装置操作简便，不会对接触的物品造成热损伤，等离子体活化气体含有一系列活性物质如电子，自由基，离子等的电离气体。这些都是高反应性的活性物质，能够导致微生物DNA损伤以及引起蛋白质、脂质和膜损伤，从而能够使得食物表面上的微生物多靶标失活，因为不需要大量的加热操作，能最大限度地避免食品质地和风味遭受破坏，本装置通过一对第一刀片电极和第二刀片电极能够高效产生去除鸡蛋表面细菌和微生物的等离子体活化气体，且不会破坏鸡蛋营养。活化气体还可以轻松实现大规模批量处理鸡蛋，简单高效，同时没有化学残留，安全无污染，对环境友好。

附图说明

通过阅读下文优选的具体实施方式中的详细描述，本发明各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。说明书附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。

在附图中：

图1是根据本发明一个实施例的基于等离子体活化气体的鸡蛋表面无菌处理装置的结构示意图；

图2A、图2B是根据本发明一个实施例的基于等离子体活化气体的鸡蛋表面无菌处理装置的灭菌效果示意图；

图3A、图3B是根据本发明另一个实施例的基于等离子体活化气体的鸡蛋表面无菌处理装置的灭菌效果示意图。

以下结合附图和实施例对本发明作进一步的解释。

具体实施方式

下面将参照附图1至图3B更详细地描述本发明的具体实施例。虽然附图中显示了本发明的具体实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

需要说明的是，在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可以理解，技术人员可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名词的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”或“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。说明书后续描述为实施本发明的较佳实施方式，然所述描述乃以说明书的一般原则为目的，并非用以限定本发明的范围。本发明的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。

为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个附图并不构成对本发明实施例的限定。

为了更好地理解，如图1至图3B所示，基于等离子体活化气体的鸡蛋表面无菌处理装置包括，

滑动电弧放电装置1，其包括，

反应腔2，其具有密封的盖3以构成密闭空间，

第一刀片电极4，其竖直地设于所述反应腔2内，所述第一刀片电极4具有朝向第二刀片电极5的第一圆弧边，

第二刀片电极5，其竖直地设于所述反应腔2内且与所述第一刀片电极4相对地间隔布置，所述第二刀片电极5具有朝向第一刀片电极4的第二圆弧边，所述第一圆弧边和第二圆弧边之间形成放电间隙6，所述放电间隙6自上而下逐渐变大，

喷嘴7，其位于所述反应腔2内以朝所述放电间隙6喷射气体，所述第一刀片电极4和第二刀片电极5在所述放电间隙6放电以生成等离子体活化气体；

鸡蛋处理盒8，其气体连通所述反应腔2以导入所述等离子体活化气体。

所述的基于等离子体活化气体的鸡蛋表面无菌处理装置的优选实施例中，还包括连接第一刀片电极4和第二刀片电极5的交流电源9，以及连通所述喷嘴7的气源11。

所述的基于等离子体活化气体的鸡蛋表面无菌处理装置的优选实施例中，所述交流电源9设有调压器10和功率计16以调节电源功率，所述气源11具有流量计12以调节气体流量和流速。

所述的基于等离子体活化气体的鸡蛋表面无菌处理装置的优选实施例中，所述交流电源9的频率为50Hz、额定电压为8kV，放电功率为50W-100W。

所述的基于等离子体活化气体的鸡蛋表面无菌处理装置的优选实施例中，气源11的流速为0.25-1L/min。

所述的基于等离子体活化气体的鸡蛋表面无菌处理装置，其特征在于，喷射的气体为氩气、氦气、空气、氮气或氧气中的一种或多种。

所述的基于等离子体活化气体的鸡蛋表面无菌处理装置的优选实施例中，所述第一刀片电极4和第二刀片电极5全等。

所述的基于等离子体活化气体的鸡蛋表面无菌处理装置的优选实施例中，所述放电间隙6在垂直方向上的高度为35毫米，放电间隙6最小距离为1-6毫米且位于第一刀片电极4和第二刀片电极5的最上端。

所述的基于等离子体活化气体的鸡蛋表面无菌处理装置的优选实施例中，鸡蛋处理盒8经由可拆卸管道15连通所述反应腔2的底端。

所述的基于等离子体活化气体的鸡蛋表面无菌处理装置的优选实施例中，所述鸡蛋处理盒8包括导入等离子体活化气体的进气口13、多层间隔放置鸡蛋的隔层和导出等离子体活化气体的出气口14。

在一个实施例中，基于等离子体活化气体的鸡蛋表面无菌处理装置包括高压交流电源9，调压器10，功率计16滑动电弧放电装置1，气体流量计12和鸡蛋处理盒8。滑动电弧放电装置1包括两个放置对称的不锈钢刀片作为第一刀片电极4和第二刀片电极5，最小距离为2毫米，刀片长度为35毫米，一个空气喷嘴7，其内径为1毫米，一个立方体玻璃室的反应腔2和一个由聚四氟乙烯制成的密封的盖3，滑动弧的两个第一刀片电极4和第二刀片电极5呈圆弧状，从上到下两电极间距离增大，电弧在气体放电的过程中是沿着电极逐渐下拉的，第一刀片电极4和第二刀片电极5放置在玻璃材质的反应腔2里面，并由聚四氟乙烯制作的盖3进行密封，第一刀片电极4和第二刀片电极5上端通过盖3上面的两个孔中伸出来连接交流电源9的正负极，反应腔2上面开口与盖3密封连接，下面有一个小的通气口连接鸡蛋处理盒8。

在一个实施例中，鸡蛋处理盒8由亚克力板制作而成，其规格可以根据要处理的鸡蛋的个数和大小进行设置。在盒子的下方有一个通气孔和气动接头便于空气通过滑动弧放电产生的等离子体活化气的通入；盒子中间放有一个隔层，隔层厚度在3mm，其上均匀分布有直径1mm的小孔用来通气，而且隔层还兼具放置鸡蛋的作用，隔层下方放置一些湿润的纱布以保持鸡蛋处理盒8处于湿润的环境。此装置的大小有不同的规格，可以根据要处理的鸡蛋的数量进行更换。盛有待处理鸡蛋的鸡蛋处理盒8在滑动弧放电过程中会一直通过气管连接滑动弧装置，但当滑动弧放电结束后，鸡蛋处理盒8与反应腔2分开单独放置一定的时间。

在一个实施例中，第一刀片电极4和第二刀片电极5由带有功率计16的高压变压器供电，使用的电源是霓虹电源，型号为NeonPro，ENT230A1530E，电源频率为50Hz、额定电压为8kV，从高压电源引出两个第一刀片电极4和第二刀片电极5连接滑动弧装置，在滑动弧的进气口13通入空气，并使用调压器10调节其输出电压，放电功率稳定保持在50W和100W。合成空气，79％N₂和21％O₂分别以0.25、0.5、0.75和1L/min的流速，在50W和100W的功率下通过工作的滑动电弧发生装置，然后诱导等离子体活化气进入鸡蛋处理盒8以处理鸡蛋。

在一个实施例中，将受肠炎沙门氏菌污染的鸡蛋放入鸡蛋处理盒8中，用功率为100W的等离子体活化空气处理1、3和5分钟或以50W的功率处理3、6和10分钟。流速为0.25、0.5、0.75和1L/min。然后，将处理过的样品在带有等离子体活化气的鸡蛋处理盒8中孵育30min。

在一个实施例中，鸡蛋处理盒8可以放置其他需表面灭菌处理的食品。进一步地，根据食品灭菌要求，调节第一刀片电极4和第二刀片电极5之间的放电间隙6，进一步地，调节交流电源9的电学参数和气源11的气流参数和成分。

基于等离子体活化气体的鸡蛋表面无菌处理装置的处理方法，其特征在于，其包括以下步骤，

基于放电间隙6调节喷嘴7喷射气体的流速以及调节交流电源9的频率、电压和功率，

喷嘴7朝放电间隙6喷射气体，第一刀片电极4和第二刀片电极5连接电源，以在所述放电间隙6放电以生成等离子体活化气体，其中，放电间隙6之间的电弧在气体放电的过程中沿着第一刀片电极4和第二刀片电极5逐渐下拉,

等离子体活化气体导入鸡蛋处理盒8，自下而上处理其中的鸡蛋预定时刻后导出。

实施例1：

步骤1，将蛋壳分割成大约10mm×10mm的大小的碎片。每个蛋壳碎片上接种10μL的肠炎沙门氏菌悬浮液，然后将蛋壳在室温下风干约0.5小时，以确保细菌附着在蛋壳上。

步骤2，以合成空气(79％N2和21％O2)作为放电气体，气体流速为0.25L/min，50W和100W的功率下通过工作的滑动电弧放电装置1，产生等离子体活化气体。

步骤3，将人工污染肠炎沙门氏菌的蛋壳放入鸡蛋处理盒8中，使用输出功率为100W的等离子体活化气体处理1、3和5分钟或以50W的输出功率处理3、6和10分钟。

步骤4，将处理过的鸡蛋碎片样品在带有等离子体活化气体的鸡蛋处理盒8中放置30分钟。之后，将蛋壳放入2mL磷酸盐缓冲液(PBS)中并涡旋3分钟，采用平板计数法对蛋壳表面的活菌数进行统计分析。

结果：在50W的功率下处理3min，等离子体活化气体可使蛋壳碎片上的肠炎沙门氏菌减少了约2log CFU/mL，而处理6min和10min，细菌数量在降低到检出限以下(<2.0-logCFU/mL)，都达到了7个数量级左右的灭菌效果，如图2A所示。

在100W的功率下处理1min，等离子体活化气体可使蛋壳碎片上的肠炎沙门氏菌数量减少了约2.0log CFU/mL，而处理时间大于3min后，细菌数量在降低到检测限以下(<2.0-log CFU/mL)，如图2B所示。

实施例2：

步骤1，用10μL肠炎沙门氏菌悬浮液轻轻点样鸡蛋，在每个鸡蛋的表面点3个点。然后将鸡蛋在室温下风干约0.5小时，以确保细菌附着在蛋壳上。

步骤2，以合成空气(～79％N2和～21％O2)作为放电气体，气体流速为0.25L/min，50W和100W的功率下通过工作的滑动电弧放电装置1，产生等离子体活化气体。

步骤3，将人工污染肠炎沙门氏菌的鸡蛋放入鸡蛋处理盒8中，使用输出功率为100W的等离子体活化气体处理1、3和5分钟或以50W的输出功率处理3、6和10分钟。

步骤4，将处理过的鸡蛋在带有等离子体活化气体的鸡蛋处理盒8中放置30分钟。之后，使用无菌棉签回收鸡蛋表面接种处的细菌，然后将棉签浸入PBS缓冲液中并涡旋3min,采用平板计数法对鸡蛋表面的活菌数进行统计分析。

结果：在50W的功率下处理6min，或在100W的功率下处理3min，等离子体活化气体可使蛋壳上的肠炎沙门氏菌减少了6个数量级左右，如图3A、图3B所示。

尽管以上结合附图对本发明的实施方案进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体实施方案和应用领域，上述的具体实施方案仅仅是示意性的、指导性的，而不是限制性的。本领域的普通技术人员在本说明书的启示下和在不脱离本发明权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多种的形式，这些均属于本发明保护之列。

Claims (11)

1.一种基于等离子体活化气体的鸡蛋表面无菌处理装置，其特征在于，其包括，

滑动电弧放电装置，其包括，

反应腔，其具有密封的盖以构成密闭空间；

第一刀片电极，其竖直地设于所述反应腔内，所述第一刀片电极具有朝向第二刀片电极的第一圆弧边；

第二刀片电极，其竖直地设于所述反应腔内且与所述第一刀片电极相对地间隔布置，所述第二刀片电极具有朝向第一刀片电极的第二圆弧边，所述第一圆弧边和第二圆弧边之间形成放电间隙，所述放电间隙自上而下逐渐变大；

喷嘴，其位于所述反应腔内以朝所述放电间隙喷射气体，所述第一刀片电极和第二刀片电极在所述放电间隙放电以生成等离子体活化气体；

鸡蛋处理盒，其气体连通所述反应腔以导入所述等离子体活化气体。

2.根据权利要求1所述的基于等离子体活化气体的鸡蛋表面无菌处理装置，其特征在于，优选的，还包括连接第一刀片电极和第二刀片电极的交流电源，以及连通所述喷嘴的气源。

3.根据权利要求2所述的基于等离子体活化气体的鸡蛋表面无菌处理装置，其特征在于，所述交流电源设有调压器和功率计以调节高压电源功率，所述气源具有流量计以调节气体流量和流速。

4.根据权利要求2所述的基于等离子体活化气体的鸡蛋表面无菌处理装置，其特征在于，所述交流电源的频率为50Hz、额定电压为8kV，放电功率为50W-100W。

5.根据权利要求2所述的基于等离子体活化气体的鸡蛋表面无菌处理装置，其特征在于，气源的流速为0.25-1L/min。

6.根据权利要求2所述的基于等离子体活化气体的鸡蛋表面无菌处理装置，其特征在于，喷射的气体为氩气、氦气、空气、氮气或氧气中的一种或多种。

7.根据权利要求1所述的基于等离子体活化气体的鸡蛋表面无菌处理装置，其特征在于，所述第一刀片电极和第二刀片电极全等。

8.根据权利要求1所述的基于等离子体活化气体的鸡蛋表面无菌处理装置，其特征在于，所述放电间隙在垂直方向上的高度为35毫米，放电间隙最小距离为1-6毫米且位于第一刀片电极和第二刀片电极的最上端。

9.根据权利要求1所述的基于等离子体活化气体的鸡蛋表面无菌处理装置，其特征在于，鸡蛋处理盒经由可拆卸管道连通所述反应腔的底端。

10.根据权利要求1所述的基于等离子体活化气体的鸡蛋表面无菌处理装置，其特征在于，所述鸡蛋处理盒包括导入等离子体活化气体的进气口、多层间隔放置鸡蛋的隔层和导出等离子体活化气体的出气口。

11.一种根据权利要求1-10中任一项所述的基于等离子体活化气体的鸡蛋表面无菌处理装置的处理方法，其特征在于，其包括以下步骤，

基于放电间隙调节喷嘴喷射气体的流速以及调节交流电源的频率、电压和功率；

喷嘴朝放电间隙喷射气体，第一刀片电极和第二刀片电极连接电源，以在所述放电间隙放电以生成等离子体活化气体，其中，放电间隙之间的电弧在气体放电的过程中沿着第一刀片电极和第二刀片电极逐渐下拉；

等离子体活化气体导入鸡蛋处理盒，自下而上处理其中的鸡蛋预定时刻后导出。

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