撰文 / 劉曉瑩(海南師範大學)
人在心情煩悶時,常常喜歡吃份甜品來放鬆心情。當你品嘗美味甜品時,是否思考過製作過程中的科學原理呢?比如為什麼雙皮奶不能放進微波爐里加熱?巧克力為什麼容易融化卻很難再凝固?下面就讓我們從物理學的角度去一探究竟吧。
窩蛋雙皮奶為何在沉默中爆發
新聞曾報道一名女士被窩蛋雙皮奶炸傷的消息,事後甜品店老闆的回應是學徒把窩蛋打在雙皮奶上之後放入微波爐加熱了3分鐘,比平常多1分鐘所致。為什麼多了1分鐘就會爆炸呢?要搞明白這個問題,我們就得從雙皮奶、窩蛋及加熱工具說起。
窩蛋雙皮奶是在隔水蒸雙皮奶的階段加上窩蛋
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地細密、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分,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。窩蛋雙皮奶是在隔水蒸雙皮奶的階段加上蛋黃,即當雙皮奶凝固後放上蛋黃,再繼續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分子(如水分子H₂O)在微波場中吸收微波能量而使分子運動和摩擦加劇,宏觀上的體現為食物溫度升高。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、烹調方式多樣、營養流失少而深受人們的喜愛,但是如果微波爐使用不當也會發生危險。
為什麼窩蛋打在雙皮奶上之後放入微波爐加熱會發生爆炸?
微波爐的原理是利用食物中的有機分子在微波場中吸收微波能量,而使分子運動和摩擦加劇
原來,窩蛋雙皮奶在微波爐中加熱時,雙皮奶和雞蛋中的水分子將隨微波場而運動,同時相鄰分子間也會相互作用,產生了類似摩擦的現象,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,不產生對流,因此水可能出現即使超過了沸點也不沸騰的現象,這時一部分液態水分子會汽化變成氣態水分子,還有一部分液態水會產生極不穩定的過熱水。雙皮奶表面有一層奶皮阻止了汽化的蒸汽逃散,以致其內部壓力劇增;同時蛋黃的表面也有一層膜,其內部的溫度也會過熱,繼而造成強大的表面壓力,表面看起來平靜的窩蛋雙皮奶取出後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生的水蒸氣、由於擾動而沸騰的液體,都會在瞬間釋放而導致爆炸,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,放在微波爐內加熱的食物,如果因為加熱汽化所引起的內部壓力得不到釋放,那麼這些食物都有爆炸的危險,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,那就要剝去殼,並將食物的膜戳破,並控制加熱時間,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相,糖、可可粉、乳製品、表面活性劑等為分散相的複雜多相分散體系,生活中我們會發現常溫下處於固相的巧克力在接近體溫的溫度時會發生融化,但是液態巧克力在溫度降到常溫時卻不能再次凝固,這是為什麼呢?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製作工藝說起。
可可脂是取自於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30%~40%,在巧克力固化的過程中液態可可脂結晶形成有規律的晶格,各種分散相被固定在晶格之間,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並存,在不同的結晶條件下有不同的晶型,具有同質多晶特性。現有的研究多認為可可脂的同質多晶型有6種,不同的晶型具有不同的分子排列,其熱力學的穩定性依次遞增,任何一種較高熔點的晶型均可以從較低熔點的晶型轉化而來。
優質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是固體而又很快在口中融化的獨特魅力。如果要保證巧克力結構細膩,外表光亮,又能在常溫下長期保持固態,不熔化,那麼在巧克力的製作過程中需要進行調溫(隔水加熱,冷卻降溫、回溫、冷卻),以儘可能消除低熔點的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型晶體,獲得高熔點的Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ型晶體,通過控制適當的溫度和時間使巧克力醬料中的可可脂形成儘可能多的Ⅴ型晶體。
可可豆中可提煉天然植物油——可可脂
研究表明可可脂Ⅴ型晶體在21攝氏度時向Ⅵ型轉變是十分緩慢的,但隨著溫度升高,這種轉變將加速,當溫度高於30攝氏度時,可可脂向Ⅵ型轉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,這時巧克力表面便會出現脂霜(白斑),失去了原有光澤,Ⅵ型晶體的可可脂熔點是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。因為VI型晶體才是最穩定的,所以霜化是不可避免的過程,我們所能做的是儘可能減緩起霜時間的到來,除了恆溫(21±1攝氏度)、通風儲藏外,目前普遍認為乳化劑對延緩起霜有重要作用。
在巧克力固化的過程中,液態可可脂結晶形成有規律的晶格
從加工工藝來看,巧克力是由可可脂、可可粉、糖、乳製品和表面活性劑等經混合精磨、精鍊、調溫、澆模、冷凍固化成型、脫模等工序加工製得。成品巧克力是一種固態熱敏性甜品,如果放在過熱的環境下,巧克力中的可可脂就會發生融化,可可脂融化為液態時,所有的晶體形式都會消失,此時可可脂具有相同的液相。對於一般的化合物而言,開始融化的溫度與凝固的溫度是相同的,但是對於具有粘滯性並具有同質多晶現象的可可脂來說,開始凝固的溫度低於開始融化的溫度。這是一個相變滯後的問題,其滯後的溫度與可可脂中甘油三酯的結構、乳化劑、分子之間的相溶性、攪拌速度等都有關係。
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舌尖上涼爽的感覺,這是為什麼呢?原來巧克力入口時從固相變為液相的過程需要從口腔、舌頭上吸收熱量,所以我們會感受到一種清涼之感。
本文來自《知識就是力量》雜誌,原標題《美味甜品中的物理奧秘》,作者劉曉瑩,有刪改,原創作品,轉載請註明來源。