SI26233A - Metoda in naprava za obdelavo kmetijskih proizvodov - Google Patents

Metoda in naprava za obdelavo kmetijskih proizvodov Download PDF

Info

Publication number
SI26233A
SI26233A SI202200097A SI202200097A SI26233A SI 26233 A SI26233 A SI 26233A SI 202200097 A SI202200097 A SI 202200097A SI 202200097 A SI202200097 A SI 202200097A SI 26233 A SI26233 A SI 26233A
Authority
SI
Slovenia
Prior art keywords
plasma
hydrogen
products
discharge
gas
Prior art date
Application number
SI202200097A
Other languages
English (en)
Inventor
Peter Gselman
Miran MOZETIČ
Gregor PRIMC
Nina Recek
Original Assignee
Institut "Jožef Stefan"
INTERKORN d.o.o
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institut "Jožef Stefan", INTERKORN d.o.o filed Critical Institut "Jožef Stefan"
Publication of SI26233A publication Critical patent/SI26233A/sl

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B01J19/087—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electric or magnetic energy
    • B01J19/088—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electric or magnetic energy giving rise to electric discharges
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A23—FOODS OR FOODSTUFFS; TREATMENT THEREOF, NOT COVERED BY OTHER CLASSES
    • A23B—PRESERVING, e.g. BY CANNING, MEAT, FISH, EGGS, FRUIT, VEGETABLES, EDIBLE SEEDS; CHEMICAL RIPENING OF FRUIT OR VEGETABLES; THE PRESERVED, RIPENED, OR CANNED PRODUCTS
    • A23B7/00—Preservation or chemical ripening of fruit or vegetables
    • A23B7/015—Preserving by irradiation or electric treatment without heating effect
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A23—FOODS OR FOODSTUFFS; TREATMENT THEREOF, NOT COVERED BY OTHER CLASSES
    • A23L—FOODS, FOODSTUFFS, OR NON-ALCOHOLIC BEVERAGES, NOT COVERED BY SUBCLASSES A21D OR A23B-A23J; THEIR PREPARATION OR TREATMENT, e.g. COOKING, MODIFICATION OF NUTRITIVE QUALITIES, PHYSICAL TREATMENT; PRESERVATION OF FOODS OR FOODSTUFFS, IN GENERAL
    • A23L3/00—Preservation of foods or foodstuffs, in general, e.g. pasteurising, sterilising, specially adapted for foods or foodstuffs
    • A23L3/26—Preservation of foods or foodstuffs, in general, e.g. pasteurising, sterilising, specially adapted for foods or foodstuffs by irradiation without heating
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L2/00—Methods or apparatus for disinfecting or sterilising materials or objects other than foodstuffs or contact lenses; Accessories therefor
    • A61L2/02—Methods or apparatus for disinfecting or sterilising materials or objects other than foodstuffs or contact lenses; Accessories therefor using physical phenomena
    • A61L2/14—Plasma, i.e. ionised gases
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B01J19/12—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electromagnetic waves
    • B01J19/122—Incoherent waves
    • B01J19/126—Microwaves
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B01J19/12—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electromagnetic waves
    • B01J19/122—Incoherent waves
    • B01J19/129—Radiofrequency
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J3/00—Processes of utilising sub-atmospheric or super-atmospheric pressure to effect chemical or physical change of matter; Apparatus therefor
    • B01J3/006—Processes utilising sub-atmospheric pressure; Apparatus therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J3/00—Processes of utilising sub-atmospheric or super-atmospheric pressure to effect chemical or physical change of matter; Apparatus therefor
    • B01J3/03—Pressure vessels, or vacuum vessels, having closure members or seals specially adapted therefor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32082—Radio frequency generated discharge
    • H01J37/321—Radio frequency generated discharge the radio frequency energy being inductively coupled to the plasma
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32192—Microwave generated discharge
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L2202/00—Aspects relating to methods or apparatus for disinfecting or sterilising materials or objects
    • A61L2202/20—Targets to be treated

Abstract

Predloženi izum se nanaša na metodo in napravo za hitro razgradnjo toksinov, ki jih lahko sintetizirajo plesni ob nepravilnem skladiščenju različnih kmetijskih proizvodov, kot so zrna, semena, jedrca, oreščki ali stročnice. Proizvodi se razstrupljajo s kratko izpostavljenostjo plinski plazmi, ki nastane v atmosferi, ki vsebuje vodik, pri nizkem tlaku.

Description

METODA IN NAPRAVA ZA OBDELAVO KMETIJSKIH PROIZVODOV
Področje izuma
Predloženi izum se nanaša na metodo in napravo za obdelavo kmetijskih proizvodov in zlasti, čeprav ne izključno, na metodo in napravo za uničenje toksinov, kijih prenašajo plesni, na površini kmetijskih proizvodov, zlasti semen, s plinsko plazmo pri nizkem tlaku. Semena, onesnažena s toksini, se na primer spustijo skozi induktivno sklopljeno plinsko plazmo, vzdrževano v plinu, ki vsebuje vodik. Obdelava po metodah izuma je uporabna za razstrupljanje različnih semen, oreščkov, stročnic, jedrc in podobnih kmetijskih proizvodov. Obdelani proizvodi so primerni za hrano ali živalsko krmo.
Ozadje
Nepravilno skladiščenje semen, oreščkov, fižola in podobnih kmetijskih proizvodov vodi do razmnoževanja različnih mikroorganizmov, predvsem plesni. Nekatere vrste mikroorganizmov proizvajajo toksine, torej organske molekule, ki zavirajo razmnoževanje drugih mikroorganizmov. Zlasti nekatere vrste plesni proizvajajo toksine, ki niso škodljivi le za druge mikroorganizme, ampak tudi za ljudi in živali. Kmetijski proizvodi, onesnaženi z veliko količino toksinov, niso uporabni za hrano ali krmo, saj strupi povzročajo resne zdravstvene težave. Nekateri toksini so celo rakotvorni.
Toksinov, ki jih plesni proizvajajo ob nepravilnem skladiščenju kmetijskih proizvodov (zlasti pri visoki vlažnosti in povišani temperaturi), ni mogoče razgraditi ali inaktivirati s kuhanjem, saj so toplotno zelo stabilni, tudi pri pogojih avtoklaviranja, to je pri temperaturi okoli 130 °C in povišanem tlaku. Druge predlagane tehnike so bile npr. kemijska modifikacija z uporabo agresivnih reagentov, kot sta amoniak ali ozon. Kemijske tehnike omogočajo vsaj delno uničenje toksinov, vendar so potrebni časi obdelave pretirano dolgi. Kemijsko uničenje pogosto traja ure, če ne celo dneve, zato se v velikem merilu ne uporablja.
Kmetijski proizvodi so bili obdelani s plinsko plazmo, da bi zmanjšali koncentracijo toksinov in razkužili proizvode. JP2019209170 (A) na primer opisuje metodo, pri kateri se uporablja plazma pri atmosferskem tlaku, ki se vzdržuje z dielektrično barierno razelektritvijo. Naprava obsega ozemljeno elektrodo, neozemljeno elektrodo in dielektrik, ki je nameščen znotraj reakcijske posode z vhodom in izhodom za predmet plazemske obdelave. Središče reakcijske posode vrti s pogonski sistem za vrtenje okoli osrednje osi kot rotacijske osi. Plazemska obdelava se izvaja, medtem ko se predmet obdelave vrti in meša. V JP2019209170 (A) sta uporabljeni ozemljena elektroda s pravokotno ali trikotno obliko prereza in neozemljena elektroda iz kovinske žice, prekrite z dielektrikom. Vrtenje ali mešanje je bistvenega pomena za zagotovitev homogene obdelave velikih količin kmetijskih proizvodov.
US2020071199 (A1) opisuje aparat, metodo in sistem, ki se uporablja za obdelavo različnih tekočin, semen in prsti ali drugih rastnih medijev, ki se uporabljajo pri gojenju rastlin, z izpostavljenostjo plazemski razelektritvi. Sistem obsega novo strukturo elektrode, ki uporablja stožčasto notranjo elektrodo in porozno zunanjo elektrodo za ustvarjanje tridimenzionalne plazemske razelektritve, ki se aplicira na tekočino, semena ali rastni medij preko odstranljivih in pritrdljivih podsklopov. Ko se uporablja za obdelavo vode ali semen, nastane visoko koncentrirana plazemsko aktivirana voda (PAW) ali plazemsko aktivirana semena (PAS), odporna na bolezni in sušo, kar izboljša kalivost in učinkovitost ter odpravijo potrebo po kemičnih gnojilih na osnovi amoniaka. Obločna razelektritev se vzdržuje pri atmosferskem (ali nekoliko višjem) tlaku.
SK792018 (A3) uporablja nizkotemperaturno plazmo v kombinaciji z naknadno površinsko obdelavo semena z impregnacijskim sredstvom, pri čemer se nizkotemperaturna plazma generira pri atmosferskem tlaku v zraku ali drugem običajnem delovnem plinu. Po plazemski obdelavi semen lahko impregnacijsko sredstvo za nanesemo v nižjem odmerku. Nadalje je opisana naprava, ki omogoča izvedbo te metode, obsega pa blok za površinsko obdelavo semen s plazmo in blok za naknadno obdelavo semen s premazom za semena.
RU2705791 (C1) opisuje nizkotemperaturno neravnovesno argonovo plazmo pri atmosferskem tlaku, ki se je izkazala za uporabno za sterilizacijo/dezinfekcijo medicinskih instrumentov in pripomočkov, dezinfekcijo mikroorganizmov (bakterije, spore, patogena mikroflora), zlasti med skladiščenjem, sušenjem oz. pred setvijo. Razkrita je zlasti obdelava kmetijskih proizvodov (semena, zelenjava, sadje, krmne mešanice). Vir neravnovesne argonove plazme, ki temelji na volumski tleči razelektritvi pri atmosferskem tlaku, je sestavljen iz elektrodnega sistema pin katod in ploščate anode s pretokom plina v razelektritveni reži, visokonapetostnega napajalnika in sistema za vbrizgavanje plina.
JP2019162070 (A) predstavi opremo za sterilizacijo, ki lahko zaporedno sterilizira veliko število semen v odprtem prostoru, ko se za sterilizacijo semen uporablja plazma pri atmosferskem tlaku. Oprema za sterilizacijo vključuje generator plinske plazme, ki vključuje vsaj en par elektrod na poti pretoka plina, skozi katerega teče plin, ki služi kot vir plazme. Generator generira plinsko plazmo z uporabo izmenične napetosti med parom elektrod in odvaja ustvarjeno plinsko plazmo skozi izhod iz poti toka plina v zrak, da se oblikuje območje nadaljnjega gibanja plinske plazme proti izhodu navzven, hkrati pa se semena zadržujejo v območju nadaljnjega gibanja tega generatorja plinske plazme. Plinska plazma se na semena, ki jih držijo nosilci, nanaša iz različnih smeri, s tem pa se izvaja sterilizacija.
CN109511311 (A) opisuje stroj za nizkotemperaturno plazemsko obdelavo semen za kmetijstvo in živinorejo. Sestavljen je iz ohišja, osnovne mize in cevi iz izolacijskega medija. Na eni strani vrha ohišja je nameščen podajalnik, ki obsega lijak, valjasto ogrodje in transportni valj. Cev iz izolacijskega medija je nameščena na mobilni napravi, ki obsega motor, ki se vrti naprej in nazaj, navojno palico in premični blok; podporna palica je pritrjena na položaj na dnu notranje votline ohišja.
CN109463062 (A) predstavlja metodo za obdelavo semen proizvodov s plazmo pri sobni temperaturi pri atmosferskem tlaku. Metoda se lahko uporablja za obdelavo semen mungo fižola, soje, koruze in pšenice. V primerjavi s kontrolno skupino se je razmerje brstov pri semenih, obdelanih s plazmo, očitno izboljšalo. Razmerje brstov pri semenih, izpostavljenih kalitveni obdelavi, se še izboljša, boljši pa je tudi mutageni učinek. Na primer, razmerje brstov pri semenih, podvrženih mehanski obdelavi za lomljenje semenske ovojnice, je višje kot pri semenih posevkov, ki so izpostavljeni kalitvi s popolno semensko ovojnico, in razmerje brstov pri semenih posevkov, podvrženih obdelavi z namakanjem z giberelinom, je višje kot pri nenamočenih semenih.
CN109121550 (A) se nanaša na metodo vzreje oryza sativa z obdelavo z mikrovalovno plazmo. Metoda vzreje oryza sativa z obdelavo z mikrovalovno plazmo ima potencialne prednosti, kot so možen podaljšan čas cvetenja sterilnih linij, možno izboljšanje proizvoda, odpornosti in kakovosti, skrajšano obdobje razmnoževanja, hkrati pa omogoča vzrejo nove sort oryza sativa, ki imajo odlične lastnosti.
Obstaja več znanstvenih člankov o plazemski obdelavi semen. Vsi avtorji so uporabili obdelavo s plazmo pri atmosferskem tlaku in poročajo o pomembnih izboljšavah v smislu razgradnje toksinov. Večminutni časi obdelave so se izkazali za posebej koristne za znižanje koncentracije toksinov pod ravnjo, ki je sprejemljiva za uporabo kmetijskih proizvodov za hrano ali krmo. Članki vključujejo:
Basaran, P., Basaran-Akgul, N., & Oksuz, L. (2008). Elimination of Aspergillus parasiticus from nut surface with low-pressure cold plasma (LPCP) treatment. Food Microbiology, 25(4), 626632.
Park, B. J., Takatori, K., Sugita-Konishi, Y., Kim, l.-H., Lee, M.-H., Han, D.-W., ... Park, J.-C. (2007). Degradation of mycotoxins using microvvave-induced argon plasma at atmospheric pressure. Surface and Coatings Technology, 201(9-11), 5733-5737.
Shi, H., Cooper, B., Stroshine, R. L., Ileleji, K. E., & Keener, K. M. (2017). Structures of degradation products and degradation pathways of aflatoxin B1 by high-voltage atmospheric cold plasma (HVACP) treatment. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 65(30), 62226230.
Shi, H., Ileleji, K., Stroshine, R. L., Keener, K., & Jensen, J. L. (2017). Reduction of aflatoxin in corn by high voltage atmospheric cold plasma. Food and Bioprocess Technology, 10(6), 1042-1052.
Siciliano, L, Spadaro, D., Prelle, A., Vallauri, D., Cavallero, M., Garibaldi, A., & Gullino, M. (2016). Use of cold atmospheric plasma to detoxify hazelnuts from aflatoxins. Toxins, 8(5), 125.
Kutasi, K., Popovič, D., Krstulovič, N., & Miloševič, S. (2019). Tuning the composition of plasma-activated water by a surface-wave microvvave discharge and a kHz plasma jet. Plasma Sources Science and Technology, 28(9), 095010.
Laroussi, M. (2002). Nonthermal decontamination of biological media by atmospheric pressure plasmas: revievv, analysis, and prospects. lEEETransactionson Plasma Science, 30(4), 14091415.
Plazma pri nizkem tlaku se redko uporablja. CN110622648 (A) opisuje metodo obdelave semen, ki obsega naslednje korake: dajanje semena v vakuumsko napravo, vzpostavitev vakuuma v napravi in nato polnjenje s helijem, kar omogoča delovanje generatorja hladne plazme, nameščenega znotraj vakuumske naprave, ki ustvarja vakuumske ultravijolične žarke za obsevanje semena, tako da biološke makromolekule semen doživijo energetski prehod. Zagotavlja tudi platformo za testiranje hladne plazme, ki obsega vakuumsko napravo, generator hladne plazme in pladenj za vzorce, nameščen v vakuumski napravi. Vakuumska naprava je navzven povezana z vakuumsko črpalko in virom helija. Generator hladne plazme obsega polarno ploščo, nameščeno znotraj vakuumske naprave, in radiofrekvenčni generator, ki je zunaj priključen na polarno ploščo. Plinska plazma se vzdržuje v heliju z uporabo RF razelektritve v kapacitivnem načinu.
CN110192456 (A) predstavlja metode za sterilizacijo semen s kontinuirano obdelavo. Hladna plazma se uporablja za obdelavo površin sadnja in zelenjave ter semen. Predelana koruzna semena so sterilizirana s tehnologijo vakuumske hladne plazme. Koruzna semena se dajo na transportno napravo, da potujejo skozi posodo za sterilizacijo s hladno plazmo pri atmosferskem tlaku, obdelava z neionizirajočim sevanjem pa se na semenih koruze izvaja 15 - 20 sekund pri moči obdelave 0 - 280 W. Delovanje je tako poenostavljeno, poročana učinkovitost obdelave pa visoka. Z raziskavami je bilo tudi dokazano, da bi metoda lahko izboljšala na sol in alkalije odporno rast koruznih semen. Zdrava semena tako pridobivamo s fizikalno metodo, zmanjšajo se poškodbe semenske ovojnice s strani prsti, zmanjša se poraba pesticidov, metoda pa ima velik gospodarski pomen.
KR101976164 (B1) predstavlja aparat za plazemsko obdelavo semen, ki obsega: magnetronsko anteno, v kateri se generirajo mikrovalovi, množico vakuumskih komor, v katerih se mikrovalovi širijo, plazemsko indukcijsko anteno, nameščeno v središču vakuumskih komor za tvorbo plazme, ter mešalno komoro, nameščeno znotraj vakuumske komore, ki se vrti, da meša semena. Predstavljene so stopnje moči do 80 W, uporabni časi obdelave pa so velikostnega reda nekaj minut.
Pomanjkljivost tehnik, opisanih v stanju tehnike, je dolg čas obdelave. Običajno je čas obdelave, ki zagotavlja razumno zmanjšanje koncentracije toksinov, velikostnega reda nekaj minut, kar je predolgo in ni praktično za masovno uporabo.
Ostaja potreba po razvoju metode, ki bi omogočila hitrejše uničenje toksinov na kmetijskih proizvodih.
Predloženi izum je bil zasnovan v luči zgornjih premislekov.
Kratek opis izuma
Pričujoči izumitelji so izdelali metodo in napravo za hitro odstranjevanje toksinov in kontaminantov na različnih kmetijskih proizvodih z uporabo plinske plazme, ki se vzdržuje v vodik vsebujočem plinu pri nizkem tlaku. To pomeni, da je lahko čas obdelave dovolj kratek za praktično masovno uporabo, hkrati pa ne ogroža učinkovitosti plazemske obdelave.
Kot je že znano, se plazma lahko uporablja za uničenje toksinov in kontaminantov. Lastnosti plazme so odvisne od več parametrov, ki na koncu vplivajo na učinkovitost uničenja toksinov. Izumitelji so zasnovali način za proizvodnjo plazme pod določenimi pogoji za izboljšanje časa obdelave, opisanega v stroki. Natančneje, plazma se vzdržuje v zmesi plinov, ki vsebuje vodik, za katero se ugotovi, da za obdelavo dovolj intenzivno seva. Plazma se vzdržuje v območju gostote moči razelektritve od 500 do 10000 W/liter. Ta razpon omogoča zadostno gostoto nabitih in nevtralnih delcev ter ultravijoličnega sevanja v plazmi za obdelavo, hkrati pa preprečuje obsežne toplotne poškodbe samih proizvodov. Plazma se vzdržuje tudi pri nizkem tlaku plina od 1 do 10000 Pa. Vodikova plazma pri tako nizkem tlaku seva v območju daljnega UV sevanja, ki je najučinkovitejše za prekinitev vezi organske snovi toksinov, ker je temperatura elektronov višja kot pri vodikovi plazmi pri atmosferskem tlaku. Prav ti pogoji omogočajo, da se čas obdelave znatno skrajša, na velikostni red sekund.
Zato je tukaj obravnavana metoda za razstrupljanje kmetijskih proizvodov, kontaminiranih s toksini, s plinsko plazmo pri nizkem tlaku. Kmetijski proizvodi, ki so lahko semena, jedrca, zrna, oreščki in fižol, kontaminirani s toksini, se lahko spustijo skozi plazmo, vzdrževano v vodiku, kar zaradi kratkega časa, ki ga predstavljene metode potrebujejo, zagotavlja učinkovito obdelavo. Takšna metoda spuščanja je ugodna za enostavno praktično uporabo. Obravnavana je tudi naprava za razstrupljanje s toksini onesnaženih kmetijskih proizvodov, ki jo omogoča predstavljena metoda.
V skladu s prvim vidikom izuma je zagotovljena metoda za razstrupljanje kmetijskih proizvodov, onesnaženih s toksini, pri čemer metoda obsega izpostavljanje proizvodov plinski plazmi, ki se vzdržuje v atmosferi, ki vsebuje vodik, pri čemer se plazma vzdržuje pri gostoti moči razelektritve 500 do 10000 W/liter pri tlaku plina od 1 do 10000 Pa.
V nekaterih izvedbah se plazma vzdržuje pri gostoti moči razelektritve od 1000 do 4000 W/liter.
V nekaterih izvedbah se plazma vzdržuje pri tlaku plina od 10 do 1000 Pa, bolj prednostno 30 do 100 Pa.
V nekaterih izvedbah se plazma vzdržuje z induktivno sklopljeno radiofrekvenčno razelektritvijo, tako da se razelektritev plazme pojavi v H-načinu, ali z mikrovalovno razelektritvijo.
V nekaterih izvedbah atmosfera za vzdrževanje plazme obsega vsaj 10 v/v% vodika, prednostno vsaj 50 v/v% vodika, bolj prednostno vsaj 80 v/v% vodika, najbolj prednostno je v bistvu čisti vodik.
V nekaterih izvedbah je atmosfera pridobljena iz delovnega plina, ki obsega vodik vsebujoč plin, izbran izmed vodikove vodne pare, vodikovega sulfida in amoniaka ali mešanice dveh ali več teh.
V nekaterih izvedbah je čas, v katerem so produkti izpostavljeni plazmi, 0,1 do 100 s, prednostno 0,3 do 3 s.
V nekaterih izvedbah metoda obsega spuščanje produktov iz prvega položaja v drugi položaj skozi območje obdelave, pri čemer so produkti, ko padajo skozi območje obdelave, izpostavljeni plazmi.
V nekaterih izvedbah so kmetijski proizvodi semena, jedrca, zrna, oreščki in fižol v kakršni koli obliki, originalni, zdrobljeni ali zmleti.
V skladu z drugim vidikom izuma je predvidena naprava za razstrupljanje kmetijskih proizvodov, onesnaženih s toksini, pri čemer naprava obsega: (a) vakuumsko neprepustno razelektritveno komoro, kije nadzorovano povezana z virom reaktivnih vodikovih zvrsti in (b) induktivno sklopljeni radiofrekvenčni generator ali mikrovalovni generator, pri čemer je induktivno sklopljeni radiofrekvenčni generator, kjer je prisoten, povezan s tuljavo preko sklopitvenega člena, da vzdržuje plazmo znotraj razelektritve med uporabo, pri čemer je tuljava nameščena na razelektritveni komori, ali pri čemer mikrovalovni generator, kjer je prisoten, obdaja razelektritveno komoro.
V nekaterih izvedbah je razelektritvena komora izdelana iz dielektričnega materiala.
V nekaterih izvedbah razelektritvena komora obsega vhod in izhod za prehajanje kmetijskih proizvodov, pri čemer je tuljava, kjer je prisotna, nameščena med vhodom in izhodom, tako da lahko med uporabo proizvod pade skozi razelektritveno komoro iz vhoda v izhod mimo lokacije tuljave.
V nekaterih izvedbah ima razelektritvena komora cilindrično obliko.
Izum vključuje kombinacijo opisanih vidikov in prednostnih lastnosti, razen če je takšna kombinacija očitno nedopustna ali seji izrecno izognemo.
Kratek opis slik
Izvedbe in poskusi, ki ponazarjajo načela izuma, bodo zdaj obravnavani s sklicevanjem na priložene slike, na katerih:
Slika 1 prikazuje shemo naprave, ki je uporabna za uporabo metod v smislu izuma.
Slika 2 prikazuje shemo metode razstrupljanja semena s plinsko plazmo.
Podrobnejši opis izuma
Aspekti in izvedbe predloženega izuma bodo zdaj obravnavani s sklicevanjem na priložene slike. Nadaljnji vidiki in izvedbe bodo očitni strokovnjakom s tega področja. Vsi dokumenti, omenjeni v tem besedilu, so tukaj vključeni kot referenca.
Plinska plazma je stanje plina, ki ga sestavljajo plinske molekule, radikali in nabiti delci, zlasti pozitivno nabiti ioni in prosti elektroni. Lahko je tudi bogat vir ultravijoličnega sevanja. Plinsko plazmo lahko vzdržujemo pri različnih tlakih v različnih plinih. Posebej priljubljene so atmosferske plazme in plazme, ki se vzdržujejo pri nizkem tlaku, še posebej, ko je produkt tlaka plina in razdalje med napajano in ozemljeno elektrodo blizu Paschenovega minimuma prebojne napetosti, približno nekaj cm mbar.
Plinska plazma pri atmosferskem tlaku je lahko blizu ali daleč od toplotnega ravnotežja. Plinska plazma blizu toplotnega ravnovesja je vroča plazma, plinska plazma, ki je daleč od toplotnega ravnotežja, pa je hladna plazma. Hladno plazmo pri atmosferskem tlaku vzdržujejo samo razelektritve z visoko impedanco, kot je koronska razelektritev ali dielektrična barierna razelektritev (dielectric barrier discharge, DBD). Ko se impedanca razelektritve zmanjša (tj. ko se električna prevodnost plinske plazme poveča), postane plazma bolj vroča, dokler se nenadoma ne spremeni v razelektritev z nizko impedanco in postane vroča plazma. Prehod iz razelektritve z visoko na tisto z nizko impedanco je možen le, če ga podpirajo električni tokokrog in zlasti lastnosti napajalnika. Vroča plazma, ki jo vzdržuje razelektritev pri atmosferskem tlaku z nizko impedanco, se pogosto imenuje električni oblok, v preteklost pa se ni izkazala kot uporabna za razstrupljanje kmetijskih proizvodov. Eden od razlogov je, daje temperatura plina v električnih lokih pogosto približno 10000 K, zato se lahko kmetijski proizvodi močno poškodujejo, celo zažgejo. Prostornina takega električnega loka je majhna, običajno nekaj cm3. Alternativa električnemu obloku je plazemska bakla, pri kateri vročo plazmo pogosto podpirajo razelektritve brez elektrod, kot so radiofrekvenčne ali mikrovalovne razelektritve. Vroča plazma v plazemskih baklah z atmosferskim tlakom je prav tako omejena na majhno prostornino; kot taka je vroča plazma neprimerna za razstrupljanje kmetijskih proizvodov.
Elektronski streamerji vzdržujejo hladno plazmo pri atmosferskem tlaku. Streamerji so kratkega trajanja, običajno mikrosekunde, in povzročajo tvorbo plazme v kratkem volumnu za kratek čas. Številne streamerje pogosto opazimo pri visokoimpedančnih razelektritvah pri hladnem atmosferskem tlaku, zato je plin med elektrodama podoben neravnovesni plinski plazmi. Hladna plazma pri atmosferskem tlaku se v preteklosti ni izkazala za uporabno za razstrupljanje kmetijskih proizvodov, saj ni bilo mogoče vzdrževati časovno povprečne visoke gostote reaktivnih plazemskih zvrsti v velikem volumnu, uporabnem za obdelavo velikih količin kmetijskih proizvodov. Hladna atmosferska plazma se je izkazala za uporabno za akademske raziskave.
Med nizkotlačnimi plazmami so bile različne konfiguracije razelektritve koristne za različne aplikacije.
Trenutno v stroki ni metode obdelave kmetijskih proizvodov, ki bi vključevala uporabo plinske plazme, ki se vzdržuje v mešanici plinov, ki vsebuje vodik, pri nizkem tlaku in pod pogoji, ki dosegajo hitro in učinkovito razstrupljanje v vrstnem redu sekund. Pričujoči izumitelji so ugotovili, daje takšno plazmo mogoče uspešno uporabiti pod določenimi pogoji.
Učinkovito razstrupljanje bi bilo v idealnem primeru treba izvesti v krajšem času obdelave, da se prepreči segrevanje notranjosti semen. Po drugi strani pa je treba obdelavo izvajati tudi v dovolj močni razelektritvi, da se v kratkem času obdelave zagotovijo obsežne površinske reakcije. Takšne obdelave ni mogoče doseči kar s kakršno koli plinsko plazmo. Da bi bila plazma primerna za uporabo razstrupljanja, se domneva, da mora biti plazma bogata s kemijsko reaktivnimi zvrstmi, kot so atomi in ultravijolično sevanje, in dovolj hladna, da prepreči znatno segrevanje notranjosti kmetijskih proizvodov.
Pričujoči izumitelji so raziskali vodik kot uporabno vrsto plazme. V skladu s prvim vidikom pričujočega izuma je zagotovljena metoda za razstrupljanje kmetijskih proizvodov, kontaminiranih s toksini, pri čemer metoda obsega izpostavljanje proizvodov plinski plazmi, ki se vzdržuje v atmosferi, ki vsebuje vodik, pri čemer se plazma vzdržuje pri gostoti moči razelektritve 500 do 10000 W/liter pri tlaku plina od 1 do 10000 Pa.
Koristna razelektritev za vzdrževanje plinske plazme takšnih lastnosti v neprekinjenem načinu je induktivno sklopljena radiofrekvenčna razelektritev v H-načinu (ICP). Gostota moči takšne razelektritve je dovolj velika, da zagotovi skoraj popolno disociacijo plinskih molekul na radikale, po drugi strani pa dovolj nizka, da prepreči preoblikovanje razelektritve v obločno izjemno visoke temperature plina.
Zato se plazma v predloženem izumu prednostno vzdržuje z induktivno sklopljeno radiofrekvenčno razelektritvijo v načinu visoke omejitve ali H-načinu (v nadaljevanju: ICP). Takšno plazmo lahko alternativno vzdržujemo z mikrovalovno razelektritvijo z uporabo mikrovalovnega generatorja.
Po metodah v smislu izuma lahko plazmo ustreznih parametrov vzdržujemo pri gostoti moči razelektritve od 500 do 10000 W/liter, bolj prednostno pri gostoti moči razelektritve od 1000 do 4000 W/liter. Razpon gostote moči razelektritve zagotavlja, da gostota moči razelektritve ni prenizka, da bi omogočila zadostno disociacijo molekul plina in da bi omogočila zadostno vzdrževanje plazme, in ne previsoka, da bi preprečila nastanek vroče plazme, ki bi sicer močno poškodovala same proizvode.
Kot je omenjeno zgoraj, se lahko območje gostote moči razelektritve doseže z uporabo radiofrekvenčnega generatorja ali mikrovalovnega generatorja, prednostno radiofrekvenčnega generatorja. Koristne so lahko različne frekvence. Ugotovljeno je bilo, da je na primer frekvenca 13,56 MHz in celo 27,12 MHz skoraj tako uporabna kot frekvenca 150 kHz. Močno neravnovesno plinsko plazmo je mogoče vzdrževati tudi v želenem območju absorbirane gostote moči z uporabo mikrovalovnih virov. Plazma, ki jo podpira mikrovalovni vir, je sposobna absorbirati toliko moči razelektritve kot radiofrekvenčna plazma.
Pod prednostnimi pogoji gostote moči razelektritve je mogoče doseči zmerno ionizacijsko frakcijo in veliko disociacijsko frakcijo, pri čemer je lahko gostota nabitih delcev v ICP med 1018 in 1019 m-3. Gostota nevtralnih reaktivnih delcev, kot so H-atomi, je lahko prednostno večja od 1020 m-3, bolj prednostno več kot 1021 m-3. Pogosto se meri gostota nabitih delcev z električno sondo, zlasti s sondo z dvojno elektrodo, kije blizu plavajočega potenciala. Gostota H-atomov se pogosto meri s tehnikami optične absorpcije ali katalitično sondo. Treba je opozoriti, da je glede na metode v smislu izuma mogoče dosegati območje gostote kot neposredno posledico prednostne gostote moči razelektritve in uporabljenega tlaka.
Vodik je prednostni delovni plin v mešanici plinov, ki se uporablja za tvorbo plazme. Ugotovljeno je bilo, da plazma, vzdrževana v čistem vodiku, seva bolj intenzivno kot plazma v vodni pari. Stopnja razgradnje toksinov je večja pri vodikovi plazmi kot pri plazmi vodne pare. Izumitelji verjamejo, da je uničenje toksinov posledica sinergije med ultravijoličnim sevanjem plazme in kemijsko interakcijo med vodikovimi atomi in toksini. UV sevanje razbije vezi v površinskem filmu organskega materiala (tj. toksini), viseče vezi pa napadejo H-atomi, s čimer se prepreči obnovitev prvotnih kemijskih vezi v organski snovi toksina. V prednostnih izvedbah je v mešanici plinov, ki se uporablja za ustvarjanje plazme (včasih imenovane delovni plin), za to sinergijo prisotnega vsaj 10 v/v% vodika. Delovni plin lahko vsebuje tudi vodno paro, vodikov sulfid ali amoniak ali mešanico dveh ali več teh plinov. Delovni plin lahko prednostno vsebujejo vsaj 20 v/v% vodika, bolj prednostno vsaj 50 v/v% vodika in še bolj prednostno vsaj 80 v/v% vodika. Najbolj prednostna izvedba je v bistvu uporaba čistega vodika kot delovnega plina. Upoštevati je treba, da je v nekaterih praktičnih primerih lahko v vakuumskem sistemu prisotna vodna para, zato ni vedno mogoče doseči čiste vodikove atmosfere. V skladu z metodami izuma bodo plazemski elektroni vzbujali molekule in atome vodika na visoko vzbujena stanja, ki se bodo sprostila zaradi sevanja v daljnem ultravijoličnem območju. Takšno sevanje bo porušilo vezi v površinskem filmu organskih materialov.
Znatna količina plinskih zvrsti, ki niso vodik, v mešanici plinov lahko prispeva k izgubi energije elektronov. Na primer, ko se mešanici doda vodna para, bo glavni vir izgube elektronov energija disociacije molekul H2O na H in OH ter vzbujanje nastalih radikalov OH v resonančno stanje. Resonančno stanje se bo skoraj takoj sprostilo zaradi sevanja v območju UV-B, kjer energija fotona ne zadostuje za obsežne prekinitve vezi v organskih materialih. Pomemben del absorbirane moči razelektritve bo torej porabljen za reakcije, ki ne vodijo do vzbujanja vodikovih molekul ali atomov. Podoben rezultat lahko velja tudi za amoniak ali vodikov sulfid ali druge pline, ki vsebujejo vodik.
V skladu s tem bo samo uporaba delovnega plina, ki je vodna para, vodikov sulfid ali amoniak, ali katerega koli drugega vodik vsebujočega plina, privedla do plazme, ki se vzdržuje v atmosferi, ki vsebuje vodik: vodik bo nastal z disociacijo delovnega plina.
To se zgodi, na primer, kjer je delovni plin vodna para, ko disociacija vodi v atmosfero, v kateri so prisotni H, OH, H2 in O. V skladu s tem se plazma na koncu vzdržuje v atmosferi, ki vsebuje vodik. Najbolj prednostno je, da se plazma vzdržuje v atmosferi čistega vodika.
Za vzdrževanje plazme se uporablja nizek plinski tlak. Čeprav je ICP mogoče vzdrževati v širokem razponu tlakov, je tlak plina prednostno med 1 in 10000 Pa, bolj prednostno med 10 in 1000 Pa in najbolj prednostno med 30 in 100 Pa. Strokovnjak mora razumeti, da je nizek tlak plina v tem kontekstu se lahko nanaša na katero koli vrednost tlaka pod standardnim atmosferskim tlakom. Nizkotlačna vodikova plazma seva v območju oddaljenega UV sevanja, ki je najučinkovitejše za prekinitev vezi organske snovi toksinov, ker je temperatura elektronov višja od temperature vodikove plazme pri atmosferskem tlaku. Poleg tega plinski atomi in molekule manj absorbirajo ultravijolično sevanje pri nizkem tlaku kot pri atmosferskem, ker je globina prodiranja oddaljenega UV sevanja v plinski fazi obratno sorazmerna s tlakom. Globina prodiranja oddaljenega UV sevanja v plinski fazi je lahko približno 1 mm pri 1 baru in nekaj cm pri 10 mbar. Zato hladna plazma pri atmosferskem tlaku morda ni prednostna za uporabo pri uporabi kmetijskih proizvodov za razstrupljanje.
V nadaljnjih prednostnih izvedbah je temperatura plina v razelektritvi med okoli 300 in 3000 K, najbolj prednostno okoli 1000 K. Takšna temperatura je dovolj nizka, da prepreči razgradnjo kmetijskih proizvodov, na primer ob padcu skozi plazmo v razelektritveni komori. Takšna temperatura je tudi v okviru definicije in delovanja hladne plazme, kjer je temperatura plina običajno nižja od okoli 10000 K. Opozoriti je treba, da je v skladu z metodami izuma taka temperatura lahko dosežena kot neposredna posledica prednostne gostote moči razelektritve in uporabljenega tlaka.
Prednostni čas obdelave kmetijskih proizvodov je v vrstnem redu sekund, prednostno med 0,1 s in 100 s, bolj prednostno med 0,3 s in 3 s. Tako kratke čase omogoča pričujoči izum. V skladu z metodo v smislu predloženega izuma je kratek čas obdelave ugoden v smislu, da omogoča hitro uničenje toksinov in kontaminantov, kar je nujno za masovno uporabo metode. Kratek čas obdelave se lahko uporabi pri prednostnih pogojih, da se zagotovi znatno zmanjšanje koncentracije toksinov na kmetijskih proizvodih. Poleg tega je kratek čas obdelave povezan z zgoraj navedenimi prednostnimi temperaturami plina, da se dodatno zavira razgradnja kmetijskih proizvodov.
Predložene metode lahko po izbiri obsegajo nekaj korakov, s katerimi se kmetijski proizvodi premikajo skozi območje obdelave, v katerem so izpostavljeni prej omenjeni plazmi. To lahko omogoči skoraj neprekinjeno metodo obdelave namesto šaržnege metode, kar dodatno poveča praktičnost metode. Metoda lahko na primer vključuje spuščanje kmetijskih proizvodov iz prvega položaja v drugi položaj skozi območje obdelave, pri čemer so proizvodi, medtem ko padajo skozi območje obdelave, izpostavljeni plazmi. Čas, potreben, da proizvod pade skozi območje obdelave, je lahko enak času obdelave, če proizvodi padejo natanko enkrat. Proizvode je mogoče večkrat spustiti skozi območje obdelave za zadostno uničenje toksinov, če je potrebno. Primerna naprava za to vrsto metode je prikazana na sliki 1, kije obravnavana spodaj.
Kmetijski proizvodi niso posebej omejeni, ampak so ustrezno lahko semena, jedrca, zrna, oreščki ali stročnice v kakršni koli obliki, originalni, zdrobljeni ali zmleti.
Za ponazoritev splošnega koncepta je shema, ki prikazuje proces razstrupljanja semena s plinsko plazmo, prikazana na sliki 2. Seme 10, kontaminirano s toksini 11, je izpostavljeno plinski plazmi 12, ki jo sestavljajo sevanje 13, nevtralni atomi in vzbujeni atomi in molekule 14, ioni 15 in elektroni 16. Ti interagirajo s toksini 11, jih odstranijo in uničijo, tako da ostane seme 10 ali drug kmetijski proizvod brez toksinov.
Obseg toksinov in kontaminantov, ki jih je mogoče odstraniti iz kmetijskih proizvodov, ni posebej omejen. Izumitelji spodaj prikazujejo učinkovitost metode na toksinih fumonizin B1 in fumonizin B2, kiju proizvajajo glivični patogeni Fusarium in sta pogosta onesnaževala koruznih proizvodov. Fumonizin je le toksin, naveden kot primer. Organski toksini, ki jih sintetizirajo plesni, so podobne sestave in strukture, zato so metode v smislu izuma uporabne tudi za uničenje številnih drugih vrst mikotoksinov, vključno, vendar ne omejeno na aflatoksine, zlasti ohratoksin A, deoksinivalenol, zearalenon itd.
Obdelava po metodah v smislu izuma je uporabna tudi za inaktivacijo same plesni, to je za dezinfekcijo kmetijskih proizvodov, onesnaženih z mikroorganizmi, zlasti v primerih, ko mikroorganizmi niso skriti pred plazmo, torej se ne nahajajo v režah globoko v notranjosti kmetijskih proizvodov.
Glede na obstoječe metode so omogočene naprave za industrijsko predelavo kmetijskih proizvodov z ustreznimi deli za izvajanje teh metod. V najširšem smislu lahko takšne naprave preprosto vključujejo komoro za razelektritev ali obdelavo, ki je konfigurirana za ustvarjanje vodikove plazme pri zahtevani razelektritveni gostota moči.
Na primer, v drugem vidiku pričujočega izuma je predvidena naprava za razstrupljanje kmetijskih proizvodov, kontaminiranih s toksini, pri čemer naprava obsega: (a) vakuumsko neprepustno razelektritveno komoro, ki je nadzorovano povezana z virom reaktivnih vodikovih zvrsti in (b) induktivno sklopljeni radiofrekvenčni generator ali mikrovalovni generator, pri čemer je induktivno sklopljeni radiofrekvenčni generator, kjer je prisoten, povezan s tuljavo preko sklopitvenega člena, da vzdržuje plazmo znotraj uporabljene razelektritve, pri čemer je tuljava nameščena na razelektritveno komoro, ali pri čemer mikrovalovni generator, kjer je prisoten, obdaja razelektritveno komoro.
Vir reaktivnih vodikovih zvrsti je lahko na primer tank ali rezervoar, ki vsebuje takšne reaktivne zvrsti. Reaktivna zvrst je zmes plinov v ravnotežnih pogojih. Lahko je na primer bučka, ki vsebuje vodik. Bučka lahko vsebuje vodno paro, vodikov sulfid ali amoniak ali mešanico enega od teh z vodikom, mešanico dveh ali več teh ali mešanico dveh ali več teh z vodikom. Lahko se poveže z razelektritveno komoro s cevjo, skozi katero se zvrsti lahko tečejo. Pretok skozi cev je mogoče nadzorovati, na primer za vklop in izklop ali za prilagajanje pretoka.
Tuljava ima lahko podobno velikost kot razelektritvena komora; v tem primeru lahko v bistvu celotna odtočna komora deluje kot območje obdelave kmetijskih proizvodov. Druga možnost je, da je tuljava manjša kot razelektritvena komora, tako da so znotraj komore na primer cone za predobdelavo, obdelavo in naknadno obdelavo. Komora ima lahko ločen vhod in izhod, skozi katera se lahko kmetijski proizvodi dovajajo v razelektritveno komoro oziroma iz nje. Po dovajanju skozi vhod lahko proizvodi po vrsti vstopijo v cone predobdelave, obdelave in naknadne obdelave, preden se odvajajo skozi izhod in zapustijo komoro.
Naprava lahko vključuje rezervoar za vsebovanje kontaminiranih kmetijskih proizvodov (torej kmetijskih proizvodov, onesnaženih s toksini), ki je pritrjen na vhod, in rezervoar za vsebovanje razstrupljenih kmetijskih proizvodov, ki je pritrjen na izhod. Takih rezervoarjev za kontaminirane kmetijske proizvode ali razstrupljene kmetijske proizvode je lahko več, od katerih je vsak pritrjen na vhod ali izhod, kot je primerno. Na strani kontaminiranih kmetijskih proizvodov, pri vhodu, lahko to omogoči dovajanje v razelektritveno komoro iz prvega rezervoarja surovine, medtem ko je drugi rezervoar surovine (ponovno) napolnjen; nato se vhod lahko preklopi tako, da je drugi rezervoar surovine pritrjen na vhod, medtem ko se prvi rezervoar surovine ponovno polni. Podobno lahko na strani razstrupljenih kmetijskih proizvodov, pri izhodu, to omogoči dovajanje iz razelektritvene komore v prvi rezervoar za proizvod, medtem ko se drugi rezervoar za proizvod izprazni; nato se lahko dovod preklopi tako, da se drugi rezervoar za proizvod napolni, medtem ko se prvi rezervoar za proizvod izprazni.
Očitno bo, da sta rezervoarja surovin ali proizvodov lahko več kot dva, in da število teh ni odvisno od tega, koliko drugih je. Rezervoarji so lahko različnih velikosti, ter lahko so lahko namenjeni vsebovanju različnih vrst kmetijskih proizvodov.
Pretok kmetijskih proizvodov od vhoda do izhoda skozi območje obdelave je mogoče doseči na različne načine. Možen je preprost transporter. Po drugi strani pa je lahko prednostno padanje, ki ga poganja gravitacija, skozi območje obdelave. V tem primeru je dovod na mestu nad izstopom. Obstajajo lahko transporterji za lovljenje kmetijskih proizvodov, ki padejo z dovoda navzdol skozi razelektritveno komoro; ko se ujamejo na tekoči trak, se odpeljejo do izstopa.
Shema prednostne izvedbe naprave je prikazana na sliki 1. Tukaj sta dva rezervoarja surovin, posode za kontaminirane proizvode 1 in 2, ki sta napolnjena z kontaminiranimi proizvodi. Posode s kontaminiranimi proizvodi 1 in 2 se evakuirajo, proizvodi pa se počasi prenašajo iz vsebnika kontaminiranih proizvodov 1 v razelektritveno komoro 3 s pomočjo transportnega traku 4. Vhod, do katerega se prenašajo, je na vrhu razelektritvene komore 3. Plinska plazma se vzdržuje v razelektritveni komori 3 znotraj tuljave 5, ki je povezana z RF generatorjem 6 preko ustreznega sklopitvenega člena. Proizvodi padajo z vrha razelektritvene komore 3, tako da padejo skozi plazmo na spodnjo stran razelektritvene komore 3. Med padanjem skozi razelektritveno komoro 3 se toksini na produkti se razgradijo zaradi interakcije s plinsko plazmo. Transportni trak 7 transportira dekontaminirane proizvode skozi razelektritev do posode z razstrupljenimi proizvodi 8. Metoda poteka, dokler se posoda s kontaminiranimi proizvodi 1 ne izprazni, posoda z razstrupljenimi proizvodi 8 pa ni polna. Nato se lahko brez motenj v predelavi in brez kršenja vakuumskih pogojev kmetijski proizvodi iz posode z onesnaženimi proizvodi 2 transportirajo do razelektritvene komore 3 s transportnim trakom 4. Proizvodi se ponovno spustijo z zgornje strani razelektritvene komore 3, tako da padejo skozi plazmo na spodnjo stran razelektritvene komore 3. Toksini na proizvodih se med padanjem skozi razelektritveno komoro 3 zopet razgradijo zaradi interakcije s plinsko plazmo. Transportni trak 7 transportira dekontaminirane proizvode skozi razelektritev do posode z razstrupljenimi proizvodi 9. Med prehajanjem proizvodov iz posode s kontaminiranimi proizvodi 2 skozi plazmo do posode z razstrupljenimi proizvodi 9 se vsebnik kontaminiranih proizvodov 1 napolni z novimi kontaminiranimi proizvodi, razstrupljeni proizvodi pa se odstranijo iz posode z razstrupljenimi proizvodi 8. Te cikle lahko ponavljamo, dokler ne obdelamo vseh želenih kontaminiranih proizvodov.
Ustrezna konfiguracija omogoča vzdrževanje enotne plinske plazme v velikem volumnu znotraj tuljave v skoraj čistem induktivnem načinu, to je, da plazma ni v stiku z nobenim kovinskim delom razelektritvene komore. Tuljava služi kot antena in se lahko namesti na razelektritveno komoro. Razelektritvena komora je lahko izdelana iz dielektričnega materiala. Razelektritvena cev je lahko tudi cilindrične oblike, tako da se posamezni produkti ob prehodu skozi plazemsko kolono enakomerno obdelajo. Posebno uporabna konfiguracija je bila najdena, ko je bila tuljava nameščena na cilindrično odvodno cev iz kremenčevega stekla. Pod prednostnimi pogoji je gostota nabitih delcev v takšni plazmi blizu ali približno 1019 m-3, kar zagotavlja ekstenzivno vzbujanje plinskih zvrsti s prostimi elektroni. Disociacija plinskih molekul je pri takšnih pogojih skoraj popolna, kar zagotavlja velik pretok kemijsko reaktivnih radikalov na površino kmetijskih proizvodov. Sinergija med obsežnim sevanjem in visokim tokom radikalov povzroči obsežno razgradnjo toksinov, ki so prisotni na površini kmetijskih proizvodov. Kratek čas obdelave v plazmi ne vpliva veliko na notranjost proizvodov.
Kot je razloženo zgoraj, lahko kmetijski proizvodi prednostno vstopijo v razelektritveno komoro iz vhoda, preidejo skozi plazemsko kolono in odidejo skozi izhod, pri čemer je tuljava nameščena med vhodom in izhodom, tako da lahko proizvodi med uporabo padejo iz razelektritvene komore od vhoda do izhoda mimo lokacije tuljave. V tem primeru se proizvodi prenašajo skozi plazmo z gravitacijo; namesto tega se lahko prenašajo mehansko, na primer s transportnim trakom.
Upoštevano bo, da je za proizvode, ki jih je treba spustiti, vhod lahko na prvem mestu, izhod pa na drugem mestu. Prednostni položaj vhoda, izhoda in tuljave je prikazan na sliki 1. Vhod in izhod sta lahko ločena za razdaljo, večjo od dolžine tuljave, ki jo napaja radiofrekvenčni generator ali mikrovalovni generator. Ker se kmetijski proizvodi lahko spustijo skozi plazmo, je čas zadrževanja katerega koli proizvoda, ki se spusti v vakuumskih pogojih skozi plinsko plazmo, odvisen samo od dolžine plazemskega stolpca, ustvarjenega v razelektritveni komori. Čas zadrževanja je lahko enak času obdelave. Dolžina plazme je lahko skoraj enaka dolžini tuljave, ki jo napaja radiofrekvenčni generator ali mikrovalovni generator.
Prednostno se kmetijski proizvodi spuščajo skozi cilindrično razelektritveno cev, tako da se posamezni proizvodi dokaj enakomerno obdelajo znotraj plazemske kolone. Takšna obdelava zagotavlja uničenje dovolj velike količine toksinov, kar zagotavlja, da je koncentracija toksinov na površini kmetijskih proizvodov zmerna. V primerih zelo kontaminiranih kmetijskih proizvodov en sam prehod kmetijskega proizvoda skozi plazmo morda ne zagotovi želene stopnje razstrupljanja, zlasti za primere, ko so toksini neenakomerno razporejeni na površinah proizvoda in/ali je začetna koncentracija toksinov zelo visoka. V takih primerih lahko obdelavo s plazmo ponavljamo, dokler ne dosežemo želenega razstrupljanja.
V skladu s tem lahko naprave v smislu predloženega izuma vključujejo cev za transport proizvodov od izhoda nazaj do vhoda. Alternativno je mogoče posodo ali rezervoar obdelanih (razstrupljenih) kmetijskih proizvodov preprosto premakniti in uporabiti kot rezervoar surovine.
Strokovnjak lahko pričujočo metodo razstrupljanja kmetijskih proizvodov uresniči z uporabo te naprave za razstrupljanje kmetijskih proizvodov. Prednostne izvedbe metode se lahko uporabijo za delovanje naprave. To pomeni, da se lahko različni deli naprave prilagodijo ali konfigurirajo tako, da zagotavljajo plazemske pogoje in druge značilnosti metod, ki so tukaj določene.
Lastnosti, razkrite v prejšnjem opisu ali v naslednjih zahtevkih ali v spremljajočih risbah, izražene v njihovih posebnih oblikah ali v smislu sredstev za izvajanje razkrite funkcije, ali metode za pridobitev razkritih rezultatov, kot je primerno, se lahko ločeno ali v kateri koli kombinaciji takih lastnosti uporabi za izvedbo izuma v različnih oblikah.
Medtem ko je bil izum opisan v povezavi s primeri izvedb, opisanimi zgoraj, bodo izučenim v stroki očitne številne enakovredne modifikacije in variacije, ko prejmejo to razkritje. V skladu s tem se primeri izvedb izuma, ki so navedeni zgoraj, štejejo za ilustrativne in ne omejujoče. Različne spremembe opisanih izvedb se lahko izvedejo brez odstopanja od bistva in obsega izuma.
Da bi se izognili kakršnim koli dvomom, so vse teoretične razlage, ki so tukaj podane, za namene izboljšanja razumevanja bralca. Izumitelji ne želijo biti vezani na nobeno od teh teoretičnih razlag.
Vsi naslovi razdelkov, uporabljeni tukaj, so samo za organizacijske namene in se ne smejo razlagati kot omejevanje opisane vsebine.
V tej specifikaciji, vključno s trditvami, ki sledijo, razen če kontekst zahteva drugače, bosta besedi vsebuje in vključuje ter različice, kot so obsega, vsebuje in vključno razumljeni, da pomenita vključitev navedene enote ali koraka ali skupine enot ali korakov, ne pa izključitev katere koli druge enote ali koraka ali skupine enot ali korakov.
Razponi so lahko tukaj izraženi kot od približno ene določene vrednosti in/ali do približno druge določene vrednosti. Ko je tak razpon izražen, druga izvedba vključuje od ene določene vrednosti in/ali do druge določene vrednosti. Podobno, če so vrednosti izražene kot približki, z uporabo predhodnega približno, se razume, da določena vrednost tvori drugo uresničitev. Izraz približno v zvezi s številčno vrednostjo ni obvezen in pomeni na primer +/-10 %.
Primeri
Primer 1 in primerjalni primer A tukaj prikazujeta učinek vrste plina na koncentracijo toksinov v koruzi.
PRIMER 1
Primer 1 prikazuje učinek vodika kot edinega plina na koncentracijo toksinov v koruzi. Obdelava je bila izvedena z napravo, kot je shematično prikazano na sliki 1. Celoten sistem na sliki 1 je hermetično tesen. Na voljo so štirje vsebniki, dva za kontaminirane proizvode in dva za proizvode, obdelani s plazmo. Posode s kontaminiranimi proizvodi 1 in 2 so bile napolnjene s koruzo. Koruza je bila namerno kontaminirana s toksini fumonizina B1 in fumonizina B2 v koncentraciji 2000 oziroma 350 mg/kg. Kontaminirano koruzo smo s transportnimi pasovi 4 in 7 postopoma prenašali iz posode z onesnaženimi proizvodi 1 v posodo z razstrupljenimi proizvodi 8 skozi razelektritveno komoro 3 s hitrostjo okoli 1000 kg/h. V notranjosti razelektritvene komore 3, znotraj tuljave 5, povezane z radiofrekvenčnim generatorjem 6 preko sklopitvenega člena (ni prikazano na sliki 1), se je vzdrževala plinska plazma. Sklopitveni člen je omogočil samodejno prilagajanje radiofrekvenčnega generatorja. Generatorje deloval v neprekinjenem načinu pri frekvenci 150 kHz in izhodni moči 40 kW. Prostornina razelektritvene komore 3 je bila približno 50 litrov, vendar se je žareča plazma razširila v prostornini približno 20 litrov. Gostota moči je bila tako približno 2000 W na liter. Proizvode smo s transportnim trakom 4 premikali na zgornjo stran razelektritvene komore 3, tako da so skozi plazmo padali na spodnjo stran razelektritvene cevi. Čas zadrževanja koruze, ki pade skozi plazmo v razelektritveno komoro 3, je bil približno 0,3 s. Kot reaktivni plin je bil uporabljen vodik, tlak pa je bil okoli 80 Pa. Med padanjem skozi razelektritveno komoro 3 so se toksini na produktih delno razgradili zaradi interakcije s plinsko plazmo. Koncentracija obeh toksinov (fumonizin B1 in B2) je padla pod mejo zaznave, ki je bila približno 100 pg/kg. Temperatura koruze po zbiranju v posodi z razstrupljenimi proizvodi 8 se je zvišala za manj kot 5 K. Po plazemski obdelavi smo koncentracijo toksinov na semenih določili s tekočo kromatografijo s tandemsko masno spektrometrijo (LC-MS/MS). Na kratko, po plazemski obdelavi smo semena zmleli do velikosti delcev 1 mm z uporabo laboratorijskega mlina Retsch ZM 100 (Haan, Nemčija).
Deset gramov vzorca smo 1 uro stresali s 100 ml mešanice acetonitril/deionizirane vode (84 + 16) z uporabo digitalnega linearnega stresalnika IKA HS 501 (IKA Labortechnik, Staufen, Nemčija). Skupno 4 mL filtriranega ekstrakta smo uparili v vakuumu do suhega z uporabo sistema Syncore Polyvap (BOchi, Flawil, Švica). Za koncentracije mikotoksinov nad kalibracijskim območjem smo filtrirane izvlečke razredčili za nadaljnje delo. Suhi ostanek smo rekonstituirali v 0,5 mL mešanice deionizirane vode/metanola (20 + 80). Alikvot - 10 pL raztopine - je bil injiciran v sistem UPLC-MS/MS (sistem Acquity UPLC H Class) skupaj s trojnim kvadrupolnim masnim spektrometrom (Xevo TQ MS), opremljenim z vmesnikom za elektrosprej ionizacijo (ESI) in MassLynx. programsko opremo za zbiranje in obdelavo podatkov (Waters, Milford, MA, ZDA). Viale smo hranili v avtomatskem vzorčevalniku pri 15 °C. Za matrično kalibracijo, ki se ujema z matriko, smo 4 ml odmerkom filtriranih ekstraktov dodali ustrezne količine standardnih raztopin in jih pripravili skupaj z vzorci.
Uporabili smo mešano standardno raztopino trihotecena v acetonitrilu (AFG1, AFG2, AFB1 in AFB2) proizvajalca Trilogy (Washington, MO, ZDA). Mešane delovne standardne raztopine smo pripravili v acetonitrilu in shranili v vialah iz rumenega stekla pri -20 °C. Koncentracije osnovnih standardnih raztopin so bile 0,5 pg/mL. Acetonitril, metanol, ocetna kislina (SigmaAldrich, Steinheim, Nemčija) in amonijev acetat (Merck, Darmstadt, Nemčija) so bili p.a. ali čistosti razreda LC-MS. Deionizirano vodo smo pripravili s sistemom Milli-Q (Millipore, Bedford, MA, ZDA).
PRIMER 2
Poskus, kot je razkrit v primeru 1, smo ponovili z isto napravo (kot je prikazano na sliki 1), le da je bila kot delovni plin uporabljena vodna para namesto vodika. V tem primeru se je koncentracija fumonizina B2 znižala pod mejo zaznave, medtem ko se je koncentracija fumonizina B1 zmanjšala na 250 pg/kg. Nekoliko nižja stopnja razgradnje v primerjavi s plazmo, ki se vzdržuje v vodiku, je razložena z manj intenzivnim sevanjem plazme vodne pare (kar je še vedno enako plazmi v atmosferi, ki vsebuje vodik; le manj vodika) v primerjavi s plazmo, ki se vzdržuje v skoraj čistem vodiku. Zato je v pričujočem izumu prednostna uporaba višjih deležev vodika in celo čistega vodika.

Claims (13)

1. Metoda za razstrupljanje kmetijskih proizvodov, onesnaženih s toksini, pri čemer metoda vključuje izpostavljanje proizvodov plinski plazmi, ki se vzdržuje v atmosferi, ki vsebuje vodik, pri čemer se plazma vzdržuje pri gostoti moči razelektritve od 500 do 10000 W/liter pri tlaku plina 1 do 10000 Pa.
2. Metoda po zahtevku 1, kjer se plazma vzdržuje pri gostoti moči razelektritve od 1000 do 4000 W/liter.
3. Metoda po zahtevku 1 ali 2, kjer plazmo vzdržujemo pri tlaku plina od 10 do 1000 Pa, bolj prednostno 30 do 100 Pa.
4. Metoda po katerem koli od predhodnih zahtevkov, pri čemer se plazma vzdržuje z induktivno sklopljeno radiofrekvenčno razelektritvijo, tako da se plazemska razelektritev pojavi v H-načinu, ali z mikrovalovno razelektritvijo.
5. Metoda po katerem koli od predhodnih zahtevkov, kjer atmosfera za vzdrževanje plazme obsega vsaj 10 v/v% vodika, prednostno vsaj 50 v/v% vodika, bolj prednostno vsaj 80 v/v% vodika, najbolj prednostno pa je v bistvu čisti vodik.
6. Metoda po zahtevku 5, kjer je atmosfera pridobljena iz plina, ki vsebuje vodik, izbranega izmed vodika, vodne pare, vodikovega sulfida in amoniaka ali zmesi dveh ali več teh plinov.
7. Metoda po katerem koli od predhodnih zahtevkov, kjer je čas, v katerem so produkti izpostavljeni plazmi, 0,1 do 100 s, prednostno 0,3 do 3 s.
8. Metoda po katerem koli od predhodnih zahtevkov, pri čemer metoda obsega spuščanje proizvodov iz prvega položaja v drugi položaj skozi območje obdelave, pri čemer so proizvodi, medtem ko padajo skozi območje obdelave, izpostavljeni plazmi.
9. Metoda po katerem koli od predhodnih zahtevkov, kjer so kmetijski proizvodi semena, jedrca, zrna, oreški in stročnice v kakršni koli obliki, originalni, zdrobljeni ali zmleti.
10. Naprava za razstrupljanje kmetijskih proizvodov, kontaminiranih s toksini, ki obsega:
a) vakuumsko neprepustno razelektritveno komoro, ki je nadzorovano povezana z virom reaktivnih vodikovih zvrsti in
b) induktivno sklopljeni radiofrekvenčni generator ali mikrovalovni generator, pri čemer je induktivno sklopljeni radiofrekvenčni generator, kjer je prisoten, povezan s tuljavo prek sklopitvenega člena, da vzdržuje plazmo znotraj razelektritve, ki je v uporabi, tuljava pa je nameščena na razelektritveni komori, ali pri čemer mikrovalovni generator, kjer je prisoten, obdaja razelektritveno komoro.
11. Naprava po zahtevku 10, pri čemer je razelektritvena komora izdelana iz dielektričnega materiala.
12. Naprava po zahtevku 10 ali 11, pri čemer razelektritvena komora obsega vhod in izhod za prehod kmetijskih proizvodov, pri čemer je tuljava, kjer je prisotna, nameščena med vhodom in izhodom, tako da lahko med uporabo proizvod pade skozi razelektritveno komoro od vhoda do izhoda mimo lokacije tuljave.
13. Naprava po katerem koli od zahtevkov 10 do 12, pri čemer ima razelektritvena komora valjasto obliko.
SI202200097A 2021-06-23 2022-06-23 Metoda in naprava za obdelavo kmetijskih proizvodov SI26233A (sl)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP21181245.8A EP4108325A1 (en) 2021-06-23 2021-06-23 Method and device for treatment of agricultural products with cold plasma

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SI26233A true SI26233A (sl) 2023-02-28

Family

ID=76942754

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SI202200097A SI26233A (sl) 2021-06-23 2022-06-23 Metoda in naprava za obdelavo kmetijskih proizvodov

Country Status (2)

Country Link
EP (1) EP4108325A1 (sl)
SI (1) SI26233A (sl)

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3634618B1 (en) 2017-06-09 2023-02-22 Greenpath Industries, LLC Non-thermal plasma treatment apparatus and method
CN109463062A (zh) 2017-09-07 2019-03-15 洛阳华清天木生物科技有限公司 一种利用常压室温等离子体处理农作物种子的方法
KR101976164B1 (ko) 2018-01-15 2019-05-07 재단법인 철원플라즈마 산업기술연구원 플라즈마 종자처리 장치
JP6998806B2 (ja) 2018-03-20 2022-01-18 大阪瓦斯株式会社 ガスプラズマ殺菌設備
SK288871B6 (sk) 2018-08-21 2021-07-14 Slovenska Technicka Univerzita V Bratislave Spôsob predsejbovej úpravy rastlinných semien a zariadenie na vykonávanie tohto spôsobu
CN109121550B (zh) 2018-09-07 2021-02-05 山东省种子有限公司 一种微波等离子体处理的水稻育种方法
CN109511311B (zh) 2019-01-10 2022-02-15 兰州理工大学 一种农牧用低温等离子种子处理机
RU2705791C1 (ru) 2019-02-26 2019-11-12 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физического материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук Источник неравновесной аргоновой плазмы на основе объемного тлеющего разряда атмосферного давления
CN110192456A (zh) 2019-06-10 2019-09-03 山东省种子有限公司 一种不间断处理的种子杀菌方法及应用
JP2019209170A (ja) 2019-09-09 2019-12-12 村田 正義 大気圧プラズマ殺菌処理装置
CN110622648A (zh) 2019-10-12 2019-12-31 甘肃农业大学 一种苜蓿种子处理方法及冷等离子体试验平台

Also Published As

Publication number Publication date
EP4108325A1 (en) 2022-12-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Ito et al. Current status and future prospects of agricultural applications using atmospheric‐pressure plasma technologies
Laroque et al. Cold plasma in food processing: Design, mechanisms, and application
Feizollahi et al. Factors influencing the antimicrobial efficacy of dielectric barrier discharge (DBD) atmospheric cold plasma (ACP) in food processing applications
KR102113202B1 (ko) 반응성 가스 생성 시스템 및 반응성 가스를 이용한 처리 방법
Ito et al. Plasma agriculture
EP0387022B1 (en) Plasma sterilizer and method
US8372460B2 (en) System and method for non-thermal plasma treatment of foodstuffs
US5413759A (en) Plasma sterilizer and method
Šimek et al. Plasma-assisted agriculture: history, presence, and prospects—a review
US20210220500A1 (en) Device and method for herbs disinfection
IE891457L (en) Sterilization
Misra et al. Cold plasma for sustainable food production and processing
Mohammadi et al. Emergence of cold plasma and electron beam irradiation as novel technologies to counter mycotoxins in food products
CA3118933A1 (en) Sterilization of plant material
SI26233A (sl) Metoda in naprava za obdelavo kmetijskih proizvodov
KR20150107922A (ko) 연속식 분말살균처리장치
Ishikawa et al. Diagnostics of plasma-biological surface interactions in low pressure and atmospheric pressure plasmas
Rongsangchaicharean et al. Effect of dielectric barrier discharge plasma on rice (Oryza sativa L.) seed hydration and hygroscopicity
Butscher et al. Disinfection of granular food products using cold plasma
JP2010166855A (ja) 穀類の長期保存可能化処理方法及び長期保存可能化処理された穀類並びに穀類の長期保存可能化処理装置
RU2732590C1 (ru) Способ обработки семян сельскохозяйственных растений
RU2076555C1 (ru) Устройство для плазменной обработки семян растений
RU2279806C2 (ru) Способ обеззараживания сыпучих продуктов и устройство для его осуществления
JP3909110B2 (ja) 可搬式滅菌装置
EP3338562A1 (en) Process and apparatus for decontamination of food articles

Legal Events

Date Code Title Description
OO00 Grant of patent

Effective date: 20230306