一种低频高压脉冲电场协同冷等离子体的食品杀菌设备制造技术

本实用新型专利技术涉及食品杀菌设备技术领域，具体涉及一种低频高压脉冲电场协同冷等离子体的食品杀菌设备，包括触控屏、控制模块、脉冲升压模块、平行电极板、控制用电机、传送带、急停开关；所述控制模块包括电源、调压器、全桥逆变器、驱动电路、电机驱动器、开关电源、可编程逻辑控制器PLC；所述脉冲升压模块包括升压变压器、倍压电路和升压电阻；本实用新型专利技术实现脉冲电场非热加工技术与冷等离子体技术相结合的功能，杀菌效果稳定、电极之间不易击穿，可实现流水线批量处理，主要用于固体食品及其外包装的微生物消杀处理。的微生物消杀处理。的微生物消杀处理。

【技术实现步骤摘要】
一种低频高压脉冲电场协同冷等离子体的食品杀菌设备


[0001]本技术涉及食品杀菌设备
，具体涉及一种低频高压脉冲电场协同冷等离子体的食品杀菌设备。

技术介绍

[0002]随着人们生活水平的提高，消费者对食品质量的要求也越来越高。今天的消费者不仅要求食品新鲜安全，还追求食品原有的天然风味和营养成分，而使用传统热加工杀菌技术处理的食品难免存在营养物质流失和风味丧失的问题，因此难以满足消费者的需求。为了解决这一问题，很多食品非热加工技术已得到广泛的研究并取得了突破性进展，主要包括高压脉冲电场技术、超高静压技术、高压二氧化碳技术、辐照技术、脉冲磁场技术等。
[0003]脉冲电场(Pulsed Electric Field，PEF)杀菌作为一种前沿有效的食品非热加工技术，具有加工温度低以及更好保持食品原有的色泽、口感和新鲜度等特点，能极大程度地保护热敏性食品的关键营养成分。同时PEF工艺还具有能耗低、污染小与杀菌效率高等优点，主要用于食品的杀菌、钝酶、酒类催陈和提升特定细胞代谢产物的提取率等。
[0004]PEF技术的细胞膜电穿孔和电崩溃理论被业内广泛接受。即在电场中将微生物的细胞膜视为一个电容器，随着电场强度的提升和快速极性反转，细胞膜被极化并出现大量不可逆的电穿孔，最终细胞内容物溶出、细胞结构瓦解，从而达到杀菌灭活的目的。PEF杀菌效果的主要影响因素为微生物自身特性、电场强度、脉冲波形、有效处理时间和电极尺寸参数。常见的脉冲波形有平方波、指数衰减波和钟形波，并且双极性脉冲电场的杀菌效果要优于单极性但其电路拓扑较为复杂。同样地，在一定范围内增加电场强度可显著提升杀菌效果，因此设备的体积大小和绝缘性能需纳入考虑。
[0005]等离子体的杀菌主要依靠其内部大量的电子、离子、自由基等活性粒子，发生相应的物理或化学变化。其中冷等离子体能够满足食品非热、无残留的处理要求，且在大气压下通过介质阻挡放电即可实现。值得注意的是，空间场强过高时空气会被电离并产生大量的氧化物，对食品的风味及营养价值产生负面影响，因此需要控制上下极板的间距和施加电压。
[0006]目前针对液体食品如牛奶、果汁等的封闭式PEF连续低温杀菌处理已逐渐成熟，例如：公开号为CN111248259A的中国专利公开了基于脉冲电场的流体食品杀菌装置及方法，该装置可以稳定持续地施加脉冲电场，配合前后缓冲罐等装备，可实现连续性杀菌，具有极好的工业化前景。但该装置的处理腔体及其配套的缓冲罐体积较大，存在流体食品流速较快时平均杀菌时间不充足，杀菌效果不稳定的缺陷。
[0007]再如：公开号为CN114938559A的中国专利公开了一种介质阻挡均匀放电低温等离子体食品杀菌装置，该装置能实现在大气压下产生大面积大间距均匀大气压等离子体。但该装置必须以惰性气体为载气进行放电产生等离子体，存在不能全方位地处理食品，杀菌效果受限于等离子体密度的缺陷。
[0008]目前市场对新鲜蔬果、生鲜肉、冷冻肉类等固体或半固体食品及其外包装的杀菌
需求也日益提高，因此亟需一种运行稳定、杀菌高效且能实现流水线批量处理的PEF杀菌设备。

技术实现思路

[0009]针对现有技术中存在的问题和不足，本技术的目的是提供一种低频高压脉冲电场协同冷等离子体的食品杀菌设备，实现脉冲电场非热加工技术与冷等离子体技术相结合的功能，主要用于固体食品及其外包装的微生物消杀处理。
[0010]为实现上述目的，本技术提供了如下的技术方案：
[0011]一种低频高压脉冲电场协同冷等离子体的食品杀菌设备，包括触控屏、控制模块、脉冲升压模块、平行电极板、控制用电机、传送带和急停开关；所述控制模块分别与触控屏、脉冲升压模块、控制用电机、传送带电性连接，所述脉冲升压模块与平行电极板电性连接，所述控制用电机的输出端与伸缩杆上端连接，所述伸缩杆下端与平行电极板的上极板连接，所述平行电极板的下极板固定在传送带的上下履带之间，平行电极板的上极板与下极板相对且平行；
[0012]所述控制模块包括电源、调压器、全桥逆变器、驱动电路、电机驱动器、开关电源、可编程逻辑控制器PLC；所述电源分别与开关电源和调压器电性连接，所述急停开关与电源电性连接；所述开关电源分别与驱动电路、电机驱动器和可编程逻辑控制器PLC电性连接，所述可编程逻辑控制器PLC分别与触控屏、传送带、调压器、驱动电路、电机驱动器电性连接，所述电机驱动器与控制用电机电性连接，所述调压器和驱动电路均与全桥逆变器电性连接，所述全桥逆变器电性连接脉冲升压模块。
[0013]优选的，所述脉冲升压模块包括第一升压变压器T1和第二升压变压器T2，第一升压变压器T1的次级绕组端依次串联第一倍压电路和第一升压电阻R1后与平行电极板的下极板连接，第一升压变压器T1的次级绕组端还依次串联第二倍压电路和第二升压电阻R2后与平行电极板的上极板连接，第二升压变压器T2的次级绕组端依次串联第三倍压电路和第三升压电阻R3后与平行电极板的上极板连接，第二升压变压器T2的次级绕组端还依次串联第四倍压电路和第四升压电阻R4后与平行电极板的下极板连接。
[0014]优选的，所述第一升压变压器T1和第二升压变压器T2的输入为相位差为半个脉冲周期的双极性低压脉冲，脉冲频率调节范围为50～200Hz，所述平行电极板单个极板上脉冲电压的峰峰值最大为100kV，同时刻上下极板的低频脉冲高压幅值相同、极性相反。
[0015]优选的，所述平行电极板由金属材料铜制成，并封装在聚四氟乙烯板内部，平行电极板厚度为2mm，聚四氟乙烯板的厚度为10～20mm。
[0016]优选的，所述传送带的履带为绝缘材料并具有镂空结构，不会明显影响空间电场的分布情况。
[0017]优选的，所述控制模块的电源为220V工频交流电。
[0018]优选的，所述脉冲升压模块与平行电极板之间使用高压导线连接。
[0019]优选的，所述平行电极板的间距调节范围为3～8cm。
[0020]优选的，所述平行电极板的等效电容通过以下公式进行估算：
[0021][0022]其中，ε0＝8.854
×
10
‑
12
F/m，ε
r
为包裹极板的电介质的相对介电常数，δ为电介质厚度，S为上极板与下极板之间的正对面积，为d为上极板与下极板之间的空气间距。
[0023]优选的，所述控制用电机为步进电机或伺服电机。
[0024]本技术的有益效果是：
[0025]1)微生物种类繁杂，不同微生物对不同参数的脉冲电场的耐受程度也不同，本技术将脉冲电场非热加工技术与冷等离子体技术相结合，在极性快速翻转的高压脉冲电场中，冷等离子体中的大量活性粒子不仅具有一定的杀菌效果，也会吸附于微生物细胞膜表面使其总体呈电负性，从而加速微生物细胞电极化的进程、增加细胞膜电穿孔的数目，进而使细胞结构瓦解直至失活。相较于单一的杀菌方法，脉冲电场和冷等离子体协同杀菌的消杀效果更加稳定可靠，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低频高压脉冲电场协同冷等离子体的食品杀菌设备，其特征在于，包括触控屏(1)、控制模块(2)、脉冲升压模块(3)、平行电极板(4)、控制用电机(5)、传送带(6)和急停开关(7)；所述控制模块(2)分别与触控屏(1)、脉冲升压模块(3)、控制用电机(5)、传送带(6)电性连接，所述脉冲升压模块(3)与平行电极板(4)电性连接，所述控制用电机(5)的输出端与伸缩杆上端连接，所述伸缩杆下端与平行电极板(4)的上极板连接，所述平行电极板(4)的下极板固定在传送带的上下履带之间，平行电极板(4)的上极板与下极板相对且平行；所述控制模块(2)包括电源、调压器、全桥逆变器、驱动电路、电机驱动器、开关电源、可编程逻辑控制器PLC；所述电源分别与开关电源和调压器电性连接，所述急停开关(7)与电源电性连接；所述开关电源分别与驱动电路、电机驱动器和可编程逻辑控制器PLC电性连接，所述可编程逻辑控制器PLC分别与触控屏(1)、传送带(6)、调压器、驱动电路、电机驱动器电性连接，所述电机驱动器与控制用电机(5)电性连接，所述调压器和驱动电路均与全桥逆变器电性连接，所述全桥逆变器电性连接脉冲升压模块(3)。2.根据权利要求1所述的一种低频高压脉冲电场协同冷等离子体的食品杀菌设备，其特征在于：所述脉冲升压模块(3)包括第一升压变压器T1和第二升压变压器T2，第一升压变压器T1的次级绕组端依次串联第一倍压电路(8)和第一升压电阻R1后与平行电极板(4)的下极板连接，第一升压变压器T1的次级绕组端还依次串联第二倍压电路(9)和第二升压电阻R2后与平行电极板(4)的上极板连接，第二升压变压器T2的次级绕组端依次串联第三倍压电路(10)和第三升压电阻R3后与平行电极板(4)的上极板连接，第二升压变压器T2的次级绕组端还依次串联第四倍压电路(11)和第四升压电阻R4后...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈兆权，章建浩，戴涛，陈思乐，
申请(专利权)人：苏州屹润食品科技有限公司，
类型：新型
国别省市：