Warum kräuseln sich Karotten? Die Forschung enthüllt die Mechanismen hinter der Alterung von Wurzelgemüse

Gehackte Karottenstücke gehören zu den am meisten genossenen Lebensmitteln und sind ein Grundnahrungsmittel für Snacks – das ganze Jahr über ein fester Bestandteil von Lunchboxen, Picknicks und Partytellern in der Schule.

Jetzt haben Forscher der University of Bath die geheime Wissenschaft der Zubereitung des beliebten Wurzelgemüses aufgedeckt und die Prozesse quantifiziert, die dazu führen, dass es sich zusammenrollt, wenn es zu lange nicht gegessen wird.

Nguyen Vo-Bui, Student des Maschinenbaus, führte die Forschung im Rahmen seines Abschlussstudiums unter den begrenzten Umständen der COVID-19-Sperren im Jahr 2021 durch Interferenzdruck“, ist veröffentlicht In Offene Wissenschaft der Royal Society.

Ohne Zugang zu Laboren wollte Nguyen die geometrischen und umweltbedingten Faktoren identifizieren, die den größten Einfluss auf die Langlebigkeit von Karotten haben. Bei der Arbeit in seiner Küche charakterisierte, modellierte und verifizierte er die Alterung von über 100 längsgeschnittenen Lancashire-Nantes-Karottenhälften mithilfe von Finite-Elemente-Modellen (FE), die normalerweise im Bauingenieurwesen verwendet werden.

Das Forschungsteam kam zu dem Schluss, dass Eigenspannungen und Dehydrierung die beiden Schlüsselfaktoren für das Curling-Verhalten waren. Die stärkehaltige äußere Schicht der Karotte (die Rinde) ist steifer als die weiche Zentralvene (auch als Gefäßzylinder bekannt). Beim Längsschneiden kräuseln sich die beiden Karottenhälften, da der Spannungsunterschied unausgeglichen wird. Dehydrierung führt zu einem weiteren Verlust der Steifheit, was den Curling-Effekt noch verstärkt.

Zu ihren Empfehlungen an die Hersteller gehört der Umgang mit Karotten in kalten, feuchten, luftdichten und feuchtigkeitskontrollierten Umgebungen, um ihre natürlichen Eigenschaften zu schützen und ihre essbare Lebensdauer zu verlängern.

Sie sagen, dass die Studie eine Methodik zur Vorhersage der Verformung von geschnittenem Wurzelgemüse liefert, und fügen hinzu, dass das Verfahren wahrscheinlich auch auf andere Pflanzenstrukturen anwendbar ist. Die Studie gibt Lebensmittelherstellern ein neues mathematisches Werkzeug an die Hand, das auf die Gestaltung von Verpackungs- und Lebensmittelhandhabungsprozessen angewendet werden könnte, um möglicherweise die Lebensmittelverschwendung zu reduzieren.

Gemessen am Marktwert zählen Karotten zu den weltweit führenden Nutzpflanzen und sind für ihre hohe Produktionseffizienz bekannt – dennoch kommt es zu hohen Verschwendungen. Etwa 25–30 % davon entstehen vor der Verarbeitung und Verpackung – aufgrund von Verformungen, mechanischen Beschädigungen oder infizierten Stellen. Frisch geschnittene und minimal verarbeitete Karotten sind eine praktische, gebrauchsfertige Zutat, die die Verwendung von Karotten ermöglicht, die sonst weggeworfen werden könnten, und so die Lebensmittelverschwendung reduziert.

Dr. Elise Pegg, Dozentin an der Fakultät für Maschinenbau in Bath, ist eine der Autoren der Forschungsarbeit und leitete die Studie. Sie sagte: „Wir haben das Kräuseln einer geschnittenen Karotte im Laufe der Zeit mathematisch dargestellt und die Faktoren aufgezeigt, die zum Kräuseln beitragen.“

„Unsere Motivation bestand darin, nach Möglichkeiten zu suchen, die Nachhaltigkeit der Karottenverarbeitung zu verbessern und sie so langlebig wie möglich zu machen. Wir haben eine Methodik entwickelt, mit der ein Lebensmittelhersteller seine Prozesse ändern, Lebensmittelverschwendung reduzieren und Verpackung und Transport effizienter gestalten kann.“ effizient. Das Verständnis des Biegeverhaltens in solchen Systemen kann uns dabei helfen, Produkte mit höherer Haltbarkeit zu entwickeln und herzustellen.

„Eine Frage wie diese würde normalerweise aus biologischer Perspektive untersucht werden, aber wir haben diese Arbeit nach rein mechanischen Prinzipien durchgeführt. Ich freue mich sehr für Nguyen – es ist ein Beweis für seinen Einfallsreichtum und sein Engagement, solch interessante Forschung in einer herausfordernden Situation zu produzieren.“ .“

Im Laufe einer Woche nahm die Krümmung der Karottenhälften zu – wobei der durchschnittliche Krümmungsradius jeder Karotte von 1,61 m auf 1,1 m sank. Es wurde auch eine 1,32-fache Verringerung der Steifheit beobachtet, die mit dem Austrocknen der Karotten korrelierte; im Durchschnitt sank ihr Gewicht um 22 %.

Nguyen fügte hinzu: „Das war eine interessante Forschung – die Anwendung mechanischer Prinzipien auf Gemüse war überraschend und hat Spaß gemacht.“

„Eine der großen Herausforderungen bestand darin, ein Experiment zu entwickeln, das in einer Lockdown-Umgebung ohne Zugang zu normalen Labors und Geräten durchgeführt werden konnte. Jetzt in der Lage zu sein, diese Arbeit in einer wissenschaftlichen Zeitschrift zu veröffentlichen und möglicherweise von der Ernährung genutzt zu werden.“ Industrie ist wirklich lohnend.

„Dieses Projekt hat mich dazu inspiriert, mein Studium an der University of Bath fortzusetzen, und jetzt untersuche ich im Rahmen meiner Doktorarbeit Eigenspannungen in poröser ferroelektrischer Keramik.“

Neben der Notwendigkeit, die 30 kg Karotten, die für das Experiment erforderlich waren, mit einem Koffer auf einem Bauernmarkt einzusammeln, bestand eine weitere Herausforderung darin, Wege zu finden, sie anschließend zu verwenden. Karottenkuchen, das indische Karottendessert Gajar Ka Halwa, Karottenpesto und viele andere Gerichte versorgten Nguyen und seine Mitbewohner mehrere Tage lang mit Essen.