CN102657482B - 将手工烹饪操作转变为自动/半自动烹饪操作的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种将手工烹饪操作转变为自动/半自动烹饪操作的方法。即对手工烹饪与自动/半自动烹饪菜品品质通过感官评价、理化分析、TTIs(时间温度积分器)方法进行比较和统计分析，参照取得的结果调节自动/半自动烹饪操作，逐次缩小手工烹饪与自动/半自动烹饪菜品品质差距，最终获得能够确保自动/半自动烹饪菜品的烹饪品质与手工烹饪相同的自动/半自动烹饪操作。通过传统中式烹饪过程的品质变化动力学、传热学、传质学原理的深入解析，构建了烹饪过程的完整数学模型，证明本发明是合理、科学的客观方法。本发明在自动/半自动烹饪中将产生重要作用，具有实际应用价值。
Description
技术领域
本发明属于烹饪技术领域，具体地说，属于机器烹饪技术领域，即自动/半自动烹饪技术领域。
背景技术
烹饪是中国传统食品技术的核心内容之一，对中国的国民生活方式、食品工业以及国民经济有重要影响。烹饪自动化是中国社会经济发展到目前阶段的必然需求。
通过对手工烹饪的详细考察和分析，可以将手工烹饪操作分解为以下不同操作，加热操作和搅拌操作是自动烹饪的最核心和最关键的操作，可以称之为核心技术，其余操作可称为外围操作和辅助操作，具体如下：
1)加热操作：即热源向锅具的传热及其控制，手工烹饪中通过调节火力大小和锅体与热源的距离来实现对传热热量的控制，在自动烹饪中，通过电气和机械控制手段，比较容易实现这一操作；
2)搅拌操作：在手工烹饪中通过两种完全不同的操作来实现对所烹饪食品物料的搅拌。一种方法是通过对锅的操作，即手工烹饪中的抖锅、晃锅来完成的，对食品物料的进行不同程度的搅拌，即烹饪术语中的“大翻”、“小翻”。抖锅、晃锅对烹饪原料的流体力学性质有一定要求，很多状态下是无法实现抖锅操作的，如糊状物料；另一种方法是用炒勺，也称为锅铲来搅拌食品物料，该法在绝大多数情况下都能够使用，但效率较前者低。在一般的抖锅、晃锅过程中，炒勺通常要作配合性的动作，以保证搅拌的均匀和效率，提高传热效率，并防止锅底结焦。当原料中有粘性物料时，抖锅、晃锅难以完成搅拌动作，这是炒勺刮铲翻动即成为主要的搅拌手段，可见在手工烹饪中法的晃锅、抖锅和采用炒勺翻铲是相辅相成的不可缺少的手段。实现食品物料的搅拌操作，是自动烹饪设计的核心技术内容。
3)外围操作：包括投料、出锅、划散、揙压、切割、切割等操作。在手工烹饪中的投料、出锅是非常容易实现的操作，在自动烹饪中却较为困难，同时还要考虑到手工烹饪中的分次加热操作带来的投料除了的复杂性。在手工烹饪中通过炒勺手工操作可以完成很多菜品烹的饪中必不可少的划散、揙压、切割等动作，而这些动作通常是与加热和搅拌过程同时完成的，通过机电设备实现以上动作组合是对自动烹饪设备设计的一个挑战。其他一些操作，如出锅、加盖(焖煮)、漂烫(汆、焯水)、滑油涉及到物料周转、加盖去盖等动作，也不容易实现自动操作；
4)辅助操作：洗锅、清洁等辅助操作虽然简单，但却是必不可少的，虽然在手工烹饪中极易完成，而在自动烹饪设备中实现有一定难度。如果自动烹饪设备不能够自动清洗，手工清洗复杂费时，会严重影响设备的商业价值。
同时，很重要的是以上所有操作要在同一自动烹饪系统中实现，能否全面协调地完成以上操作，和完成以上操作所需要的代价——机构和控制的复杂性、体积重量、运行成本、设备稳定性(运动稳定性、操作可靠性、使用寿命)等很大程度上决定了自动烹饪设备的应用前景和和商业价值。
当上述操作在自动/半自动烹饪中得到技术实现，仍然存在一个关键技术问题，即如何控制上述操作，使得自动/半自动烹饪得到的菜品与对象手工烹饪操作得到的菜品之间的品质差异控制在一定范围内。考察烹饪操作的有关参数，其中加工工序、原料数量等较容易控制，而其中的加热强度及时间——即火候的控制却非常困难。火候是烹饪中最重要的概念，可以说火候控制是烹饪自动/半自动化的核心技术。但迄今为止，火候的本质是什么还没有公认的答案，目前没有建立在工程理论和食品科学基础上的合理定义。一些研究者做出了种种解释，或缺乏理论深度，或是错误的(参考文献：1.李斌.火候的概念及数学表达.中国烹饪，1996，3：27；2.刘正顺.火候定的重新定位.中国烹饪，1996，3：18-19；3.张建军.浅谈火候及其运用，扬州大学烹饪学报，2000(3)：32-38；4.刘小勇.中国专利1314861.3；杨铭铎.现代中式快餐.北京.中国商业出版社.2001：43-44)。必须了解烹饪加热中的热质传递原理，以及温度对烹饪品质影响的动力学规律，才能够科学地掌握烹饪火候控制的方法，找到将手工烹饪操作转变为自动/半自动烹饪操作的方法。总之，只有深入彻底地了解了中式烹饪中火候的内在科学原理和技术规律，才有可能科学合理的实现烹饪自动/半自动化。
已公开的自动/半自动烹饪专利提出了各种火候控制方法，一般都是将温度传感器得到的温度数据——通常是锅底的温度数据处理后，反馈给加热功率控制器，以实现火候的控制。但这些专利都没有提出具体的控制方案，例如达到多少温度停止加热。很多专利也提出了通过储存在控制系统中烹饪程序来执行自动烹饪。但也没有提出如何把手工烹饪操作转化为自动烹饪操作的方法。
中国专利200710007835.x全自动/半自动烹饪机器人系统中，在锅底底部线埋入1～3根温度传感器探头，通过控制温度，辅以定时定量烹调，按照数字化菜谱操作，实现自动/半自动烹饪。文中也没有提及如何制定数字化菜谱。中国专利200410015157.8智能式半自动/半自动烹饪机中的控制装置还有储存有温度数据处理后，反馈给加热功率控制器，以实现火候的控制。
从烹饪技术原理可知，锅体的温度与菜品的成熟没有直接关系，也不可能通过数学方法推测菜品的成熟程度。因此通过测量锅体温度来调控火力，掌握火候的方法是不可行的。一部分专利仅把这一闭环控制作为控制火力的手段，而食品的成熟由“专家系统”“预设程序”来控制。将手工烹饪操作科学地可靠地转变为自动/半自动烹饪操作并不是一件简单的事，目前没有已公开的相关技术方案，本领域内一般专业技术人员也并没有这种能力。
中国专利03140861.3的发明人认为锅体温度用于的判断火候是不合理的，从而提出以食品温度、色泽、蒸汽压力、PH值、湿度、运动等参数的实时动态传递作为依据参数，反馈处理后调控烹饪火力。该方法是该专利发明人主观思考的结论，缺少科学基础和逻辑推理。虽然是食品温度和色泽的测量有一定意义。但是运动颗粒的温度，尤其是内部温度的测量是一个世界性的难题(参考文献：1.邓力.金征宇.液体颗粒食品的无菌工艺的研究进展.农业工程学报.86(5).2004；2.邓力.固体食品流态化超高温杀菌技术的研究[D]：[博士学位论文].无锡：江南大学.2006：第7章)。同时测定到的温度和颜色都是食品的表面数据，在一些缓慢加热的烹饪过程中，内外加热均匀的情况下有一定意义。但是由于无法反映颗粒中心为冷点的食品化学状况，因此在多数情况下不能作为火候控制的指标，例如，烹饪中使用较多的爆炒工艺就无法使用。同时在有蒸发情况下的固液混合物的固体表面颜色的在线测量也是一个难以解决的技术难题。
虽然从原理上讲，可以通过测定食品系某一点的温度，通过传热学控制方程，采用传热学方法实时推算食品的总体温度时间关系，计算出食品的成熟值，从而控制烹饪过程。中国专利9519241.2被烹饪物体内部温度推定方法即用了该方法，其加热烹饪装置即是这一方法应用实例。但是该方法主要适用于固定位置的固体食品，应用范围主要是微波炉和烤炉。而在传统中式烹饪中应用这一方法极为困难，原因在于：1)烹饪过程中的传热学过程比焙烤和微波加热要复杂得多，有更为复杂的数学模型，实时求解温度分布推算烹饪成熟时间非常困难；2)由于烹饪过程中液体-颗粒的混合运动，还伴随着水分蒸发(影响红外温度测定)，要测定食品颗粒温度无论是内部还是外部温度都极为困难；3)自动/半自动烹饪过程的操作时间短，温度变化剧烈(如爆炒)，因此要求温度测量要有更高的准确度，数据采集要有更高的采样和传输频率，计算机传热学分析计算要有更高的效率。实际上，以现有的技术水平在烹饪中使用这一方法是不可能的。
烹饪过程的温度变化由热质传递过程确定，而温度变化对烹饪品质的影响由加热品质变化动力学决定。研究加热对品质影响这一复杂过程的技术称为热处理验证(Thevalidation of thermal processing)。时间温度积分器(Time-TemperatureIntegrators，TTIs)是用于食品热处理验证的高科技手段。时间温度积分器TTIs定义为用于模拟目标质量参数时间-温度总体变化效果的小型装置，具体应用时，由作为载体的食品模拟物和TTIs指示剂组合构成。其特点是使用方便、测量准确。具体使用方法是：将TTIs指示剂置入作为载体的食品模拟物中，在热处理前后测定TTIs指示剂的变化。理想的TTIs指示剂应与被验证的热处理品质因子的动力学参数相近，如活化能(Ea)值、Z值和D值。TTIs包括生物TTIs、化学TTIs、物理TTIs。例如生物TTI：辣根过氧化物酶(Z值12.8℃)、α-淀粉酶(Z值10℃)；化学TTI：硫胺素(Z值18℃)、双糖水解(Z值＝18℃)；物理TTI：蒸汽渗透组件(Z值10℃)、电子热分析单元(Thermal memory cell)等。近来随着计算机和传感器技术的快速发展，越来越多的固定的或可移动的温度传感器也可以视为物理TTIs。它们的使用使数据的记录和处理变得更加快捷。时间温度积分器已在食品热处理、杀菌等工艺的分析、研究、验证中得到广泛应用。本发明的发明人在2006年在我国首次将TTIs技术应用于液体-食品颗粒的热处理效果分析。TTIs需满足的条件是：造价低，快速容易制备，易于测量。TTIs装置应该和食品融为一体，以防改变食品的时间温度曲线。TTIs方法可以准确地测定表面、中心和平均品质动力学变化。由于载体颗粒使用食品模拟物，颗粒外形可准确控制，物理化学参数完全相同，用于测量两种不同加热过程之间的动力学品质动力学变化极为理想。由此即可以构建一种具有理论基础、方法准确可靠的区别分析两种不同火候的定量手段，从而成为解决将手工烹饪操作转变为自动/半自动烹饪操作的核心技术问题的一种有力手段。
虽然已经有许多的自动/半自动烹饪技术方案，但是，目前尚没有一种基于科学原理的将手工烹饪操作转变为自动/半自动烹饪操作的方法，成为当前烹饪自动化发展进程中急需解决的问题。
发明内容
本发明提出了一种将手工烹饪操作转变为自动/半自动烹饪操作的方法，所述烹饪操作包括以下烹饪动作的部分或全部以串联或/和并联形式的组合：
-投料：向烹饪容器投入物料；
-出料：将烹饪容器中物料排出容器；
-加热：加热容器中物料；
-搅拌：搅拌容器中物料；
-翻转：翻转容器中的物料；
-周转物料：将烹饪容器中物料转入周转容器，再次转入烹饪容器；
-划散：让粘接的烹饪原料分散；
-碾压：对烹饪物料施加碾压力；
-切割：使得整块物料切为小块；
-固液分离：分离固液混合烹饪物料中的固相与液相，保留其中一相；
-加盖：使烹饪容器密闭；
-去盖：解除烹饪容器密闭；以及
-清洗：洗净烹饪容器；
包括下列步骤：
步骤1：执行手工烹饪操作，得到手工烹饪菜品，记录手工烹饪操作参数，所述烹饪操作参数包括以下参数的部分或全部：
-烹饪动作起停时间：包括手工烹饪所有烹饪动作的起停时间；
-每次投料原料的种类、数量和质量；
-烹饪全程中加热功率；以及
-烹饪全程中搅拌强度；
步骤2：针对自动烹饪设备，设定在步骤1由手工烹饪获得的、而在自动烹饪设备上可以直接或经过处理后应用的烹饪参数，并预设无法在自动烹饪设备上实现的未知烹饪参数，在自动烹饪设备上执行所有设定参数，完成操作，烹饪出自动烹饪菜品；
步骤3：采用至少一种测定表征烹饪中物料受热程度指标的分析方法分别分析手工烹饪菜品和自动烹饪菜品；
步骤4：通过统计学方法判定分析手工烹饪菜品数据和自动烹饪菜品数据之间的是否有显著区别；
步骤5：如果两者存在显著性差异，重新设置所述未知参数，重复步骤2～步骤4；
步骤6：如果两者无显著性差异，执行步骤2的所有设定参数的自动/半自动烹饪操作即为目标自动/半自动烹饪操作。
以下证明上述方法是科学合理的。
首先，通过烹饪加热的品质变化动力学和传热学分析，得到烹饪过程的完整数学模型，并得到影响烹饪品质的全部因素。
一、确定烹饪加热过程的技术特征：
中国烹饪技术具有原料广泛、刀法繁多、调味丰富、烹法多样的特点。烹饪的原意就是加热食品至成熟。所谓“烹”，是加热食品的手段，技法包括“煮”、“焖”、“爆”、“炒”、“卤”、“煨”、“涮”、“汆”、“烩”、“炸”、“熘”、“烧”、“煸”、“焗”、“烤”、“㸆”、“煎”、“贴”、“扒”、“煨”等等。
由化工过程原理分析传统中式烹饪过程：1)原料：首先，中式烹饪有“食不厌精，脍不厌细”的传统，烹饪过程中的刀工有重要地位，固体食物通常切割后烹饪，因此，可以认为中式烹饪的原料是广义颗粒，包括片、丝、条、丁、末、块、团、丸等形状，在颗粒学上属于Geldart分类D类颗粒(参见：金涌等.流态化工程原理，北京，清华大学出版社，2001：36-37)。其次，中式烹饪的另一个原料特征是，液体在烹饪中起到重要作用，不但作为烹饪成品组分，还起到辅助传热、传质的重要作用。可以认为，典型中式烹饪的原料是液体-颗粒混合物；2)反应过程：烹饪的目的是加热食品使之完成成熟所需要的食品化学、物理和食品微生物变化，包括风味、色泽、毒理、质构、微生物、营养等食用品质变化；3)热量传递：从热源向食品的热量传递；4)质量传递：烹饪中各种物质的传质过程，对调味影响较大。烹饪过程中的水分的相变和传递对传热有重要影响；5)动量传递：中式烹饪分静态烹饪和动态烹饪两者，前者如“蒸”、“炖”等没有人工施加运动的操作，后者如“爆”、“炒”等操作，烹饪过程中通过“晃锅”、炒勺搅拌的措施施加物料运动，形成动量传递，其目的是强化传热和传质；6)反应器：热源、锅、炒勺构成了烹饪反应器，其特征是开放的，即便使用锅盖也只能够在蒸汽不断产生时隔绝空气的进入，而对压力内部影响很小，容器仍然是开放的。
通过以上分析认为典型中式烹饪的过程特征是：开放容器中被搅拌液体-颗粒食品的传热、传质和品质变化过程。
二、分析烹饪品质变化的数学模型及影响因素：
现有的一些传统的食品品质变化动力学函数可以表达烹饪加热过程中食品品质的变化，这些品质可以是物理的、化学的、微生物的。具体包括：
1)基本动力学函数及非稳态传热对动力学函数的影响
品质变化C值(蒸煮值，cooked value)，是品质破坏的等效时间，即食品在经历某一温度历史后的品质破坏相当于参考温度下的加热时间：
式(1)
Zq-质量因子平均Z值。
食品品质的D值变化一个对数周期所需要的温度，通常取33℃，D值为特定温度下食品品质变化一个对数周期所需要的时间(min)；Tref-参考温度为(℃)，通常取100℃。
品质保持率(The retention of quality)，该参数表示了食品的某一品质在加热过程中保持不变的比例：
式(2)
Q，Q0-时间t及t0的质量水平；Drefq-参考温度下的对数递减时间(min)。
Fz值，即Z值模型的等效杀菌时间(min)，表示食品中微生物死亡的程度：
式(3)
Z-D值变化一个对数周期所需要的温度，反应微生物的温度耐热性(℃)；t-加热时间(min)。Tref-参考温度(℃)。
2)体积平均动力学参数
平均动力学函数代表了整个食品体系的品质变化，相应的表达式为：
体积平均C值：
式(4)
V-颗粒体积(m3)；
体积平均品质保持率：
(式5)
体积平均等效杀菌时间Fs：
Fs＝Dref log(TMV) 式(6)
式(7)
TMV-目标微生物总数平均残留(The Target Mass Average Survival ofMicroorganism)
多年来积累的食品化学研究证实，绝大大多数食品的物理、化学和微生物品质变化符合化学反应一级动力学方程，上述公式能够表达烹饪加热过程品质变化。式1～7的动力学函数是某一品质的加热变化后果的定量表达。如果不考虑体积平均，这些函数只与该品质的固有的D值、Z值和温度历史有关。
由于烹饪过程的非稳态特征，即加热过程中食品的不同位置在不同时间温度是不同的，时刻变化着，也即食品的不同空间位置具有不同的温度历史，因此在空间位置进行动力学函数计算分析有不同的意义。式(1)～(3)的基本动力学函数如果按表面时间-温度关系计算，则得到表面动力学函数；如果按冷点(the coldest point)时间-温度关系计算，则得到冷点动力学函数。当需要计算体积平均动力学函数时，则需要按式(4)～(7)进行体积平均。
在非稳态过程中，由于温度处于变化之中，采用动力学函数才能够定量表达烹饪品质变化，计算温度对品质的影响。虽然非动力学的食品分析可以在某一个点上测定食品品质，但对于烹饪全过程和全空间的食品品质测定难以实现，因而无法处理烹饪工艺的品质判断问题。
分析式(1)到式(3)，其中动力学参数为常数，因此，决定烹饪过程食品加热品质变化的唯一因素是温度历史，说明传热在烹饪中起到决定性作用。由于是积分关系，不同的时间温度关系，例如较长时间较低温度和较短时间较高温度，可能得到相同的品质结果。
由上述分析可见，温度历史决定了烹饪品质。因此必须全面分析烹饪的过程传递，确定决定烹饪温度历史的因素。
三、烹饪过程热质传递分析：
典型中式烹饪的过程特征是开放容器中被搅拌液体-颗粒食品的加热过程。在烹饪过程中，传热方向是热源→容器→液体→食品颗粒，还包括食品颗粒从表面向中心的热传导，传热过程涉及传导、对流和辐射热量传递方式。在多数烹饪中我们最关心的是烹饪食品液-固体系中的固体颗粒的品质，为此有必要对液-固传热过程进行完整的过程描述。
(1)热源-烹饪容器的传热
烹饪过程中容器的热交换十分复杂。当前最常见的中式烹饪热源为燃气加热，使用其它火焰加热方式与之类似。烹饪时，物料在容器内均匀搅拌，周围环境物体温度均匀，充分搅拌的情况下容器仅与液体接触，考虑热量平衡：燃气辐射加热+燃气对流加热＝容器本身吸热+容器壁向食品体系的传导传热+容器的辐射散热。容器传热是非稳态的，由非稳态传热学原理建立控制方程为：
式(8)
非稳态项 扩散项
ρ-容器密度(kg/m3)；Cv-颗粒比热容(J/kg·℃)；kv-容器导热系数(W/m℃)；Tve-温度(℃)；t-时间(s)；拉普拉斯算符；
边界条件：
①容器外壁受到燃气的辐射和对流加热，忽略影响很小的气体辐射，有：
式(9)
火焰-容器表面换热项 燃气对流加热项 燃气辐射加热项
汉密尔顿算符；hvb-火焰容器对流传热系数(W/m2·℃)；Tb-火焰温度(℃)；Tvo-容器外壁温度(℃)；Fvb-燃烧室底面与容器外壁辐射换热角系数；σ-斯蒂芬波尔兹曼辐射常数(W/m2K4)；εb-容器外壁黑度(无量纲)；Tc-燃烧室底面温度(℃)
根据辐射传热的辐射角原理，对于典型传统烹饪中的圆盘形燃烧室和球缺形容器，角系数与两者的形状尺寸和距离有关：
Fvb＝f(Rb，Rv，hv，d ) 式(10)
Rb-燃烧室半径，Rv-球缺容器半径，hv-球缺容器半径高度，d-燃烧室与容器底的距离，上述参数的单位均为m
②容器内壁与液体接触部分，由牛顿冷却定律和傅立叶传热定律，有：
式(11)
容器边界导热项 容器液体对流加热项
hvf容器-液体对流传热系数(W/m2·℃)；Tf-液体温度(℃)；Tvi-容器内壁与液体接触部分温度(℃)；
对于无相变非高速流动强制对流换热，表面换热系数是液体流动速度、传热表面特征尺寸、液体密度、粘度、液体比热容的函数，可表示为(参考文献：杨世铭.陶文铨.传热学(第三版)[M].西安：西安交通大学出版社.1998.132页)：
hvf＝f(uvf，Lvf，ρf，μf，Cpf) 式(12)
uvf-容器-流体液体相对运动速度(m/s)；Lvf-容器-流体传热表面特征尺寸(m)；ρf-液体密度(kg/m3)；μf-液体粘度(Pa·s)；Cpf-液体比热容(J/kf·℃)
③容器外壁暴露部分辐射散热，由斯蒂芬-波尔茨曼定律和傅立叶传热定律，有：
式(13)
容器边界导热项 容器辐射散热项
Tve-容器内壁暴露部分温度(℃)；T∞-环境物体温度(℃)
(2)烹饪容器内的液体-颗粒传热
忽略食品原料蒸发散热，假设充分搅拌使得液体温度均匀，考虑热量平衡：容器内壁-液体对流换热＝液体吸热+液体-颗粒对流换热+食品体系辐射散热+液体蒸发散热，并参照间隙搅拌传热模型，有：
式(14)
容器液体换热项 液体吸热项 颗粒吸热项 蒸发项
Cpf-液体比热容(J/kg·℃)；mf-液体质量(kg)；hfp-液体-颗粒对流传热系数(W/m2·℃)；Ap-颗粒表面积(m2·)；Tps-颗粒表面温度(℃)；Nx-水的流率(kg/m2s)；Hv-水分蒸发潜热(J/kg·℃)
颗粒内部传热的热源是液体与颗粒表面的对流换热。根据对流换热强度的不同，颗粒内部传热会出现两种情况。
情况1：对流换热强度较小时，颗粒表面不出现蒸发。在煮、炖、汆汤等烹饪操作，以及炒菜时油温较低的情况下，食品颗粒淹没在液体中，不出现直接蒸发。按非稳态传热原理分析颗粒内部传热，其导热控制方程为：
式(15)
非稳态项 扩撒项
ρ-颗粒密度(kg/m3)；Cp-颗粒比热容(J/kg·℃)；T-颗粒温度(℃)；k-颗粒导热系数(W/m·℃)；
类似式(11)，有：
式(16)
颗粒边界导热项 液体-颗粒表面换热项
k-颗粒导热系数(W/m.℃)；η-该点等温线上的法向单位矢量类似式(11)，有：
hfp＝f(upf，Lpf，ρf，μf，Cpf) 式(17)
upf-颗粒-流体液体相对运动速度(m/s)；Lfp-颗粒-流体传热表面特征尺寸(m)
情况2：对流换热强度较大时，颗粒表面出现蒸发。一些烹饪过程，如爆炒、滑炒、油炸等烹饪过程，食品颗粒水分蒸发对传热有显著影响。这样传递过程从单纯的热量传递转变为热质传递。在食品热质传递领域，如干燥工艺、油炸工艺，研究和计算多数是基于多孔介质理论。烹饪工艺和干燥工艺、油炸工艺类似，过程中的食品都是含湿非饱和多孔介质，传质通道为毛细管。在以油为传热介质的典型烹饪过程中，孔隙相包括了液相的水、油和气相的蒸汽、空气，传质情况较为复杂。
在以油为传热介质的颗粒食品加热的热质传递过程中，蒸发面是否向颗粒内部迁移，形成高含油表面干燥层，是区别炸与爆、炒、滑、熘等工艺的标准。由于前者更代表中式烹饪的技术特征，加热过程短暂，蒸发面尚未向颗粒内部迁移即已完成操作。因此，基于仅有表面蒸发的非饱和多孔介质的热质传递来建立有蒸发烹饪过程的数学模型。
基于多孔介质传递理论，参考虑烹饪的技术特征，控制方程及边界条件如下：
①水分传质控制方程为：
式(18)
非稳态项 运动项 扩散项 体积蒸发项
ρw-水的密度(kg/m3)；uw-水的速度(m/s)；Dw-水在颗粒中扩散系数(m2/s)；ω-颗粒孔隙率(无因次)；Sw-水的饱和度(无因次)；k-体积蒸发率(kg/m3s)
其中：
式(19)
k’w-水的固有渗透率(m2)；k”w-水的相对渗透率(m2)；P-压力(Pa)；pc-毛细管压力(Pa)；μw-水的动力粘度(Pa·s)
而总的水分流率为：
式(20)
Nx-水的流率(kg/m2s)；P-压力(Pa)；
颗粒表面的水分蒸发等于内部水分扩散，则边界条件为：
Nw＝hmωSw(ρvω-ρva) 式(21)
hm-表面对流传质系数(m2/s)；ρvs-颗粒表面蒸汽密度(kg/m3)；ρvs-环境蒸汽密度(kg/m3)
由表面对流传热和表面蒸发的热平衡，有：
hA(Tf-Tp)＝HvhmA(cvs-cvatm) 式(22)
液体-颗粒表面换热项 表面蒸发潜热项
cvs-表面蒸汽浓度(kg/m3)；cvatm-环境蒸汽浓度(kg/m3)；A-颗粒面积(m2)
则： 式(23)
②油的传质控制方程为：
式(24)
ρo-油的密度(kg/m3)；uo-油的速度(m/s)；Do-水的扩散系数(m2/s)；So-油的饱和度(无因次)；
其中：
式(25)
k’o-油的固有渗透率(m2)；k”o-油的相对渗透率(m2)；pc-毛细管压力(Pa)；μo-油的动力粘度(Pa·s)
边界条件为：
So＝So1 式(26)
Sol-液相中油的饱和度(无因次)；
③蒸汽的传质控制方程为：
式(27)
ρg-气体的密度(kg/m3)；μg-气体的速度(m/s)；Dg-气体在颗粒中扩散系数(m2/s)；Sg-气体的饱和度(无因次)；-气体中的蒸汽质量分率(无因次)；Cg-气体的摩尔密度(kmol/m3)；Ma，Mv-空气和蒸汽的分子量；xv-蒸汽的摩尔分率(无因次)
并且考虑质量平衡，有：
式(28)
kg-气体固有渗透率(m2)；k’g-气体的相对渗透率(m2)；μg-气体动力粘度(Pa·s)由于烹饪的开放条件，边界条件为：ρ＝atm
④动量传递控制方程为：
式(29)
i-水：i＝w，或油：i＝o或气体：i＝g
⑤热量传递控制方程为：
式(30)
ρcf、Cpcf、ucf-颗粒中流体的密度、比热容、速度其中物性参数由水、油、汽、空气、固相所决定：
k＝(1-ω)ks+ω(Swkw+Soko+Sgkg) 式(31)
ρ＝(1-ω)ρs+ω(Swρw+Soρo+Sgρg) 式(32)
式(33)
式(34)
其中：Sw+So+Sg＝1 式(35)
-气体中的空气质量分率(无因次)，ks-非流动相导热系数(W/m℃)；kw-水的导热系数(W/m℃)；ko-油的导热系数(W/m℃)；kg-气体导热系数(W/m℃)
考虑热量平衡，则边界条件为：
式(36)
Nv-蒸汽的流率(kg/m2s)；No-油的流率(kg/m2s)
这样，按照烹饪原料中颗粒的蒸发的不同情况，将控制方程分为三类，见下表：
可见大多数烹饪过程都服从上述控制方程。
四、烹饪加热控制的特征分析及火候的科学解释
上述控制方程说明非稳态传热是烹饪的基本技术特征，即在原料颗粒的具有不同传热学特征尺寸的各个位置，具有不同的温度历史。简言之，烹饪过程传热的非稳态特征导致了烹饪品质的不均匀性。
详细考察这种不均匀性带来的技术后果。烹饪的目的是成熟，而最后成熟的必然是食品体系的最冷点，通常是颗粒食品的中心，这样，中心以外的部分，尤其是表面，在食品中心达到成熟时，已经受到过度加热，导致品质劣化。
因此，火候控制的目的是使烹饪食品的达到成熟的同时使得品质过热劣化最小。为了定量地表述成熟，必须提出新的动力学函数。
在烹饪的传递过程原理的基础上，进一步分析烹饪的品质变化原理。针对烹饪工艺提出新的动力学函数——成熟值(Maturity Value)，简称M值。其表达式为：
式(37)
ZM-表征烹饪成熟的质量因子平均Z值(℃)；Tref-参考温度(℃)，T-颗粒空间中某一位置温度(℃)，tM-达到成熟所需时间(min)
在成熟值基础上，针对烹饪工艺提出新的动力学函数——过热值(OverheatedValue)，简称O值。物理定义为：某一烹饪品质在达到加热成熟的导致的品质劣化的相对参考温度的等效加热时间。当成熟和过热的品质因子相同，在成熟后的受热被视为过热，则表达式为：
式(38)
ZO-表征烹饪过热的质量因子平均Z值(℃)
而当成熟和过热的品质因子不同，所有的受热都视为过热，则表达式为：
式(39)
成熟值的定义为：使得某一烹饪品质达到加热成熟的相对参考温度的等效加热时间。即某一烹饪温度历史与参考温度下达到成熟的加热时间等效。
成熟是菜品食品体系通过加热而得到的一种必须的最基本的性质，达到这一品质时菜品才能够被称为“熟了”。
一种菜品成熟的具体指标，即表征成熟的品质因子，可能是风味、色泽、质构、毒理、微生物上中的一种或者多种。通常更值得关注的是烹饪中的固体颗粒的品质。具体表现为：风味上，如蔬菜类生青味、苦涩味的消失，肉类、鱼类的膻腥味消失，被烹饪的食品产生特有的香气，风味物质在食品体系的传递达到能够食用者接受的程度等；色泽上，如蔬菜类的颜色变化，猪肉、牛肉等红色肉类发生褐变，鱼类、禽类等白色肉类变白；质构上，如蔬菜肉类质构的软化，淀粉糊化、果胶质降解、蛋白质变性产生的质构变化等；营养上，如Vc的热损失、消化率的提高等；微生物上，表现为致病菌被加热死亡，值得指出的是，烹饪过程中杀菌主要指的是杀死致病菌，而不是一般应工艺过程所指的腐败菌；毒理上，表现为一些食品中的有毒有害成分加热后失去毒性，如扁豆的烹饪。
成熟值与蒸煮值的不同在于，成熟值是一个专门应用于烹饪过程的目标函数，某一或某一类特定菜品，就有一种特定的作为指标的成熟品质和相应的成熟值，该函数是提示中止烹饪加热过程一个指标，而蒸煮值是一个过程函数，用于评估加热过程中的品质变化。对某一菜品的某一成熟品质，M值是恒定的，而成熟时间tM值依赖于传热条件，在不同的时间历史下是不同的。M值在烹饪研究中有重要意义。例如假设被烹饪食品物料以达到淀粉糊化90％为成熟，料温均匀，在100℃、90℃和80℃下达到成熟的时间tM是不一样，但M值却是恒定的。
成熟值是烹饪中止的指标，因此是传统烹饪概念——火候控制目标的定量表达。成熟值的D值和Z值的测定可以引用C值测定的现有方法。M值的测定，可以采用感官检验方法及食品的化学、物理分析方法确定成熟点。
过热值的意义如下：当颗粒食品中心或体积平均达到成熟值时，必然产生过热(over heated)，带来一定的品质损失。成熟值和过热值可能表征各自的质量因子，也可能表征同一个质量因子。当成熟和过热的品质因子相同时，成熟以后的加热即是过度加热，如式(38)。当成熟和过热的品质因子不同时，任何加热都导致品质损失，全部加热都是过热，如式(39)。过热值是食品烹饪成熟带来的指标品质劣化的定量表达。
具体地，过热值的品质因子可能体现在多个多方面。风味上，可能出现焦糊味、不良的蒸煮味(沉闷风味)；色泽上，可能出现过度褐变等等不良颜色，失去菜品应有的良好色泽；质构上，肉类可能出现蛋白质变性过度产生韧性，蔬菜出现过度软化等不良现象，失去菜品应有的良好口感；毒理上，可能因加热过度出现毒性；在营养上，过热会导致营养品质的过度损失，等等。
由于烹饪过程的复杂性，成熟可能出现在不同空间位置。如前所述，大多数成熟出现在原料空间上的冷点。但一些特定的成熟会出现于其它空间形式。如表面成熟，存在于一些需要表面色泽和质构变化的烹饪，如煎、炸等工艺。再如体积成熟，存在于一些需要嫌忌风味的消失或目的风味的产生的烹饪，在食品的整体上达到一定浓度水平标志成熟。过热也可以体现在表面，如表面色泽和质构变化，体现在体积平均，如营养成分的损失。
针对颗粒表面的温度历史，可以得到表面成熟值公式：
式(40)
Ts-表面温度(℃)
对不同空间位置上的单点成熟值进行体积积分，得到用于计算体积平均成熟值的公式：
式(41)
7-颗粒温度(℃)；V-颗粒体积(m3)
类似地，得到表面过热值公式(品质因子不同于成熟值)：
式(42)
体积过热值公式，用于计算体积平均的过热值：
式(43)
在烹饪过程中，如何使得加热最弱的地方，即冷点，达到成熟值，同时使得加热过热的地方，如颗粒表面，过热值最小，是中式烹饪中的核心问题，也是烹饪技巧的关键所在。中式传统烹饪中的很多特殊技艺，即是通过强化传热，使得冷点达到成熟值时，最大限度缩小颗粒表面过热值，从而得到最佳烹饪品质。例如，如果烹饪过程液体介质温度在烹饪过程中基本均匀时，以液体传热介质温度为优化变量，如果M值变化比O值对升温更为敏感，当温度值较小时，C值达到目标M值的加热时间过长，导致O值很大。当该温度过大时，尽管达到目标M值的加热时间很短，但食品表面及外层强烈过热，也导致O值变得很大，存在一个使O值最小的流体温度。究其本质，非稳态传热和M值与O值对温度的敏感性不同形成了杀菌工艺优化的空间。具体地，在烹饪中，考察式(1)和式(2)，只要原料食品温度T大于参考温度Tref，由于温度对动力学函数的影响是指数关系，且随时间积累，会快速增加。为使中心成熟，必须使得液体有一个较高温度，这样时间就成为O值主控因素。因此，多数条件下，中心升温速度越快，C值达到目标M值的加热时间越短，则O值就越小。这就是一些具有热敏性食品品质的菜品烹饪时为提高升温速度、缩短加热时间采用高温爆炒的原因。
这样，可以广义定义烹饪火候如下：由于影响到烹饪传热的因素非常多而且复杂，我们可以整体性地定义烹饪火候为：烹饪过程中使菜肴品质达到最优的一切温度控制手段。温度控制手段包括影响传热的刀工在内。基于动力学定义烹饪火候如下：通过上述讨论，从烹饪的品质变化动力学角度定义烹饪火候为：在菜肴所有部分蒸煮值达到不低于成熟值的同时使得过热值最小的一切烹饪操作。基于过程的烹饪火候定义：在传统烹饪操作中，控制烹饪物料温度的操作只有有限的几种，这样更加具体地定义火候为：保证菜肴成熟并达到整体品质最优的有效加热功率控制、原料运动控制和加热时间控制的综合。
由于烹饪中颗粒的非稳态导热、部分烹饪质量因子对温度的敏感性，烹饪过程存在一个使得烹饪质量最优的优化传热条件。这样，可以定义“火候”为烹饪过程中使菜肴品质达到最优的一切温度控制手段。由上述动力学方程、热质传递控制方程，可以定性定量地描述烹饪过程，定义和计算火候，揭示了烹饪的核心科学原理。烹饪过程是复杂的，但也是由一系列参数决定的、有规律的、可控的。
五、烹饪品质影响参数：
本说明书中式(1)～式(43)的所有条件变量都是烹饪传热的影响因素，具体包括动力学参数、加热设备参数、传热液体介质的参数、颗粒相关参数、环境参数、颗粒孔隙中各流体参数、各对流传递系数及操作相关参数。总结见下表。
手工烹饪中火候的影响参数表
六、由影响烹饪品质的参数分析建立本发明的方法
根据前文数学模型，并由数学物理方程解的唯一性定理，当手工烹饪和自动/半自动烹饪两种烹饪过程中所有决定时间温度历史的参数相同时，固体食品颗粒具有相同的时间温度历史，上述两种烹饪方法将取得相同的烹饪效果。因此分析手工烹饪和自动/半自动烹饪在决定温度时间历史的相关参数上的异同，来了解如何使得自动/半自动烹饪和手工烹饪达到相同效果。由传热学和动力学原理，当上述参数完全一致时，自动/半自动烹饪可以达到和手工烹饪相同的品质。
考察上述参数，其中的传热液体介质的参数、颗粒相关参数、颗粒孔隙中各流体参数都是烹饪原料的固有参数，在采用相同原料时，在自动/半自动烹饪和手工烹饪中是完全相同的。而环境参数对烹饪的影响不大，且容易实现在自动/半自动烹饪和手工烹饪中保持一致。
上述参数中，加热设备参数、对流传递系数中的火焰-容器对流传热系数、操作相关参数中的燃烧室与容器底的距离关系到热源对烹饪容器的加热。自动/半自动烹饪可能采用与手工烹饪类似的加热装置，也可能采用型式完全不同的加热装置。根据前述的烹饪传热学和品质变化动力学原理，一个自动/半自动烹饪设备能否达到手工烹饪的效果，其关键在于热源-容器-液体-颗粒传热的热流密度与手工烹饪设备一致。基于以下两点，以现有技术要实现这一技术目的难度并不大：第一，手工烹饪的加热的功率是可以测量的，具体方法可以参用烹饪灶具的功率测量方法(参见GB 16410--2007，《家用燃气灶具》)，这样，可以测量手工烹饪过程中的功率时间关系；第二，以现有的技术，无论燃气加热、电磁感应加热还是电阻加热，都容易做到在自动/半自动烹饪中按照所需的功率时间关系由控制自动/半自动烹饪的功率。上述分析表明，自动/半自动烹饪可以做到和手工烹饪相同的热源对容器加热效果。
而烹饪过程中最为复杂的环节出现在容器对烹饪原料的加热，具体的相关控制参数为容器-液体对流传热系数、液体-颗粒对流传热系数、颗粒表面蒸汽对流传质系数。由式(12)和式(17)可知，相应前两者的操作相关参数为容器-液体相对运动速度、颗粒-流体液体相对运动速度。而这两个相对运动速度是由手工烹饪操作中的搅拌强度所决定的。手工烹饪中搅拌过程，包括抖锅、晃锅和翻炒，是由厨师综合判断烹饪过程中的大量信息——包括食品的色、香、味，烹饪过程中食品的运动形态、声音等等，通过训练和实际操作形成的经验而产生的相应动作，是主观的、缺乏明确外在规律的、技巧性很强的动作组合。由自动/半自动机械操作完成手工操作的全部动作难度极大，因此自动/半自动烹饪必然会有另外的烹饪搅拌原理和方法。已公开的自动/半自动烹饪的搅拌技术方案包括模拟手工翻锅运动、烹饪容器回转运动等方式。而自动/半自动烹饪的搅拌参数，如搅拌频率、搅拌线速度等，难以从手工烹饪中直接获取或推测。因此，决定的手工烹饪和自动/半自动烹饪效果是否相同的关键是其需要实现与手工烹饪相同的搅拌效果。
通过上面的影响烹饪品质的因素的全面分析，可以得到如下结论：在影响烹饪品质的所有因素中，自动/半自动烹饪都可以达到与手工烹饪相同或极为接近，以及调整后相同或极为接近，唯有在决定液体颗粒相对运动速度upf、液体容器相对运动速度uvf的搅拌参数方面无法获得达到与手工烹饪相同效果的参数。
在纷繁复杂的烹饪质量控制参数中，仅有唯一一个无法通过对手工烹饪过程的简单观察、计量和研究得到相应的自动/半自动烹饪参数。在此情况下，可以先假设一个自动/半自动烹饪的搅拌参数，配合其它源于对象手工烹饪的可靠烹饪参数，在自动/半自动烹饪设备上执行后得到自动烹饪菜品。分析手工烹饪菜品和自动烹饪菜品中表征加热程度的指标并比较之，如不同，调节搅拌参数，再次在自动/半自动烹饪设备上执行后得到自动烹饪菜品，再次分析手工烹饪菜品和自动烹饪菜品中表征加热程度的指标并比较之，使得两者逐次接近，多次重复直到差异小到可接受的范围，这时可以认为最后的自动/半自动烹饪操作与对象手工烹饪有相同的效果，从而将手工烹饪操作转变为自动/半自动烹饪操作。以上述方法得到的操作参数对自动/半自动烹饪过程执行闭环控制，可以在批量烹饪中得到与手工烹饪相同或者极为相似的菜品品质。前述的理论分析是一方法的科学基础。
进一步地，还可以对多个不确定的自动/半自动烹饪的操作参数按以上方法倒推获取，包括加热功率等。
上述分析结论在烹饪过程中颗粒食品与容器进行直接换热的情况下，如干煸、干炒等烹饪工艺下，同样有效，因为颗粒食品与容器直接换热的强度同样决定于搅拌强度，并没有产生其他的对颗粒食品温度历史产生影响的可操控参数。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1示出一种通过感官检验分析烹饪品质将手工烹饪操作转变为自动烹饪操作的方法流程图；
图2示出一种通过食品化学和/或物理方法分析烹饪品质将手工烹饪操作转变为自动烹饪操作的方法流程图；
图3示出一种基于TTIs方法将手工烹饪操作转变为自动烹饪操作的方法流程图；
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
图1示出一种通过感官检验分析烹饪品质将手工烹饪操作转变为自动烹饪操作的方法流程图。
具体地，对步骤101至步骤113进行详细描述。
步骤101，中首先选择一种能够在自动饪设备上完成的对象手工烹饪操作，实践该操作烹饪出手工烹饪菜品。优选地，考虑到该对象手工烹饪工艺一旦被固定为自动烹饪操作，将被长期大量应用，因此有必要事前对手工烹饪操作进行调整优化，使之达到该菜品理想的效果。值得指出的是，所谓对象手工烹饪是一次具体的烹饪操作，而非多个烹饪操作，或一种菜品——如鱼香肉丝的烹饪操作的多次重复。
步骤102，执行参数采集操作，实际上与手工烹饪操作同时完成，采集烹饪相关参数，相关参数及采集方法如下：
-烹饪动作起停时间：记录手工烹饪操作全程的所有烹饪动作的起停时间，这一数据包含了所有烹饪动作先后次序及串联并联形式，所述串联即一个动作完成后再实施另一个动作，所述并联是至少两个动作同时执行；
-每次投料原料的种类、数量和质量，所谓数量包括重量、体积等常用烹饪原料的计量方式，通过常规计量方法即可获取；
-烹饪全程中加热功率，即获得烹饪的功率和时间关系。当手工烹饪采用燃气灶为热源，测定烹饪的加热功率可以采用国标GB16410--2007《家用燃气灶具》中测定燃气灶功率和热效率的方法，所述烹饪加热功率等于燃气灶功率乘以热效率。由于烹饪功率与烹饪容器与热源的距离和燃气阀门开度有关，可以事前测定不同距离下、不同开度下的功率和热效率，烹饪过程中通过摄像记录烹饪容器与热源的距离及燃气阀门开度，从而推算出烹饪过程中的加热功率；
-烹饪全程中搅拌强度，目测记录翻锅和炒勺翻炒的频率次数，而动作强度由于无法计量，可以采用文字描述，为客观可靠，可录像记录后细致分析；
所述烹饪动作包含以下动作的部分或全部：
-投料：向烹饪容器投入物料；
-出料：将烹饪容器中物料排出容器；
-加热：加热容器中物料；
-搅拌：搅拌容器中物料；
-翻转：翻转容器中的物料；
-周转物料：将烹饪容器中物料转入周转容器，再次转入烹饪容器；
-划散：让粘接的烹饪原料分散；
-碾压：对烹饪物料施加碾压力；
-切割：使得整块物料切为小块；
-固液分离：分离固液混合烹饪物料中的固相与液相，保留其中一相；
-加盖：使烹饪容器密闭；
-去盖：解除烹饪容器密闭；以及
-清洗：洗净烹饪容器；
步骤103，将采集的烹饪参数编写为自动烹饪程序。以现有的机械、电子和自动控制水平，各烹饪动作可以在自动/半自动烹饪设备上通过机械、电子和自动控制装置实现。上述采集的手工烹饪参数首先要成为自动烹饪的可执行参数，即自动烹饪设备的可执行程序。有关手工烹饪参数转变为自动烹饪程序的方法如下：
-烹饪动作起停时间：烹饪参数中的手工烹饪动作起停时间可以通过预设的程序在自动烹饪设备上通过控制各烹饪动作的起停时间实现，容易写入自动烹饪程序。
-每次投料的每一种类原料数量：在自动烹饪中，当采取原料预先准备后投料时，可以采用预先准备好和手工烹饪相同种类、数量和质量的原料，并按投料次序排列；如果现场自动计量加料，对准备好的和手工烹饪相同种类和质量的原料，以手工烹饪相同的数量设置计量参数，并写入自动烹饪程序。
-烹饪全程中加热功率：按前述的方法可以获得烹饪的功率和时间关系。根据自动烹饪设备的热效率，可以倒推出自动烹饪设备烹饪的功率和时间关系，将其写入自动烹饪程序。
步骤104，是参数推测。由于手工烹饪中搅拌操作无法计量，根据前述手工烹饪中搅拌操作记录推测对于自动饪中的搅拌参数，这一参数和自动烹饪采取的搅拌方式有关，例如容器或搅拌器的回转速度、线速度、加速度和运动频率。
步骤105，将上述推测参数写入自动烹饪程序。
步骤106，将步骤103和步骤104的程序合并为完整自动烹饪程序。
步骤107，在自动烹饪设备上执行该完整自动烹饪程序烹饪出菜品。
步骤108，对得到的两种菜品进行感官检验。也就是由感官评价人判定两种菜品总体品质是否相同。具体地，以选择2点实验法、1∶2实验法、2∶3实验法以及其他感官评价区别检验的方法。
步骤109，对得到的感官评价结果进行统计学分析，例如，进行基于卡方(χ2)分布的假设检验，判断两种菜品感官检验结果是否有显著差异。根据对自动饪和手工烹饪相似度的要求选择的置信度。以上方法的细节可以由感官评价分析的手册、书籍获得，一般的感官分析专业人员可以完成上述有关工作。
步骤110，当步骤109的结构有显著差异时，采用感官评价顺序检验方法判断自动烹饪菜品与手工烹饪菜品的成熟度，由于搅拌强度越高，传热效率越高，总体的成熟度越高。因此可以根据感官评价顺序检验的结果判断自动烹饪的搅拌强度与手工烹饪之间的相对强弱。具体地，可以选择2项必选法(2-AFC法)等顺序检验方法。
步骤111，根据结果判断加强还是减弱自动烹饪搅拌强度，由此调整自动烹饪程序。
步骤112，重复步骤106、步骤107、步骤108及步骤109。
步骤113，当没有显著差异时，该完整自动饪程序就是目标程序。
图2是采用食品化学方法和物理分析方法分析品质变化结果将手工烹饪操作转变为产生具有与之相同或相似烹饪效果的自动饪操作的方法流程图。
具体地，对步骤201至步骤214进行详细描述。
步骤201～207与图1中的步骤101～107一一对应，完全相同。
步骤208，在手工烹饪菜品及自动烹饪菜品中分别选择形状尽量一致食品颗粒，以排除颗粒形状不同对烹饪品质的影响，这是由于颗粒形状影响到非稳态传热，导致品质差异，其原理可以从前述的烹饪基本原理得到解释。选择颗粒时，具体地，可以采用测量尺寸、称重等方法来保证形状一致。进一步地，采样数量要具有整体代表性。
步骤209，选择至少一种表征该菜品受热程度的可测定分析的化学、物理指标，例如：风味上，如蔬菜类生青味、苦涩味成分，肉类、鱼类的膻腥味；色泽上，如蔬菜类的颜色变化，猪肉、牛肉等红色肉类发生褐变，鱼类、禽类等白色肉类变白；质构上，如蔬菜肉类的质构；营养上，如Vc浓度等；微生物上，如细菌总数；毒理上，表现为一些食品中的有毒有害成分含量，如扁豆的烹饪。
步骤210，按照选定的食品化学、物理分析指标对手工烹饪菜品和自动烹饪菜品的样品颗粒进行分析测定。
步骤211，对得到的分析结果进行统计学分析，例如，进行基于卡方(χ2)分布的假设检验，判断是否有显著差异。根据对自动饪和手工烹饪相似度的要求选择的置信度。
步骤212，当判断结果表示有显著差异时，根据结果判断加强还是减弱自动烹饪搅拌强度，由此调整自动烹饪程序。由于选择的化学、物理指标可以表征该菜品成熟，以次可以由差异判断烹饪的成熟度差异，相应地，可以判断自动烹饪的搅拌强度与手工烹饪之间的相对强弱。
步骤213，重复步骤207～211。
步骤214，当没有显著差异时，该完整自动饪程序就是目标程序。
图3是采用TTIs法将手工烹饪操作转变为产生具有与之相同或相似烹饪效果的自动饪操作的方法流程图。
具体地，对步骤301至步骤316进行详细描述。
步骤301～307与图1中的步骤101～107一一对应，完全相同。
步骤308，首先选择一种动力学参数和影响到烹饪效果的烹饪品质因子的动力学参数相同或接近的TTIs指示剂，所述动力学参数包括但不限于Z值、D值和活化能值。以下举例说明一种用于整玉米(菜用嫩玉米)烹饪的TTIs指示剂的选用：通常认为，食品化学变化的平均Z值为33℃。例如一些食品加工过程的整体质量变化的动力学参数：
“加热过程食品品质变化的动力学参数表”(资料来源：Bengt Hallstrom，Christina Skjoldebrand，Christina Tragradh，Heat transfer and food products，Elsevier applied science，London and New York，2000：page 26)：
从上表可以看出，整玉米总体质量的Z值在36℃，D121为2.4min。选择无锡杰能科生物工程有限公司生产耐高温α-淀粉酶，酶活测定方法简单，经过实际测量，不同温度下耐高温α-淀粉酶的Z值为35.34℃，D121为3.40min，两者十分接近，因此耐高温α-淀粉酶是表征整玉米烹饪的适宜的TTIs指示剂。
步骤309，制作食品模拟物载体，具体地，该食品模拟物质地均匀，可以加工成适宜的大小、形状；本身性质稳定，合适与TTIs结合使用；在含水量，热物性等方面与真实食物类似；结构稳定，热处理过程中TTIs指示剂不会泄漏；可以承担一定的外力，在烹饪搅拌中不会瓦解。食品模拟物可以由亲水胶体、高分子聚合物、金属、橡胶等制作。其中亲水胶体是较适于制作食品模拟物载体的物质，例如海藻胶(alginate gel，SAG)颗粒。海藻胶颗粒制作方法为：将10-25g马铃薯淀粉和5.5-10g海藻酸钠搅拌均匀后加入60-100ml pH5.0-6.5的磷酸缓冲液，然后在另一份70-100ml磷酸缓冲液中缓慢加入0.05-0.20g柠檬酸钠和0.2-0.7g硫酸钙，搅拌至全部溶解。将两份溶液混合，搅拌均匀，静置2min-3min成胶。优选的方案为：将20g马铃薯淀粉和7.2g海藻酸钠搅拌均匀后加入85ml pH 6.1的磷酸缓冲液，然后在另一份85ml磷酸缓冲液中缓慢加入0.12g柠檬酸钠和0.48g硫酸钙，搅拌至全部溶解。将两份溶液混合，600转/分钟搅拌均匀，静置2min-3min成胶。该凝胶可以用模具、切割等方法，使其具有与对象手工烹饪中颗粒原料尽量接近的形状。由于其其性质与真实食品接近，可以模拟多数蔬菜、肉类。
步骤310，将TTIs置入食品模拟物载体的不同位置，可以放置在表面和中心，也可以均匀分散于食品模拟物载体。植入食品模拟物载体中心时，可以采用毛细管法，即将TTIs反应体系装入毛细管中，密封端口后，插入到食品模拟物中心，得到中心TTIs。将反应体系与制作食品模拟物的材料混合均匀后，同时制作出食品模拟物载体和TTIs，就可以得到均匀分布的TTIs装置。表面TTIs的制作可以通过外表面附着实现，例如采用热敏墨水的染色。这样就将TTIs与食品模拟物载体结合，制作出TTIs装置。
步骤311，将制至少一个TTIs装置分别以取代同样数量原料主料食品颗粒的形式加入手工烹饪操作与自动饪工艺中的原料主料食品颗粒中。
步骤312，分别对手工烹饪菜品中和自动烹饪菜品中的TTIs指示剂进行检测。
步骤313，对得到的手工烹饪和自动饪的TTIs指示剂检测数据进行统计学分析，例如，进行基于卡方(χ2)分布的假设检验，判断两者之间是否有显著差异。根据对自动饪和手工烹饪相似度的要求选择的置信度。
步骤314，当判断结果表示有显著差异时，根据结果判断加强还是减弱自动烹饪搅拌强度，由此调整自动烹饪程序。由于选择的TTIs指示剂可以表征该菜品承受的加热程度，以此可以由差异判断烹饪的成熟度差异，相应地，可以判断自动烹饪的搅拌强度与手工烹饪之间的相对强弱。
步骤316，当没有显著差异时，该完整自动饪程序就是目标程序。
TTIs法以一种对烹饪过程的客观严谨的定量分析测试，评价自动饪与手工烹饪的差异，从而制定自动饪操作。由于在两种烹饪中，食品模拟物载体和TTIs完全一致，因此得到的结果准确可靠。
由于TTIs装置具有均匀稳定、准确可靠的特点，在传热学过程复杂的烹饪中，是一种非常有效的研究手段。可以用于烹饪工艺的优化、烹饪参数的确定、烹饪中营养价值变化的测算等等一系列烹饪研究中。可以预见，随着自动饪的快速发展，将会产生更多的对TTIs装置的需求。因此，可以发展一系列针对烹饪过程的专用TTIs装置。而外形上，这些TTIs的食品模拟物载体的可以是块、丁、片、条、丝、末；在动力学参数上，具有专门模拟各种典型的烹饪过程中食品化学、物理变化以及适应慢速和快速烹饪过程的动力学参数的TTIs；在食品模拟物载体性质上，可以适应爆炒、压、油炸等各种烹饪工艺的食品模拟物。在合适的阶段，将出现烹饪专用商业TTIs装置。
上述所有实施例中的方法同样适用于半自动烹饪中，即在半自动烹饪设备上实现与手工烹饪相同烹饪效果，不同之处在将写入所述的参数体现在半自动操作中的参数设置上。
上述实施例中可以通过控制手工烹饪菜品中和自动烹饪菜品的分析指标差异大小来控制手工烹饪操作与自动饪操作的差异程度，例如，数据进行统计学分析时，控制显著性水平，显著性水平值越小，手工烹饪操作与自动饪操作的差异程度就越小。
以上将手工烹饪操作转变为自动饪工艺的方法，主要应用于自动烹饪领域，同时也可以用于烹饪工艺和自动饪工艺的过程分析、工艺优化。
本专利中的方法可以在自动烹饪中获得找到手工烹饪中无法定量的参数，本实施例中的无法定量参数是搅拌强度，实际使用中并不局限于此，例如，较难测定的加热功率也可以作为无法定量参数，通过上述方法获得。
本说明书中记载了实施例，但是本发明并不限于此，在不脱离本发明的精神及必要特征事项的情况下还可用其他方法实施，也都受到本专利的保护。
Claims (5)
1.一种将手工烹饪操作转变为自动/半自动烹饪操作的方法，所述烹饪操作包括以下烹饪动作的部分或全部以串联或/和并联形式的组合：
-投料：向烹饪容器投入物料；
-出料：将烹饪容器中物料排出容器；
-加热：加热烹饪容器中物料；
-搅拌：搅拌烹饪容器中物料；
-翻转：翻转烹饪容器中的物料；
-周转物料：将烹饪容器中烹饪物料转入周转容器，再次转入烹饪容器；
-划散：让粘接的烹饪物料分散；
-碾压：对烹饪物料施加碾压力；
-切割：使得整块物料切为小块；
-固液分离：分离固液混合烹饪物料中的固相与液相，保留其中一相；
-加盖：使烹饪容器密闭；
-去盖：解除烹饪容器密闭；以及
-清洗：洗净烹饪容器；
包括下列步骤：
步骤1：执行手工烹饪操作，得到手工烹饪菜品，记录手工烹饪操作参数，所述烹饪操作参数包括以下参数：
-烹饪动作起停时间：包括手工烹饪所有烹饪动作的起停时间；
-每次投料原料的种类、数量和质量；
-烹饪全程中加热功率；以及
-烹饪全程中搅拌强度；
步骤2：针对自动烹饪设备，设定在步骤1由手工烹饪获得的、而在自动烹饪设备上可以直接或经过处理后应用的烹饪操作参数，并预设无法由手工烹饪获得的、在自动烹饪设备上不能应用的未知烹饪参数，在自动烹饪设备上执行所有设定参数，完成操作，烹饪出自动烹饪菜品，其中，所述未知烹饪参数包括搅拌参数，所述搅拌参数包括在加热烹饪时自动烹饪设备的驱动物料运动的机构的回转速度、线速度、加速度和它们的时序组合；
步骤3：采用至少一种测定表征烹饪中物料加热程度指标的分析方法分别分析手工烹饪菜品和自动烹饪菜品；
步骤4：通过统计学方法判定分析手工烹饪菜品数据和自动烹饪菜品数据之间的是否有显著区别；
步骤5：如果两者存在显著性差异，重新设置所述未知烹饪参数，重复步骤2～步骤4；
步骤6：如果两者无显著性差异，执行步骤2的所有设定参数的自动/半自动烹饪操作即为目标自动/半自动烹饪操作。
2.如权利要求1所述将手工烹饪操作转变为自动/半自动烹饪操作的方法，其中步骤3所述的分析方法为针对烹饪成熟指标的感官检验方法。
3.如权利要求1所述将手工烹饪操作转变为自动/半自动烹饪操作的方法，其中步骤3所述的分析方法为食品理化方法，对于固体，在两种方法得到的菜品中分别选取颗粒外形最为一致的两个颗粒，对于液体，对两种方法得到的菜品分别取样，然后选择至少一种表征烹饪品质的食品理化指标进行测定。
4.如权利要求1所述将手工烹饪操作转变为自动/半自动烹饪操作的方法，其中步骤3所述的分析方法为TTIs方法，即时间温度积分器方法，适用于含固体颗粒的烹饪，首先制作并使用TTIs组合，具体包括下列步骤：
步骤A：制作出分别以由外形尺寸、热物理性质和流体动力学性质与手工烹饪操作中的原料主料食品颗粒相近并且不与TTIs发生反应的材料制成的食品模拟物；
步骤B：选择热处理化学反应动力学参数与表征食品加热成熟及过热的品质的热处理化学反应动力学参数相同或接近的TTIs指示剂；
步骤C：将TTIs指示剂与食品模拟物以下列形式中至少一种组合：
-TTIs指示剂位于食品模拟物几何中心，构成中心TTIs组合；
-TTIs指示剂位于食品模拟物表面，构成表面TTIs组合；以及
-TTIs指示剂均匀分布于食品模拟物，构成平均TTIs组合；
TTIs组合的应用包括下列步骤；
步骤D：在权利要求1所述步骤1和步骤2中以一种TTIs组合颗粒分别以取代同样数量原料主料食品颗粒的形式加入手工烹饪操作与自动/半自动烹饪工艺中；
步骤E：分别对采用手工烹饪操作操作加工得到的菜品和通过自动/半自动烹饪得到的菜品中的TTIs进行检测。
5.如权利要求1所述将手工烹饪操作转变为自动/半自动烹饪操作的方法，其中步骤3所述的分析方法采用权利要求2、3、4的方法任意组合使用。
Priority Applications (1)
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Publications (2)
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