巴斯大学的一项研究表明，残余压力和脱水会导致切碎的胡萝卜卷曲。在学生Nguyen Vo-Bui的带领下，这项研究为延长胡萝卜的保质期和减少食物浪费提供了有价值的见解，展示了机械工程原理在食品可持续性方面的创新应用。
胡萝卜片，切得整整齐齐，是一种深受各地人们喜爱的小吃，是全年学校午餐、野餐和聚会托盘中始终如一的最爱。
现在，巴斯大学的研究人员发现了制作这种受欢迎的根茎类蔬菜的秘密科学，并量化了长时间不吃会使它们卷曲的过程。
机械工程专业的学生Nguyen Vo-Bui在2021年新冠肺炎封锁的有限情况下进行了这项研究，这是他最后一年研究的一部分。
研究过程
在没有实验室的情况下，Nguyen的目标是找出对胡萝卜寿命影响最大的几何和环境因素。在他的厨房工作，他描述，分析建模，并验证了超过100个兰开夏南特胡萝卜半，纵向切，使用有限元(FE)模型通常用于结构工程。
研究小组得出结论，残余应力和脱水是冰壶行为背后的两个关键因素。胡萝卜的淀粉外层(皮层)比柔软的中央静脉(也称为维管柱)更硬。当纵向切开时，两半胡萝卜会卷曲，因为压力的差异变得不平衡。脱水会导致硬度进一步下降，进一步推动卷曲效果。
建议及应用
他们给制造商的建议包括在寒冷、潮湿、密封和湿度控制的环境中处理胡萝卜，以保护它们的自然特性并延长它们的食用寿命。
他们说，这项研究提供了一种预测切根蔬菜变形的方法，并补充说，这种方法可能适用于其他植物结构。这项研究为食品生产商提供了一种新的数学工具，可以应用于包装和食品处理过程的设计，有可能减少食品浪费。
胡萝卜浪费的影响
胡萝卜是世界上市场价值最高的作物之一，以生产效率高而闻名，但尽管如此，浪费也很高。其中约25-30%发生在加工和包装之前，原因是变形、机械损伤或部分感染。新鲜切的和最低限度加工的胡萝卜是一种方便的即食食材，可以使用胡萝卜，否则可能会被丢弃，减少食物浪费。
巴斯大学机械工程系的高级讲师Elise Pegg博士是研究论文的作者之一，并监督了这项研究。她说:“我们用数学方法表示了切好的胡萝卜在一段时间内的卷曲度，并显示了导致卷曲的因素。”
“我们的动机是寻找方法来提高胡萝卜加工的可持续性，并使它们尽可能持久。我们提出了一种方法，食品生产商可以用它来改变他们的生产过程，减少食物浪费，提高包装和运输的效率。了解此类系统的弯曲行为可以帮助我们设计和制造具有更高耐久性的产品。
“像这样的问题通常会从生物学的角度来研究，但我们已经用纯机械原理完成了这项工作。我为Nguyen感到高兴，这是他在充满挑战的情况下做出如此有趣研究的足智多谋和奉献精神的体现。”
人员成就与未来方向
在一周的时间里，胡萝卜的卷曲度增加了，每个胡萝卜的平均曲率半径从1.61米下降到1.1米。研究还发现，胡萝卜的硬度降低了1.32倍，这与胡萝卜变干有关——平均而言，它们的重量下降了22%。
阮补充说:“这是一项有趣的研究——将机械原理应用于蔬菜是令人惊讶和有趣的。
“最大的挑战之一是设计一个可以在封锁环境下进行的实验，而不能使用正常的实验室和设备。现在能够将这项研究成果发表在学术期刊上，并有可能被食品行业使用，这真的是一种回报。
“这个项目激励我在巴斯大学继续我的研究，我现在正在攻读博士学位，研究多孔铁电陶瓷中的残余应力。”
除了必须用一个手提箱从农贸市场收集实验所需的30公斤胡萝卜外，另一个挑战是找到之后使用它们的方法。胡萝卜蛋糕、印度胡萝卜甜点Gajar Ka Halwa、胡萝卜香蒜沙司和许多其他菜肴让Nguyen和他的室友吃了好几天。
参考文献:《维管柱-皮层干涉压力诱导的纵向切胡萝卜卷曲模型》，作者:Nguyen A. Vo-Bui, Benedict A. Rogers和Elise C. Pegg, 2024年1月24日，《皇家学会开放科学》。DOI: 10.1098 / rsos.230420
