第1章 导论
1.1 概念与范畴
1.1.1 烹饪
烹调和烹饪是两个意义相近的概念。一般观点认为：烹调单指制作菜肴，烹饪则是包含菜肴和主食的整个饭菜制作（周晓燕，2008）。烹饪一词究其原意，烹，按《集韵》：“烹，煮也”；饪，按《广雅》：“饪，熟也”；按《说文》：“饪，大熟也”。可见加热至成熟是烹饪概念的核心意义。《中国烹饪百科全书》定义烹饪为从烹调生产到饮食消费的全过程（中国烹饪百科全书编辑委员会，2002），其意义更为广泛。
本书烹饪一词，取其原意中的狭义，定义为食物原料加热至熟的过程，范围既包括主食又包括菜肴的加热烹饪。人类摄入的多数食物都必须经过加热，加热至熟而食是中国的传统，存在于多数烹饪技法中。本书定义和一般的烹饪概念的区别在于：*先，本书中的烹饪仅涉及加热烹饪，而不包括非加热烹饪；其次，只涉及与烹饪加热和成熟有关的内容，不包括与之无关的部分，如食材选配、雕刻技艺等。传质至熟与加热至熟有类似的过程传递规律，可以认为是加热至熟的衍生，涵盖于烹饪定义中。
本书主要深入研究烹饪的加热和成熟，寻找发现其内在规律，为烹饪科学研究和工程实践寻求方法并奠定理论基础。
1.1.2 烹饪科学
尽管有不同意见（华庆，2004），但普遍观点认为，烹饪科学属于食品科学领域（季鸿崑，2016）。根据食品科学的定义：食品科学是将基础学科和工程学的理论用于研究食品基本的物理、化学和生物化学性质及食品加工原理的学科（Potter，1986）。烹饪的主体材料是食品，其核心内容是烹饪过程食品材料的物理、化学变化，毫无疑问，烹饪科学应该是食品科学的一部分。食品科学的各个子学科，包括食品化学、食品营养、食品工程原理、食品物理、食品微生物、食品毒理、感官评价等专门学科和粮油、果蔬、乳品、肉类、饮料等分类学科，都与烹饪相关，可以应用于烹饪。如果烹饪科学仅仅是食品科学原理知识与分类知识的简单应用，是不能称其为科学的。
科学研究的目的是揭示研究对象内在的一般规律，并提出一套能够对研究对象进行充分描写和解释的抽象理论，发展理论是科学研究*根本的目的。烹饪科学建立在食品科学的基础上，基于自然科学理论和方法探索其中的共性规律，构建烹饪特有的基本原理。烹饪科学主要内容包括烹饪的成熟原理、烹饪的传递过程原理和烹饪的品质优化原理及它们的应用。科学，也是分科而学，指将各种知识通过细化分类（如数学、物理、化学等）研究，形成逐渐完整的知识体系。烹饪科学能否成为食品科学的一个分支，形成有其自身特征的知识体系，即是否具有一定的学科*立性，其关键在于烹饪研究是否能够建立有自己特征的理论基础和知识体系，如具有*有的基本概念及分类。
烹饪研究包括烹饪的自然科学研究和烹饪的社会科学研究，本书仅与烹饪的自然科学有关，不包括烹饪的文化研究和艺术研究。
1.1.3 烹饪工艺与烹饪过程
辞海（辞海编辑委员会，1989）中定义工艺为：将原材料或半成品加工成产品的工作、方法、技术等。因此，烹饪工艺是将食材原料加热为成熟成品的具体技术流程，包括原料配比、参数、加热条件等全部技术措施。
可以把烹饪按其工艺阶段划分为：烹饪前处理工艺，主要是烹饪食材的预处理，如拣选、除杂、清洗、去皮、切割（刀工）、预熟、涨发、混合、烫漂、浸渍等；烹饪工艺，指烹饪加热至成熟及其附属的搅拌、投料、划散、煸压等；烹饪后处理工艺，即烹饪成品的加工工艺，如冷藏-加热升温、包装、杀菌、冷藏、保温、配送等。现有的烹饪工艺学、烹调工艺学、烹饪原理等有关烹饪的论著都是按照手工技艺和烹饪关键问题来讨论烹饪工艺的。在现代工业中，工艺通常是按照流程进行描述和讨论的。因此，从烹饪工程和烹饪自动化的角度，需要按照烹饪操作的前后次序讨论烹饪工艺。当然，由于中式烹饪的复杂性，还是会出现工艺的交叉重叠。例如，相当一部分菜品需要多次加热烹饪，或者不同食材分次烹饪后合并烹饪，这种情况可以视作多次烹饪的叠加。在传统烹饪中，烹饪成品在多数情况下是直接食用的，但在烹饪工业化后，为满足商业需要，烹饪后的继续加工常常是必要的，这也是工业化烹饪的特征之一。
过程是指过程工业（process industry）生产中所进行的具有共同规律的化学和物理过程，一般要经过一系列的加工处理步骤。烹饪过程同样可以按步骤分为烹饪前处理过程、烹饪过程、烹饪后处理过程三类，参见图1-1。烹饪前处理与一般食品加工中原料的前处理类似，通常可以引用现有过程原理，可针对烹饪原料的特征和加工需求开展进一步的研究。烹饪的后处理过程，如杀菌，通常是食品加工中的常见技术，虽然可以直接引用其过程原理，但也需要针对烹饪的特殊需求开展研究。实际上，*缺乏研究基础的是烹饪过程，即加热到成熟的过程。烹饪工艺和烹饪过程的对应关系参见图1-1。
图1-1 烹饪工艺与烹饪工程
从研究角度看，烹饪工艺是具有“个性”的，而烹饪过程是比较“共性”的，具有相似的内在变化规律。
1.1.4 烹饪工程与技术
美国工程师专业发展委员会（The American Engineers’ Council for Professional Development，AECPD）将工程定义如下：把通过学习、研究和实践所获得的数学和自然科学知识创造性地、经济有效地应用于自然资源，使其为人类造福。由此可见，相关基础数学、自然科学以及创造性应用是工程的组成要素。
烹饪工程是通过研究烹饪中的化学过程、物理过程和生物过程的共同规律，用于研究和开发烹饪加工方法、过程或/和装置。基本研究对象是烹饪过程中具有共性的客观规律。通过找到这些规律并上升到一定的高度，进而系统化、理论化，就构成了烹饪工程原理。应用烹饪工程原理，研究者或者从业者可以进一步研究和开发烹饪的加工方法、过程和装置，如自动烹饪。烹饪过程主要包括烹饪食材的理化变化和烹饪设备-物料体系的热质传递，其技术性质被涵盖在食品工程定义范围内（高福成，1998）。食品工程基本属于化学工程的范畴（高福成，1998）。在工程技术领域，烹饪工程属于食品工程，同时属于化学工程的范畴。
还可以从科学与技术两个方面分析烹饪科学研究所属的领域。技术泛指根据生产实践经验和自然科学原理而发展成的各种工艺操作方法和技能，除操作技能外还包括相应的生产工具和其他物资设备，以及生产的工艺过程或作业程序、方法（辞海编辑委员会，1989）。目前的烹饪技术主要是口传心授的各种手工技艺，烹饪机械也多是对手工的简单模仿，缺少科学原理支持。烹饪科学研究的主要目的之一就是推动烹饪工程的发展。
1.2 烹饪科学研究概述
1.2.1 烹饪中蕴含食品科学的深层次原理
1. 烹饪造就人类
哈佛大学的灵长类动物学家理查德？兰厄姆（Richard，1999）认为：烹饪是人类为数不多的*特能力之一，人类通过加热食物来预先消化食物的习惯可以让我们在消化上花费更少的能量；烹饪不仅仅是烹饪文化的基础，还给了我们的祖先一个巨大的进化优势，应该看到人类对烹饪的重大适应性变化（Gibbons，2007）。
理查德？兰厄姆（Richard，1999）综合营养、考古和灵长类动物的数据，提出熟食可以刺激大脑增大的假设，认为“即使饮食上的微小差异也会对生存和繁衍成功产生重大影响”。一个处于休息状态的成年人大脑消耗了25%的能量，而猿类大脑的平均消耗是8%。但人类消耗的总热量与体型相似的大脑较小的哺乳动物差不多。理查德？兰厄姆（Richard，1999）提出的解释是，当人类食用熟食时，通过减少胃肠器官工作负荷来节省能量，从而有效地增加了大脑能量供应。动物实验（Boback et al.，2007）提供了旁证：食用煮熟牛肉的蟒蛇消化牛肉所需能量减少了12.7%，如果肉既煮熟又磨碎，则消耗的能量减少了23.4%；食用熟肉的老鼠比食用生肉的老鼠在5周内体重多增加29%。
食用熟肉，消化食物所需能量更少，因此就有更多的能量用于其他活动和生长。古人类学家莱斯利？艾略（Leslie Ello）和生理学家彼得？惠勒（Peter Wheeler）提出了高耗能组织假说（expensive-tissue hypothesis）。Aiello和Wheeler（1995）在18种灵长类动物中研究了内脏与脑的平衡，发现人类的胃肠道只有类似体型灵长类动物预期大小的60%。黑猩猩平均每天需咀嚼食物5 h，而会烹饪的狩猎采集者每天仅需1h。较少的咀嚼和啃咬导致下颌和牙齿变小、肠道和胸腔的缩小等，这些都是直立人特有的变化。
人类家族*早的成员，包括生活在400万～120万年前的南方古猿，大脑大小与黑猩猩差不多。直到大约190万年前直立人（homo erectus）出现在非洲之后，大脑才急剧增大，*终大脑的平均体积为1000 cm3，约是黑猩猩的2倍。古人类学家杰克？哈里斯（Jack Harris）在坦桑尼亚和肯尼亚发现150万年前人类烧掉的石器和黏土，提出人类控制火的证据。随着人类将火种运用于烹饪，早期智人和尼安德特人大脑快速扩张，大脑体积在距今50万～20万年前出现了一次飞跃，平均体积达到1300 cm3。古人类学家（Semaw et al.，1997；Walker，1991）指出，不到20万年前，尼安德特人和现代人的下半身变得更小，这与烹饪证据出现的时间差不多。尽管80万年前人类已经懂得如何控制火，但火在食物的系统制备中的直接应用证据仅在过去10多万年中才出现。烹饪促进了人类进化，造就了人类，当然也深层次地关联到食品科学。人类进化与烹饪的关联参见图1-2。
图1-2 人类进化与烹饪（译自Gibbons，2007）
2. 烹饪的食品科学内涵
笔者认为，在烹饪造就人类的漫长过程中，人类被烹饪改变的同时形成了人类对食物烹饪方式和程度的选择与判断。这种选择判断受到人类进化、自然环境、社会形态、文化形态、饮食生理、饮食心理等因素的影响。这种影响有多少源于遗传的先天本能，有多少是社会自然条件养成，是一个值得研究的问题。
不难形成这样的推测，人类形成对烹饪加热程度的选择判断可能受两方面因素的影响：一方面是源于直接、实时的感官响应，即根据烹饪后食品带给人类的视觉、听觉、味觉、嗅觉和触觉等感官刺激，选择符合自己喜好的、经一定烹饪方式和过程所获得的食物；另一方面是源于长期食用烹饪后食物的生理响应，即那些不能从感官刺激直接得到的生理后果。例如，烹饪后食物是否能够满足产生一定生理响应的维生素、氨基酸、脂肪酸及微量元素的需求。这种后果只能通过将不同烹饪方式与必需营养素满足/缺乏后的积极/消极生理后果联系起来才能推断出来。在没有科学知识的年代，形成这种推断需要有特别的睿智和直觉。
人类对烹饪品质的选择判断对食品科学与工程很重要。*先，由于肉类、谷物等都不适宜生食，人类摄入的多数食物必须经过加热制熟，因而制熟是*主要的食品加工手段。其次，确定人类对烹饪的选择判断标准是食品加工的基本任务之一。对于烹饪工程，什么是能吃，以及什么是好吃，是烹饪工艺和设备设计的基础性技术标准。
成熟识别是一种主观判断，如何将这种主观判断与食品热处理的物理、化学、微生物变化的知识相结合，是烹饪科学研究所面临的挑战。
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