一种用于奶酪杀菌的常压空气水雾等离子体灭菌装置及方法与流程

1.本发明涉及等离子体灭菌技术领域，具体而言，尤其涉及一种用于奶酪杀菌的常压空气水雾等离子体灭菌装置及方法。


背景技术：

2.随着社会的发展等离子体技术也在不断革新，各种放电方式不断涌现，等离子体技术已经运用于各行各业。等离子体技术已在食品灭菌领域得到应用，传统的灭菌方法各有其不足，对于食品灭菌后有残留或者清洗不干净容易引发相关疾病，满足不了当前人们的生活需要，因此等离子体技术进入研究者的视野，等离子体杀菌技术优点有很多如：低温、高效、绿色、安全、无残留。奶酪灭菌属于食品级灭菌其安全关乎大众的安全，因此，研发一种高效安全无残留的灭菌方法至关重要，本发明利用空气水雾放电产生等离子体对奶酪腔体进行杀菌，可以实现安全无残留的目的，因此有着十分重要的使用价值。


技术实现要素：

3.根据上述提出的传统灭菌方法对于食品灭菌后有残留或者清洗不干净容易引发相关疾病，满足不了当前人们的生活需要的技术问题，而提供一种用于奶酪杀菌的常压空气水雾等离子体灭菌装置及方法。本发明主要利用空气水雾放电产生等离子体对奶酪腔体进行杀菌，通过此方法灭菌能力可达到食品级要求，本发明方法可对奶酪腔体内部实现快速、无死角灭菌且效果显著，利用空气水雾放电使成本降到最低。
4.本发明采用的技术手段如下：
5.一种用于奶酪杀菌的常压空气水雾等离子体灭菌装置，包括：壳体和位于壳体外部的雾化器，所述壳体内部具有奶酪腔体，用于容纳安装反应器、风扇和奶酪加工部件；所述雾化器用于产生雾并通入奶酪腔体中形成空气水雾；所述奶酪加工部件用于生产奶酪；所述反应器为高压电极和地电极相互交叉阵列设置的模块化反应器，通入的空气水雾通过高压电极与地电极之间的间隔产生等离子体；所述风扇设置有多个，形成循环风力，使奶酪腔体内部空气水雾形成循环并多次经过反应器进行放电产生等离子体，产生的等离子体通过自由扩散和多个风扇形成的循环风力充满整个奶酪腔体内部，实现生产奶酪后的奶酪腔体内部的无死角杀菌。
6.进一步地，所述反应器设有两个，通过四氟螺丝间隔固定在反应器固定架两侧，反应器固定架固定在奶酪腔体内部，反应器固定架上方设置四氟材料，与反应器间进行绝缘；反应器固定架为不锈钢材质。
7.进一步地，两个所述反应器水平放置，均固定在奶酪腔体内部的奶酪加工部件上方200mm处；左侧反应器最左端距离奶酪腔体左侧内壁100mm；右侧反应器最右端距离奶酪腔体右侧内壁100mm。
8.进一步地，所述反应器为介质阻挡放电装置，交替排布的所述高压电极和地电极均为铜棒，外部均包裹介质管，该介质管为石英管，整个反应器上一端统一连接高压电极，
另一端统一连接地电极，形成阵列式放电，高压电极和地电极两端均为四氟材料间隔作为绝缘层，在四氟材料上连接环氧板作为固定件与反应器固定架相连。
9.进一步地，所述风扇设有四个，功率设置相同，均为耐氧化风扇，四个风扇通过风扇固定架设置特殊角度固定在奶酪腔体四角；左侧两个风扇分别设置在左侧反应器上下竖直居中位置，右侧两个风扇分别设置在右侧反应器上下竖直居中位置；左侧两个风扇风力同向为向上，右侧两个风扇风力同向为向下，奶酪腔体内的空气水雾通过四个风扇风力形成顺时针循环，空气水雾在顺时针循环时每一次循环都通过两个反应器。
10.进一步地，上方两个风扇固定在反应器上方200mm处，下方两个风扇固定在距离腔体底部200mm处；
11.左侧上方风扇和右侧上方风扇通过风扇固定架进行5
‑
15
°
的倾斜；左侧下方风扇和右侧下方风扇通过风扇固定架进行30
‑
60
°
的倾斜；
12.上方左侧风扇需通过风扇固定架形成左侧比右侧高的10
°
倾斜，上方右侧风扇需通过风扇固定架形成右侧比左侧高10
°
的倾斜；
13.下方左侧风扇需通过风扇固定架形成左侧比右侧高45
°
的倾斜；下方右侧风扇需通过风扇固定架形成右侧比左侧高45
°
的倾斜。
14.进一步地，所述奶酪腔体的后壁间隔设置有两个通雾孔，两个通雾孔均通过法兰与雾化器的通雾管道相连；两个通雾孔分别位于左侧上方风扇中央之上150mm处和右侧上方风扇中央之上150mm处。
15.进一步地，所述雾化器为在无风情况下产生雾靠自身重力经通雾孔通入奶酪腔体，进入奶酪腔体的雾需和经特殊方式固定的风扇的风向一致且在腔体内部形成循环且通过反应器多次放电；雾化器位于通雾孔之上，雾化器产雾量连续可调；
16.所述雾化器整体为白钢制成，内部中空放置雾化板，在一侧产生雾，另一侧设置为通雾口，通雾口和雾化板之间使用隔板隔开，防止水滴通过通雾口滴在模块上对模块造成损坏，通雾管道一端连接雾化器通雾口，另一端连接奶酪腔体后壁的通雾孔；雾化器内水面高于雾化板20
‑
30mm，通雾管道长度不得超过500mm且不得有折弯，雾化器内部液面应低于通雾口20mm。
17.本发明还提供了一种使用用于奶酪杀菌的常压空气水雾等离子体灭菌装置对奶酪腔体进行灭菌的方法，包括如下步骤：
18.实验时先打开雾化器使产生的纯雾通过两个通雾孔进入奶酪腔体，待进雾量均匀后同时打开两个反应器和四个风扇，使雾和奶酪腔体内部的空气一起形成循环并多次通过反应器产生等离子体，产生的等离子体通过自由扩散和四个风扇形成的风力充满整个奶酪腔体内部，一段时间后腔体内部就可以实现无死角杀菌。
19.较现有技术相比，本发明具有以下优点：
20.1、本发明提供的用于奶酪杀菌的常压空气水雾等离子体灭菌装置及方法，利用阵列式介质阻挡放电方式产生等离子体，本发明利用空气水雾进行放电比以往利用空气放电效果更加显著，相比于某种单一气体或者几种混合气体杀灭细菌效果更明显且价格低廉，操作简便。
21.2、本发明提供的用于奶酪杀菌的常压空气水雾等离子体灭菌装置及方法，利用空气雾进行放电使一些产物溶于雾气后继续进行化学反应，短寿命物种参与反应生成产物可
以继续作用，同时利用雾气加速了反应器整体的散热。
22.3、本发明提供的用于奶酪杀菌的常压空气水雾等离子体灭菌装置及方法，利用风扇特殊的摆放位置使空气水雾形成循环且使腔体内部的空气整体流动起来，增加空气水雾的放电次数，由此可以使产生的等离子体充满腔体的各个位置，大大提高了放电效率和杀菌效率。
23.4、本发明提供的用于奶酪杀菌的常压空气水雾等离子体灭菌装置及方法，奶酪腔体的灭菌属于食品级，杀菌要求较高，目前几乎没有方法能达到如此高的杀菌要求，使用本发明方法安全高效且残留量几乎为零并且在5min内对大肠杆菌的灭杀效率高达99.99％。
24.综上，应用本发明的技术方案能够解决传统灭菌方法对于食品灭菌后有残留或者清洗不干净容易引发相关疾病，满足不了当前人们的生活需要的问题。
25.基于上述理由本发明可在奶酪杀菌等领域广泛推广。
附图说明
26.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
27.图1为本发明一种用于奶酪杀菌的大气压空气雾化等离子体灭菌方式的正视图。
28.图2为图1的外观图。
29.图3为图1中反应器的外观图。
30.图4为图3的左视图。
31.图5为图1的改变反应器放电时间的杀菌结果图。
32.图中：1、反应器ⅰ；2、风扇ⅰ；3、通雾孔ⅰ；4、反应器固定架；5、奶酪腔体；6、通雾孔ⅱ；7、风扇ⅱ；8、风扇固定架；9、反应器ⅱ；10、风扇ⅲ；11、奶酪加工部件；12、风扇ⅳ；13、高压电极；14、地电极。
具体实施方式
33.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
34.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
35.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
36.除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
37.如图所示，本发明提供了一种用于奶酪杀菌的常压空气水雾等离子体灭菌装置，包括：壳体和位于壳体外部的雾化器，所述壳体内部具有奶酪腔体5，用于容纳安装反应器、风扇和奶酪加工部件11；所述雾化器用于产生雾并通入奶酪腔体5中形成空气水雾；所述奶酪加工部件11用于生产奶酪；所述反应器为高压电极13和地电极14相互交叉阵列设置的模块化反应器，通入的空气水雾通过高压电极13与地电极14之间的间隔产生等离子体；所述风扇设置有多个，形成循环风力，使奶酪腔体5内部空气水雾形成循环并多次经过反应器进行放电产生等离子体，产生的等离子体通过自由扩散和多个风扇形成的循环风力充满整个奶酪腔体5内部，实现生产奶酪后的奶酪腔体5内部的无死角杀菌。
38.作为优选的实施方式，所述反应器设有两个，通过四氟螺丝间隔固定在反应器固定架4两侧，反应器固定架4固定在奶酪腔体5内部，反应器固定架4上方设置四氟材料，与反应器间进行绝缘；反应器固定架4为不锈钢材质。
39.作为优选的实施方式，两个所述反应器水平放置，均固定在奶酪腔体5内部的奶酪加工部件11上方200mm处；左侧反应器最左端距离奶酪腔体5左侧内壁100mm；右侧反应器最右端距离奶酪腔体5右侧内壁100mm。
40.作为优选的实施方式，所述反应器为介质阻挡放电装置，交替排布的所述高压电极13和地电极14均为铜棒，外部均包裹介质管，该介质管为石英管，整个反应器上一端统一连接高压电极13，另一端统一连接地电极14，形成阵列式放电，高压电极13和地电极14两端均为四氟材料间隔作为绝缘层，在四氟材料上连接环氧板作为固定件与反应器固定架4相连。
41.作为优选的实施方式，所述风扇设有四个，功率设置相同，均为耐氧化风扇，四个风扇通过风扇固定架8设置特殊角度固定在奶酪腔体5四角；左侧两个风扇分别设置在左侧反应器上下竖直居中位置，右侧两个风扇分别设置在右侧反应器上下竖直居中位置；左侧两个风扇风力同向为向上，右侧两个风扇风力同向为向下，奶酪腔体5内的空气水雾通过四个风扇风力形成顺时针循环，空气水雾在顺时针循环时每一次循环都通过两个反应器。
42.作为优选的实施方式，上方两个风扇固定在反应器上方200mm处，下方两个风扇固定在距离腔体底部200mm处；
43.左侧上方风扇和右侧上方风扇通过风扇固定架8进行5
‑
15
°
的倾斜；左侧下方风扇和右侧下方风扇通过风扇固定架8进行30
‑
60
°
的倾斜；
44.上方左侧风扇需通过风扇固定架8形成左侧比右侧高的10
°
倾斜，上方右侧风扇需通过风扇固定架8形成右侧比左侧高10
°
的倾斜；
45.下方左侧风扇需通过风扇固定架8形成左侧比右侧高45
°
的倾斜；下方右侧风扇需
通过风扇固定架8形成右侧比左侧高45
°
的倾斜。
46.作为优选的实施方式，所述奶酪腔体5的后壁间隔设置有两个通雾孔，均通过法兰与雾化器的通雾管道相连；两个通雾孔分别位于左侧上方风扇中央之上150mm处和右侧上方风扇中央之上150mm处。
47.作为优选的实施方式，所述雾化器为在无风情况下产生雾靠自身重力经通雾孔通入奶酪腔体5，进入奶酪腔体5的雾需和经特殊方式固定的风扇的风向一致且在腔体内部形成循环且通过反应器多次放电；雾化器位于通雾孔之上，雾化器产雾量连续可调；
48.所述雾化器整体为白钢制成，内部中空放置雾化板，在一侧产生雾，另一侧设置为通雾口，通雾口和雾化板之间使用隔板隔开，防止水滴通过通雾口滴在模块上对模块造成损坏，通雾管道一端连接雾化器通雾口，另一端连接奶酪腔体5后壁的通雾孔；雾化器内水面高于雾化板20
‑
30mm，通雾管道长度不得超过500mm且不得有折弯，雾化器内部液面应低于通雾口20mm。
49.本发明还提供了一种使用用于奶酪杀菌的常压空气水雾等离子体灭菌装置对奶酪腔体进行灭菌的方法，包括如下步骤：
50.实验时先打开雾化器使产生的纯雾通过两个通雾孔进入奶酪腔体5，待进雾量均匀后同时打开两个反应器和四个风扇，使雾和奶酪腔体5内部的空气一起形成循环并多次通过反应器产生等离子体，产生的等离子体通过自由扩散和四个风扇形成的风力充满整个奶酪腔体5内部，一段时间后腔体内部就可以实现无死角杀菌。
51.实施例1
52.如图1
‑
4所示，一种用于奶酪杀菌的常压空气水雾等离子体灭菌装置，在常压条件下利用空气水雾进行放电产生等离子体对奶酪腔体进行灭菌，包括整体的壳体、奶酪腔体5、雾化器、两个反应器、反应器固定架4、两个通雾孔、四个风扇、风扇固定架8和奶酪加工部件11，两个反应器分别为反应器ⅰ1、反应器ⅱ9，四个风扇分别为风扇ⅰ2、风扇ⅱ7、风扇ⅲ10、风扇ⅳ12，两个通雾孔分别为通雾孔ⅰ3、通雾孔ⅱ6。奶酪腔体5为模拟实物的腔体，在腔体内部进行反应器、风扇、通雾孔及线路位置的整合与固定。奶酪腔体包括整个空间结构及内部用于生产奶酪的构件(奶酪加工部件11)，后壁设置两个通雾孔。
53.壳体包括奶酪腔体5和位于奶酪腔体5内的奶酪加工部件11，反应器ⅰ1固定在奶酪加工部件11上方200mm距奶酪腔体5左侧壁100mm处，反应器ⅱ9固定在奶酪加工部件11上方200mm距奶酪腔体5右侧壁100mm处，上方两个风扇通过风扇固定架3固定在反应器正上方200mm处，反应器ⅰ1、反应器ⅱ9与反应器固定架4之间以绝缘层隔绝，风扇ⅳ12用三角架固定在距离奶酪腔体5左壁50mm、底部150mm处，风扇ⅲ10与风扇ⅳ12对称放置，通雾孔ⅰ3、通雾孔ⅱ6需在风扇ⅰ2、风扇ⅱ7正上方150mm处。实验时先打开雾化器使产生的纯雾通过通雾孔ⅰ3、通雾孔ⅱ6进入奶酪腔体5，待进雾量均匀后同时打开反应器ⅰ1、反应器ⅱ9和风扇ⅰ2、风扇ⅱ7、风扇ⅲ10、风扇ⅳ12使雾和奶酪腔体内部的空气一起形成循环并多次通过反应器产生等离子体，产生的等离子体通过自由扩散和风扇ⅰ2、风扇ⅱ7、风扇ⅲ10、风扇ⅳ12形成的风力充满整个奶酪腔体内部，一段时间后腔体内部就可以实现无死角杀菌。
54.雾化器为在无风的情况下产生雾，经通雾孔进入奶酪腔体5的雾需和经特殊方式固定的风扇的风向一致且在奶酪腔体内部形成循环并通过反应器多次放电。两个反应器间隔固定在腔体内部零件(奶酪加工部件11)上方，均为高压电极13和地电极14相互交叉阵列
设置的模块化反应器，通过反应器固定架固定在奶酪腔体5内部，通过位置固定与配合能达到最优效果。雾化器在无风情况下产生雾靠自身重力通入奶酪腔体，且雾化器需位于通雾孔之上，通雾孔需在风扇之上。四个风扇均为耐氧化风扇，通过风扇固定架设置特殊角度固定在奶酪腔体四角使奶酪腔体内部空气水雾形成循环并多次经过模块放电。雾化器整体为白钢制成，内部中空放置雾化板，在一侧产生雾，另一侧设置通雾口，通雾口和雾化板之间使用隔板隔开，防止水滴通过通雾口滴在模块上对模块造成损坏，通雾管道一端连接雾化器通雾口，另一端连接奶酪腔体后壁的通雾孔，雾化器中水面高于雾化板20
‑
30mm为宜。
55.奶酪腔体内部放置的两个反应器均通过反应器固定架水平放置，两个反应器放在反应器固定架两侧通过四氟螺丝固定，反应器固定架为不锈钢材质。两侧反应器水平放置，左侧反应器ⅰ1距离奶酪腔体左侧内壁100mm，右侧反应器ⅱ9距离右侧内壁100mm。
56.反应器包括四氟材料、石英管、铜棒，高压电极和地电极均为铜棒，石英管包裹在铜棒外侧交替排布，一端统一连接高压电极，另一端统一连接地电极，形成阵列式放电，高压电极和地电极两端均为四氟材料间隔作为绝缘层，在四氟材料上连接环氧板作为固定件与反应器固定架相连。具体地，反应器为介质阻挡放电装置，正确连接高压电极13和地电极14，在反应器ⅰ1、反应器ⅱ9和反应器固定架4之间施加绝缘层，高压电极和地电极均由直径为1mm的铜柱组成，铜柱外侧为介质管，高压电极与地电极交替排布间隔为1mm，共两层，在高压电极和地电极两头均由四氟件固定，在通入的空气雾通过高压电极与地电极之间的间隔产生等离子体。
57.两个反应器需水平放置，需用反应器固定架8固定在奶酪腔体内部零件(奶酪加工部件11)上方200mm处，反应器固定架8需和奶酪腔体5内部连接固定，反应器固定架8上方为四氟材料作为绝缘。水平放置的反应器中左侧反应器ⅰ1最左端距离奶酪腔体左侧壁100mm，水平放置的反应器中右侧反应器ⅱ9最右端距离奶酪腔体右壁100mm。
58.四个风扇中，左侧两个风扇在左侧反应器ⅰ1上下竖直居中位置(正上方和正下方)，右侧两个风扇在右侧反应器ⅱ9上下竖直居中位置(正上方和正下方)。左侧上方风扇和右侧上方风扇需要通过风扇固定架进行5
‑
15
°
的倾斜，左侧下方风扇和右侧下方风扇需通过风扇固定架进行30
‑
60
°
的倾斜。上方两个风扇需固定在反应器上方200mm处；上方左侧风扇需通过固定架形成左侧比右侧高的10
°
倾斜；上方右侧风扇需通过固定架形成右侧比左侧高10
°
的倾斜；下方两个风扇须固定在距离腔体底部200mm处；下方左侧风扇需通过固定架形成左侧比右侧高45
°
的倾斜；下方右侧风扇需通过固定架形成右侧比左侧高45
°
的倾斜。所有风扇需在统一水平或者统一竖直位置；各风扇功率设置相同。左侧两个风扇风力同向为向上，右侧两个风扇风力同向为向下，空气水雾通过四个风扇风力形成顺时针循环，空气水雾在顺时针循环时每一次循环都需通过反应器。
59.上述两个通雾孔分别位于左侧上方风扇ⅰ2中央之上和右侧上方风扇ⅱ7中央之上，奶酪腔体后壁通过法兰使雾化器的通雾管道与两个通雾孔连接，两个通雾孔需分别在上方两个风扇特殊摆放位置正上方150mm处。雾化器的通雾管道长度不得超过500mm且不得有折弯，雾化器位置应置于奶酪腔体后壁通雾孔正上方300mm处，同时雾化器产雾量连续可调，且雾化器内部液面应低于通雾口20mm左右。
60.本发明使用空气水雾放电减少了传统雾化器使外界空气进入奶酪腔体使腔体内部空气置换，增加了雾在腔体的滞留时间提高了雾的放电效率进而提高了整体的杀菌效
率。
61.实施例2
62.本实施例中，奶酪腔体的尺寸为2100mm
×
500mm
×
1300mm，在空间中均匀选取9个位置分别放置浓度为105cfu/ml干燥的大肠杆菌菌片，以验证空间密度的均匀性，如图5所示，实验组风扇的功率均为22w、改变雾化器产雾量以及反应器的放电时间为3min、5min、6min、7min，以达到最短时间内对奶酪腔体内部最大的杀菌效率，每组实验先将烘干的菌片放入奶酪腔体中再开始实验。
63.每组实验时先打开雾化器使产生的纯雾通过两个通雾孔进入奶酪腔体5，待进雾量均匀后同时打开两个反应器和四个风扇，使雾和奶酪腔体5内部的空气一起形成循环并多次通过反应器产生等离子体，产生的等离子体通过自由扩散和四个风扇形成的风力充满整个奶酪腔体5内部，一段时间后腔体内部就可以实现无死角杀菌。
64.实验结束后，放置菌片于加有2ml无菌水的10ml试管中进行超声处理，取超声后的液体300μl于固体培养基中进行涂板培养，将涂好的固体培养基放置在37℃的恒温培养箱中培养24h之后和原样对比观察杀菌效率，结果表明本发明在5min内可对大肠杆菌的杀灭效率达到99.99％。
65.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。