一种气调电离协同高压静电喷雾成膜装置及其应用

本发明涉及一种气调电离协同高压静电喷雾成膜装置及其应用，尤其涉及一种电喷雾喷涂、气调电离和成膜保鲜的协同作用方法，属于农产品加工与装备制造领域。

背景技术：

1、果蔬的储藏期较短，易腐败，成为细菌感染与繁殖的基质。我国每年因储藏不当而损失的果蔬约占果蔬总量的30％。因此，如何实现果蔬的高质量保鲜，切实可行的提高果蔬贮藏能力，是食品行业内亟需解决的难题。电喷雾、低温等离子体和气调保鲜被广泛应用于解决这一问题。相较于其它手段，电喷雾、低温等离子体和气调保鲜具有低温操作、操作成本低、处理能力高、工艺简单的特点，产业应用前景较好。因此，以上三种独立的技术手段均在果蔬保鲜领域展现出一定的优势。

2、cn201911393923.7一种草莓保鲜装置和保鲜方法，公开了以植物精油乳液为杀菌剂的静电喷雾装置，用于草莓保鲜。该装置以箱体为构型，内有草莓储格的储物架，内壁左右两侧设静电喷雾装置，箱体四周有排风扇，顶部设置排风口，使用该装置处理草莓，可以延长草莓的货架期。但是，该方法使用的电喷雾装置可施加的电压较低，不足及产生范围较广的低温等离子体，并且没有涉及气体调节，因此该专利与本专利显著不同。

3、cn202110617551.2一种等离子气调保鲜机及其使用方法，公开了一种等离子气调保鲜设备。通过气流控制系统、等离子体发生单元和气调包装机依次连接,将目标产品封装在具有气体阻隔性能的包装盒内部。该方法利用交流放电,在常温下产生低温等离子体，对气调包装前的食品进行非热灭菌,可以提高气调保鲜的效果。该方法的等离子体作用区间与气调作用区间分离，并没有通过气体调节强化低温等离子体作用，是分步式的加工方式，与本专利所使用的协同一体化装置显著不同。

4、类似的，现有技术中存在一种低温灭菌气调一体化的果蔬保鲜方法；肖凯军；吴圆月；朱良；银玉容,低温灭菌气调一体化的果蔬保鲜方法。该方法将预处理后的果蔬置于保鲜装置内,通过mno-2/bi除乙烯膜片催化降解果蔬产生的乙烯,通过气调膜调节保鲜装置内的氧气和二氧化碳浓度,同时利用等离子气相杀菌器对新鲜果蔬进行杀菌,并利用半导体制冷片降低保鲜装置内环境的温度。此方法降低了果蔬的呼吸强度,延长了果蔬的保质期。该方法并未涉及电喷雾喷涂，杀菌与保水效果弱于电喷雾喷涂灭菌剂与低温等离子体的协同作用效果。因此，该技术与本专利中涉及的方法显著不同。

技术实现思路

1、本发明的目的是克服上述不足之处，提供一种气调电离协同高压静电喷雾成膜装置及其应用，目的在电喷雾、低温等离子体、灭菌液和气调的协同条件下对产品进行连续作业式的非热加工，以延长农产品的贮藏时间。

2、本发明的技术方案，一种气调电离协同高压静电喷雾成膜装置，包括供液系统、高压静电喷雾系统、供气系统、等离子体发生系统、传送系统、灭菌液回收系统、脱水系统和控制柜；

3、所述供液系统包括储液罐、液体过滤器和氮气储罐；所述储液罐下端与液体过滤器连接，储液罐上端侧壁和氮气储罐连通；

4、所述高压静电喷雾系统包括灭菌箱、雾化针头、电极棒、高压电源；所述液体过滤器通过管道连通入灭菌箱中；所述管道上设有若干个雾化针头，所述灭菌箱一侧设有高压电源，高压电源与电极棒相连；所述电极棒上设有若干个电极棒孔；所述雾化针头穿过电极棒上的通孔并固定；

5、所述供气系统包括气调罐i、气调罐ii、气体混合罐和气体过滤器；所述气调罐i和气调罐ii均通过管道连通入气体混合罐；所述气体混合罐与气体过滤器连通；所述气体过滤器通过管路连通入灭菌箱；

6、所述等离子体发生系统位于灭菌箱内部，电离针头、电极棒和高压电源；所述连通气体过滤器的管路上设有若干个电离针头，每个电离针头的前段均穿过电极棒的通孔并固定；所述电极棒与高压电源连接；

7、所述传送系统包括原料输送带和振动床、灭菌液收集罐；所述振动床和灭菌液收集罐均位于灭菌箱内部，灭菌液收集罐位于振动床下方；所述原料输送带位于灭菌箱一侧，将原料转移至振动床上；

8、所述脱水系统包括烘箱、送风机、产品输送装置、抽湿机、加热器和产品收集容器；所述灭菌箱另一侧设有产品输送装置，产品输送装置上设有烘箱，烘箱上端设有送风机，烘箱下端设有抽湿机和加热器；所述产品输送装置另一侧通过输送带与产品收集容器连接。

9、进一步地，所述供液系统还包括进液阀、出液阀、和调压阀；所述储液罐上端设有进液阀，下端设有出液阀；所述储液罐的侧壁通过调压阀和氮气储罐连通。

10、进一步地，所述供气系统还包括流量调节阀、气体成分传感器和出气阀；所述气调罐i和气调罐ii与气体混合罐连通的管道上均设有流量调节阀；所述气体混合罐上设有气体成分传感器，气体混合罐下端设有出气阀。

11、进一步地，所述高压静电喷雾系统还包括供液阀和第一螺丝；所述每个雾化针头上设有供液阀用于控制出液；所述雾化针头穿过电极棒的通孔后通过第一螺丝固定。

12、进一步地，所述等离子体发生系统还包括供气阀、第二螺丝，所述每个电离针头的前段均穿过电极棒的通孔并通过第二螺丝固定；所述每个电离针头上还设有供气阀。

13、进一步地，在灭菌箱内，高压静电喷雾系统与等离子体发生系统交替排列分布。

14、进一步地，所述正/负高压电源的电压运行参数分别设定为正50-100kv、负50-100kv。

15、进一步地，所述雾化针头与电离针头均为不锈钢材质，针头规格为25-34g，针头长度为20-40mm。

16、进一步地，所述电极棒为铜材质，采用绝缘收缩材料保护，单排电极棒长50-100cm，直径10-14cm，电极棒中间加工成穿孔，孔径7.6-8.0mm，孔距1cm，与穿孔垂直位置加工成丝孔，孔径3-5mm。

17、进一步地，所述单排电极棒安装雾化针头与电离针头数量为20-30个，所述金属针头彼此之间的间距大于3cm。

18、进一步地，所述静电喷雾雾化系统与等离子体发生系统电极棒之间距离大于3cm。

19、进一步地，所述灭菌室设计为模块化结构，单个灭菌室中静电喷雾系统与等离子体发生系统包括电极棒总数量为20-25支。

20、进一步地，所述模块化结构灭菌室材质为玻璃纤维绝缘材料，长100-150cm,宽50-100cm,高50-80cm。

21、进一步地，所述供液系统、供气系统通过分配管及阀门供给各模块化结构灭菌室中静电喷雾系统与等离子体发生系统。

22、进一步地，所述原料输送带为网孔结构，材质为玻璃纤维绝缘材料，宽度50-80cm，转速调节范围0-50hz。

23、进一步地，所述振动床为网孔结构，材质为玻璃纤维绝缘材料，振动频率范围0-50hz。

24、进一步地，所述产品输送装置输送带为网孔结构，材质为玻璃纤维绝缘材料，宽度50-80cm，转速调节范围0-50hz。

25、进一步地，所述烘箱度长150-300cm，宽50-80cm，高50-80cm，温度控制范围25-50℃。

26、进一步地，所述控制柜分别连接进液阀、出液阀、原料输送带、调压阀、振动床、流量调压阀、气体传感器、出气阀、高压电源、抽湿风机、产品输送带、送风机和加热器；通过控制柜控制进液阀、出液阀、出气阀、抽湿风机和送风机的启停，原料输送带的启停和转速调节，调压阀的启停和压力调节，振动床的启停和频率调节，流量调压阀的启停和流量调节，气体传感器的成分检测与控制，高压电源的启停和电压调节，产品输送带的启停和转速调节，加热器的启停和功率调节。

27、对各个系统进行工艺参数的设定、检测及各部件的运行控制。

28、气调电离协同高压静电喷雾成膜装置的应用，过程如下：将灭菌液通过进液阀输入到储液罐，调节储液罐侧壁连接的调压阀，使氮气储罐中的氮气进入供液系统，氮气推动灭菌液经液体过滤器过滤，滞留不适宜电喷雾的物质，然后通过管道依次进入供液阀、雾化针头；

29、调节高压电源，对电极棒施加电压，灭菌液在气压推动和电场作用下从雾化针头流出，形成带电雾滴；同时，通过气调罐i和气调罐ii向气体混合罐中输送气体，气体成分传感器检测气体混合罐中的气体组分比例，通过流量调节阀进行调节，气体混合罐中的气体通过气体过滤器和供气阀进入电离针头；

30、调节高压电源，对电极棒施加电压，混合气体在电离针头出口处电离，形成等离子体；同时，灭菌箱内空气在电离针头出口处电离，原料经原料传送带传送至灭菌箱，经等离子体灭菌、带电雾滴喷涂与灭菌，通过振动床传送到烘箱，表面脱水后经产品输送装置至产品收集容器；未喷涂在原料表面的灭菌液通过振动床导入至灭菌液收集罐，完成对灭菌液的回收。

31、进一步，灭菌液的有效成分为食品级抑菌剂，溶剂为蒸馏水或无水乙醇。

32、进一步，液体过滤器通过0.1μm微孔滤膜过滤，气体过滤器加载200-1000nm微孔滤膜。

33、进一步，氮气存罐输送氮气压力调节范围0-0.4mpa，气体混合罐输送混合气体压力调节范围0-0.4mpa。

34、进一步，单雾化针头灭菌液的喷雾速率为0-2ml/min；单电离针头混合气体电离速率为0-2ml/min。

35、进一步，正负高压直流电源的电压设定参数分别为正50-正100kv、负100-负50kv。

36、进一步，原料传送带、振动床、产品输送带频率范围0-50hz。

37、进一步，储液罐、气体混合罐的尺寸为内径30cm，高20cm的玻璃纤维材质容器。

38、进一步，氮气储罐、气调罐i、气调罐ii为不锈钢材质，容量为40l。

39、进一步地，气调罐中的气体可为o2、co2、n2等；气调罐i和气调罐ii气流量比为1～3：3～1。

40、本发明的有益效果：本发明能够在低温下操作，保留农产品的营养成分与品质特性。高压电喷雾、等离子体、气体调节均为非热加工技术手段。低温杀菌、喷涂、成膜、气体调节的作用方式有利于抑制细菌的生长和农产品的呼吸作用，显著提升农产品的储藏与保鲜效果。

41、有效提升灭菌液的吸附效果，增加成膜强度，降低水分损失：高电压静电喷雾降低灭菌液雾化液滴尺寸，提高雾滴电荷强度，增强雾化液滴与产品表面的静电吸附力，从而提高成膜强度，增强灭菌液与产品表面微生物作用效果，减少水分蒸发。

42、提高杀菌效果：气调电离可以选择性改变生产环境中低温等离子体的活性基团成分及浓度，通过与电喷雾附加的电荷吸附作用，将低温等离子体的活性基团负载在电喷雾雾滴上，以喷雾的形式作于果蔬表面，实现高效、协同以及可针对不同产品进行调控杀菌。

43、提高产品均匀性，降低原材料成本与劳动成本：通过传送带与振动床的联动，使每一批次的产品均匀喷涂，进而提高产品的均匀性；通过高压静电喷雾，降低灭菌液雾滴粒径，提高雾滴电荷强度，增加与产品结合力，提高灭菌液利用率，同时采用灭菌液回收喷涂系统，因此降低原材料成本；采用全自动化控制手段，降低人工操作成本。