劉曉瑩

人在心情煩悶時(shí)，常常喜歡吃份甜品來(lái)放松心情。當(dāng)你品嘗美味甜品時(shí)，是否思考過(guò)制作過(guò)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(huì)爆炸呢？要搞明白這個(gè)問(wèn)題，我們就得從雙皮奶、窩蛋及加熱工具說(shuō)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(rùn)口的膠狀固體食物;窩蛋是雞蛋的一種加工方法，即將沒(méi)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(chǎng)中吸收微波能量而使分子運(yùn)動(dòng)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(lái)熱菜、解凍、烹飪、烘焙等，因其操作簡(jiǎn)單、加熱均勻且快速、溫度可調(diào)、烹調(diào)方式多樣、營(yíng)養(yǎng)流失少而深受人們的喜愛(ài)，但是如果微波爐使用不當(dāng)也會(huì)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(huì)發(fā)生爆炸？原來(lái)，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(chǎng)而運(yùn)動(dòng)，同時(shí)相鄰分子間也會(huì)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(duì)流，因此水可能出現(xiàn)即使超過(guò)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(huì)汽化變成氣態(tài)水分子，還有一部分液態(tài)水會(huì)產(chǎn)生極不穩(wěn)定的過(guò)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(huì)過(guò)熱，繼而造成強(qiáng)大的表面壓力，表面看起來(lái)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(guò)熱的水因劇烈汽化而迅速產(chǎn)生的水蒸氣、由于擾動(dòng)而沸騰的液體，都會(huì)在瞬間釋放而導(dǎo)致爆炸，噴濺出來(lái)的氣體和液體就會(huì)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?jiǎng)內(nèi)?，并將食物的膜戳破，并控制加熱時(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(huì)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(huì)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(shuō)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(guò)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?，F(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(lái)。

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(zhǎng)期保持固態(tài)，不熔化，那么在巧克力的制作過(guò)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(guò)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(huì)減少?？煽芍跣拖颌鲂脱茏冞^(guò)程中常伴隨著霜花的出現(xiàn)，這時(shí)巧克力表面便會(huì)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(lái)會(huì)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(guò)程，我們所能做的是盡可能減緩起霜時(shí)間的到來(lái)，除了恒溫（21±1攝氏度）、通風(fēng)儲(chǔ)藏外，目前普遍認(rèn)為乳化劑對(duì)延緩起霜有重要作用。

從加工工藝來(lái)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(guò)熱的環(huán)境下，巧克力中的可可脂就會(huì)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(huì)消失，此時(shí)可可脂具有相同的液相。對(duì)于一般的化合物而言，開(kāi)始融化的溫度與凝固的溫度是相同的，但是對(duì)于具有粘滯性并具有同質(zhì)多晶現(xiàn)象的可可脂來(lái)說(shuō)，開(kāi)始凝固的溫度低于開(kāi)始融化的溫度。這是一個(gè)相變滯后的問(wèn)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(jué)，這是為什么呢？原來(lái)巧克力入口時(shí)從固相變?yōu)橐合嗟倪^(guò)程需要從口腔、舌頭上吸收熱量，所以我們會(huì)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(ài)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(jiàn)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(lái)的糖絲，就會(huì)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(guò)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(dòng)原理，其制作過(guò)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(guò)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(wú)規(guī)則的運(yùn)動(dòng)，當(dāng)分子只能在平衡位置振動(dòng)，不能移動(dòng)時(shí)，物質(zhì)為固態(tài);當(dāng)分子除了在平衡位置振動(dòng)外，還能平移運(yùn)動(dòng)，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(huì)吸收熱量，由液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)時(shí)會(huì)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(huì)隨著旋轉(zhuǎn)著的出糖器做圓周運(yùn)動(dòng)，隨著旋轉(zhuǎn)速度越來(lái)越快，容糖器里的糖漿會(huì)做離心運(yùn)動(dòng)緊壓出糖器上的篩網(wǎng)，由于慣性，糖漿會(huì)從篩網(wǎng)的孔中甩飛出來(lái)，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(huì)迅速放出熱量，加之篩網(wǎng)的孔徑足夠細(xì)?。?0～50微米），所以被甩飛的糖液會(huì)瞬間凝結(jié)成固態(tài)的糖絲，就像一絲絲“棉絮”，這時(shí)我們?cè)儆弥窈炤p輕地纏繞，就會(huì)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(guò)程中發(fā)揮想象力，纏繞出不同造型的棉花糖?？雌饋?lái)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(guò)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(guó)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(guò)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(lái)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(jiǎn)單的技術(shù)來(lái)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(méi)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)。