俗話說「火鍋下肚,暖過秋褲」！最近天氣越來越冷了,正是吃火鍋的好時候（火鍋愛好者：我一年四季都吃……）。
肉片和肉丸是火鍋中不可缺少的一道原料。涮肉時，很多人有一套秘訣，比如毛肚涮10秒，七上八下；鴨腸提三下擺三下，不要超過10秒；老肉片煮10分鐘；蝦類5分鐘最鮮嫩，花菜需要3分鐘，而牛肉丸需要10分鐘以上。還有的食客只是隨便涮涮，認為當肉可以漂浮且顏色變為灰色時即可食用，前後不過幾秒鐘，裡面的魚肉、田雞(青蛙)肉、蛇肉、豬肉、螺肉等其實沒煮熟，就急著往嘴裡塞了，美其名曰「更鮮甜」。顯然，這些吃法都缺乏嚴謹的科學依據，雖然口感好了，但存在一定的食品安全風險。
那麼，涮肉到底應該涮幾秒呢？對此，山東大學化學化工學院的兩位同學李曉宇，劉珂給出了他們的答案。他們通過構建兩個簡化的數學模型，將火鍋加熱食物的問題轉變為一維方向或者徑向的非穩態傳熱過程，藉助物理化學原理對片狀和球狀食物的傳熱過程進行了討論，計算發現：1.8 mm 厚的肉片在沸水中加熱15 s 時，其中心溫度即可接近100 C；而對於直徑2.6 cm 的肉丸，其中心溫度接近100 C 需要8 min 以上。這一研究成果發表在雜誌《大學化學》上，張樹永教授是該篇論文的通訊作者。
作者設計了片狀食物傳熱和球狀食物傳熱的簡化數學模型，分別對應肉片和肉丸來進行計算。討論時以傳統的加熱方式作為參考，即以接近100 C 的高溫為加熱終點，而不考慮低溫烹飪在食用品質、營養品質等方面可能帶來的好處。因為低溫烹飪的加熱終點因人而異，難以得出統一的結論。以下是研究過程
1、片狀食物的傳熱
作者把肉片近似看作一個薄板，因為相較於肉片的長度而言肉片的厚度很小，在相同的時間內，沿肉片長度方向的傳熱相較於寬度方向的可以忽略。這樣，計算片狀食物加熱所需時間就轉化為沿著厚度方向，從肉片表面向中心傳熱的問題。
假設放入火鍋後肉片兩面受熱均勻，同時火鍋的高湯處於持續沸騰狀態，水的湍動程度很大，導致水的對流傳熱係數很高。為了簡化處理，我們近似認為肉片兩表面瞬間達到沸騰溫度。根據這一假設，我們將肉片的加熱過程簡化為無限大平面的一維非穩態傳熱問題，並建立如圖1所示的數學模型。
圖1 平板非穩態導熱示意圖
圖2 顯示，肉片中心的溫度隨時間的延長迅速上升，在15 s 左右即接近100 C。由於蛋白質變性需要一定的時間，為了保證食用安全，將肉片放入火鍋中的時間不宜低於15 s。
2、球狀食物的傳熱
將牛肉丸、魚丸、蝦滑等球狀食物假設為理想球體。為了簡化處理，作者採用球坐標系，將其加熱問題等效為沿徑嚮導熱的非穩態導熱問題。設肉丸半徑為R0，初始溫度為T0，肉丸放入鍋中瞬間其表面溫度即等於鍋內溫度Ts，且加熱過程中鍋內溫度Ts 保持不變。由於加熱是對稱的，為計算方便，我們取肉丸中心為坐標原點。於是熱傳導方程及相應的初始條件和邊界條件為：
圖3 球狀食物中心溫度與時間的關係
由圖3可知，將肉丸放入沸騰的火鍋中，161 s後肉丸中心的溫度僅能達到45 C。有文獻報導，把肉丸放入煮沸的湯鍋中，約2 min後肉丸浮起，此時其中心溫度僅為45.4 C ，這與我們的計算結果比較一致。這表明以肉丸浮起判斷生熟並不準確。為了達到滅菌效果以保證食用安全，肉丸的中心溫度應接近100 C，這意味著肉丸加熱時間應延長至8 min以上為宜。
3、 結語
計算表明，對於1.8 mm厚的肉片，大約須加熱15 s才能煮熟。所謂「七上八下」的經驗，一方面會導致肉片表面溫度降低更不利於煮熟，另一方面時間過短，其實並不安全；而對於直徑2.6 cm的肉丸，大約2 min肉丸即可上浮，而加熱8–10 min以上才能保證食用的安全，認為肉丸浮起來就是熟了的觀點是錯誤的。
參考資料：Univ. Chem. 2019, 34 (1), 72 76，李曉宇，劉珂，張樹永*，版權歸原作者所有！
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