一种低温等离子体用于果蔬保鲜的方法
【专利摘要】本发明提供了一种果蔬保鲜的低温等离子体方法，本发明是利用低温等离子体与催化剂耦合的装置对园艺产品储存环境里的乙烯进行处理使香蕉、黄瓜等果蔬延长保鲜期，经实验证实等离子放电处理对贮藏黄瓜新陈代谢有干扰作用，对贮藏黄瓜有一定保鲜效果，且等离子反应器每天放电处理香蕉2h，环境中乙烯气体浓度远远高于对照组乙烯气体浓度，环境中乙烯浓度的积累速度高于乙烯气体降解速度，减缓了室温下香蕉果皮细胞膜系统的破坏程度，抑制了香蕉果皮的褪绿转黄，有利于保鲜。
【专利说明】一种低温等离子体用于果蔬保鲜的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及到一种用于果蔬保鲜的方法，特别涉及一种利用低温等离子体与催化剂耦合技术使蔬菜、水果保鲜的方法。属食品工程与环境工程的交叉领域。
【背景技术】
[0002]园艺产品的采后衰败是采后果实的生理变化和外界微生物侵染的结果。所以果蔬保鲜技术一般集中于两个问题的解决，一是抑制果蔬的呼吸作用，二是抑制外界微生物的侵染。而近年来受关注的还有园艺产品的农药和其他药剂的残留问题。
[0003]传统的保鲜方法是化学药剂杀菌结合冷藏抑制果蔬呼吸来控制果蔬的衰老及腐烂。在密闭的采后冷藏保鲜环境中，园艺产品本身释放和其它来源的乙烯将增加呼吸强度和代谢酶的活性，是加速成熟和腐烂的重要环境因子，因而在冷藏过程中要尽量降低环境中的乙烯。常用的脱除乙烯的方法是将饱和高锰酸钾溶液吸附在碎砖块、蛭石或沸石分子筛等多孔材料上，乙烯与高锰酸钾接触，因氧化而被清除。美国的商品乙烯吸收剂是将饱和高锰酸钾溶液用氧化铝吸附，做成干燥颗粒，填充在乙烯脱除装置中，用封闭式鼓风机使库内空气通过吸收装置循环，达到清除乙烯的目的。但是这类物质吸附能力有限，容易发生解吸，因此其处理效果不理想。氧化剂主要为高锰酸钾和臭氧，它们需要经常更换，而且容易造成污染，对人体造成伤害。果蔬采后病源微生物侵害是果蔬腐烂的另一个重要因素，化学药剂是目前控制采后病害的主要手段。由于长期使用化学药剂，一些微生物对某些化学药剂己经产生抗性，使防腐效果大打折扣。同时，抗药性的形成迫使生产者在实际操作中不得不加大这些杀菌剂的使用剂量，从而加重了化学药剂的残留量。同时，在园艺产品生长过程中喷洒的农药也会有部分残留。在食品安全日益引起重视的今天，人们越来越关心化学药剂残留给人体健康和环境带来的影响。为保证果蔬的卫生，食用前必须充分洗涤，消耗更多的淡水。而水资源的短缺已是很多城市面临的严峻形式之一。
[0004]其他保鲜方法包括真空包装、辐照技术、气调技术，但也都存在一定的不足。对园艺产品进行真空包装，尤其是抽真空后充入氮气或其他惰性气体，即制造一个微生物无法生存的外部环境，确实能起到较好的保质效果，但它的成本高，故广泛应用受到一定的限制。辐照技术在食品保鲜中的应用也受到了许多学者的重视，但由于辐照技术不易严格掌控，剂量一旦过量，即会造成一定程度的放射性污染，对人体造成危害，所以其应用也受到限制。气调保鲜技术也是近年推广和应用的保鲜技术之一，但此种方法存在结构相对复杂、配套动力设备和检测设备多，也不能灭菌和消除残留药剂得缺点。
【发明内容】
[0005]本发明提供一种利用低温等离子体与催化剂耦合的技术使蔬菜、水果保鲜的方法，他能弥补上述现有保鲜方法的不足，可以做到:
[0006]一、抑制呼吸作用，通过等离子体与催化剂的共同作用使得果蔬储存环境中由果蔬自身和外界产生的乙烯和其他VOCs (如呼吸作用产生的乙醇)被氧化，消耗了 O2，产生了CO2，可以抑制果品的呼吸作用，防止果蔬老化；
[0007]二、消毒杀菌，一方面反应器产生的等离子体可以直接作用于细菌和病毒而将其杀死，另一方面产生的少量臭氧也起到杀菌作用；
[0008]三、消除残留药剂，等离子产生的少量臭氧可以对果品表面残留的药剂作用使其转变为小分子有机物，并最终进入等离子体反应器而被除去。
[0009]本发明的特征是使用一种低温等离子体与催化剂耦合的装置(此装置也在本发明之列)对园艺产品储存环境里的气体进行循环处理。
[0010]本发明包括一种低温等离子体与催化剂耦合的装置(低温等离子保鲜器)的发明。此装置主要包括等离子体发生器和催化床两部分，下面结合附图具体说明:
[0011]图1是低温等离子体保鲜器的装配示意图。
[0012]图2是等离子体发生器的的结构示意图。
[0013]图3是等离子体发生器各金属电极与高频高压电源的连接示意图。
[0014]图4是催化剂床的结构示意图。
图5是等离子放电对贮藏环境黄瓜乙烯降解的影响 图6是等离子放电对贮藏黄瓜呼吸强度的影响 图7是等离子放电对贮藏香蕉乙烯降解的影响
[0015]图1是本发明的低温等离子体保鲜器的结构，包括:气流匀流板1、左接口 2、等离子体发生器3、催化床4、电源及反应器中框5和右接口 6。左接口 2和右接口 6为喇叭状，喇叭状大口分别与外壳中框5两侧固定连接，喇叭状小口分别与进气管和出气管连接，左接口 2的喇叭转小口接进气口，右接口的喇叭状小口接出气管。在左接口 2的喇叭状中部设置了一块气流匀流板1，可以使输入的气流能均匀地通过等离子体发生器3和催化床4。
[0016]本装置的低温等离子体发生部分的结构如图2所示。此部分为线-板式结构，由电晕线7、金属板电极8和阻挡介质9组成。I?500根电晕线(间距0.5?15cm)组成一排，每排电晕线与介质板后的金属板电极8组成一对电极，电极的数量为I?1500对,从理论上说可以任意多对金属电极。电晕丝材料选择为不锈钢、镍铬合金、钥、钨及其他贵金属，金属板材料为不锈钢或铜。金属板电极8两面贴附阻挡介质9，阻挡介质9的材料为环氧树脂、99瓷、高压陶瓷、玻璃、云母、聚四氟、电木、Al2O3等，介质厚度为0.5?4mm。电晕丝7到介质板9的距离为0.1?16mm。图3为各金属电极和高频高压电源10连接示意图，高频高压电源的高压输出端与电晕丝7相连，低压端与金属板电极9相连。介质板8到电晕丝之间的间隙为放电区域。高频高压源10主要采用逆变技术来取得高频交流高压，其参数为:频率调节范围10?50kHz，最高输出电压20kV，最大输出功率500W，副频(脉冲频率)调节范围10?1000Hz。开启高频高压电源10，调节输出电压至间隙放电，即可产生放电低温等离子体。
[0017]图4为催化床部分的结构示意图。催化床由龙骨和镶嵌其上的蜂窝陶瓷或蜂窝活性炭组成，蜂窝陶瓷或蜂窝活性炭11上负载有催化剂，气流从蜂窝孔12流出。催化剂可以为铜锰氧化物、贵金属(Ag、Au、Pt、Pb、Ni)、BaTiO3, TiO2, LaCoO3及其派生物。催化床的作用是降低等离子体反应器的能量效率、提高产物选择性、分解臭氧以及抑制氮氧化物的产生量。
[0018]本装置可以有其它的实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。
[0019]下面通过实例说明本保鲜方法。
[0020]实验例
[0021]本发明降解乙烯的实验
[0022]I实验材料
[0023]HP6890气相色谱(色谱柱为分子筛毛细管柱-Kromat-ab-plotgap，载气为N2，检测器为FID) ;03快速检测管(北京市劳动保护科学研究所)；BL-1高频高压交流电源(南京苏曼电子有限公司)，频率调节范围为12?30kHz，输出电压O?15kV，波形为标准正弦波；示波器(Tektronix中国有限公司，TDS2002)，包括一个高压探头(Tektronix P6015a,1/1000) ；QC-1S大气采样仪(北京市劳动保护科学研究所)，气体最大流量为1.5L/min ；自制冷藏环境模拟箱(20 X 20 X 15cm)，包括一个智能温湿度控制器和一个直流风扇。低温等离子体-催化反应器，如上文介绍。
[0024]2实验方法
[0025]将反应器、冷藏模拟箱、检测设备、气泵(QC-1S型大气采样仪北京劳动保护研究所)等用管径为OlOmm的硅胶管连接在一起组成乙烯等离子体降解试验系统
[0026]将试验黄瓜随机排列，然后按质量均分成两份，每份50kg，分别装入两个系统的密闭塑料箱中，然后将系统密封，等离子反应器放电功率60W，放电lOmin。乙烯气体取样点设在两个系统密闭塑料箱的气体进出口处，在实验过程中每隔24h取样测量各系统中乙烯气体浓度；乙烯浓度用气相色谱仪测定，呼吸强度用近红外CO2测定仪。香蕉也随机排列，分成两份，每份50kg，分别装入两个系统的密闭塑料箱中，然后将系统密封，等离子反应器采用放电功率45W，频率900?1000Hz，开启反应器处理2h，每天2次。按上述方法操作。
[0027]3实验结果
[0028]3.1等离子放电处理对贮藏期间黄瓜乙烯的影响
[0029]两系统中的乙烯浓度变化趋势如图5所示，可以看出等离子处理组贮藏环境系统下的乙烯浓度先由起始浓度1.5ppm逐渐上升并在第4d出现乙烯高峰；而对照组贮藏环境中乙烯浓度则一直处于逐渐上升状态，第5d出现乙烯高峰。对照组环境中的乙烯浓度以较高速率逐渐增加；而处理组环境中由于等离子放电降解了部分乙烯气体，使环境中的乙烯气体增加缓慢。
[0030]3.2等离子放电处理对贮藏期间黄瓜呼吸强度的影响
[0031]由图6可以看出，等离子放电处理对贮藏黄瓜呼吸强度影响不大，但延缓了黄瓜呼吸高峰的到来，与对照相比，呼吸强度抑制不明显，无差异性，呼吸高峰由第3d推迟到第4d。表明等离子放电处理对贮藏黄瓜新陈代谢有干扰作用。
[0032]3.2等离子放电处理对贮藏期间香蕉乙烯的影响
[0033]在香蕉贮藏环境中，由图7可以看出处理组乙烯气体的浓度逐渐增加，但是对照组乙烯浓度增加缓慢，随着时间的推移，处理组环境中乙烯气体浓度远远高于对照组乙烯气体浓度。等离子放电处理后乙烯高峰期提前于对照组出现，乙烯高峰由第7d提前到第6d。乙烯气体浓度高于对照组乙烯浓度，可能由于等离子放电处理虽将香蕉后熟过程中产生的部分乙烯气体降解，但同时激活了香蕉内源乙烯的大量释放，降解乙烯量一直低于香蕉的乙烯释放量，主要原因有待深入探讨。随着时间的推移，第8d开始处理组乙烯气体浓度接近于对照组环境中乙烯气体浓度。
[0034]4 结论
[0035]等离子放电处理黄瓜后，环境中的乙烯气体增加缓慢，乙烯高峰提前出现，呼吸高峰由第3d推迟到第4d。表明等离子放电处理对贮藏黄瓜新陈代谢有干扰作用，可得出等离子放电反应器对贮藏黄瓜有一定保鲜效果。等离子反应器每天放电处理香蕉2h，环境中乙烯气体浓度远远高于对照组乙烯气体浓度，环境中乙烯浓度的积累速度高于乙烯气体降解速度，减缓了室温下香蕉果皮细胞膜系统的破坏程度，抑制了香蕉果皮的褪绿转黄，有利于保鲜；从试验的过程看，此方法操作亦比较简单，这为我们在果蔬保鲜领域去除乙烯提供了一种较好的方法。
【权利要求】
1.一种用低温等离子使果蔬保鲜的方法，其特征在于，使用一种低温等离子体与催化剂耦合的装置对园艺产品储存环境里的乙烯进行循环处理。
2.如权利要求1所述的低温等离子体与催化剂耦合的装置，主要由低温等离子体发生器和催化床两部分组成。具体包括气流匀流板、左接口、等离子体发生器、催化床、电源、反应器中框和右接口。
3.如权利要求2所述的低温等离子体发生器，其特征在于:所述金属板电极和阻挡介质板分别设有I?1500块,平行排列与外壳中框内。
4.如权利要求2所述的低温等离子体发生器，用于香蕉、黄瓜等果蔬保鲜。
【文档编号】A23B7/015GK103918773SQ201310217454
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2013年6月4日 优先权日:2013年6月4日
【发明者】马挺军 申请人:北京农学院