烹煮溏心雞蛋的物理實驗探究

馬麗雅 張著軍

摘 要：分析了烹煮一個完整的溏心雞蛋的物理相關過程和因素，設計了完整的實驗，通過實測數據和分析，與現有的理論公式得出的理論值進行對比和討論，利用實驗結果，從物理的角度提出更科學的烹煮溏心雞蛋的方法。

關鍵詞：熱傳導；蛋白質；變性；密度；短徑

一、煮雞蛋的物理過程和理論分析

雞蛋是我們幾乎每天都離不開的食物，大家都知道，雞蛋的營養價值很高，尤其是煮雞蛋的營養價值。雞蛋的煮制是需要一些學問的。雞蛋烹煮時間過短，蛋白蛋黃尚未凝固，蛋清里的抗酶蛋白和抗生素蛋白對人類有害，沙門氏菌也沒有被徹底消滅；烹煮時間過長，不但蛋白蛋黃凝固密度過高，導致難以下咽和消化，雞蛋中的蛋氨酸經過長時間加熱分解出的硫化物，與蛋黃中的鐵發生反應，也會形成對人體不利的化學成分。如何才能控制好煮雞蛋的時間，既能殺滅有害細菌，又能口感營養極好，煮出完整的容易剝出的爽滑可口的溏心雞蛋，本研究將借助已有的理論推導來設計實驗，利用實測數據來探究相關物理因素。

物理學角度看，生的帶殼雞蛋進入沸水后，會產生從外殼到蛋黃的熱流傳導，隨著溫度上升，復雜的有機分子分裂為片段，發生一系列物理和化學變化，即蛋白質變性過程；蛋黃和蛋清的蛋白質是不一樣的，所以它們的起始變性溫度也有差異，蛋清中的蛋白質變性是從60°C左右開始，而蛋黃的變性從63°C左右開始。當然，蛋白質的變性是一個非常復雜的物理化學過程，影響因素也不只是溫度，雞蛋的成分、品種、蛋內鹽分、新鮮程度等都會有影響，但是本研究中，近似只考慮溫度因素。

煮雞蛋時，經常會出現蛋殼破裂蛋液溢出，不但不美觀，也導致營養流失。蛋殼破裂的物理本質是，蛋清、蛋黃在加熱時體積會膨脹，液體膨脹率大于外殼固體的膨脹率，所以當內部液體體積大于蛋殼體積，壓力足夠大，超出蛋殼的承受力時，蛋殼就會破裂；為了讓雞蛋不破裂，必須讓雞蛋內部的液態蛋白質盡快變性凝固，體積就會縮小，雞蛋快速加熱，內部的相對外層的蛋清會迅速受熱體積膨脹，但是相對內層的蛋清、蛋黃尚未受熱膨脹，所以總的膨脹量比較小，蛋殼受熱膨脹量和雞蛋內部氣室的容量加起來還能承受，雞蛋就不會脹破，此時繼續加熱，內部的液態蛋清就會開始凝固變性，體積就會縮小，即使內層的蛋清、蛋黃受熱膨脹，也不會導致總的膨脹量超過雞蛋外殼的承受力，保證了雞蛋的完整不破裂。從這個物理分析可以得出，要想煮雞蛋不破裂，就是讓冰箱里的雞蛋直接加入沸水而不是冷水下鍋，同時沸水沸騰的程度不能太高，否則會導致雞蛋在沸水里受到湍流氣泡的作用，互相碰撞或者與鍋壁碰撞導致破裂；為了進一步防止雞蛋與鍋底碰撞導致破裂，最簡單的辦法就是讓雞蛋浮在水的上層，由于新鮮雞蛋的密度比水的密度略高，所以為了讓雞蛋上浮，可以在水里增加一兩勺食鹽以增加水的密度；如此幾個措施，就可以防止雞蛋破裂了。這些是煮出溏心雞蛋的基本條件[1]。

其中，d是雞蛋的最短徑（mm），TWater是煮蛋環境氣壓下水的沸點（°C），TO是雞蛋的初始溫度，Tyolk是蛋黃開始變性時的溫度（°C）。煮蛋的方式是：水沸騰之后加入雞蛋，嚴格控制煮沸后的時間，精確到秒，然后迅速撈出放在室溫中自然冷卻，理論上可以煮出爽嫩可口的溏心雞蛋。為了驗證這個理論公式，本研究設計了實驗，用實測數據進行驗證。

二、實驗設計和數據分析

1.實驗器材和測試設備

在超市購買不同的大小、品種、規格的雞蛋10枚，1500W電爐，不銹鋼小鍋，食用鹽，工業高精度針式溫度計，紅外遙測溫度計，秒表，游標卡尺，大氣壓計，高精度電子秤，如下圖。

2.實驗步驟和測量數據

第一步，讀取大氣壓數值，不銹鋼鍋中加入4.0kg純凈水同時加入50.0g食鹽，攪拌均勻后，放置在電爐上加熱至沸騰，五次測量沸水的溫度（°C）取平均值作為TWater的值，如表1所示；

第二步，測量每個測試樣品雞蛋的短徑、質量、初始溫度，帶入Peter Barham推導的公式（1）計算出每個雞蛋煮成溏心蛋的理論時間值，所得數據如表2所示：

第三步，將樣品1雞蛋小心插入工業用針式溫度計直至蛋黃中心處，輕輕放入沸水中，同時秒表計時開始，持續觀測蛋黃中心的溫度變化。由于蛋白質變性是一個漸變過程，很難找到一個嚴格的臨界值，為了統一實驗數據的標準，本次實驗中采用計時方式是當蛋黃中心溫度達到63°C后，認為雞蛋剛剛達到了溏心蛋的標準，此時停止計時，記錄下時間，撈出雞蛋放置在室溫的大盆清水里冷卻，打開雞蛋，觀察蛋清、蛋黃凝固的情況。

三、實驗數據分析

從曲線圖可以看出，雞蛋短徑比較小（約<35.0mm）的時候，實際煮蛋所需時間比理論值偏小，從物理的角度考慮，是由于雞蛋整體質量體積比較小，在沸水中被湍流氣泡影響旋轉和無規則運動比較多，導致熱傳導速度更快，所以煮熟需要的時間相對更少一些；在雞蛋短徑約35.0mm～45.0mm之間，實測值和理論值符合得比較好；但是本實驗樣品數據中，最大的雞蛋短徑50.40mm，煮熟所需時間與理論值有比較大的偏差。根據實驗發現，該雞蛋是一個雙黃雞蛋，雞蛋本身質量體積比較大，在沸水中移動旋轉運動現象比較弱，導熱相對也比較慢，兩個蛋黃要變性需要更多的熱量和時間。

通過本次實驗測量，本文引用的理論公式和煮雞蛋實際所需時間吻合得是比較好的，畢竟，飲食烹飪過程中的影響因子很多，每個雞蛋的蛋白質性質、蛋殼屬性等，不能嚴格控制各種變量，理論公式在推導過程中也是做了大量的簡化，這是導致偏差的主要原因。

四、實驗結論

煮雞蛋雖然是生活里常見的，搞清楚背后的物理原理，并以此為指導，可以很簡單地通過控制時間和煮蛋方式，就能科學地煮出我們喜歡的、完整的老嫩適中的溏心蛋。根據本文的分析，將煮雞蛋的水加入一定的食鹽，煮沸后小火維持沸騰狀態，然后直接加入冰箱里的雞蛋，根據理論計算出的時間，時間一到，就把雞蛋撈出放入室溫的清水里，這樣的方式簡單易行。

參考文獻：

[1][俄]Andrey Varlamov，等.奇妙的物理學[M].科學出版社有限責任公司，2018：118-124.

[2]Peter Barham. The science of cooking[M]. New York：Spr-ingerVerlag Berlin Heidelberg，Lightning Source UK Ltd，2001：45-48.