[发明专利]用于食品的等离子体辅助激光烹制的方法及设备

说明书

技术领域

本公开大体涉及激光在食品的加热和烹制中的使用。特别地，本公开旨在与通过使用具有连续模式操作和脉冲模式操作的具有不同波长的各种类型激光器来烹制食品的激光器相关的等离子的发生。

背景技术

激光技术日渐快速的进步以及日渐大规模的使用已使得激光技术在更多种可能的应用中使用。激光技术的就输入到输出的能量效率以及工程和经济方面的考虑（诸如可控性、成本、以及供应商可获得性）而言的潜在优势已带来在用以开发激光技术的充分益处的多种装置和方法的发展方面连续刺激的增长。

过去几十年来已见证激光技术的应用（特别是光电领域，例如，利用半导体激光来通信的光电领域）中的集中增长。然而，激光在除通信以外的应用也在快速地增长。将激光用作用于多种工业应用（诸如焊接（welding）、软焊（soldering）、标记（marking）、金属切割、娱乐电子器材、显示装置、印刷等）对激光而言，在许多工业应用中用作优选工具已经变得日益普遍。毫无疑问，目前发展良好的激光应用已使现代日常生活产生变革。

然而，尽管激光广泛用于多种用途（如上所述），然而在特定领域中激光技术还未广泛应用。例如，在家用和商用食物制备相关方面，激光的潜力尚未得到开发。在另一领域中，食物的制备技术也已发生多次飞跃。微波炉和各种对流系统是可获得的并且缩短用于加热和烹制食物所需的食物制备时间。尽管在辐射和无线电能量加热器具方面有进展，然而目前还不存在可供家用或商用的基于激光的烹制器具。尽管包括气体能量、电能、以及微波辐射能量的传统烹制方法具有独特的限制（包括能量成本、火灾危险（fire hazard）、辐射危险，这些并未阻碍传统烹制方法的广泛使用），然而由于各种问题（其中一些在现有技术中认识到了，而其中一些却还未认识到），使用激光加热食品尚未得到任何发展。因此，虽然激光如上所述地广泛地用于多种应用中，然而其用于加热食品的潜力尚未得到开发。

对激光加热器具发展的各种阻碍可包括在确定用于激光烹制的正确参数方面的困难、由于食材的敏感特性而造成的在过程执行方面的问题等。可能难以容易地开始食品的烹制，并且如果烹制能开始，则难以确保加热或烹制过程的品质和均匀性。因此，尚未成功实现用于消费者应用的食物的激光烹制。

尽管激光烹制领域中发表的研究工作相当有限并且没有商业上可购得的器具，然而激光烹制的可行性已显著地改善，特别是在多种波长和功率等级下操作的几种类型的可靠激光单元的可用性。尽管可行性得以改进，然而在提供激光烹制器具方面仍无进展。

尽管激光装置具有多种潜在的优点，然而尚未开发器具，所述优点诸如为：（i）在指定区域上传输密集的能量而带来局部加热；（ii）能量传输的均匀性、可重复性和精准控制；（iii）以就功率、脉冲宽度、脉冲重复率和其他参数而言的短爆冲（short burst）的方式设计和传输能量的能力；（iv）不接触和污染加热的物体，激光还未成功地将此用在烹制中；（v）不存在开放火焰或电弧，以及（vi）低成本。

应当注意的是（特别就项目（vi）而言），随着激光装置的可用性方面的大幅增长以及大规模生产技术的实现，激光的成本将随着时间而趋于下降。因此，基于激光的烹制装置可得到发展，将存在用于其主要元件的成本降低的结构。另一方面，由于生产线成熟，传统的烹制器具不可能有显著的成本降低。然而，这样的有利条件还尚未被本领域的技术人员认识到。

在解决缺少激光烹制器具方面，应当提及与使用激光来烹制食材相关的特定问题。这样的问题比一眼看去复杂得多。在经验/实验和理论两者方面的广泛研究都是必要的，以便特征化激光烹制的参数以及确定其在食品和所得烹制食品的品质方面的作用。然而这样的研究和相关的数据（这对于过程优化是极其重要的）却是不可得的。

如注意到的，激光在工业应用中的使用是已知的，然而由于在操作甚至简单的规律地结构化的材料（例如玻璃和结晶材料）方面的固有挑战，还还未曾广泛地考虑将激光用于食物的制备和烹制。例如，在OPTICSEXPRESS的2003年6月16日第12期第1365页第11栏Chong和Rao的“用于对光子晶体纤维进行激光接合的系统的发展（Development of a system for laser splicing photonic crystal fiber）”中描述了通过施加激光能量来熔合材料的激光接合。尽管存在一些益处（推测是由于重复和持续地施加激光能量带来的各种效果），然而其特定的目的是在非常有限的条件下熔合光纤装置（例如，规则排布的多晶材料）。