圖/《回憶中的瑪尼》電影

　　你記憶中的夏天是什么樣子的？

　　窗外蟬鳴陣陣，午后約三五好友在河邊捉魚(yú)，院子里晾滿(mǎn)了媽媽洗過(guò)的衣服，淡淡的皂莢粉味充斥鼻尖，晚飯后切開(kāi)早已在水中浸泡半天的西瓜，絲絲涼意沁人心脾，記憶中的夏天，似乎從來(lái)沒(méi)有特別炎熱。

　　無(wú)論怎樣，每個(gè)人的童年都少不了西瓜的身影。聯(lián)合國糧食及農業(yè)組織FAO公布的2018年數據顯示，中國的西瓜產(chǎn)量為6302.46萬(wàn)噸，而出口量?jì)H為4.29萬(wàn)噸，出口量連生產(chǎn)量的1%都達不到。國家統計局專(zhuān)門(mén)就西瓜算了一筆賬：如果按一個(gè)西瓜10斤計算，中國人每年要吃掉160億個(gè)西瓜，也就是說(shuō)，占世界人口20％的我們，吃掉了世界約70%的西瓜！

　　此等解暑利器，是我國土生土長(cháng)的嗎？

　　并不是，西瓜的栽培歷史十分悠久，在古埃及，五六千年前已開(kāi)始種植西瓜。與埃及相比，我國西瓜栽培的歷史要晚得多，文字記載始于五代時(shí)期的后漢高祖永福12年（公元947年），合陽(yáng)縣令胡嶠曾記載由回紇引入西瓜，因來(lái)自西域，所以稱(chēng)之為“西瓜”。

　　從南宋開(kāi)始，就涌現出了一大批“吃瓜群眾”，他們紛紛吟詩(shī)詠贊西瓜：

　　“碧蔓凌霜臥軟沙，年來(lái)處處食西瓜”——南宋范成大

　　“西瓜足解渴，割裂青瑤膚”——元代方回

　　“拔出金佩刀，斫破碧玉瓶，千點(diǎn)紅櫻桃，一團黃水晶。下咽頓消煙火氣，人齒便有冰雪聲。”——南宋文天祥

　　“采得青門(mén)綠玉房，巧將猩血沁中央，結成唏日三危露，瀉出流霞九醞漿。”——明朝瞿佑

　　清初詞人陳維崧有一首《洞仙歌·西瓜》，更稱(chēng)得上是古代詠西瓜詩(shī)詞中的精品：“嫩瓤涼瓠，正紅冰凝結。紺唾霞膏斗芳潔。傍銀床，牽動(dòng)百尺寒泉。縹色映，恍助玉壺寒徹。” 讀后令人饞涎欲滴。就連文學(xué)界的著(zhù)名“吃貨”汪曾祺都為西瓜折服：“西瓜以繩絡(luò )懸之井中，下午剖食，一刀下去，喀嚓有聲，涼氣四溢，連眼睛都是涼的。”

　　圖/Pixabay

　　說(shuō)這么多，有一個(gè)問(wèn)題是這些詩(shī)人也逃不過(guò)的，那就是——

　　如何選出一顆質(zhì)地上乘、口感綿密、味美多汁的好瓜呢？

　　有的人第一反應就是，讓老板切個(gè)小口，我嘗一下不就好了嗎？這樣操作沒(méi)毛病，前提是瓜多且好賣(mài)外加老板人足夠好。

　　圖/Pixabay

　　大部分人采用祖先們傳下來(lái)的技巧：用手指敲一敲西瓜，聲音清脆的是不熟瓜，聲音沉悶的是熟瓜。

　　那么每次敲瓜前，你有沒(méi)有思考過(guò)，這里頭的挑瓜原理是什么呢？

　　要想成為合格的吃瓜群眾，首先得明白什么是成熟度。

　　口感綿密，咀嚼起來(lái)有細沙粒感，水分充足而又不失甜味，這些是大多數人關(guān)注的西瓜口感，著(zhù)重點(diǎn)體現在甜度方面，即含糖量，普遍認為可溶性糖高的西瓜成熟度高。

　　為什么敲擊西瓜會(huì )產(chǎn)生不同的聲音呢？

　　切開(kāi)西瓜，我們可以發(fā)現里面有很多孔隙，西瓜中可溶性固形物占5.8~11.4%，濕基含水率為87.6~93.5%，西瓜的不同密度對應固形物含量不同。通過(guò)計算，假設西瓜內部為水溶液和氣體的混合物，那么半徑15cm、密度0.931g/cm的西瓜內對應氣泡半徑為6.16cm，證明西瓜中孔隙內為氣體。

　　所以，氣泡是西瓜中的主要振動(dòng)元。當我們敲擊西瓜時(shí)，聲音來(lái)自西瓜內部的氣泡共振。成熟度不同的西瓜，內部的氣泡數量及分布也有所不同，氣泡振動(dòng)時(shí)對周?chē)鷼馀葸€會(huì )產(chǎn)生影響，呈現在我們耳中的就是或清脆或沉悶的聲音。

　　那么，聲音和西瓜成熟度之間有何聯(lián)系呢？

　　我們先來(lái)測評市面上一款名為“聽(tīng)西瓜”的APP。將手機靠在西瓜上，敲擊西瓜，分析手機收集的聲音信號，它的判斷依據有兩種：

　　①分析頻域信號，通過(guò)頻率來(lái)確定西瓜成熟度；

　　②觀(guān)察時(shí)域信號，生西瓜的波形不規則衰減快，熟西瓜的波形上下對稱(chēng)，衰減慢。

　　圖/“聽(tīng)西瓜”APP

　　圖/作者

　　這款APP的判斷思路是正確的，通過(guò)分析時(shí)域或頻域信號，根據頻率或波形辨別成熟度。但是判斷依據太過(guò)簡(jiǎn)單粗暴，對波形的規則性、西瓜的成熟度、具體判斷原理定義不夠清晰，誤測的概率比較大。

　　是時(shí)候展示真正的技術(shù)了！

　　已知成熟度高的西瓜可溶性糖含量高，根據西瓜密度和質(zhì)量可以推測西瓜內可溶性固形物和氣體的體積，建立成熟度和氣體體積之間的關(guān)系，而敲擊西瓜產(chǎn)生的聲音反應了共振頻率，共振頻率和氣泡的數量及分布存在聯(lián)系。

　　也就是說(shuō)，通過(guò)氣泡這個(gè)中間媒介，可以建立成熟度和共振頻率的關(guān)系！

　　成熟度 ← 氣泡 → 共振頻率

　　根據觀(guān)察，西瓜中的氣泡與水溶液混為一體，類(lèi)似于海水中的氣泡，通過(guò)氣泡半徑可以計算共振頻率，建立氣泡半徑和共振頻率之間的關(guān)系，從而將西瓜成熟度與共振頻率聯(lián)系。

　　為了得到確切聯(lián)系，我們對西瓜內部振動(dòng)模態(tài)進(jìn)行仿真，將西瓜內部的氣泡等效成大氣泡進(jìn)行多次分割，使分割后的氣泡在西瓜的對稱(chēng)軸上等間距分布，并計算每次分割后的共振頻率，隨著(zhù)氣泡的分割次數增加，共振頻率趨向穩定，最后得到氣泡半徑和共振頻率之間的關(guān)系。

　　圖/作者

　　根據食品檢測技術(shù)，成熟西瓜的頻率范圍為133 Hz ~160Hz，低于133Hz的為過(guò)熟瓜，高于160Hz為不熟瓜。

　　我們對16個(gè)西瓜進(jìn)行驗證，采用糖度計測量西瓜汁的含糖量，并對基頻進(jìn)行修正，除去個(gè)別不可用數據，發(fā)現：糖度低的瓜基頻高，而糖度高的瓜基頻低。

　　由此，我們證實(shí)共振頻率和成熟度之間可以通過(guò)西瓜內部的氣泡建立聯(lián)系。根據挑瓜常識，聲音清脆的西瓜對應高頻范圍，而這樣的西瓜成熟度低、不甜；聲音沉悶的西瓜對應低頻范圍，成熟度高、較甜。

　　下次買(mǎi)瓜時(shí)，如果遇到質(zhì)疑敲瓜不靠譜而非要切開(kāi)小口親驗的朋友，記得把這篇文章轉發(fā)給Ta！

　　參考文獻：

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

　　[2]趙杰文,孫永海.現代食品檢測技術(shù)[M].中國輕工業(yè)出版社:北京,2008:76-79.

　　[3]王鳴,侯沛.西瓜的起源、歷史、分類(lèi)及育種成就[J].當代蔬菜,2006(03):18-19.

　　[4]劉伯勝,雷家煜.水聲學(xué)原理[M].哈爾濱工程大學(xué)出版社:哈爾濱,2010:210.

　　[5]中新網(wǎng).趣談中國人吃瓜的歷史[EB/OL].https://www.chinanews.com/sh/2019/07-23/8903764.shtml