表面の溝を使って紡いだフラットパスタ

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表面の溝を使って紡いだフラットパスタ
表面の溝を使って紡いだフラットパスタ
Anonim
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パスタの表面にテクスチャーが付いているため、沸騰したお湯でパスタをカールさせる

物理学者は、平らな生の製品の表面に溝を押し出すことによって完成したパスタの形状をプログラムすることを学び、そのようなパスタが水中で変形するメカニズムを理論的に説明しました。実験とコンピューターシミュレーションの結果は、食品業界で役立ちます。金型はさまざまな形状を可能にし、製品を平らに保つことで、通常は空気で満たされるパッケージの体積の約60〜90パーセントを節約できます。記事はジャーナルScienceAdvancesに掲載されました。

今日、食品包装に使用されているプラ​​スチックは、埋め立てごみのかなりの部分を占めています(たとえば、米国では、プラスチックが主な廃棄物の発生源です)。この点で、食品の保管方法を最適化することが重要です。特に、不要なプラスチックを生成することなく、パッケージの量を賢く使用するように努めてください。

このような最適化が必要な食品の1つのタイプは、パスタのバルクフォームです。これらの製品のパッケージは、原則として半分以上が空気で満たされ、3次元パスタ自体はフラットフォームなどに比べて壊れやすくなります。輸送中に壊れることがよくあります。

考えられる解決策は、パスタが保管中に平らに保たれ、調理中に自発的に望ましい形状になるように製品を「プログラム」することです。これはさまざまな方法で行うことができます。たとえば、2017年に、物理学者はこれに2層のゼラチンを使用しました。これにより、水分をさまざまな速度で吸収し、追加で塗布したセルロースストリップの位置によって決まる形状にペーストを曲げました。

しかし、最近まで、そのような研究は通常経験的に行われ、定量的モデル(製品の形状を設計するために必要)を提供せず、単純な形状の小さなセットに限定されていました。

ウェン・ワン、カーネギー・メロン大学のライニング・ヤオ、シラキュース大学のテン・チャンが率いる中国、シンガポール、米国の物理学者は、ペーストの自然変形を実現する別の方法を検討しました-多層製品を作成する代わりに、著者は表面の片側にある小さな溝からのテクスチャ。

実験のために、科学者はセモリナ粉から生地を作り、それからセンチメートルサイズと2ミリメートルの厚さの平らなサンプルを彫刻しました。その後、研究者は3Dプリンターでこれらのサンプルの既製の型に(自動と手動の両方で)押し込み、製品の表面に小さな(深さと幅が約1ミリメートル)溝を作成しました。その後、実験を安定して実行するために、サンプルを屋外で20分間保管しました。

水に浸すと、溝が原因で製品のさまざまな領域で拡散がさまざまな速度で進行し、不均一に膨潤したため、ペーストは平らな面を外側に向けて徐々に曲がりました。溝をサンプルの端に対して斜めに配置することで、ペーストの最終的な形状を調整することができました。

ペーストの湾曲に伴うメカニズムとパターンをより詳細に研究するために、物理学者は、長さと幅が数十センチメートルのオーダーのポリジメチルシロキサン(PDMS)の平らなストリップも使用しました。このポリマーの特性は十分に研究されており、拡散プロセスの数値シミュレーションが可能であり、このような材料の表面のテクスチャは、食品生地よりも高い精度で制御できます-これにより、科学者は表面の溝のパラメータでのサンプルの曲率。

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さまざまな形のパスタを準備するためのシミュレーション(左)と実験(右)の結果。スケールセグメント-1センチ

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さまざまな形のパスタを準備するためのシミュレーション(左)と実験(右)の結果。スケールセグメント-1センチ

その結果、著者は、ガウス曲率がゼロでない形状を含む、約12の異なる形状をペーストとPDMSに与えることができました。目標の形状に到達するのに約数百秒かかることが判明しました(ペーストを使用した実験では、3〜13分)。製品の曲率は、溝を適用する期間(つまり、 1つのキャビティの幅と隣接するキャビティ間の距離)、およびスパイラル形状の場合、隣接するターン間の距離は、溝のストライプとサンプルの縦方向の境界との間の角度が減少するにつれて増加します。さらに、科学者によると、この作品で提示されたテクスチャーは、食品パッケージの量の59〜86パーセントを節約します。

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時間の経過に伴うPDMSサンプルの形状の変化。スケールライン-1センチ

著者らは、コンピューターシミュレーションの予測は実際の実験の結果と定性的に一致しており、食品業界でパスタの形状をさらに設計するのに役立つ可能性があると述べています。ただし、正確な数値モデルには、食品材料の特性のより徹底的な分析が必要です。特に、粘塑性、多孔質弾性、および粘弾性。

最近、パスタが物理学者の注目を集めたのはこれが初めてではありません-2018年に彼らがスパゲッティを半分に壊す方法をどのように学んだか、そして2020年に-彼らが調理中に製品を曲げる方法をどのように理解したかについて話しました。

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