加载中…奇趣物理实验——杯水粒粟
(2023-09-20 15:40:14)
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煮稀饭沸腾相变 |
分类： 奇趣物理实验 |
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大米与杯底的接触点
液体对流不畅
升温较快
突然爆出气泡
超市购买的大米
已经脱壳去胚
表面似乎不够光滑
在水整体沸腾前
大米作为汽化核
产生很多气泡
水烧开后
大米仍作为汽化核
产生气泡
绿豆的种脐、种孔清晰可见
该位置凸凹不平
作为汽化核
产生很多气泡
和绿豆一样
红豆的种脐、种孔附近凸凹不平
作为汽化核
产生气泡
红豆下落过程中
种脐附近产生微小气泡
随后膨胀、上升、收缩
说明此时
中下部水温已经达到100度
但上部温度不够
和绿豆、红豆一样
豇豆的种脐、种孔附近凸凹不平
作为汽化核
产生气泡
和绿豆、红豆、豇豆一样
黄豆也有种脐和种孔
但其表现
和前面三种豆子都不同
高温浸泡后
黄豆体积明显增大
种皮出现大量皱褶
并冒出细密的气泡
它们可能是两片子叶中间的气体
花生仁在浸泡时
小部分会浮在水面上
拨开子叶
会看到两片子叶中间夹的气泡
文献3指出：
通过电镜扫描照片可以看出，原料大豆不同浸泡时间的大豆截面形态结构明显不同说明:浸泡时间对原料大豆组织结构吸水溶胀的影响较大。其中未浸泡的原料大豆的截面网络结构致密，少空隙；浸泡5h的组织网络相对于未浸泡的大豆略微疏展、松散一些，组织吸收了少量水分；到浸泡时间为7h时，吸收的水分进一步增加，组织结构进一步舒展；而浸泡9h的原料大豆的组织网络结构由于吸收一定水量，组织有明显孔隙，但结构间隙不大，含水量适当，组织结构舒展；当浸泡时间达到llh时，大豆截面的组织结构由于吸水量过大而造成孔隙非常大，组织结构明显变形，有明显的“管路”状组织。通过对原料大豆截面组织网络结构的观察发现，浸泡时间以9h为最好，在磨浆时大豆蛋白质可以充分溶出；浸泡时间过短，原料大豆结构致密，蛋白质排列紧密，不利于磨浆时的蛋白质溶出，原料大豆中的蛋白质利用率偏低，同时会使豆腐的出品率偏低；而浸泡时间过长则使得大豆中组织结构过于粗疏，在磨浆时，大豆被磨得过细，进而不利于蛋白凝胶网络的形成，这样也使豆腐的保水性变差，制得豆腐的质构与口感也不好，最终也降低了豆腐的出品率。以上这些电镜扫描照片从微观形态上证明了浸泡程度是影响原料大豆中蛋白质利用率、豆腐质构以及出品率的关键性因素之一。
网上查到的信息：大豆种子是双子叶无胚乳种子，种皮占种子重的8%。在种皮上存在有种脐、种孔和脐条。种脐是联接种子与豆英的珠柄断离时留下的痕迹，脐条是胚珠时期珠柄维管束的痕迹，略凹陷。种孔是胚珠时期的珠孔，种子萌发时胚根由种孔伸出。
在到达最大吸水率之前，随着时间的增加，吸水率逐渐增大，直至饱和。待大豆吸水饱和以后，曲线呈下降趋势。以浸泡温度25的曲线为例，在初始含水量为1O%的条件下浸泡，随着时间的增加，吸水率逐渐增大，当浸泡时间为10h时，达到最大吸水率142%，然后曲线开始平缓下降。
浸泡开始时，吸水非常迅速，随着时间的推移，吸水过程逐渐减慢，
最后趋于停止。浸泡温度为35、浸泡时间为lh时，吸水速度为0.55克/小时·克干豆。随着时间的增加，吸水速度逐渐变小，2小时、4小时、6小时，吸水速度分别下降为0.36、0.098、0.022克/小时·克干豆。当浸泡时间达到8小时时，吸水速度趋于零。这时，吸水水台过程趋于结束。
随着浸泡温度的增高，达到最大吸水率的时间逐渐缩短。从3所需要的时间为15小时，40需要的时间为4.6小时。温度达到50后，达到最大吸水率所需的时间趋于一个常数（2小时）。达到最大吸水率以后，浸泡大豆的总重开始下降，其重要原因之一是浸泡豆的固形物损失增加。在70的浸泡温度下，浸泡4.5h时，浸泡豆的固形物损失超过1O%，并且大豆吸水已经膨胀了体积也会缩小。所以，在不同的温度条件下，掌握适当的浸泡时间，是非常重要的。一方面让大豆充分吸水，软化组织，另一方面又应避免在浸泡时过多地损失有效成分。
最大吸水率的值并不是一个常数，这个值与浸泡温度有密切的关系。随温度的变化而发生变化。25的温度条件下，大豆最大吸水率为最大，低于25或高于25 ， 最大吸水率都会下降。
文献2中写到：提出在25浸泡可以获得最高的最大吸水率(132％)，即25，浸泡具有特别意义；本试验结果则表明最高的最大吸水率是在偏离25即在较高或较低温度下可以获得。
室温浸泡12小时后
黄豆和绿豆的体积明显增大
液面出现大量气泡
黄豆的气泡更绵密一些
黄豆种皮无破裂和皱褶
绿豆种皮发生断裂
浸泡3个小时后
我在黄豆中
听到了类似鞭炮的啪啪声
这或许是种皮被撑破的声音
文献6指出：
随着浸泡时间愈长，绿豆吸水率愈高，一定时间后，绿豆充分吸水，吸水率增长速率缓慢，使绿豆细胞壁与内部细胞完全吸水。除吸水率外，同时应考虑绿豆种皮破裂程度。温度愈高，吸水率愈高，是因为加热可使植物组织软化膨胀，同时水的表面张力下降，使水进入内部的阻力减小，有利于水进入绿豆内部。
将五种食材平铺一层
绿豆、红豆、豇豆表现类似
水体比较澄清
气泡产生时
会导致连锁反应
大米和黄豆的表现类似
水体浑浊
产生大量细密的气泡
气泡产生时
连锁反应不明显
将五种食材煮沸后
大米、绿豆、黄豆、豇豆
都是下方数目较多
上方数目较少
黄豆则与之相反
下方较少
上方较多
加热过程中
黄豆密度降低
低于水的密度
导致其上升
如文献3所言：
未浸泡的原料大豆的截面网络结构致密，少空隙；浸泡5h的组织网络相对于未浸泡的大豆略微疏展、松散一些，组织吸收了少量水分；到浸泡时间为7h时，吸收的水分进一步增加，组织结构进一步舒展；而浸泡9h的原料大豆的组织网络结构由于吸收一定水量，组织有明显孔隙，但结构间隙不大，含水量适当，组织结构舒展；当浸泡时间达到llh时，大豆截面的组织结构由于吸水量过大而造成孔隙非常大，组织结构明显变形，有明显的“管路”状组织。
黄豆种皮和子叶中间
充斥大量水
内部应该还有气体
导致其密度低于水
随着温度降低
黄豆纷纷飘落至杯底
下落过程
可以分为两个阶段
部分黄豆
会在水面漂浮很久
形成第二阶段
黄豆露出液面的部分逐渐干燥
水的浮力和表面张力
将黄豆长时间拖住
有兴趣的读者，可以参阅如下文献，进行深入了解
1：溫度和时间对大豆浸泡吸水的影响. 中国酿造, 1993
(2).
2：稀碱液中的大豆浸泡行为(I)─浸泡条件对大豆吸水率,吸水速率的影响.中国调味品, 1995(11):4.
3：大豆浸泡过程质构变化及其对豆腐质量的影响.食品科学, 2006,
27(12):3.
4：物理冷藏条件与浸泡时间对大豆常温吸水率的影响.大学物理实验,
2016, 29(5):5.
5：快速制浆工艺对大豆吸水率及豆浆乳化性的影响.食品科学, 2013,
34(22):4.
6：速煮绿豆冷冻干燥工艺.食品工业, 2019,
40(9):3.
7：Hydration behaviour of food grains
and modelling their moisture pick up as per Peleg's equation: Part
II. Legumes. Journal of Food Science and Technology, 2010,
47(1).
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