基于时间温度积分器将手工烹饪转变为自动烹饪的方法

烹饪自动化是烹饪研究的主要目的,而当前没有建立在科学基础上的编写自动烹饪程序的方法。通过对已建立的烹饪传热学和动力学数学模型进行全面参数分析,发现手工烹饪中唯一的无法直接参数化为自动烹饪参数的是搅拌。基于此,建立了将手工烹饪转变为自动烹饪的的方法,即将手工烹饪操作参数化,预设并调整搅拌参数,测定2种烹饪的受热程度指标,直到2种烹饪得到菜品的品质达到一致。而时间温度积分器（time-temperature integrators,TTIs）技术,是测定烹饪的受热程度的严谨、客观和可靠的手段。同时从理论上说明了自动烹饪完全可能烹饪出和手工烹饪品质相同的菜品。     

炒的烹饪过程数值模拟与优化及其技术特征和参数的分析

基于中式烹饪代表性操作—炒的数值模拟,以对流加热介质温度为优化变量、以终点成熟值为约束条件、以过热值为目标函数,根据烹饪特征,确定成熟品质因子和过热品质因子,由文献确定其优化动力学参数,通过Matlab编程对典型条件下的肉类爆炒烹饪过程的进行数值优化。结果表明：存在使得烹饪过热值最小的对流加热介质温度,从原理上解释了中式烹饪采用小体积颗粒和预热多量油脂的方法是合理的。同时,在成熟值理论基础之上,对炒工艺进行了传热学和动力学的数值模拟和分析。分析了炒与煮、蒸的区别,以及刀工和搅拌对烹饪的作用。提出了影响炒工艺的主要技术参数,包括油脂预热时间、烹饪功率、油料比等,并初步解释了这些参数影响烹饪品质的原理。     

中式烹饪热/质传递过程数学模型的构建

中式烹饪是中国传统食品技术的核心内容之一,2010年烹饪消费金额在3.0万亿元以上。烹饪产业出现快速发展局面,急需基础研究。通过解析烹饪过程,认为典型中式烹饪是开放容器中流体-颗粒食品的传热、传质、相对运动和品质变化过程,过程传递-反应动力学-食品品质变化是烹饪的核心原理。针对典型烹饪过程中热源→容器→液体→食品颗粒传热,通过热质平衡建立了烹饪过程中热/质传递的代表性控制方程组,其中针对烹饪中的液体-颗粒建立了热/质传递的多相多孔介质模型。上述方程组可以应用于烹饪过程的控制参数分析、烹饪传热现象解释、品质动力学计算。在此基础上,总结了烹饪热/质传递的一些最基本特征。     

猪肉油炒过程传质参数测定及其对烹饪过程控制的影响

为提升油炒数值模拟的可靠性及准确度,揭示可控操作对烹饪过程参数的影响及关键过程参数对烹饪的影响。通过无量纲水分含量分析解法,测定了中式油炒猪里脊肉过程中的表面传质系数（surface mass transfer coefficient, h_m）和有效水分扩散系数（effective moisture diffusion coefficient, D_eff）,分析了预热油温及样品比表面积Ω对h_m及D_eff的影响;基于已构建的油炒热质传递数学模型、成熟值理论,对比了h_m和流体-颗粒表面传热系数（fluid-to-particle surface heat transfer coefficient, h_fp）对烹饪成熟控制的影响。结果表明：与油炸过程类似研究的文献数据相比,该研究中h_m值偏大在5.927×10^?6～2.481×10^?5 m/s之间,D_eff在6.281×10^?9～4.148×10^?8 m²/s之间,D_eff活化能（E_a）在24.2～30.6 kJ/mol范围内;预热油温、比表面积Ω对h_m及D_eff有显著影响（P<0.05）,预热油温越高h_m和D_eff越大,比表面积Ω越大h_m越大,D_eff越小;h_m对烹饪成熟控制影响较小,而h_fp是烹饪成熟控制的关键过程参数。研究结果为油炒过程模拟提供了重要参数,为烹饪过程控制提供依据。     

预测牛乳货架期的时间--温度指示器的研制

利用生物化学方法实验研究了牛乳品质与存放温度、时间的关系,并根据菌落总数和酸度作为依据得出时间-温度-货架期曲线。应用单片机技术,研制出能实测和记录冷藏链时间-温度变化和剩余货架期的指示器。以期实现冷藏链中牛乳的品质监测。研究结果表明,存放过程中,菌落总数随着温度的升高和时间的延长而增加,新鲜度随温度的升高和时间的延长而降低。对于经历了不同温度-时间存放的牛乳,应用指示器实测的剩余货架期和生物化学实验得到的结果相比,偏差在0.5 d以内。当牛乳剩余货架期少于1 d时,指示器发出声音报警。     

罐头食品杀菌温度和时间的研究

用加热法对罐头食品进行杀菌，应使罐中心区达到微生物的热死温度。采用图解法和数值法解差分方程计算温度和时间，并比较两种解法的优劣，找出最佳方法     

冷链物流环境下时间温度指示器的制备与应用

为可视化冷链储运过程中桑葚品质和剩余货架期,该研究通过单因素和正交试验调节木糖、甘氨酸、磷酸氢二钾（K₂HPO₄）浓度配比,实时记录不同配比时间温度指示器（time temperature indicator, TTI）的颜色及吸光度变化规律,寻求最佳浓度配比的TTI,利用傅里叶红外光谱和紫外-可见吸收光谱探究TTI内在机理,并用动力学验证TTI恒温和断链情况下的适用性。结果表明,当木糖浓度为1.00 mol/L,甘氨酸浓度为2.00 mol/L,K₂HPO₄浓度为1.00 mol/L时TTI的吸光度更高,颜色变化更为均匀,通过阿仑尼乌斯方程得到TTI活化能为40.13 kJ/mol。桑葚在25、15、10、4、-1 ℃下的失重率、花青素、硬度、可溶性固形物、可滴定酸和维生素C的活化能分别为36.08、40.42、43.35、38.28、43.72、40.41 kJ/mol,与TTI活化能接近,说明TTI可以很好地监测桑葚的剩余货架期。此外,断链模拟结果显示,桑葚开始腐败时,TTI的颜色到达指示终点,桑葚品质变化与TTI颜色变化一致,且在不同温度波动试验下桑葚各指标和TTI的等效温度小于1 ℃,由此说明,在温度波动情况下TTI可以很好地监测桑葚的品质以及剩余货架期。研究结果可为桑葚在储运过程中提供有效的剩余货架期监测,通过调节TTI的制备参数可改变其使用寿命和适用范围,以匹配不同货架期的食品。     

基于温度-时间的好氧堆肥通风控制系统的设计与运行效果

通风控制是强制通风静态好氧堆肥系统的技术关键。本研究开发了基于温度-时间的工业控制计算机好氧堆肥通风控制系统(TTime)，并实现了软硬件的配套。该文详细阐述了系统的设计思路、研究方法、功能和实现过程。运行试验表明，系统运行稳定、可靠，能保证堆肥过程的顺利进行，同时，加强了畜禽场废弃物堆肥过程的在线监控，降低了堆肥系统的运行费用，适合在大中型畜禽场推广应用。     

炭化温度和时间与棉杆炭特性及元素组成的相关关系

为了揭示炭化温度和时间对生物质炭特性及元素组成的影响,以棉花秸秆为生物质炭制作原料,对比研究不同炭化温度（300、450、600℃）和时间（0.5、1、2、4、6 h）制备的棉秆炭的pH值、阳离子交换量（CEC）、电导率等特性及有机碳、氮和矿质元素含量及其间的相互关系。结果表明：棉秆炭化出炭率、棉秆炭有机碳含量随炭化温度的升高和时间的延长而降低（出炭率： 48.66%（300℃）>35.39%（450℃）>31.06%（600℃）,有机碳：564.02 g/kg（300℃）>405.94 g/kg（450℃）>259.36 g/kg（600℃）;在300℃下,pH值随着时间的延长而增大,450℃和600℃下基本保持在10.5左右;电导率随炭化温度的升高而增加,在炭化时间内变化不明显,且炭化温度300～450℃对棉秆炭的电导率影响相对较小,600℃影响较大;CEC随炭化温度的升高而降低,在300℃下随炭化时间的延长而增大,450和600℃下则降低。棉秆炭中全磷,全钾,速效钾,钙,镁含量随着温度的升高和时间的延长逐渐增加,全氮和碱解氮则相反,速效磷含量则表现出90.07 mg/kg（450℃）>60.72 mg/kg（600℃）>20.18 mg/kg（300℃）的变化趋势。炭化温度和时间与棉秆炭指标间相关分析表明,炭化温度和时间与出炭率、CEC、有机碳、全氮和碱解氮间呈负相关,与pH值、全磷、全钾、速效磷、速效钾、钙和镁含量呈正相关。综合分析,低温短时间（300℃,1～2h）制备的棉秆炭对农业利用预期效应较好,该研究结论为新疆棉秆炭的制备和农业利用提供理论依据和数据支撑。     

水热炭化温度和时间对鸡粪生物质炭性质的影响

水热炭化被认为是极具潜力的安全处置与资源化利用鸡粪的技术措施之一。该研究将鸡粪在190和260℃水热炭化处理不同时间(1、6和12 h),收集并测定固体产物生物质炭特性,目的在于了解水热炭化反应温度和时间对鸡粪生物质炭特性的影响。结果表明,鸡粪经过水热炭化处理后,46%~56%的干物质转化为生物质炭,C、P质量分数分别增加了5%和59%以上,而H、O、N、K质量分数则分别降低了9%~18%、26%~65%、19%~37%和92%~97%。表面电荷量降低,p H值依变性也减弱,其中有效阳离子交换量降低了50%~90%。生物质炭中1~5μm孔隙显著减少,主要形成1和100μm左右的孔隙。总体来看,水热炭化反应温度越高,反应时间越长,这些指标提高或降低的幅度越大,生物质炭的炭化程度越高;比起反应时间,反应温度对生物质炭性质的影响更大。该文还讨论了鸡粪生物质炭作为土壤调理剂的应用价值与潜力,研究结果可为鸡粪生物质炭在土壤改良等方面的应用提供基础数据。     

烹饪传热学及动力学数据采集分析系统的研制

针对现有热处理验证设备不能满足烹饪过程动力学函数成熟值M和过热值O测定需求,因而研制了一种能在计算机上实现多路自动采集烹饪温度、积分计算M/O值的数据采集分析系统。该系统采用超细铠装热电偶作为温度传感器,使得系统温度采集精确度达到±0.05℃;系统采用辛普森法积分计算M/O值并具备智能实时显示、记录并存储数据的功能。系统应用实例中测定了样品的表面和中心温度、表面和中心成熟值、表面和中心过热值,其中M/O值测量误差分别为±1.16%和±0.58%。应用表明,所研系统满足了成熟值理论的验证与分析、烹饪试验传热学和动力学试验以及烹饪过程的数值模拟试验等研究的设备需求。     

猪里脊肉烹饪终点成熟值的测定

为测定烹饪综合终点成熟值及成熟品质因子的zM值,在选定的不同试验条件下,以猪里脊肉为对象,针对其颜色、气味、口感3种成熟品质,采用感官评价差异检验中的选择法从具有不同成熟值的一系列样品中确定成熟样,对成熟样的成熟值求平均,获得相应的平均终点成熟值,结合专家给予的权重,加权平均得到综合终点成熟值。通过成熟品质因子的zM不同取值,得到各系列的终点成熟值的标准偏差,其值最小时则为合理的zM值。试验结果证实了对特定来源和特定的人群,终点成熟值存在且稳定,原料种类、厚度、形状、初始温度、不同油温和加热介质种类等因素对其影响符合成熟值理论的定义,支持了成熟值理论。A偏红和B偏白的猪里脊肉的综合终点成熟值分别为0.51和0.31 min,成熟品质因子的zM值为10℃。     

Construction of mathematical model for heat and mass transfer of Chinese cooking

中式烹饪是中国传统食品技术的核心内容之一,2010年烹饪消费金额在3.0万亿元以上。烹饪产业出现快速发展局面,急需基础研究。通过解析烹饪过程,认为典型中式烹饪是开放容器中流体－颗粒食品的传热、传质、相对运动和品质变化过程,过程传递-反应动力学-食品品质变化是烹饪的核心原理。针对典型烹饪过程中热源→容器→液体→食品颗粒传热,通过热质平衡建立了烹饪过程中热/质传递的代表性控制方程组,其中针对烹饪中的液体-颗粒建立了热/质传递的多相多孔介质模型。上述方程组可以应用于烹饪过程的控制参数分析、烹饪传热现象解释、品质动力学计算。在此基础上,总结了烹饪热/质传递的一些最基本特征。     

蓄冷保温箱真空隔热蓄冷控温传热模型与验证

为掌握不同参数对蓄冷控温特性的影响,建立了真空隔热蓄冷控温试验平台,以脐橙为试验对象,根据热平衡理论,建立蓄冷控温传热数学模型,并进行试验验证,进一步分析了不同参数对蓄冷控温特性的影响。数学模型计算结果表明,随着真空隔热板厚度的增加,在0～8 ℃温度的控温时间越长;当外界恒温30 ℃、真空隔热板厚度为25 mm时,0～8 ℃温区控温时长为106.14 h。试验结果表明,模型计算结果与试验结果吻合,控温时长平均误差为2.60%;当外界平均温度为33.5 ℃、真空隔热板厚度为20 mm、有太阳辐射时,在30 min内试验平台内温度由29.5 ℃降至7.2 ℃,降温速度较快。应用数学模型分析不同参数影响,结果表明：不同车速对传热速率的影响不显著;传热速率随着真空绝热板厚度的增加而下降,下降趋势呈指数变化;相同控温时长时,所需蓄冷剂质量与真空绝热板厚度呈指数变化;真空绝热板越厚,温度下降速率越快;太阳辐射会使控温时长缩短13.79%。该研究结果为蓄冷控温型运输装备的结构优化设计及蓄冷剂的选型、用量提供一定的参考价值。     

油菜籽流化床恒速干燥传热传质特性及模型研究

在油菜籽干燥过程中,干燥工艺(热空气温度、速度和油菜籽初始含水率)主要影响着恒速干燥阶段的传热、传质系数,为此该文基于恒速干燥阶段,借助流化床干燥试验装置,试验分析了油菜籽初始含水率、热空气温度、热空气流速对油菜籽流化床干燥对流传热、传质系数的影响,结果表明:各影响因素的敏感性主次顺序为油菜籽初始含水率热空气温度热空气流速,其中油菜籽初始含水率为29.72%的对流传热、传质系数约为含水率14.41%的1.9倍,2.25 m/s热空气流速的对流传热、传质系数约为1.75 m/s的1.2倍,65℃热空气温度的对流传热、传质系数分别约为45℃的1.2倍和1.4倍。为此,以对流传热、传质系数为性能指标,根据Box-Behnken试验设计原理,应用Design-Expert 8.0.6软件,建立了影响因子与性能指标的回归模型,通过验证发现对流传热、传质系数两个模型预测值与试验值的最大相对误差仅为4.83%和4.79%,表明该两个回归模型拟合度较好,可靠性较高。研究结果可为强化传热传质提高油菜籽流化床干燥效率提供理论依据,同时也为生产工艺条件选择和干燥设备设计提供理论支撑。     

果蔬热处理传热过程的数值模拟及验证

为了研究果蔬采后热处理过程的传热机理,建立了柱状与球状果蔬热处理的普适传热模型,对模型进行了数值模拟及试验验证。结果表明：所建模型能够准确预测多种边界条件下柱状与球状果蔬热处理时的组织温度变化及动态响应,柱状及球状果蔬的模型预测值与实测值的平均相对误差及均方根误差均低于5%。热水浸泡法与热空气法的对比试验表明：达到相同的热处理效果,伊丽莎白香瓜热水浸泡法的处理时间仅为热空气法的35%～50%;热水浸泡法中香瓜果实的表面换热系数为190～250 W/(m2·℃),而在热空气法中仅为10～30 W/(m2·℃