By Stekt ris är en klassisk maträtt i nästan varje kinesisk restaurang, och den ansträngande processen att kasta riset i en wok över hög värme är nyckeln till att producera den perfekta slutprodukten. Det finns alltid kemi inblandad i matlagning, men det finns också en hel del fysik. Forskare vid Georgia Institute of Technology har utarbetat en modell för kinematik av wok-gungning för att förklara hur det producerar stekt ris som är fint brynt men inte bränt. De beskrev sitt arbete i en nyligen publicerad artikel i Journal of the Royal Society: Interface.
Detta arbete kommer från David Hus labb på Georgia Tech, känt för att undersöka sådana olika fenomen som det kollektiva beteendet hos brandmyror, vattenstridare, ormar, olika klätterinsekter, myggor, de unika egenskaperna hos katttungor och djurkroppsfunktioner som urinering och avföring — inklusive en 2019 Ig Nobel Prize-vinnande studie om varför wombats producera cubed poo. Hu och hans doktorand, Hungtang KO-också en medförfattare på ett 2019 papper om fysiken i hur brandmyror band samman för att bygga flottar – upptäckte att de delade ett gemensamt intresse för fysiken i matlagning, särskilt kinesisk rörstegel.
Hu och Ko valde att fokusera sin undersökning på stekt ris (eller ”utspridda gyllene ris”), en klassisk maträtt som går tillbaka i ungefär 1 500 år. Enligt författarna, kasta ingredienserna i wok medan omrörning stekning säkerställer att skålen är brunad men inte bränd. Något med denna matlagningsprocess skapar den så kallade ”Maillardreaktionen”: den kemiska interaktionen mellan aminosyror och kolhydrater som utsätts för hög värme och som till exempel orsakar brunning av kött.
Men woks är tunga, och den konstanta kastningen kan ta sin rätt på kinesiska kockar, varav cirka 64 procent rapporterar kronisk skuldra smärta, bland andra sjukdomar. Hu och Ko trodde att en bättre förståelse för processens underliggande kinematik en dag skulle leda till färre wokrelaterade skador för kockar.
Somrarna 2018 och 2019 filmade Ko och Hu fem kockar från stekrestauranger i Taiwan och Kina och tillagade stekt ris och extraherade sedan frekvensdata från filmen. (De var tvungna att förklara för beskyddare att inspelningen var för vetenskapen och att de inte gjorde en tv-show.) Det tar vanligtvis ungefär två minuter att förbereda skålen, inklusive sporadisk wok-gunga—cirka 276 gungade cykler i alla, var och en varar ungefär en tredjedel av en sekund.
Ko och Hu presenterade preliminära resultat av sina experiment vid ett möte 2018 i American Physical Society Division of Fluid Dynamics, och publicerade den fullständiga analysen i den senaste artikeln. De kunde modellera wokens rörelse med bara två variabler, som liknar en tvålänkspendel, eftersom kockar vanligtvis inte lyfter woken från spisen, upprätthålla ”en enda glidande kontaktpunkt”, skrev de. Deras modell förutspådde banan för riset baserat på projektilrörelse, med hjälp av tre mått: andelen av riset som kastas, hur högt det kastades och dess vinkelförskjutning.
Författarna fann två olika stadier av wok-gungning: att trycka wok framåt och rotera den medurs för att fånga ris när det faller; och dra tillbaka woken medan den roterade moturs för att kasta riset. I huvudsak utför wok två oberoende rörelser: sida till sida, och en see-sågning rörelse där den vänstra änden rör sig i en medurs cirkel och höger rör sig moturs. ”Nyckeln är att använda kaminfälgen som stödpunkten för gungningsrörelsen”, skrev författarna. Också viktigt: de två rörelserna delar samma frekvens men är något ur fas.
Hu jämförde effekten till ”vända pannkakor eller jonglering med ris.” Tricket är att se till att riset ständigt lämnar wok, så att det kan svalna lite, eftersom woktemperaturen kan nå upp till 1 200 grader Celsius. Det producerar stekt ris som är perfekt brynt men inte bränt.
Baserat på deras analys rekommenderar Hu och Ko att kockarna ökar både rörelsens frekvens när de kastar stekt ris i en wok och ”fasfördröjningen” mellan de två distinkta rörelserna. Detta ”kan göra det möjligt för ris att hoppa vidare, och främja kylning och blandning.”
Den matematiska modellen Hu och Ko utvecklade är inte bara en rolig nyfikenhet, den bör också vara användbar för industriell robotdesign. Ett mål för författarna är att utveckla en bärbar exoskelett eller liknande anordning för att minska graden av axelskada bland kinesiska kockar. Men det har varit intresse för att automatisera matlagning sedan 1950-talet för att utföra sådana grundläggande functions som skärning, kokning, stekning och pannkaka flipping—den senare uppgiften brukar förlita sig på förstärkning lärande algoritmer.
Det har också gjorts försök att automatisera stegring stekt ris i stora partier, med begränsad framgång. Tidigare robotdesign har inkluderat en roterande trumma för att blanda ingredienser, och en see-sågning wok för att vända ingredienser, förstärkt med en automatiserad spatel. Dessa kan blanda ingredienser genom rotation eller skakning men kunde inte kasta riset och kunde därför inte producera de perfekta kolsyrade kornen. ”Om det fanns ett automatiserat sätt att göra detta, kan det vara mycket användbart [för kockar],” sade Hu.
