Вчені створили математичну модель приготування м'яса, яка, зокрема, відтворює зменшення обсягу при нагріванні - ужарку. В основі роботи лежать нелінійні рівняння Флорі - Ренера, які описує суміш полімерів з рідиною, пишуть автори в препринті на сервері arXiv.org.
Оновлено: у березні 2020 року стаття опублікована.
М'ясо з хімічної точки зору являє собою складну суміш води і органічних речовин, частина з яких є полімерами. Фізичні властивості шматка м'яса, такі як жорсткість і щільність, визначаються в першу чергу взаємодією полімерів з водою.
При смаженні м'яса відбувається безліч процесів, таких як руйнування органічних речовин, укорочення полімерів, випаровування води і зміна внутрішньої структури. Готовий шматок завжди важить менше сирого, в першу чергу через загублену вологу. Наприклад, філейна частина яловичини може втратити близько 16 відсотків маси, а цілий курча - майже до 40 відсотків.
Процес вечірки включає як мінімум два канали втрати води. По-перше, вона залишає м'ясо за допомогою випаровування з поверхні, але внесок цього явища становить всього близько 20 відсотків. По-друге, зміна тиску в товщі м'яса призводить до витискування води з плоті - на цей процес припадає близько 80 відсотків втрат води.
Окремим аспектом вечірки є стиснення м'яса в обсязі, яке складно теоретично описати через неоднорідність речовини та анізотропію властивостей полімерів. У зв'язку з цим наукові описи процесу зазвичай розглядають надзвичайно спрощений сценарій. Зокрема, у багатьох моделях ігнорується дія в'язких сил або ефектів пружності, також часто моделювання для простоти проводиться в одному вимірі.
У роботі вчених під керівництвом Хали Шахаде (Hala Shehadeh) з Університету Джеймса Медісона в США описана ужарка м'яса як деформованого пористого середовища, стінки якого утворені довгими молекулами білків, а простір між ними заповнений водою. Ця робота також не ідеально близька до реальності, оскільки насправді склад рідини в порах набагато складніший, вчені припускали постійну щільність речовини, а саме моделювання наводиться в почесному випадку.
Головною особливістю роботи стало повноцінне використання теорії Флорі - Ренера про набухання і стиснення полімерного гелю, що складається з суміші довгих молекул з водою. Зокрема, в моделюванні використовувалися нелінійні закони залежності градієнтів тиску, в той час як в опублікованих раніше роботах застосовували лінеаризовані види залежностей. Також ця модель враховує локальне стиснення тіла, а не глобальне скорочення всіх розмірів одночасно.
Автори порівнюють отримані результати з експериментальними значеннями і доходять висновку про непогану відповідність. Зокрема, модель близько відтворює спостережуваний в дослідах розподіл температури по шматку м'яса, але розподіл вологості вдалося відтворити гірше. Вчені частково пов'язують це з невідомим значенням коефіцієнта водної проникності м'яса, який значно впливає на результат.
Дослідники підсумовують, що їх дані говорять на користь значення проникності на рівні 10-16 метрів в квадраті, в той час в інших роботах говорилося про величини на порядок менше. Облік іншого погано відомого фактора, коефіцієнта дифузії води в м'ясі, виявився менш важливим: він зміг частково згладити рішення з нефізичними результатами, але вони як і раніше виходили далекими від реальності. У разі нормального перебігу симуляції внесок дифузії виявився малим.
Минулого року ми писали про те, як студенти поліпшили смак смаженої картоплі за допомогою геометрії. Редакція не змогла встояти перед спокусою і ми спробували застосувати це відкриття на практиці - про результати нашого експерименту читайте в блозі.