物理学家教你如何制作完美炒饭

每家中餐馆的菜单都会为炒饭留下一个位置。烹饪过程总是涉及化学,但是物理也不可或缺。佐治亚理工学院的科学家为炒锅运动学开发了理论模型,用以解释如何做出完美的炒饭。他们的论文最近发表在《皇家学会杂志:界面》上。

佐治亚理工学院的David Hu的实验室因研究诸如蚂蚁、水蛭、蛇、各种爬虫、蚊子、猫舌头的独特特性以及屎尿屁一类的知识——包括2019年获得搞笑诺贝尔奖的研究“袋熊的便便为什么是立方体”。Hu和他的研究生Hungtang Ko发现他们在烹饪物理学(尤其是中式炒饭)上也有着共同的兴趣。

炒饭起码有1500年的历史。边炒边把材料扔进锅里,确保食材变成褐色但不被烧焦。这种烹饪过程产生了所谓的“美拉德反应”:氨基酸和碳水化合物在高温下相互作用导致肉类褐变。

但是炒锅很重,不断颠勺会给厨师造成巨大的损伤,其中约64%的中国厨师报告称长期肩痛。Hu和Ko认为,更好地了解烹饪过程的基本运动学原理,会为厨师带来福音。

在2018年和2019年夏天,Ko和Hu在台湾和大陆的餐馆里拍摄5位厨师炒饭时的视频(他们必须向顾客解释自己在搞科研,而非做综艺节目)。共有大约276次抛落,每次持续大约三分之一秒。

Ko和Hu在2018年美国物理学会流体动力学分会上分享了初步结果,并在最新论文中发表了完整的分析结果。他们写道,仅用两个变量就可以刻画锅的运动,类似于两个连杆的摆锤,因为厨师通常不会将锅从灶上拿下来,而是保持了“单一的滑动接触点”。他们的模型基于弹丸运动使用3个指标预测米饭粒的轨迹:抛起米饭的比例,投掷高度和角位移。

作者发现共有两大不同的阶段:向前推动炒锅并顺时针旋转以蒯起落下的米;然后将炒锅向后拉,同时逆时针旋转颠起米饭。本质上,炒锅执行两个独立的运动:左右运动和锯齿运动,左端沿顺时针方向移动,右端沿逆时针方向移动。作者写道:“关键是将炉边用作跷跷板运动的支点。”另一个要点:这两个动作共享相同的频率,但略有不同。

Hu把这种效果比作“煎饼或米饭杂耍”。诀窍是确保大米不断地离开锅,使其稍稍冷却,因为锅的温度可以达到1200摄氏度。产生的炒饭可以完全变褐,但不会焦糊。

根据他们的分析,Hu和Ko建议厨师增加炒饭时的运动频率,以及两种不同运动之间的“相位滞后”。这“可能使米饭抛得更远,并促进冷却和混合。”

Hu和Ko开发的数学模型不仅可以满足趣味性的好奇心。按道理,也应对工业机器人设计有指导作用。作者的一个目标是开发出可穿戴的外骨骼或类似装置,以降低厨师的肩部损耗。自1950年代以来,人们就开始对烹饪流程进行自动化升级,执行诸如切割、煮、油炸和薄煎饼翻转这样的基本功能——后一项任务通常依赖于强化学习算法。

之前尝试用自动化机械炒饭,但效果不大理想。先前的机器人设计包括用来混合配料的旋转滚筒,直接翻转配料、像搅拌器一样的锅和自动刮铲。但是它们不能产生理想的美拉德反应。Hu说:“如果有一种自动化的方法,对厨师来说可能会非常有用。”

DOI: Journal of the Royal Society: Interface, 2020. 10.1098/rsif.2019.0622 (About DOIs).

稿源:arstechnica

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