本发明专利技术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。本发明专利技术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。本发明专利技术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。鲜可控。鲜可控。
【技术实现步骤摘要】
一种食品处理方法及装置
[0001]本专利技术属于食品消毒技术、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。
技术介绍
[0002]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。
[0003]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。
技术实现思路
[0004]针对现有技术中存在的上述缺陷，本专利技术的目的是提供一种食品处理方法及其装置。本专利技术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。
[0005]第一方面，本专利技术提供了一种食品处理方法，包括：
[0006]发射自由电子；
[0007]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；
[0008]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；
[0009]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。
[0010]在一个具体的可实施方式中，所述发射自由电子的过程为：
[0011]制造并保持阴极材料所处的第一工作区的气压环境；
[0012]施加所述加速电场使电子逸出阴极材料表面，进入第一工作区成为自由电子；
[0013]通过第一工作区的所述加速电场调制所发射的自由电子的能量和通量，使所述自由电子逐层、逐级地以场发射形式进入食品所处的第二工作区；
[0014]所述第二工作区的气压高于所述第一工作区的气压。
[0015]在一个具体的可实施方式中，食品所处的第二工作区的气压环境为常压、稀薄气体或高压气体。
[0016]在一个具体的可实施方式中，在第二工作区生成自由电子碰撞过程调制电场；
[0017]调节所述调制电场，通过自由电子与气体分子的碰撞电离使自由电子增殖并调控其能量。
[0018]在一个具体的可实施方式中，控制自有电子透过多级场致发射电子窗实现所述自由电子逐层、逐级地以场发射形式进入食品所处的第二工作区；
[0019]所述多级场致发射电子窗具有闭孔多孔结构，且至少在部分的闭孔孔洞中，设置有电场增强纳米结构。
[0020]在一个具体的可实施方式中，使所述自由电子逐层、逐级地以场发射形式进入食品所处的第二工作区的过程包括：
[0021]在第一工作区和第二工作区的交界处，设置多个场致发射结构，每个场致发射结构均能获取并聚集自由电子，以及产生场致发射；
[0022]部分场致发射结构所发射的自由电子，能够至少部分地被其他场致发射结构所获取，从而形成分级、分层或分区域的获取、聚集、场致发射过程，直至自由电子从第一工作区逸出到第二工作区，进入自由电子碰撞过程调制电场，并与其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。
[0023]在一个具体的可实施方式中，通过调节自由电子的平均自由程及其逸出第一工作区的位置与食品表面之间的相对距离，调控自由电子与食品周围气体分子的碰撞电离和激发过程。
[0024]在一个具体的可实施方式中，所述第一工作区的气压低于0.1MPa。
[0025]在一个具体的可实施方式中，还包括：
[0026]检测第一工作区和/或第二工作区的气体中颗粒物、化学成分和气压；
[0027]监控第一工作区和/或第二工作区的气压环境状态，以及食品的消杀净化处理效果。
[0028]在一个具体的可实施方式中，所述食品为液态食品、固态食品或固液气三态混合
食品。
[0029]第二方面，本专利技术提供了一种食品处理装置，包括：
[0030]低能电子源01，布控组件02和食品承载组件04；
[0031]低能电子源01安装于布控组件02上，布控组件02位于食品承载组件04上方；
[0032]低能电子源01包括自由电子发射结构011、多级场致发射电子窗012和真空封装结构013；
[0033]自由电子发射结构011与多级场致发射电子窗012之间存在间隙；
[0034]所述真空封装结构013用于保证自由电子发射源011和场致发射电子窗012之间的间隙形成低气压环境；
[0035]食品承载组件04，用于承载液态食品并控制液态食品的形状和运动状态；
[0036]自由电子发射结构011用于实现自由电子的发射；
[0037]多级场致发射电子窗012为导体或半导体材质基材，基材上设置有多个沉孔，所述基材本身为闭孔多孔结构或者本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种食品处理方法，其特征在于，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。2.根据权利要求1所述的食品处理方法，其特征在于：所述发射自由电子的过程为：制造并保持阴极材料所处的第一工作区的气压环境；施加所述加速电场使电子逸出阴极材料表面，进入第一工作区成为自由电子；通过第一工作区的所述加速电场调制所发射的自由电子的能量和通量，使所述自由电子逐层、逐级地以场发射形式进入食品所处的第二工作区；所述第二工作区的气压高于所述第一工作区的气压。3.根据权利要求2所述的食品处理方法，其特征在于：食品所处的第二工作区的气压环境为常压、稀薄气体或高压气体。4.根据权利要求3所述的食品处理方法，其特征在于：在第二工作区生成自由电子碰撞过程调制电场；调节所述调制电场，通过自由电子与气体分子的碰撞电离使自由电子增殖并调控其能量。5.根据权利要求3所述的食品处理方法，其特征在于：控制自有电子透过多级场致发射电子窗实现所述自由电子逐层、逐级地以场发射形式进入食品所处的第二工作区；所述多级场致发射电子窗具有闭孔多孔结构，且至少在部分的闭孔孔洞中，设置有电场增强纳米结构。6.根据权利要求3所述的食品处理方法，其特征在于：使所述自由电子逐层、逐级地以场发射形式进入食品所处的第二工作区的过程包括：在第一工作区和第二工作区的交界处，设置多个场致发射结构，每个场致发射结构均能获取并聚集自由电子，以及产生场致发射；部分场致发射结构所发射的自由电子，能够至少部分地被其他场致发射结构所获取，从而形成分级、分层或分区域的获取、聚集、场致发射过程，直至自由电子从第一工作区逸出到第二工作区，进入自由电子碰撞过程调制电场，并与其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。7.根据权利要求3所述的食品处理方法，其特征在于：通过调节自由电子的平均自由程及其逸出第一工作区的位置与食品表面之间的相对距离，调控自由电子与食品周围气体分子的碰撞电离和激发过程。8.根据权利要求1
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7任一项所述的食品处理方法，其特征在于：所述第一工作区的气压低于0.1MPa。9.根据权利要求1
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7任一项所述的食品处理方法，其特征在于：还包括：
检测第一工作区和/或第二工作区的气体中颗粒物、化学成分和气压；监控第一工作区和/或第二工作区的气压环境状态，以及食品的消杀净化处理效果。10.根据权利要求1
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7任一项所述的食品处理方法，其特征在于：所述食品为液态食品、固态食品或固液气三态混合食品。11.一种食品处理装置，其特征在于，包括：低能电子源(01)，布控组件(02)和食品承载组件(04)；低能电子源(01)安装于布控组件(02)上，布控组件(02)位于食品承载组件(04)上方；低能电子源(01)包括自由电子发射结构(011)、多级场致发射电子窗(012)和真空封装结构(013)；自由电子发射结构(011)与多级场致发射电子窗(012)之间存在间隙；所述真空封装结构(013)用于保证自由电子发射源(011...
【专利技术属性】
技术研发人员：侯中宇，丁衡高，房茂波，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：
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