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新知丨西瓜甜不甜,听声音你就知道了

时间:2023-05-24 04:37:56 | 浏览:32

图/《回忆中的玛尼》电影你记忆中的夏天是什么样子的?窗外蝉鸣阵阵,午后约三五好友在河边捉鱼,院子里晾满了妈妈洗过的衣服,淡淡的皂荚粉味充斥鼻尖,晚饭后切开早已在水中浸泡半天的西瓜,丝丝凉意沁人心脾,记忆中的夏天,似乎从来没有特别炎热。无论怎

图/《回忆中的玛尼》电影

你记忆中的夏天是什么样子的?

窗外蝉鸣阵阵,午后约三五好友在河边捉鱼,院子里晾满了妈妈洗过的衣服,淡淡的皂荚粉味充斥鼻尖,晚饭后切开早已在水中浸泡半天的西瓜,丝丝凉意沁人心脾,记忆中的夏天,似乎从来没有特别炎热。

无论怎样,每个人的童年都少不了西瓜的身影。联合国粮食及农业组织FAO公布的2018年数据显示,中国的西瓜产量为6302.46万吨,而出口量仅为4.29万吨,出口量连生产量的1%都达不到。国家统计局专门就西瓜算了一笔账:如果按一个西瓜10斤计算,中国人每年要吃掉160亿个西瓜,也就是说,占世界人口20%的我们,吃掉了世界约70%的西瓜!

此等解暑利器,是我国土生土长的吗?

并不是,西瓜的栽培历史十分悠久,在古埃及,五六千年前已开始种植西瓜。与埃及相比,我国西瓜栽培的历史要晚得多,文字记载始于五代时期的后汉高祖永福12年(公元947年),合阳县令胡峤曾记载由回纥引入西瓜,因来自西域,所以称之为“西瓜”。

从南宋开始,就涌现出了一大批“吃瓜群众”,他们纷纷吟诗咏赞西瓜:

“碧蔓凌霜卧软沙,年来处处食西瓜”——南宋范成大

“西瓜足解渴,割裂青瑶肤”——元代方回

“拔出金佩刀,斫破碧玉瓶,千点红樱桃,一团黄水晶。下咽顿消烟火气,人齿便有冰雪声。”——南宋文天祥

“采得青门绿玉房,巧将猩血沁中央,结成唏日三危露,泻出流霞九酝浆。”——明朝瞿佑

清初词人陈维崧有一首《洞仙歌·西瓜》,更称得上是古代咏西瓜诗词中的精品:“嫩瓤凉瓠,正红冰凝结。绀唾霞膏斗芳洁。傍银床,牵动百尺寒泉。缥色映,恍助玉壶寒彻。” 读后令人馋涎欲滴。

就连文学界的著名“吃货”汪曾祺都为西瓜折服:“西瓜以绳络悬之井中,下午剖食,一刀下去,喀嚓有声,凉气四溢,连眼睛都是凉的。”

图/Pixabay

说这么多,有一个问题是这些诗人也逃不过的,那就是——

如何选出一颗质地上乘、口感绵密、味美多汁的好瓜呢?

有的人第一反应就是,让老板切个小口,我尝一下不就好了吗?这样操作没毛病,前提是瓜多且好卖外加老板人足够好。

图/Pixabay

大部分人采用祖先们传下来的技巧:用手指敲一敲西瓜,声音清脆的是不熟瓜,声音沉闷的是熟瓜。

那么每次敲瓜前,你有没有思考过,这里头的挑瓜原理是什么呢?

要想成为合格的吃瓜群众,首先得明白什么是成熟度。

口感绵密,咀嚼起来有细沙粒感,水分充足而又不失甜味,这些是大多数人关注的西瓜口感,着重点体现在甜度方面,即含糖量,普遍认为可溶性糖高的西瓜成熟度高。

为什么敲击西瓜会产生不同的声音呢?

切开西瓜,我们可以发现里面有很多孔隙,西瓜中可溶性固形物占5.8~11.4%,湿基含水率为87.6~93.5%,西瓜的不同密度对应固形物含量不同。通过计算,假设西瓜内部为水溶液和气体的混合物,那么半径15cm、密度0.931g/cm的西瓜内对应气泡半径为6.16cm,证明西瓜中孔隙内为气体。

所以,气泡是西瓜中的主要振动元。当我们敲击西瓜时,声音来自西瓜内部的气泡共振。成熟度不同的西瓜,内部的气泡数量及分布也有所不同,气泡振动时对周围气泡还会产生影响,呈现在我们耳中的就是或清脆或沉闷的声音。

那么,声音和西瓜成熟度之间有何联系呢?

我们先来测评市面上的一款判断西瓜成熟度的APP。将手机靠在西瓜上,敲击西瓜,分析手机收集的声音信号,它的判断依据有两种:

①分析频域信号,通过频率来确定西瓜成熟度;

②观察时域信号,生西瓜的波形不规则衰减快,熟西瓜的波形上下对称,衰减慢。

图/某APP

图/作者

这款APP的判断思路是正确的,通过分析时域或频域信号,根据频率或波形辨别成熟度。但是判断依据太过简单粗暴,对波形的规则性、西瓜的成熟度、具体判断原理定义不够清晰,误测的概率比较大。

是时候展示真正的技术了!

已知成熟度高的西瓜可溶性糖含量高,根据西瓜密度和质量可以推测西瓜内可溶性固形物和气体的体积,建立成熟度和气体体积之间的关系,而敲击西瓜产生的声音反应了共振频率,共振频率和气泡的数量及分布存在联系。

也就是说,通过气泡这个中间媒介,可以建立成熟度和共振频率的关系!

成熟度←气泡→共振频率

根据观察,西瓜中的气泡与水溶液混为一体,类似于海水中的气泡,通过气泡半径可以计算共振频率,建立气泡半径和共振频率之间的关系,从而将西瓜成熟度与共振频率联系。

为了得到确切联系,我们对西瓜内部振动模态进行仿真,将西瓜内部的气泡等效成大气泡进行多次分割,使分割后的气泡在西瓜的对称轴上等间距分布,并计算每次分割后的共振频率,随着气泡的分割次数增加,共振频率趋向稳定,最后得到气泡半径和共振频率之间的关系。

图/作者

根据食品检测技术,成熟西瓜的频率范围为133 Hz ~160Hz,低于133Hz的为过熟瓜,高于160Hz为不熟瓜。

我们对16个西瓜进行验证,采用糖度计测量西瓜汁的含糖量,并对基频进行修正,除去个别不可用数据,发现:糖度低的瓜基频高,而糖度高的瓜基频低。

由此,我们证实共振频率和成熟度之间可以通过西瓜内部的气泡建立联系。根据挑瓜常识,声音清脆的西瓜对应高频范围,而这样的西瓜成熟度低、不甜;声音沉闷的西瓜对应低频范围,成熟度高、较甜。

下次买瓜时,如果遇到质疑敲瓜不靠谱而非要切开小口亲验的朋友,记得把这篇文章转发给Ta!

参考文献

[1]Koro Kato. Electrical Density Sorting and Estimation of Soluble Solids Content of Watermelon[J]. Journal of Agricultural Engineering Research,1997,67(2).

[2]赵杰文,孙永海.现代食品检测技术[M].中国轻工业出版社:北京,2008:76-79.

[3]王鸣,侯沛.西瓜的起源、历史、分类及育种成就[J].当代蔬菜,2006(03):18-19.

[4]刘伯胜,雷家煜.水声学原理[M].哈尔滨工程大学出版社:哈尔滨,2010:210.

[5]中新网.趣谈中国人吃瓜的历史[EB/OL].https://www.chinanews.com/sh/2019/07-23/8903764.shtml

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