本发明涉及流体食品非热杀菌保鲜技术领域，特别是一种基于电晕放电等离子体的流体食品杀菌装置及方法。
背景技术：
杀菌是食品加工生产过程中的首要工序，通过杀菌保证食品安全问题。在技术水平较为落后的发展前期，首先要保证食用安全，可以容忍损失一部分营养；随着科技和生活水平的逐步提升，在保证食品安全的前提下，越来越多的消费者对方便、优质、风味自然、口感醇厚、外观新鲜的食品更为青睐，对获得这种食品的最少化加工亦提出了更高的要求。
现如今的杀菌工艺主要以热杀菌为主，并辅以化学药剂杀菌和紫外线杀菌。但是热处理易破坏食品原有的色、香、味、形，会引起热敏性物质的损失和营养成分的流失。后两种属于传统非热处理技术，化学药剂杀菌主要适用于大批量的灭菌，但存在工艺参数多、控制较难、化学物质残留等缺点，且多数化学物质含致癌物质，会对人类健康造成威胁。紫外线可以杀灭多种微生物，无残留物质，但紫外线辐照能量较低、穿透力弱，仅能对直接照射到的微生物有杀灭作用。
等离子体富含活性粒子，如oh自由基、激发态0原子、n2和n 2等；此外，还有大量的高能粒子，如电子、以及伴随放电的紫外线；以及外施电场和等离子体产生的自生电场。研究表明，它们将作用于流体食品中的细菌，造成细菌失活，达到良好的灭菌效果。
近年来，关于等离子体杀菌保鲜装置的专利和文献逐年递增，但各具特点。合肥瑞硕科技有限公司林宏俊、苏文章设计了一种封闭式等离子体杀菌装置，包括有放置待杀菌消毒物品的盒子以及分别与所述盒子相连通的抽真空装置、充气装置和微波产生装置。这种装置的缺点在于使用繁琐，且需要用到真空装置，无法达到持续杀菌。中国农业大学王德成等人利用针板电极产生等离子体，对青贮原料进行灭菌，并配以传送带，做到连续杀菌。但是这种装置的缺点在于针板电极产生等离子体不均匀且面积较小，另外产生的等离子体连续性较差。司文会、方志成等人设计了一种饮用水加工用等离子体杀菌净化结构，该装置利用多个箱式结构组合，最终达到水的灭菌处理。这种结构的缺点在于构造过于复杂，且连接点过多，若大面积工业化，错误率将大幅提高。张志伟等人设计了一种鲜切果蔬隧道连续式等离子体杀菌装置，该装置利用等离子体发射器、等离子体发生器、传送带和plc控制系统对果蔬进行连续性杀菌，但是该装置利用针板电极产生等离子体，但等离子体不均匀、面积小且不连续等问题突出，对其工业化造成阻碍。
在背景技术部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。
技术实现要素：
鉴于上述问题，本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于电晕放电等离子体的流体食品杀菌装置及方法，本装置可以在大气压空气中产生均匀、稳定、大面积的等离子体，从而便捷、高效的灭菌保鲜。
本发明的目的是通过以下技术方案予以实现。
一种基于电晕放电等离子体的流体食品杀菌装置包括，
上电极板，其配置成高压侧，所述上电极板包括阵列状的多个用于固定钨针的黄铜开口螺塞，所述钨针长度可调地装配在所述黄铜开口螺塞中，
下电极板，其配置成接地侧，所述下电极板间隙可调地相对于所述上电极板布置，所述下电极板包括阵列状的多个圆孔，所述圆孔的圆心与对应的所述钨针的针尖处于同一水平坐标，
高压电源，其电连接所述上电极板以产生等离子体；
传送槽，其设在所述下电极板下方以传送朝向所述圆孔的流体食品，使得穿过所述圆孔的等离子体作用于所述流体食品。
所述的基于电晕放电等离子体的流体食品杀菌装置中，上电极板和钨针为电压的等位体。
所述的基于电晕放电等离子体的流体食品杀菌装置中，上电极板和下电极板的面积相等，上电极板和/或下电极板为圆形或方形。
所述的基于电晕放电等离子体的流体食品杀菌装置中，所述高压电源包括正弦交流电源、脉冲或射频电压，所述高压电源的电压幅值不小于4kv。
所述的基于电晕放电等离子体的流体食品杀菌装置中，上电极板经由可调节上下间隙的六角螺栓连接下电极板。
所述的基于电晕放电等离子体的流体食品杀菌装置中，上电极板和下电极板由不锈钢材料制成。
所述的基于电晕放电等离子体的流体食品杀菌装置中，所述上电极板包括五乘五阵列的黄铜开口螺塞，下电极板包括五乘五阵列的圆孔。
所述的基于电晕放电等离子体的流体食品杀菌装置中，所述圆孔的直径大于所述钨针的直径。
所述的基于电晕放电等离子体的流体食品杀菌装置中，所述传送槽连接控制单元，使得流体食品在所述钨针放电时刻经过所述圆孔的正下方。
根据本发明另一方面，一种所述基于电晕放电等离子体的流体食品杀菌装置的杀菌方法包括以下步骤，
调节第一电极板和第二电极板之间的距离，调节黄铜开口螺塞中钨针长度；
高压电源供电，钨针产生穿过所述圆孔的等离子体；
传送槽传送朝向所述圆孔的流体食品，穿过所述圆孔的等离子体作用于所述流体食品以杀菌。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明利用等离子体对流体食品进行杀菌保鲜，不仅可以显著改善产品的生物学活性，更重要的是减少了化学溶剂的过量使用，改善了食品食用安全性；避免了传统加工温度过高，降低了食品营养成分被破坏的程度。本发明具有产生等离子体更均匀、高效、大面积的优点，杀菌效果也随之显著提升。本发明可在不同应用环境使用，本发明安装简单，成本低廉，发热少，破损率低，适合大规模工业化。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够使得本发明的技术手段更加清楚明白，达到本领域技术人员可依照说明书的内容予以实施的程度，并且为了能够让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，下面以本发明的具体实施方式进行举例说明。
附图说明
通过阅读下文优选的具体实施方式中的详细描述，本发明各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。说明书附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。显而易见地，下面描述的附图仅仅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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。
在附图中：
图1为本发明的基于电晕放电等离子体的流体食品杀菌装置的侧视图；
图2为本发明一个实施例的基于电晕放电等离子体的流体食品杀菌装置的上电极板的俯视示意图；
图3为为本发明一个实施例的基于电晕放电等离子体的流体食品杀菌装置的下电极板的仰视示意图。
以下结合附图和实施例对本发明作进一步的解释。
具体实施方式
下面将参照附图1至图3更详细地描述本发明的具体实施例。虽然附图中显示了本发明的具体实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
需要说明的是，在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可以理解，技术人员可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名词的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”或“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。说明书后续描述为实施本发明的较佳实施方式，然所述描述乃以说明书的一般原则为目的，并非用以限定本发明的范围。本发明的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。
为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个附图并不构成对本发明实施例的限定。
为了更好地理解，如图1至图3所示，一种基于电晕放电等离子体的流体食品杀菌装置包括，
上电极板1，其配置成高压侧，所述上电极板1包括阵列状的多个用于固定钨针4的黄铜开口螺塞2，所述钨针4长度可调地装配在所述黄铜开口螺塞2中，
下电极板3，其配置成接地侧，所述下电极板3间隙可调地相对于所述上电极板1布置，所述下电极板3包括阵列状的多个圆孔5，所述圆孔5的圆心与对应的所述钨针4的针尖处于同一水平坐标，
高压电源，其电连接所述上电极板1以产生等离子体；
传送槽，其设在所述下电极板3下方以传送朝向所述圆孔5的流体食品，使得穿过所述圆孔5的等离子体作用于所述流体食品。
所述的基于电晕放电等离子体的流体食品杀菌装置的优选实施例中，上电极板1和钨针4为电压的等位体。
所述的基于电晕放电等离子体的流体食品杀菌装置的优选实施例中，上电极板1和下电极板3的面积相等，上电极板1和/或下电极板3为圆形或方形。
所述的基于电晕放电等离子体的流体食品杀菌装置的优选实施例中，所述高压电源包括正弦交流电源、脉冲或射频电压，所述高压电源的电压幅值不小于6kv。
所述的基于电晕放电等离子体的流体食品杀菌装置的优选实施例中，上电极板1经由可调节上下间隙的六角螺栓连接下电极板3。
所述的基于电晕放电等离子体的流体食品杀菌装置的优选实施例中，上电极板1和下电极板3由不锈钢材料制成。
所述的基于电晕放电等离子体的流体食品杀菌装置的优选实施例中，所述上电极板1包括五乘五阵列的黄铜开口螺塞2，下电极板3包括五乘五阵列的圆孔5。
所述的基于电晕放电等离子体的流体食品杀菌装置的优选实施例中，所述圆孔5的直径大于所述钨针4的直径。
所述的基于电晕放电等离子体的流体食品杀菌装置的优选实施例中，所述传送槽连接控制单元，使得流体食品在所述钨针4放电时刻经过所述圆孔5的正下方。
为了进一步理解本发明，装置包括不锈钢上下板，上电极板1作为高压端，装有用于固定钨针4的黄铜开口螺塞2，由于黄铜导电性极佳，可认为整个上电极板1包括钨针4均为等位体，即为高压侧；下电极板3开有阵列圆孔5，圆孔5的圆心与上极板的针尖对应，处于同一水平坐标，用于控制针尖电晕放电等离子体的方向。
装置还包括可调节钨针4长度的开口螺塞2和可调节上下极板距离的六角螺栓，可调节针尖距下极板对应孔圆心的距离，进而得到不同的电晕放电等离子体长度。
装置还包括高压电源，高压电源的一端夹持于上电极板1，地电极夹持于下电极板3。
装置还包括流体传送槽等离子体下方装有流体传送带，保证流体食品得到连续处理。
本发明进一步的改进在于，采用针-环对应的阵列电晕放电结构，根据仿真结果，该种结构可避免电场之间的相互干扰，保证每一个针都单独放电，均匀产生等离子体。
本发明进一步的改进在于，采用开口螺塞2用于固定钨针4。由于放电主要集中于针尖部分，因而会对针尖产生一定的烧蚀作用，因而在应用中可能需要更换钨针4。开口螺塞2的使用可以保证拆卸方便，另外，还可以调节钨针4的伸出长度，进而调节钨针4针尖与孔心的距离。
本发明进一步的改进在于，采用六角螺栓固定上下极板，可根据需要调节螺栓进而调节上下极板之间的距离。
本发明进一步的改进在于，采用极耐烧蚀的钨针4作为高压侧，可有效避免损伤。
本发明进一步的改进在于，上极板钨针4的针尖与下极板的圆孔5一一对应，针尖与圆心处于同一水平坐标下，保证放电均匀。
在一个实施例中，将高压电源通过导线夹持到上电极板1，下电极板3接地，通过调节得到最佳的上下极板间距与针一环之间的距离，在钨针4针尖产生等离子体并向下扩散，作用于果汁或牛奶等流体食品上，进行杀菌处理。
根据杀菌的需要，hv高压电源提供外施电压幅值大于6kv，对应不同功率，即可实现放电，无噪声，放电均匀稳定。根据实际需求，可依次增加放电单元数目，可进行大面积工业化，整个装置放电功率较小，符合国家节能减排的政策要求。
一种所述基于电晕放电等离子体的流体食品杀菌装置的杀菌方法包括以下步骤，
调节第一电极板和第二电极板之间的距离，调节黄铜开口螺塞2中钨针4长度；
高压电源供电，钨针4产生穿过所述圆孔5的等离子体；
传送槽传送朝向所述圆孔5的流体食品，穿过所述圆孔5的等离子体作用于所述流体食品以杀菌。
本发明不仅可以显著改善产品的生物学活性，更重要的是减少了化学溶剂的过多使用，改善了食品食用安全性；避免了传统加工温度过高，降低了食品营养成分被破坏的程度；同普通的放电等离子体处理相比，本发明所采用的环阵列电晕放电等离子体结构具有产生等离子体更均匀、高效、大面积的优点，杀菌效果也随之显著提升。
工业实用性
本发明所述的基于电晕放电等离子体的流体食品杀菌装置及方法可以在杀菌保鲜领域制造并使用。
以上结合具体实施例描述了本申请的基本原理，但是，需要指出的是，在本申请中提及的优点、优势、效果等仅是示例而非限制，不能认为这些优点、优势、效果等是本申请的各个实施例必须具备的。另外，上述公开的具体细节仅是为了示例的作用和便于理解的作用，而非限制，上述细节并不限制本申请为必须采用上述具体的细节来实现。
为了例示和描述的目的已经给出了以上描述。此外，此描述不意图将本申请的实施例限制到在此公开的形式。尽管以上已经讨论了多个示例方面和实施例，但是本领域技术人员将认识到其某些变型、修改、改变、添加和子组合。
1.一种基于电晕放电等离子体的流体食品杀菌装置，其包括，
上电极板，其配置成高压侧，所述上电极板包括阵列状的多个用于固定钨针的黄铜开口螺塞，所述钨针长度可调地装配在所述黄铜开口螺塞中，
下电极板，其配置成接地侧，所述下电极板间隙可调地相对于所述上电极板布置，所述下电极板包括阵列状的多个圆孔，所述圆孔的圆心与对应的所述钨针的针尖处于同一水平坐标，
高压电源，其电连接所述上电极板以产生等离子体；
传送槽，其设在所述下电极板下方以传送朝向所述圆孔的流体食品，使得穿过所述圆孔的等离子体作用于所述流体食品。
2.如权利要求1所述的基于电晕放电等离子体的流体食品杀菌装置，其中，优选的，上电极板和钨针为电压的等位体。
3.如权利要求1所述的基于电晕放电等离子体的流体食品杀菌装置，其中，上电极板和下电极板的面积相等，上电极板和/或下电极板为圆形或方形。
4.如权利要求1所述的基于电晕放电等离子体的流体食品杀菌装置，其中，所述高压电源包括正弦交流电源、脉冲或射频电压，所述高压电源的电压幅值不小于6kv。
5.如权利要求1所述的基于电晕放电等离子体的流体食品杀菌装置，其中，上电极板经由可调节上下间隙的六角螺栓连接下电极板。
6.如权利要求1所述的基于电晕放电等离子体的流体食品杀菌装置，其中，上电极板和下电极板由不锈钢材料制成。
7.如权利要求1所述的基于电晕放电等离子体的流体食品杀菌装置，其中，所述上电极板包括五乘五阵列的黄铜开口螺塞，下电极板包括五乘五阵列的圆孔。
8.如权利要求1所述的基于电晕放电等离子体的流体食品杀菌装置，其中，所述圆孔的直径大于所述钨针的直径。
9.如权利要求1所述的基于电晕放电等离子体的流体食品杀菌装置，其中，所述传送槽连接控制单元，使得流体食品在所述钨针放电时刻经过所述圆孔的正下方。
10.一种权利要求1-9中任一项所述基于电晕放电等离子体的流体食品杀菌装置的杀菌方法，其包括以下步骤，
调节第一电极板和第二电极板之间的距离，调节黄铜开口螺塞中钨针长度；
高压电源供电，钨针产生穿过所述圆孔的等离子体；
传送槽传送朝向所述圆孔的流体食品，穿过所述圆孔的等离子体作用于所述流体食品以杀菌。
技术总结