美味甜品中的物理奧秘

劉曉瑩

人在心情煩悶時(shí)，常常喜歡吃份甜品來放松心情。當(dāng)你品嘗美味甜品時(shí)，是否思考過制作過程中的科學(xué)原理呢？比如為什么雙皮奶不能放進(jìn)微波爐里加熱？巧克力為什么容易融化卻很難再凝固？棉花糖如何形成非常細(xì)的糖絲？下面就讓我們從物理學(xué)的角度去一探究竟吧。

窩蛋雙皮奶為何在沉默中爆發(fā)

新聞曾報(bào)道一名女士被窩蛋雙皮奶炸傷的消息，事后甜品店老板的回應(yīng)是學(xué)徒把窩蛋打在雙皮奶上之后放入微波爐加熱了3分鐘，比平常多1分鐘所致。為什么多了1分鐘就會爆炸呢？要搞明白這個(gè)問題，我們就得從雙皮奶、窩蛋及加熱工具說起。

雙皮奶是由牛奶、蛋清、白砂糖混合攪拌、隔水蒸的方式加工而成的表面質(zhì)地細(xì)密、含水量高、香甜潤口的膠狀固體食物;窩蛋是雞蛋的一種加工方法，即將沒有打散的雞蛋液直接放入炊具中煮熟或蒸熟。雞蛋中的蛋黃有一半是水份，而蛋清則大部分都是水，蒸熟的窩蛋因其凝膠的特性而呈固態(tài)。窩蛋雙皮奶是在隔水蒸雙皮奶的階段加上蛋黃，即當(dāng)雙皮奶凝固后放上蛋黃，再繼續(xù)加熱幾分鐘令蛋黃變色即可食用。

微波爐是用微波加熱食品的烹飪器具，其原理是利用食物中的有機(jī)分子（如水分子H₂O）在微波場中吸收微波能量而使分子運(yùn)動和摩擦加劇，宏觀上的體現(xiàn)為食物溫度升高。微波爐常用來熱菜、解凍、烹飪、烘焙等，因其操作簡單、加熱均勻且快速、溫度可調(diào)、烹調(diào)方式多樣、營養(yǎng)流失少而深受人們的喜愛，但是如果微波爐使用不當(dāng)也會發(fā)生危險(xiǎn)。

為什么窩蛋打在雙皮奶上之后放入微波爐加熱會發(fā)生爆炸？原來，窩蛋雙皮奶在微波爐中加熱時(shí)，雙皮奶和雞蛋中的水分子將隨微波場而運(yùn)動，同時(shí)相鄰分子間也會相互作用，產(chǎn)生了類似摩擦的現(xiàn)象，使水溫升高，由此熱量傳遞給其他的分子，使食物的溫度升高。這種方式與火爐燒水不一樣，不產(chǎn)生對流，因此水可能出現(xiàn)即使超過了沸點(diǎn)也不沸騰的現(xiàn)象，這時(shí)一部分液態(tài)水分子會汽化變成氣態(tài)水分子，還有一部分液態(tài)水會產(chǎn)生極不穩(wěn)定的過熱水。雙皮奶表面有一層奶皮阻止了汽化的蒸汽逃散，以致其內(nèi)部壓力劇增;同時(shí)蛋黃的表面也有一層膜，其內(nèi)部的溫度也會過熱，繼而造成強(qiáng)大的表面壓力，表面看起來平靜的窩蛋雙皮奶取出后一旦受到外界干擾或者溫度的變化，窩蛋雙皮奶中的高壓氣體、過熱的水因劇烈汽化而迅速產(chǎn)生的水蒸氣、由于擾動而沸騰的液體，都會在瞬間釋放而導(dǎo)致爆炸，噴濺出來的氣體和液體就會燙傷食用者的面容、頸、手等部位，造成傷害。

從前面的分析我們知道，放在微波爐內(nèi)加熱的食物，如果因?yàn)榧訜崞鸬膬?nèi)部壓力得不到釋放，那么這些食物都有爆炸的危險(xiǎn)，所以用微波爐加熱雙皮奶本身就存在安全隱患。專家建議，所有帶膜或殼的食物都不要放到微波爐中去烹飪，如果一定要用微波爐加熱的話，那就要剝?nèi)ぃ⑹澄锏哪ご疗疲⒖刂萍訜釙r(shí)間，這樣才比較安全。

巧克力在融化與凝固間變幻

巧克力是一種以可可脂為連續(xù)相，糖、可可粉、乳制品、表面活性劑等為分散相的復(fù)雜多相分散體系，生活中我們會發(fā)現(xiàn)常溫下處于固相的巧克力在接近體溫的溫度時(shí)會發(fā)生融化，但是液態(tài)巧克力在溫度降到常溫時(shí)卻不能再次凝固，這是為什么呢？要了解巧克力的融化和凝固特性，就要從巧克力的主要成分可可脂和制作工藝說起。

可可脂是取自于可可豆的天然植物油，主要成分是甘油三酯，在巧克力中含量高達(dá)30%～40%，在巧克力固化的過程中液態(tài)可可脂結(jié)晶形成有規(guī)律的晶格，各種分散相被固定在品格之間，形成口味甜美的固體食品。天然可可脂中的甘油三酯以多類型并存，在不同的結(jié)晶條件下有不同的晶型，具有同質(zhì)多晶特性。現(xiàn)有的研究多認(rèn)為可可脂的同質(zhì)多晶型有6種，不同的晶型具有不同的分子排列，其熱力學(xué)的穩(wěn)定性依次遞增，任何一種較高熔點(diǎn)的晶型均可以從較低熔點(diǎn)的晶型轉(zhuǎn)化而來。

優(yōu)質(zhì)的巧克力中可可脂的晶型為V型，具有最佳的硬脆性、口溶性及脫模性，正是可可脂中的V型晶體確保了巧克力在室溫時(shí)是固體而又很快在口中融化的獨(dú)特魅力。如果要保證巧克力結(jié)構(gòu)細(xì)膩，外表光亮，又能在常溫下長期保持固態(tài)，不熔化，那么在巧克力的制作過程中需要進(jìn)行調(diào)溫（隔水加熱，冷卻降溫、回溫、冷卻），以盡可能消除低熔點(diǎn)的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型晶體，獲得高熔點(diǎn)的Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ型晶體，通過控制適當(dāng)?shù)臏囟群蜁r(shí)間使巧克力醬料中的可可脂形成盡可能多的V型晶體。

研究表明可可脂Ⅴ型晶體在21攝氏度時(shí)向Ⅵ型轉(zhuǎn)變是十分緩慢的，但隨著溫度升高，這種轉(zhuǎn)變將加速，當(dāng)溫度高于30攝氏度時(shí)，可可脂向Ⅵ型轉(zhuǎn)變的可能性又會減少。可可脂Ⅴ型向Ⅵ型衍變過程中常伴隨著霜花的出現(xiàn)，這時(shí)巧克力表面便會出現(xiàn)脂霜（白斑），失去了原有光澤，Ⅵ型晶體的可可脂熔點(diǎn)是36攝氏度左右，入口不能立刻融化，吃起來會有“味同嚼蠟”之感。因?yàn)棰鲂途w才是最穩(wěn)定的，所以霜化是不可避免的過程，我們所能做的是盡可能減緩起霜時(shí)間的到來，除了恒溫（21±1攝氏度）、通風(fēng)儲藏外，目前普遍認(rèn)為乳化劑對延緩起霜有重要作用。

從加工工藝來看，巧克力是由可可脂、可可粉、糖、乳制品和表面活性劑等經(jīng)混合精磨、精煉、調(diào)溫、澆模、冷凍固化成型、脫模等工序加工制得。成品巧克力是一種固態(tài)熱敏性甜品，如果放在過熱的環(huán)境下，巧克力中的可可脂就會發(fā)生融化，可可脂融化為液態(tài)時(shí)，所有的晶體形式都會消失，此時(shí)可可脂具有相同的液相。對于一般的化合物而言，開始融化的溫度與凝固的溫度是相同的，但是對于具有粘滯性并具有同質(zhì)多晶現(xiàn)象的可可脂來說，開始凝固的溫度低于開始融化的溫度。這是一個(gè)相變滯后的問題，其滯后的溫度與可可脂中甘油三酯的結(jié)構(gòu)、乳化劑、分子之間的相溶性、攪拌速度等都有關(guān)系。

喜歡吃巧克力的朋友們除了喜歡巧克力的濃香絲滑外，還很享受巧克力入口時(shí)舌尖上涼爽的感覺，這是為什么呢？原來巧克力入口時(shí)從固相變?yōu)橐合嗟倪^程需要從口腔、舌頭上吸收熱量，所以我們會感受到一種清涼之感。

棉花糖——神奇的分子甜品

棉花糖是孩子們喜愛的甜品，因蓬松輕盈、形似棉團(tuán)而得名，它的神奇之處不僅在于其入口即化的口感，還在于我們能親眼見證一小勺白糖是如何加工成一大團(tuán)棉花糖的：一小勺白糖被加熱融化成糖漿，放入高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)爐，糖水從很小的洞噴射出變成細(xì)細(xì)的糖絲，用竹簽纏繞住噴射出來的糖絲，就會做出疏松多孔，具有一定彈性和韌性的棉花糖了。這個(gè)有趣的棉花糖制作過程中蘊(yùn)含著什么樣的科學(xué)原理呢？

棉花糖的制作主要利用白砂糖的物態(tài)變化及離心運(yùn)動原理，其制作過程有兩個(gè)關(guān)鍵的步驟，一是白砂糖的加熱，二是讓糖漿在高速旋轉(zhuǎn)的過程中噴出小孔。我們知道物質(zhì)是由大量的分子組成，分子之間存在著相互作用力，分子做著無規(guī)則的運(yùn)動，當(dāng)分子只能在平衡位置振動，不能移動時(shí)，物質(zhì)為固態(tài);當(dāng)分子除了在平衡位置振動外，還能平移運(yùn)動，這時(shí)物質(zhì)處于液態(tài)。物質(zhì)由固態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)時(shí)會吸收熱量，由液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)時(shí)會放出熱量。常溫下白砂糖是顏色潔白，甜味純正的結(jié)晶狀顆粒，加熱后白砂糖吸收熱量，由固態(tài)轉(zhuǎn)化為液態(tài);冷卻后液態(tài)糖漿放出熱量，轉(zhuǎn)化為固態(tài)。

棉花糖制作機(jī)的核心部件就是一個(gè)能高速旋轉(zhuǎn)的出糖器（包括容糖器和篩網(wǎng)），將一小勺白砂糖放入容糖器中加熱，白砂糖吸收熱量，轉(zhuǎn)變?yōu)樘菨{，之后糖漿會隨著旋轉(zhuǎn)著的出糖器做圓周運(yùn)動，隨著旋轉(zhuǎn)速度越來越快，容糖器里的糖漿會做離心運(yùn)動緊壓出糖器上的篩網(wǎng)，由于慣性，糖漿會從篩網(wǎng)的孔中甩飛出來，因?yàn)樗Τ龅奶且号c周邊的空氣有著較大的溫度差，所以被甩出去的糖液會迅速放出熱量，加之篩網(wǎng)的孔徑足夠細(xì)小（30～50微米），所以被甩飛的糖液會瞬間凝結(jié)成固態(tài)的糖絲，就像一絲絲“棉絮”，這時(shí)我們再用竹簽輕輕地纏繞，就會越纏越大，最后變成雪白蓬松的棉花糖。如果在糖漿中加入色素，棉花糖就是彩色的，當(dāng)然還可以在纏繞糖絲的過程中發(fā)揮想象力，纏繞出不同造型的棉花糖。看起來體積龐大的棉花糖實(shí)際上里面充滿了空氣，其原料也不過是一兩勺糖，讓我們能用很少的糖量就能品嘗到很甜的味道。

棉花糖是一個(gè)神奇的甜品，在我們品嘗著棉花糖、好奇著棉花糖的工作原理的時(shí)候，科學(xué)家們卻把棉花糖機(jī)搬進(jìn)了實(shí)驗(yàn)室。美國范德比爾特大學(xué)的機(jī)械工程助理教授萊昂·貝蘭發(fā)現(xiàn)棉花糖機(jī)在離心旋轉(zhuǎn)的過程中，被甩出的糖絲不僅蓬松而且呈現(xiàn)超細(xì)纖維的狀態(tài)，這就像人體的毛細(xì)血管，研究人員認(rèn)為這可能是構(gòu)建和維持超細(xì)纖維網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵，可以用來在其他材料中制造通道結(jié)構(gòu)，構(gòu)建毛細(xì)血管系統(tǒng)。貝蘭和他的研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)證明，可以使用這個(gè)簡單的技術(shù)來創(chuàng)造一種3D微流體網(wǎng)絡(luò)，使得活細(xì)胞能夠在體外存活一周。沒想到甜品制作的科學(xué)原理還能運(yùn)用在領(lǐng)先的科技領(lǐng)域，相信生活中的很多科學(xué)原理也能給你帶去更多啟發(fā)。