[发明专利]一种食品处理方法及装置

说明书

本发明公开了一种食品处理方法及装置。所述方法包括发射自由电子；生成自由电子加速电场，加速所发射的自由电子；生成自由电子碰撞过程调制电场，控制部分自由电子与所述调制电场中的气体分子相互作用产生碰撞电离过程，生成碰撞电离自由电子；控制自由电子和碰撞电离自由电子共同作用于食品表面。本发明通过场发射过程降低自由电子透过高真空区域与食品所在的常压气氛界面时的能量要求，通过分级分区域地结构设计，可实现低能自由电子的有效透过，更进一步地通过构建食品周边区域的加速电场和调节气压。本发明解决了电子束食品处理技术中的高能电子破坏营养物质问题，以及副产物多、应用条件复杂的问题，同时实现食品净化、保鲜可控。

技术领域

本发明属于食品消毒技术、真空电子技术、气体电子技术、等离子体技术、电子束技术等领域，具体涉及一种食品处理方法及装置。

背景技术

在真空电子技术和气体电子技术中，自由电子是重要的功能性粒子，而电子束技术是应用广泛的实用化技术。在食品消毒领域，电子束技术已广泛研究并有一定应用，其核心技术要素包括电子源、电子束流能量—束斑调控系统两个部分。对于液态食品和绝大多数含水的固态食品而言，高真空环境(10^-4Pa以上的真空度水平)都不能或极难维持，而自由电子的产生和动力学特性调控，都需要高真空环境。为解决这一矛盾，本领域技术人员采用自由电子窗隔绝两个气压状态，让自由电子在电子源的高真空环境中被加速并实现束斑调节，透过电子窗后，作用在处于常压条件下的食品表面。但透过电子窗固态材料的过程，传统上需要很高的电子能量，大约在数十千电子伏以上。因此，如果将电子窗设置在食品表面，不但束斑面积过小处理效率低，更重要的是，作用在食品表面分子上的电子能量过高，会对食物品质、营养造成破坏，甚至会诱发有害的自由电子化学过程，产生有害副产物。另一方面，由于自由电子透过电子窗进入气压较高的气体环境，会导致等离子体的产生，因此，电子束也是一种有效的产生等离子体的方法，而等离子体与食品表面相互作用，也会产生消毒的效果。但是，等离子体对病毒和细菌的最有效杀灭成分是紫外光子和自由电子，原子氧、臭氧、羟基自由基等重粒子，消杀效率远低于上述两种基本粒子。而紫外光子在常压条件的等离子体中产率很低，因此，对于电子束实现食品消杀的理化机理而言，主要是在电子束等离子体过程影响下的自由电子发挥消杀的作用。因此，上述问题即便考虑了等离子体过程，仍然是本领域发展的瓶颈难题。

为解决上述问题，现有公开文献中采用的主要思路是调控由食品表面到电子源的压强梯度，虽然一定程度上降低了处理区和加速区的压强梯度，但上述瓶颈问题无法从根本上解决。因此，亟需一种电子能量具有更大可调范围的自由电子消杀净化器，尤其是可提供10～1000电子伏范围低能量自由电子的电子源，以提高消杀效率并降低对营养物质的破坏。为充分适应面处理的特征，这种净化器最优的制造方法，应能够基于精密加工技术集成制造，以实现微小型化的系统和器件，并可实现发生器单元的阵列化、大面积布控。更进一步，还应当兼容食品表面气压、气氛的调控。

发明内容

针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的是提供一种食品处理方法及其装置。本发明的食品处理装置作为一种自由电子净化器，其使用微米-纳米结构控制自由电子透过和二次发射过程，在能够实现10千电子伏以上的较高能量自由电子高透过率的同时，使10～1000电子伏的低能自由电子也能有效透过电子窗，直接作用于食品表面，或与常压气体作用后再作用于食品表面。从而有利于调控自由电子的能量，优化其能量分布区间，在实现高消杀效率的同时，实现大幅降低对营养物质的破坏。

第一方面，本发明提供了一种食品处理方法，包括：

发射自由电子；

生成自由电子加速电场，通过所述加速电场加速所发射的自由电子；

生成自由电子碰撞过程调制电场，通过所述调制电场控制部分自由电子与所述调制电场中的气体分子相互作用产生碰撞电离过程，生成碰撞电离自由电子；

控制所述发射的自由电子和生成的碰撞电离自由电子共同作用于食品表面。