一种用于提高生鲜食品货架期的等离子体装置
阅读说明：本技术 一种用于提高生鲜食品货架期的等离子体装置 (Plasma device for prolonging shelf life of fresh food ) 是由 梅丹华 张鹏 陈慧敏 刘诗筠 方志 于 2021-08-18 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种用于提高生鲜食品货架期的等离子装置,柜体中设有载物台,载物台被透明玻璃罩盖住,透明玻璃罩内上方设有轨道,移动处理罩在轨道上移动,移动处理罩包括罩体和连接端,连接端和轨道连接,连接端上端侧边设有进风口、顶端设有进线孔,进风口通过气道和风机连接,罩体内壁设有柔性电极,柔性电极和高压电源模块连接,高压线和低压线通过进线孔进入到罩体和柔性电极连接。本发明可以以直接和间接方式对生鲜食品进行杀菌处理,不消耗任何惰性气体,直接在空气中产生低温等离子体,柔性电极提高了等离子体的均匀性；另外,考虑了对尾气的吸收,增加了对生鲜上可能附带废液的回收装置,半衰期较长的活性粒子可对废液进行杀菌消毒。(The invention provides a plasma device for improving the shelf life of fresh food, wherein an object stage is arranged in a cabinet body, the object stage is covered by a transparent glass cover, a track is arranged above the inside of the transparent glass cover, a movable processing cover moves on the track, the movable processing cover comprises a cover body and a connecting end, the connecting end is connected with the track, the side edge of the upper end of the connecting end is provided with an air inlet, the top end of the connecting end is provided with a wire inlet hole, the air inlet is connected with a fan through an air passage, the inner wall of the cover body is provided with a flexible electrode, the flexible electrode is connected with a high-voltage power supply module, and a high-voltage wire and a low-voltage wire enter the cover body through the wire inlet hole and are connected with the flexible electrode. The invention can sterilize fresh food in direct and indirect modes, does not consume any inert gas, directly generates low-temperature plasma in the air, and improves the uniformity of the plasma by the flexible electrode; in addition, the absorption to tail gas has been considered, has increased the recovery unit to the subsidiary waste liquid of probably going up living fresh, and the longer active particle of half-life period can disinfect the disinfection to the waste liquid.)
技术领域
本发明涉及一种提高生鲜食品货架期的装置，特别涉及一种用于提高生鲜食品货架期的等离子体装置。
背景技术
生鲜食品是指由种植、采摘、养殖、捕捞形成的，未经加工或经初级加工，可供人类食用的生鲜农产品。畜禽是“生鲜三品果蔬、水产品、肉类”中肉类的主要来源，也是人类摄取蛋白质的主要来源。由于独特的营养成分、高水活性和中等的pH值，肉类和肉制品是各种微生物的良好生长介质，并被确定为食源性疾病的常见载体。腐败细菌会导致蛋白质、碳水化合物、脂肪和其他成分的降解，导致异味、变色、pH值变化、粘液形成和肉质软化从而大大减少生鲜货架期。更严重的是，食用被致病性细菌污染的肉制品可能诱发严重的食源性疾病甚至死亡，造成严重的健康问题和经济损失。如何持续有效地灭活生鲜表面的细菌是延长生鲜货架期的关键。
等离子体是物质的第四态，凭借体系中含有大量高能电子、离子、激发态原子、自由基等活性成分，被认为是一种新型的分子活化手段。大气压低温等离子体是一种利用气体放电在大气压条件下产生的非平衡态等离子体，由于体系中电子温度远高于重粒子温度，可以在维持接近室温的气体温度的同时获得较高化学活性，已经作为一种高效的干式工艺环节，广泛应用于材料表面改性、环境保护、新能源制备和食品杀菌消毒等领域。
公开号为 CN111671055A， CN112263115A和CN112586713A公开了紫外灭菌和药物浸泡等传统的技术手段，虽然在一定程度上抑制了细菌的扩散和恶化，但在药物渗透率、灭菌效率和使用便捷性等方面还有待提高，距离实现细菌的完全灭活还有一定差距。
公开号CN110731367A、CN110959661A和CN109006966A等专利中公开了利用大气压低温等离子体直接灭菌，虽然研究实践已经证明了它在杀菌消毒和延长货架期中的积极作用，但直接作用对一些热敏性的生鲜会造成一定的损伤，影响生鲜品质。
公开号CN211241514U、CN110235932A和CN110731368A等专利中公开了利用等离子体来间接灭菌的方法，虽然采用间接杀菌的方式的电极结构更为灵活以及适用于热敏性生鲜食品，但间接杀菌的活性粒子较少导致杀菌效果远不及直接作用，无法保证与直接作用产生相同的灭菌率。
公开号CN110897077A、CN111470593A和CN110734112A等专利公开了利用等离子体来活化水灭菌的方法，虽然等离子体活化水可以满足不同形状物体的表面处理需求，为活性粒子向生鲜深处的扩散提供了有利条件，但是等离子体活化水难以处理大面积大批量的生鲜食品、会产生大量废水以及部分生鲜不能用水浸泡的问题。
发明内容
1、所要解决的技术问题：
有效延长生鲜食品的货架期。
2、技术方案：
为了解决以上问题，本发明提供了一种用于提高生鲜食品货架期的等离子装置，包括柜体，所述柜体中设有载物台，所述载物台被透明玻璃罩盖住，所述透明玻璃罩内上方设有轨道，移动处理罩在轨道上移动，所述移动处理罩包括罩体和连接端，所述连接端和所述轨道连接，所述连接端上端侧边设有进风口、顶端设有进线孔，所述进风口通过气道和风机连接，所述罩体内壁设有柔性电极，所述柔性电极和高压电源模块连接，高压线和低压线通过进线孔进入到罩体和柔性电极连接。
所述轨道包括两个固定面设在在透明玻璃罩内顶部的两侧，每个所述固定面包括和透明玻璃罩顶部连接的第一面和设置第一轨道的底面，所述第一面和底面的两侧通过第二面连接，还设有滑轮架，所述滑轮架包括两个滑轮和支架，所述第一滑轮和所述第一轨道连接，并能够在第一轨道上前后滑动，每个所述支架和可移动轨道对应的支架接口连接，所述移动处理罩的顶部通过U型滑轮架和可移动轨道连接，所述U型滑轮架包括第二滑轮，所述第二滑轮和可移动轨道连接，并能够在可移动轨道的第二轨道上左右滑动。
所述连接端为伸缩移动管,所述伸缩移动管上设有钢丝绳，通过钢丝绳上下拉升调整伸缩移动管的长度。
所述柔性电极包括多层，从上到下一次为第一绝缘层、金属电极层、第二绝缘层、金属层和第三绝缘层，其中第一绝缘层上的高压金属电极条用于连接金属电极层和高压线，第二绝缘层上的低压金属电极条用于连接金属层和低压线。
所述金属电极层正面铜刻边长相同的六边形均匀交错布置，反面全铺铜。
所述柔性电极弯曲的角度在0-170°范围内变化，其中金属电极层和金属层始终保持相互平行。
所述载物台下方设有活性炭装置，所述活性炭装置包括固定面并通过固定面固定在柜体上，所述活性炭装置的外壳包括第一微孔面和第二微孔面，所述第一微孔面的单侧能够开关，第二微孔面对着水道，废液通过水道进入到所述活性炭装置下方的废液回收箱中。
所述废液回收箱包括进水口和废液储存箱，废液从所述进水口进入废液储存箱。
所述废液储存箱有两个，对称放置，每个废液储存箱上设置有透明拉环，所述透明拉环放置在朝外的一侧。
所述高压电源模块和所述风机都设置在柜体内。
3、有益效果：
本发明可以不消耗任何惰性气体，直接在空气中产生低温等离子体，这提高了生鲜货架期的经济性。与现有等离子体灭菌的方法相比，采用本方法延长生鲜货架期时，由于采用了柔性印制电路板技术，不仅提高了介质表面产生等离子体的均匀性，还保障了等离子体对生鲜食品的安全性，此外该沿面介质阻挡放电反应器结构便于安装以及拆卸更换。采用本方法延长生鲜货架期时，由于考虑了直接与间接作用相结合的方式，可以根据应用对象选择不同的作用方式，使用伸缩移动管调节柔性电极与生鲜表面的距离来改变作用于生鲜表面的等离子体强度和活性粒子浓度，增强了生鲜灭菌的灵活性。采用本装置在考虑生鲜货架期时，不仅考虑了对尾气的吸收，还增加了废液回收装置对生鲜上可能附带的废液进行回收，此外低温等离子体产生的半衰期较长的活性粒子可以对废液进行杀菌消毒。
附图说明
图1为本发明中装置的结构示意图。
图2为轨道的结构示意图。
图3为滑轮架的结构示意图。
图4为可移动处理罩和可移动轨道的配合示意图。
图5为可移动轨道结构示意图一。
图6为U型滑轮架结构示意图。
图7为可移动处理罩的结构示意图。
图8为活性炭装置结构示意图。
图9为废液回收装置结构示意图。
图10为可移动处理罩结构示意图二。
图11为柔性电极结构分层示意图。
图12为柔性电极正反面示意图。
图13为大肠杆菌杀菌效果图。
图14为大肠杆菌菌落数随杀菌时间变化表。
图15为大肠杆菌直接作用和间接作用杀菌效果对比图。
附图标记说明：1.轨道；2透明玻璃罩；3.载物台；4.水道；5.活性炭装置；6.废液回收装置；7.玻璃柜门；8.可移动处理罩；9.气道；10.进风口；11.风机；12.高压电源模块；13.柜体；1-1.固定面;1-2.第一轨道；1-3.可移动轨道；1-4.滑轮架;1-5.U型滑轮架;1-6气管支架；301支架接口；302.第二轨道；401.滑轮；404.支架；501.第一微孔面；502.第二微孔面；503.固定面；601.进水口；602.透明圆形拉环；603.废液储存箱；702.进风口；901.主管；902.支管；903.支管；8-1.罩体；8-2.连接端；801.进线孔；804.柔性电极；8041.第一绝缘层；8042.金属电极层；8043.第二绝缘层；8044金属层；8045.第三绝缘层；8046.金属电极条；8047.六边形；8048.金属电极条。
具体实施方式
下面通过附图来对本发明进行详细说明。
如图1所示，一种用于提高生鲜食品货架期的等离子装置，包括柜体13，所述柜体13中设有载物台3，所述载物台3被透明玻璃罩2盖住，所述透明玻璃罩2内上方设有轨道1，移动处理罩8在轨道1上移动，轨道1可以让可移动处理罩8在透明玻璃罩2内随意移动，能够停止在任意位置。
如图7和图10所示，所述移动处理罩8包括罩体8-1和连接端8-2，所述连接端8-2和所述轨道1连接，所述连接端8-2上端侧边设有进风口702、顶端设有进线孔801，所述进风口702通过气道9和风机11连接，所述罩体8-1内壁设有柔性电极804，所述柔性电极804和高压电源模块12连接，高压线和低压线通过进线孔801进入到罩体8-1和柔性电极804连接。
可移动处理罩8通过在轨道1上滑动，到生鲜食品的上方，柔性电极804通电，等离子体放电，柔性电极附近可以电离空气中的氮气、氧气和少量的水蒸气，产生丰富的OH、H2O2、HO2、O3、NO和N2O活性粒子，这些粒子扩散至生鲜表面，可以用于灭活细菌，延长生鲜货架期。
在一个实施例中，柔性电极804接通电源等离子放电的同时，打开风机11，空气从进风口702进入到客移动处理罩8中，柔性电极804产生活性物质在风机11的带动下对生鲜表面进行杀菌，这种方式，不受待处理物体积与形状的限制，可实现复杂生鲜表面消毒，满足热敏性生鲜表面生物处理的需求。而使用人员可以根据生鲜体积、形状和热敏性等对处理方式做出相应的调整。
如图2-图6所示，所述轨道1包括两个固定面1-1设在在透明玻璃罩2内顶部的两侧，每个所述固定面1-1包括和透明玻璃罩2顶部连接的第一面和设置第一轨道1-2的底面，所述第一面和底面的两侧通过第二面连接，还设有滑轮架1-4，所述滑轮架1-4包括两个滑轮401和支架404，所述第一滑轮401和所述第一轨道1-2连接，并能够在第一轨道1-2上前后滑动，每个所述支架404和可移动轨道1-3对应的支架接口301连接，所述移动处理罩8的顶部通过U型滑轮架1-5和可移动轨道1-3连接滑轮架1-4在第一轨道1-2中滑动，带动可移动轨道1-3的滑动，从而带动可移动处理罩8的前后滑动。
所述U型滑轮架1-5包括第二滑轮501，所述第二滑轮501和可移动轨道1-3连接，并能够在可移动轨道1-3的第二轨道302上左右滑动，从而带动可移动处理罩8的左右滑动。
在一个实施例中，所述连接端8-2为伸缩移动管，所述伸缩移动管上设有钢丝绳，通过钢丝绳上下拉升调整伸缩移动管的长度。此种结构可以通过调整可移动处理罩8和生鲜食品的距离，在柔性电极804放电过程，调整伸缩移动管802到可移动处理罩8完全罩住生鲜使得柔性电极804贴近生鲜。可移动处理罩8罩住生鲜可以形成相对闭合的处理空间，防止等离子体中活性成分的耗散。在有风机11通过空气的作用下，可以根据生鲜体积、形状和热敏性等，改变柔性电极804到生鲜表面的距离，可以调节这些活性粒子作用与生鲜的浓度，实现不同强度的灭菌处理以及降低生鲜表面的温升。
改变高压电源模块12的电气参量，可以调节这些活性粒子的浓度，实现不同强度的灭菌处理。此外在灭菌过程中，可以通过调控高压电源模块12的参数实现调节等离子体灭菌效果。使用人员可以根据生鲜体积、形状和热敏性等，改变高压电源模块12输出的电压波形、电压幅值和电压频率调控放电强度和等离子体的密度。使用者还可以将高频交流电压转变为间歇式交流电压，来减小柔性等离子体装置和生鲜表面的温升，适度降低等离子体的灭菌速率。此外，使用者若将高频交流电压转变为微秒脉冲电压或纳秒脉冲电压，可以在提高灭菌速率的基础上，降低装置和生鲜表面的温升。
在一个实施例中，如图11-12所示，所述柔性电极804包括多层，从上到下一次为第一绝缘层8041、金属电极层8042、第二绝缘层8043、金属层8044和第三绝缘层8045，其中第一绝缘层8041上的高压金属电极条8046用于连接金属电极层8042和高压线，第二绝缘层8045上的低压金属电极条8048用于连接金属层8044和低压线。
将重复的边长的六边形8047用铜刻在金属电极层8042上。这种模式使用最小的总周长覆盖一个表面，并允许沿六边形网格的边缘产生大气等离子体。为了保证金属电极层8042表面产生等离子体的均匀性，对金属电极层8042上的六边形均匀地交错布置。焊盘开孔铺铜用于连接高压与低压电极，其中第一绝缘层8041上的高压金属电极条8046用于连接高压电极8042和高压线，第三绝缘层8045上的低压金属电极条8048用于连接低压电极8044和低压线。金属电极层8042与金属层8044黑色区域全铺铜。
第一绝缘层8041、金属电极层8042、第二绝缘层8043、金属层8044和第三绝缘层8045都具有优良的可弯曲性，弯曲的角度在0~170°范围内变化。不管柔性电极如何弯曲变化，高压金属电极层8042和低压金属电极层8044始终保持相互平行，使柔性等离子体装置始终均匀放电。
在一个实施例中，选取平均细菌数为294×106的大肠杆菌培养液进行杀菌实验。大肠杆菌在处理电压5 kV，频率3 kHz下处理0-30 s，大肠杆菌杀菌效果如图13。从图14的表1可见直接处理杀菌效果在5、10 s有显著变化，到10 s时大肠杆菌菌落数已经零星存在。说明柔性电极产生的等离子体活性物质对大肠杆菌的杀菌效果较为显著。
在一个实施例中，选取平均细菌数为294×106的大肠杆菌培养液进行杀菌实验。大肠杆菌在处理电压5 kV，频率3 kHz下处理30 s，大肠杆菌杀菌效果如图15。由图15可以观察到间接处理后大肠杆菌的菌落数明显减少，说明柔性电极间接方式产生的等离子体活性物质对大肠杆菌的杀菌效果较为明显，可以用于生鲜的杀菌。
在一个实施例中，所述载物台2下方设有活性炭装置5，所述活性炭装置5包括固定面503并通过固定面503固定在柜体11上，所述活性炭装置5的外壳包括第一微孔面501和第二微孔面502，所述第一微孔面501的单侧能够开关，第二微孔面502对着水道4，废液通过水道4进入到所述活性炭装置5下方的废液回收箱6中。
风机11带动玻璃内气体流动时，气体通过第一微孔面501、第二微孔面502中直径为2 mm的微孔进入活性炭装置，活性炭对废气进行吸附。第一微孔面501为单侧可开关，用于填充和更换活性炭颗粒。第二微孔面502上半部对应着水道4中的水箱出口，废液经活性炭净化后从下部流入废液回收装置6。通过固定面503将活性炭装置固定在柜体13上。
在一个实施例中，所述废液回收箱6包括进水口601和废液储存箱603，废液从所述进水口601进入废液储存箱603。透明圆形拉环602便于更换废液回收装置，以及观察废液回收装置中废液的水位。所述废液储存箱603有两个，对称放置，每个废液储存箱603上设置有透明拉环602，所述透明拉环602放置在朝外的一侧。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但它们并不是用来限定本发明的，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明之精神和范围内，自当可作各种变化或润饰，因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求保护范围所界定的为准。
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