一种高压电场介质阻挡低温等离子体发生器

1.本发明涉及冷杀菌备技术领域，具体涉及一种高压电场介质阻挡低温等离子体发生器。


背景技术：

2.高压电场介质阻挡低温等离子体具有高效的冷杀菌效果，处理过程中不会产生温升，此技术可与气调保鲜包装技术完美结合，低温等离子体对包装产品进行杀菌处理，不会产生二次污染；产生杀菌作用的等离子体来源于包装内部气体，不会产生化学残留，安全性高。因此低温等离子体冷杀菌作为一种新型的冷杀菌技术，适合用于生鲜调理等热敏性食品的大规模开发，以取代传统的热杀菌，来达到冷杀菌保鲜目的。中国发明专利(申请号：cn209676565u)公开了一种高压电场低温等离子体冷杀菌核心装置，当介质阻挡板厚度太小时，工作电压达到一定高度会发生高压电极放电使包装盒(袋)表面薄膜击穿；中国发明专利(申请号：cn104126641a)公开了一种生鲜肉高压电场等离子体协同纳米光催化杀菌保鲜方法，规定了介质阻挡板厚度为：上层板1.3
‑
1.8mm、下层板1.8
‑
3.5mm，当工作电压达到130kv就会发生高压电极放电而影响冷杀菌效果，且高压电极尺寸适应的是单个包装盒工作方式，无法满足生鲜调理食品大规模生产需求。而大面积高压电极电荷的均匀性分布问题也是多件包装产品同一电极杀菌均匀性的瓶颈问题。


技术实现要素：

3.本申请中为了解决上述技术问题，本发明提供了一种高效率的低温等离子发生器装置。
4.本发明提供了如下的技术方案：一种高效率的低温等离子发生器装置，包括电压调控器、高压电场发生器、电极以及介质阻挡绝缘板，所述电压调控器电性连接于所述高压电场发生器，两个所述电极呈相对位置设置，且电性连接于所述高压电场发生器，所述电极的相对面设有所述介质阻挡绝缘板，所述介质阻挡绝缘板的厚度为2.5mm至7.5mm。
5.进一步的，两个所述电极之间的电压为100kv至150kv。
6.进一步的，所述电极整体呈长方体形状，所述电极端面的形状和尺寸和同一杀菌包装盒组件的平面形状和尺寸相同。
7.进一步的，所述同一杀菌包装盒组件中包装盒的数量为2至4盒。
8.进一步的，所述介质阻挡绝缘板由介电常数3.5
‑
5.0的聚甲基丙烯酸甲酯制备而成；所述电极的材料为铜铝合金。
9.本发明涉及一种高效率的低温等离子发生器装置，其有益效果在于：采用的电极板尺寸为500mm
×
300mm铜铝合金材料，介电常数为3.5
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5.0的聚甲基丙烯酸甲酯作为介质阻挡绝缘板，优化了介质阻挡绝缘板厚度、杀菌电压以及电极之间包装盒的数量，从而提高了大规模生产效率。
10.图1是本发明装置的原理结构示意图；
具体实施方式
11.以下结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分理解本发明的目的、方案和效果。需要说明的是，在不冲突的情况下本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。需要说明的是，如无特殊说明，当某一特征被称为“固定”、“连接”在另一个特征，它可以直接固定、连接在另一个特征上，也可以间接地固定、连接在另一个特征上。此外，本发明中所使用的上、下、左、右等描述仅仅是相对于附图中本发明各组成部分的相互位置关系来说的。
12.平板计数法是将待测样品经适当稀释之后，其中的微生物充分分散成单个细胞，取一定量的稀释样液接种到平板上，经过培养，由每个单细胞生长繁殖而形成肉眼可见的菌落，即一个单菌落应代表原样品中的一个单细胞。
13.如图1所示，本发明装置的工作原理：一种高效率的低温等离子发生器装置，包括电压调控器、高压电场发生器、电极以及介质阻挡绝缘板，所述电压调控器电性连接于所述高压电场发生器，通过电压调控器可以控制高压电场发生器，从而可以控制电极之间的电压，即杀菌电压。两个所述电极呈相对位置设置，且电性连接于所述高压电场发生器，所述电极的相对面设有所述介质阻挡绝缘板，所述介质阻挡绝缘板的厚度为2.5mm至7.5mm。两个所述电极3之间的电压为100kv至150kv。所述电极3整体呈长方体形状，若干包装盒组成同一杀菌包装盒组件，所述电极3端面的形状和尺寸和同一杀菌包装盒组件的平面形状和尺寸相同。所述同一杀菌包装盒组件中包装盒的数量为2至4盒。所述介质阻挡绝缘板由介电常数3.5
‑
5.0的聚甲基丙烯酸甲酯制备而成。通过以下实施例可以优化介质阻挡绝缘板的厚度、电极之间的电压以及同一杀菌包装盒组件的数量，以提高大规模生产效率。
14.实施例一：介质阻挡绝缘板厚度对击穿包装盒封口薄膜临界电压的影响
15.将2ml菌液分别滴入12孔板，果蔬放入塑料包装盒(长
‑
宽
‑
高:180
‑
128
‑
36mm)，采用opp/pe塑料薄膜空气密封包装，随后将包装盒放置在两个电极之间，介质板厚度分别为2.5、5.0和7.5mm进行冷杀菌。杀菌频率为50hz，调控杀菌电压慢慢提高，放电时间为30s，间隔时间为10s，放电次数3次。通过观察电极板之间的放电现象和封口薄膜击穿情况，确定击穿包装封口薄膜的临界电压，实验结果如表1所示。
16.表1不同介质阻挡绝缘板厚度产生等离子体击穿包装盒封口opp/pe塑料薄膜的临界电压
[0017][0018]
低温等离子发生器装置的最大电压为170kv，当介质阻挡绝缘板的厚度为7.5mm时，低温等离子发生器装置的杀菌电压为160kv，包装盒没有被击穿，因此，介质阻挡绝缘板的厚度为7.5mm时，临界击穿电压为大于160kv。
[0019]
表1中数据显示，介质阻挡绝缘板厚度越大，包装盒耐高电压能力越强。介质阻挡绝缘板厚度为2.5mm时，包装盒表面能承受最大电压(峰峰值)为100kv，当厚度提高到为5mm
时，包装盒表面能承受最大电压(峰峰值)提高了50kv。当介质阻挡绝缘板厚度越大时，绝缘性越好，保护盒越难被高电压击穿，介质阻挡绝缘板是不阻挡电场强度的材料，电场强度越高，包装盒内的气体容易被激发，因此，杀菌效果越好。
[0020]
实施例二：介质阻挡绝缘板厚度对抑菌效果变化的影响
[0021]
对照组1：将2ml菌液分别滴入12孔板，圣女果和大蒜分别放入两个塑料包装盒(长
‑
宽
‑
高:180
‑
128
‑
36mm)，采用opp/pe塑料薄膜空气密封包装，包装盒没有采用低温等离子发生器装置进行杀菌。
[0022]
实验组1：将2ml菌液分别滴入12孔板，圣女果和大蒜分别放入两个塑料包装盒(长
‑
宽
‑
高:180
‑
128
‑
36mm)，采用opp/pe塑料薄膜空气密封包装，随后将包装盒放置在上电极和下电极之间，介质阻挡绝缘板厚度分别为2.5mm、5.0mm和7.5mm。杀菌电压为100kv，杀菌频率50hz，放电时间为30s，间隔时放电时间为10s，放电次数3次。通过平板计数法，确定介质阻挡低温等离子体发生器装置抑菌效果，结果如表2所示。
[0023]
表2不同介质阻挡绝缘板厚度对抑菌效果的影响
[0024][0025]
表2中数据显示，介质板厚度为2.5、5.0和7.5mm时，金葡萄球菌数量实验组1相对于对照组1分别降了6.17、6.21和6.08，圣女果菌落总数分别降了0.12、0.41、0.11，大蒜菌落总数分别降了0.26、0.54、0.26。结果表明，介质板厚度为5.0mm时，抑菌效果最好。
[0026]
实施例三：不同杀菌电压的抑菌效果变化
[0027]
对照组2：将2ml菌液分别滴入12孔板，圣女果和大蒜分别放入两个塑料包装盒(长
‑
宽
‑
高:180
‑
128
‑
36mm)，采用opp/pe塑料薄膜空气密封包装，包装盒没有采用低温等离子发生器装置进行杀菌。
[0028]
实验组2：将2ml菌液分别滴入12孔板，圣女果和大蒜分别放入两个塑料包装盒，采用opp/pe塑料薄膜空气密封包装，随后将包装盒放置在上电极和下电极之间，杀菌电压(峰峰值)分别为100、110、120、130、140和150kv进行冷杀菌。介质阻挡绝缘板厚度5mm，杀菌频率50hz，放电时间为30s，间隔时放电时间为10s，放电次数3次。通过平板计数法，确定介质阻挡低温等离子体发生器装置抑菌效果，结果如表3所示。
[0029]
表3不同杀菌电压的抑菌效果变化
[0030][0031]
表3中数据显示，杀菌电压(峰峰值)为100、110、120、130、140和150kv时，金葡萄球菌数量实验组2相对于对照组2分别降了4.21、4.26、4.44、4.87、4.89和4.89，圣女果菌落总数分别降了0.41、0.52、0.67、1.19、1.03和0.90，大蒜菌落总数分别降了0.54、0.77、0.78、1.34、0.98和0.85。结果表明，介质阻挡绝缘板厚度为5.0mm时，提高电压至130kv可以提高杀菌效果。
[0032]
实施例四：电极之间包装盒数量对抑菌效果的影响
[0033]
对照组3：将2ml菌液分别滴入12孔板，圣女果放入到塑料包装盒(长
‑
宽
‑
高:180
‑
128
‑
36mm)，采用opp/pe塑料薄膜空气密封包装，包装盒没有采用低温等离子发生器装置进行杀菌。
[0034]
实验组3：将2ml菌液分别滴入12孔板，圣女果放入到塑料包装盒，采用opp/pe塑料薄膜空气密封包装，随后将包装盒放置在上电极和下电极之间，包装盒数量分别为1、2、3、4、5和6盒进行冷杀菌。介质板厚度为5mm，杀菌电压(峰峰值)为130kv，杀菌频率50hz，放电时间为30s，间隔时放电时间为10s，放电次数3次。通过平板计数法，确定介质阻挡低温等离子体发生器装置抑菌效果，结果如表4所示。
[0035]
表4电极之间包装盒数量的抑菌效果变化
[0036][0037]
表4中数据显示，包装盒数量为1、2、3、4、5和6盒时，金葡萄球菌数量分别降了3.58、3.67、3.49、3.30、2.71和个1.92，圣女果菌落总数分别降了0.77、0.67、0.55、0.47、0.31和0.21。结果表明，优选包装盒数量为2
‑
4盒，具有很好的杀菌效果。电极之间包装盒数量是决定生产线设备能适应规模化高效冷杀菌应用的关键技术参数，此实施例说明同一电极包装盒数量不能太多，大面积高压电极电荷的均匀性分布问题也是多件包装产品同一电极杀菌均匀性的瓶颈问题，且冷杀菌的功率密度也随同一电极包装盒数量增加而降低。
[0038]
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。