等离子体技术应用研究

帕斯曼™ 超级等离子体技术

等离子体技术在国防、工业、环保、医疗等领域已经得到广泛应用,北京农学院等离子体技术团队经过多年深入研究,就等离子体技术在微生物消杀、农残降解、作物育种等领域取得了一系列技术成果
【帕斯曼】是北京农学院等离子体技术成果的注册商标

Abstract

技术摘要

完成单位

北京农学院食品科学与工程学院、技术转移中心

研究方向

微生物消杀、农残降解及作物育种育苗、有机物分解等

合作模式

技术转让、授权许可、技术合作等各种方式均可

项目负责人

食品科学与工程学院
孙运金副教授

应用领域

畜禽防疫、物流消杀、农产品保鲜和农药残留降解

010-60776862
cas@casii.cn

Core Technology
核心技术

以帕斯曼超级等离子体发生器为核心,通过电离空气和其他气体(氩气、氮气等惰性气体为主)生成等离子体物质,再分别与空气、水和冰结合,形成气态、液态、固态的等离子体混合体。借助三种形态混合体的不同特性,在相应的场景中应用,解决对应的空气清洁、微生物消杀、农药残留降解等问题。

气态等离子体

等离子体与空气的混合物。可以广泛用于空间、物品表面、包装内部等病毒细菌消杀。

液态等离子体

等离子体与水的混合物。可以应用于农药残留降解、畜禽粪污处理、净菜加工、农产品保鲜等领域。

固态等离子体

等离子体与冰的混合物。可用于水产、鲜肉等冷冻食品的冷冻过程和售卖柜的病毒细菌消杀。

Killing principle

消杀原理

等离子体消杀作用机理

等离子体灭菌技术是新一代的高科技灭菌技术,它能克服现有灭菌方法的一些局限性和不足之处,提高消毒灭菌效果。具有操作简单、能耗低、灭菌速度快等特点,且等离子体工作物质无毒无害,可以应用在生产流水线上对产品进行消毒灭菌处理。

等离子体中含有的活性氧离子、高能自由基团等成分,极易与细菌、霉菌及芽孢、病毒中蛋白质和核酸物质发生氧化反应而变性,使各类微生物死亡。

引自:中国科学院等离子体物理所

在灭菌实验后,通过电镜观察经等离子体作用后的细菌菌体与病毒颗粒图像,均呈现千疮百孔状,这是由具有高动能的电子和离子产生的击穿蚀刻效应所致。

引自:中国科学院等离子体物理所

激发态等离子群连环电击微生物,大气等离子体激发eV能量粒子,喷射进入空气电击微生物包膜、细胞壁,使其破裂死亡。

引自:百度百家号

Application effect
帕斯曼等离子体技术 应用效果

在实验室环境下,对新型冠状病毒SARS-CoV-2(COVID-19)、禽流感病毒H5N1、猪流感病毒H3N3、非洲猪瘟病毒ASFV、白色葡萄球菌、大肠杆菌、白色念珠菌、金黄色葡萄球菌、枯草芽孢杆菌、黑曲霉菌等二十多种病毒细菌进行消杀检测,消杀率均达到99.99%以上。对有机磷、有机氯类接触式农药的降解率普遍达到70%以上,甚至部分农药可以(如六六六、滴滴涕等)达到100%降解

新型冠状病毒SARS-CoV-2(COVID-19)
禽流感病毒H5N1、猪流感病毒H3N3、非洲猪瘟病毒ASFV
白色葡萄球菌、大肠杆菌、白色念珠菌、金黄色葡萄球菌、枯草芽孢杆菌、铜绿假单胞菌、黑曲霉菌
五氯硝基苯
六六六、滴滴涕

第三方检测机构名称

黑龙江检验检疫局(IQTC)

Technical comparison

技术对比

不同消杀技术的优劣对比

帕斯曼™超级等离子体技术相比其他消毒灭菌技术,在适用范围、时间效率、废气排放、物品损害、作业温度、化学残留、灭菌范围、使用能耗等方面拥有更多的比较优势,适合在各行各业推广使用

Application direction
主攻食品安全和疫情防控的 应用方向

帕斯曼™超级等离子体结合空气、水、冰形成多态形式的核心技术,可以在食品安全、疫情防控、环境治理、育种育苗、土壤修复等领域广泛应用,是具有广阔发展前景的应用技术。

物流消杀应用

运用气态等离子体技术,针对物流全流程全要素的病毒细菌消杀应用,包括仓库、封闭车厢和配送物品进行全方位消杀,可有效防范疫情传播。

农残降解应用

运用液态等离子体技术,针对植物性农产品的农药残留进行降解应用,可有效降低农产品的农药残留量,部分农药可以达到100%的降解率。

食品安全应用

运用多态组合的等离子体技术,面向食品(农产品)加工领域,提供微生物消杀、农残降解、无菌化生产等技术支持,解决食品安全与保鲜问题。

病虫防治应用

对于瓜果蔬菜等农作物,帕斯曼等离子体技术具有良好的抑制菌源性疾病和虫卵的防治及灭杀效果,同时具备固氮效果,可提高作物产量。

畜禽防疫应用

运用多态等离子体技术组合,从畜棚禽舍的空间消杀到粪污处理、饮水及饲料灭菌等方面,全方位防治疫病,达到畜禽防疫的效果。

土壤治理应用

对于常年累积形成的土壤农残超标、有害微生物超标的土壤情况,运用帕斯曼液态等离子体技术,可以有效治理各项超标状况。

Application results

应用成果

针对各行业领域的全系列应用成果

根据各个行业领域的需求特点和亟需解决的痛点问题,帕斯曼采取跨学科、跨领域的方式进行技术集成,为各行业领域提供全系列一站式的应用成果解决方案

根据物流领域全流程的仓(中转仓、前置仓)、车(封闭车厢)、物(运输的货物)三大要素,分别提供用于仓库和车厢的空间消杀机、用于货物装卸车和货物分拣的消杀传送机以及用于货物包装内部的加气消杀机三种技术成果。

三种独具特色的技术成果配合使用,形成了用于物流行业的空间消杀、表面消杀和内部消杀的全套解决方案。

针对包裹在农产品表面的残留农药和会导致农产品腐烂变质的微生物,帕斯曼在入库预冷、产品清洗和库房仓储三个环节,分别研发的等离子活化水制备机和等离子气体降残机解决农产品农残和腐烂变质两个问题。

食品(农产品)在加工过程中如果不能解决无菌化生产问题,则会导致细菌超标或者极大影响保鲜期。针对此问题,帕斯曼结合食品和农产品加工工艺,研发了食品无菌生产的消毒灭菌技术。

一是,可以与食品加工流水线集成的灭菌设备;

二是,食品加工车间无菌化处理设备。

畜禽疫情对养殖业的影响非常大,一旦爆发其带来的损失难以估算。因此,畜禽养殖需要做好全方位的疫病防控工作。

帕斯曼根据畜禽养殖的现实状况,从四个方面提出解决畜禽养殖的防疫解决方案,并分别研发对应的技术成果。

其一、畜棚禽舍的空间消杀技术,解决通过空间传播疫病的问题;

其二、畜禽粪污的除味消杀技术,解决通过粪污传播疫病的问题,同时去除粪污异味;

其三、畜禽饮水的防污消杀技术,解决因水污染导致的疫病传播问题;

其四、畜禽饲料的防污消杀技术,解决因饲料污染导致的疫病传播问题。

Product delivery
成熟度极高的 产品化交付 应用成果

产品化交付是帕斯曼超级等离子体技术成果的交付原则。产品化交付的目的是为了降低技术成果的产业化应用难度,并缩短产业化应用周期,提高技术成果的市场反应能力和市场价值。产品化交付的形式是成型的、可工业化生产的工程样机以及对应的生产工艺、零配件选型等技术指导文案。

技术成果转化与交付流程

菜鸟驿站应用案例

2022年3月,运用帕斯曼™超离子消杀技术开发的快递包裹表面病毒细菌消杀输送机
在北京农学院菜鸟驿站成功投入试运行。

帕斯曼™超离子实验室首席科学家

孙运金

北京农学院食品科学与工程学院副教授。

西安交通大学,材料学博士;

专业从事等离子体物理与等离子体在微生物消杀、农产品保鲜等领域的研究与应用。

负责帕斯曼™超离子各类应用场景的技术研究及对应场景的设备开发等工作。

主要著作及文章

本研究基于洁蛋的处理及保鲜背景将大气滑动弧 放电技术用于鸡蛋的表面灭菌,以引起鸡蛋腐败的沙门 氏菌为例开展相关灭活机制的研究。采用菌落总数测定 法研究该技术对沙门氏菌的杀菌效果,通过扫描电子显 微镜观察和细胞外蛋白质量浓度检测发现,大气等离子 体中产生的具有氧化作用的活性粒子对沙门氏菌的细胞 壁产生刻蚀作用,导致蛋白质泄漏、菌体失活,表明大 气滑动弧放电可快速有效灭活鸡蛋表面的沙门氏菌。同 时,鸡蛋品质检测表明,大气滑动弧放电可在一定程度 上保持鸡蛋新鲜度,但会造成水分挥发较大,需要和其 他的涂膜技术结合来使用。

2017年在《食品科学》杂志发表

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中图分类号:TS253 文献标志码:A 
文章编号:1002-6630(2017)09-0133-05

本文设计并搭建了大气滑动弧放电设备,并将大气滑动弧放电技术应用于大肠杆菌的灭活试 验并探究其灭菌机理。 菌落计数结果表明该技术 能够有效灭活大肠杆菌, 以氧气和氩气作为放电 介质效果最好,其次是空气,氮气最差。 表面形貌 测试表明, 上述 4 种气体均对大肠杆菌细胞表面产生不同程度的损伤,结合蛋白质测试结果,发现 除氮气放电外, 其它 3 种气体均使大肠杆菌细胞 内蛋白质发生不同程度的泄漏。 此外,光谱分析结 果表明氧气等离子体主要通过原子氧对细胞膜产 生刻蚀作用, 破坏细菌细胞壁和细胞膜使得蛋白 质等内容物泄漏,进而导致细菌死亡,而氩气主要 通过电击穿效果,使蛋白质变性,对细胞膜的损伤较小, 但具体导致细胞代谢停止的功能基团还需进一步研究。 总之,大气滑动弧放电对大肠杆菌具有很好的杀灭作用,其灭菌机理还需进一步验证,还需进一步探究该技术对其它菌种的杀菌效果。

2017年在《中国食品学报》发表

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文章编号 1009-7848(2017)09-0168-07 
doi: 10.16429/j.1009-7848.2017.09.021

本文研究了滑动弧放电等离子体处理对枯草芽孢 杆菌的失活效果, 在氮气、 空气和氧气放电条件下, 氮气的杀菌效果较好, 在 15 s 的处理时间内可降低 4个对数值。 通过表面形貌和电导率测试进一步分析了 该技术的灭菌机理, 滑动弧放电等离子体处理对细胞 壁造成了氧化性刻蚀作用, 导致细胞壁破损, 并通过 细胞流式测试进一步验证了膜的完整性被破坏, 导致 细胞坏死。 该技术为新型杀菌技术提供了一种新的选 择, 在杀菌消毒和食品储藏保鲜领域具有较好的应用前景。

2021年在《农业工程》杂志发表

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中图分类号: TS201.3 文献标识码: A 
文章编号: 2095-1795(2021)01-0062-07

本文采用大气滑动弧放电技术搭建了一种大气等离子体放电装置,研究了放电气体种类和功率对金黄色葡萄球菌的杀菌效果,发现不同气体放电形成的等离子体均会对金黄色葡萄球菌产生灭杀效果,在低功率条件下氧气产生的杀菌效果最高,达到了4个log值。同时,在研究了该滑动弧放电对金黄色色葡萄球菌灭杀机制,通过表面形貌和ROS测试发现,金黄色葡萄球菌表面出现部分破损的情况,细胞凋亡进一步揭示了该技术对金黄色葡萄球菌的杀菌效果是通过破坏细胞膜的完整性来实现的。

2019年在《农业工程》杂志发表

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中图分类号: TS205.9 文献标识码: A 
文章编号: 2095-1795(2019)01-0076-05

本研究通过大气等离子体冷杀菌技术对调理鸡肉进行处理,表明大气等离子体对调理鸡肉表面具 有良好的杀菌效果。根据实际情况选取处理工艺: 灭菌功率 450 W,处理时间 52 s,气体流量 40 L /min。验证实验测得杀菌率为 96.34% ± 0.32% 。与预测值 相对误差小于 5% ,杀菌效果明显。本实验为延长调 理鸡肉贮藏期的研究提供前期的杀菌基础理论,后 期通过大气等离子体杀菌处理技术结合其他保鲜技 术研究贮藏期

2019年在《食品工业科技》杂志发表

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中图分类号: TS251.1 文献标识码: B 
文 章 编 号: 1002-0306( 2019) 16-0145-06

本研究对ACE-PP膜的制备、性能及在香肠货架期延长中的应用进行讨论。ACE的添加有较好的抗氧化效果,并可以延长香肠的货架期。采用挤出吹塑法制备PP、0.25% ACE/PP、0.50% ACE/PP、0.75% ACE/PP和1.00% ACE/PP 5 组抗氧化薄膜,比较分析不同组别抗氧化薄膜的厚度、力学性能和透光率等指标,同时表征香肠的色泽、pH值、TBA值和菌落总数等指标。结果表明:在香肠贮藏期间,1.00% ACE/PP薄膜包装可以显着降低香肠TBA值和菌落总数,使香肠保持良好的品质, 延长香肠的货架期至27 d。香肠中脂肪氧化程度加深,香肠失水,从而导致香肠中微生物繁殖加快,影响产品货架期。本研究为香肠等肉制品的生产及贮藏提供了可行的解决方案,有助于解决肉制品货架期短的问题,可以进一步应用在肉制品及腌腊肉制品的包装上,具有实际应用价值

2018年在《肉类研究》杂志发表

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中图分类号:TS206.4 文献标志码:A 
文章编号:1001-8123(2018)10-0043-06
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