每一口絲滑都承載著科學(xué)智慧

嗶普星人

冰激凌的繽紛口味和絲滑口感令人陶醉，而其獨(dú)特美味質(zhì)地背后的物理化學(xué)過程更是奇妙得令人心醉——如果用科學(xué)眼光審視它，你會發(fā)現(xiàn)冰激凌擁有與森林恢復(fù)、巖石形成或動物在低溫環(huán)境下生存等現(xiàn)象類似的理化本質(zhì)。

越快冷凍，越小冰晶，越享絲滑

水是冰激凌的主要成分之一，大多以微觀冰晶的形式存在。這些晶體的尺寸對冰激凌的品質(zhì)有重要影響。大晶體會造成顆粒狀的質(zhì)地，而較小的晶體（與血細(xì)胞一般大）則可帶來天鵝絨般光滑的口感。

那么，冰激凌制造商如何防止小的冰晶長成直徑十幾微米以上的大家伙呢？

冰是一種礦物質(zhì)，就像石英和石墨那樣的礦物質(zhì)，因此在某些方面，它的行為也呈現(xiàn)出礦物的特點(diǎn)。在顯微鏡下觀察冰激凌與觀察花崗巖或其他由巖漿冷卻形成的巖石，也并沒有什么不同。當(dāng)巖漿凝固為礦物時，礦物內(nèi)的晶體部分可提供有關(guān)它們形成條件的某些線索——濃厚黏稠的巖漿在地下緩慢冷卻，使晶體得以充分生長;而地表處的稀薄熔巖冷卻和硬化的速度要快得多，最后形成了晶體較小的巖石。

甜味劑和穩(wěn)定劑會讓冰激凌變濃稠，進(jìn)而放緩晶體生長的速度，加快冷凍過程可使晶體保持較小的尺寸。

多年來，越來越多的人選擇通過添加液氮的方式來冷凍冰激凌，因?yàn)橐旱獞{借其極低的溫度可在短短幾分鐘內(nèi)制作出絲滑的冰激凌。

造林之毒藥，造冰激凌之蜜糖

另一種延阻晶體生長的方法是當(dāng)它們開始在攪拌容器中形成時將其切碎。冰激凌制作的第一階段被稱為動態(tài)冷凍，在此期間，攪拌器會不斷從桶壁上刮下新形成的晶體，把它們攪至混合物中。這不僅會阻止內(nèi)壁上的晶體變厚，還能產(chǎn)生更多的晶核，而晶核又會吸引液態(tài)水分子在其上凍結(jié)成冰。

你可以這樣來理解，所有這些較小的晶體現(xiàn)在都在相互競爭剩余的水分子，因此它們都難以長得很大。

這個過程與樹林恢復(fù)過程非常相似。如果有一大片樹木被砍伐、燒毀或吹倒，那么，新生的樹苗會以均勻的速度在原地密集生長。那些較弱的個體可能需要幾十年的時間才會死光，并為更強(qiáng)大的個體騰出空間和資源。與此同時，由于過度密集的樹木爭奪有限資源，森林的“二次生長”會受阻。

就森林來說，生長緩慢和大小各異的生態(tài)系統(tǒng)往往才更健康。但對于冰激凌而言，各方實(shí)力均一的競爭式生長才是制造絲滑質(zhì)地的關(guān)鍵。

從動物中尋找“抗凍蛋白”

冰激凌制作完成后，最好一口氣吃完。假若沒法全部吃掉，就必須把它們儲存起來，有時儲存時間長達(dá)數(shù)周或數(shù)月。在此期間，冰激凌的溫度可能會隨著冷凍柜門的打開和關(guān)閉而波動——如果它融化了一點(diǎn)點(diǎn)，冰就會重新結(jié)晶，并隨著時間推移而產(chǎn)生更大的晶體，其結(jié)果就是它的冰塊感極強(qiáng)。遭遇冰箱“抗議”的你才可能收獲這笑中帶淚的體驗(yàn)。

增稠劑和穩(wěn)定劑可以減緩冰激凌混合物中液態(tài)水分子的運(yùn)動，令其長時間保持平穩(wěn)運(yùn)行。要是這還不夠，冰激凌制造商可能會向野生動物尋求幫助。

某些種類的青蛙、昆蟲和植物體內(nèi)存在抗凍蛋白，這幫助它們得以在寒冷條件下生存：這些蛋白質(zhì)一旦形成，就會包圍冰晶并與其結(jié)合，如此一來，便可阻止液態(tài)水分子與剛開始發(fā)展的晶體結(jié)合。抗凍蛋白能幫助生物體避免細(xì)胞損傷甚至死亡。

抗凍蛋白最初在冷水魚類體內(nèi)發(fā)現(xiàn)。之后，研究人員在實(shí)驗(yàn)室中通過轉(zhuǎn)基因酵母合成了它。現(xiàn)在，冰激凌制造商將抗凍蛋白應(yīng)用到了美食領(lǐng)域，用以抑制冰的重結(jié)晶。

冰乳交融不分層，乳化蛋白立大功

油和水互相排斥，那為什么冰激凌（主要是冰和乳脂的混合物）不會分成兩層？答案可以從它的微觀結(jié)構(gòu)中找到。

當(dāng)你搖晃一個裝有油和醋的瓶子，里頭的油會分解成小的球形液滴，如果不受干擾，油滴最終會在表面聚結(jié)成一層。但要是通過劇烈搖晃快速混合這兩種液體，它們似乎會合二為一變成乳濁液，即由兩種不相溶的液體所組成的分散系——一種液體以小液滴的形式分散在另外一種液體之中。

大多數(shù)不相溶的混合物在熱力學(xué)上不穩(wěn)定，這意味著它們最終會回歸到一種更簡單、更有組織的結(jié)構(gòu)：一種液體位于另一種液體之上。但穩(wěn)定的乳濁液（例如穩(wěn)定的椰子水或均質(zhì)牛奶）其實(shí)有所不同，不管你等多久，油脂都不會升至上方。

這些水包油物質(zhì)之所以能保持均勻分散，部分原因在于它們含有天然乳化蛋白，其作用與防凍蛋白相似。乳化蛋白并不與冰結(jié)合，而是纏住脂肪液滴，并降低兩種液體之間的張力，防止脂肪聚集成層。

乳蛋白能使整個冰激凌體系保持相對穩(wěn)定。不過，通常來說，冰激凌還需要額外的乳化劑，例如卵磷脂或酪蛋白，來幫助另一主要成分留在混合物中，那便是空氣。

微小的氣泡可令冰激凌更易于舀取和保持形狀（軟冰激凌），當(dāng)然前提是它們始終維持微小的尺寸且均勻分布于脂肪和冰塊中。

濕潤大雪花，干燥小冰晶

自然形成的冰有多種多樣的形狀和尺寸，從空心柱狀或針狀到薄片狀和“子彈玫瑰形”——無論它們形貌如何，其主要決定因素都是晶體在形成過程中周圍的濕度和溫度，較高的濕度會帶來更大且更精細(xì)的雪片。

上述這些類型晶體的生長成形大多都需要足夠的時間、空間以及潮濕空氣，而冰激凌攪拌器無法提供這些，所以冰激凌晶體更像是在非常寒冷干燥的條件下形成的簡單棱柱狀或薄片狀晶體。此外，攪拌器的持續(xù)運(yùn)動就像海洋磨損砂粒一般磨損晶體，進(jìn)而產(chǎn)生微小的不規(guī)則顆粒。

無論是冰激凌的制作、地球內(nèi)部的巖石形成還是天氣的變化，地球上所有自然過程的本質(zhì)都由相同的物理和化學(xué)過程控制。我們?nèi)绻私馕锢砗突瘜W(xué)，就能理解這個世界，也可以創(chuàng)造出更棒的冰激凌。