深入解析冰淇淋的物理与化学奥秘,从成分、结构到制作工艺,解锁这一全球最受欢迎甜点的科学秘密。
冰淇淋,成分看似简单,只有奶油和糖,但亲自制作时却常让人困惑,轻易变成黏稠或冰渣的失败品。食品科学家Douglas Goff指出,材料科学的原理能帮助我们完美掌控冰淇淋的制作。
冰淇淋的多相结构
对大多数人来说,冰淇淋是美味的冷冻甜点。但在Douglas Goff这样的食品科学家眼中,它还是物理与化学的奇迹。冰淇淋是复杂的多相材料,包含乳状液、泡沫、晶体、溶质与溶剂。无论是家用厨房还是商业工厂,制作冰淇淋都需要精准配比原料,以及对搅拌、搅动和冷冻过程的精细控制。
作为加拿大圭尔夫大学的食品科学研究员,Goff专注于冰淇淋的结构与成分功能研究。他还主讲该大学每年一度的冰淇淋课程,这是自1914年开设以来持续时间最长的课程之一。在与《物理世界》记者Hamish Johnston的对话中,Goff分享了冰淇淋的科学奥秘,探讨了为何制作纯素冰淇淋如此困难,以及如何在电子显微镜实验中防止样品融化。
冰淇淋的独特物理属性
Goff形容冰淇淋是一个极为复杂的多相系统。首先,它是乳状液,脂肪微滴分散在含糖的水溶液中。接着通过搅拌引入空气,形成泡沫。在冷冻的冰淇淋中,约一半体积是空气,以细小气泡的形式分布在产品中。
部分水分被冷冻成显微级的小冰晶,而剩余未冻结的水因溶解的糖分而保持液态,这正是冰淇淋柔软、易舀又可咀嚼的原因。最终的成品中包含脂肪微滴(乳状液)、空气气泡(泡沫)、部分结晶的冰和浓缩的糖溶液。
家庭制作与商业生产的差异
在厨房和工厂中,冷冻和搅拌同步进行,但结果却大相径庭。自制冰淇淋通常只能保存一两天便开始变得冰渣感明显,而商业冰淇淋的保质期可达数月至一年。这源于冰相随时间演变的过程——重结晶。温度波动会导致冰融化后重新结晶,但不会形成新的冰晶,而是使现有晶体增大。商用设备能够产生更小的冰晶,同时稳定的低温存储进一步延长保质期。
另一个重要因素是添加稳定剂,如角豆胶、瓜尔胶或纤维素胶等。这些成分通过增加未冻结相的粘度来减缓冰晶重结晶。某些创新成分如丙二醇单硬脂酸酯还能吸附在冰晶表面,阻止其在温度波动时继续生长。
风味如何影响冰淇淋制作
添加风味剂会对冰淇淋的物理结构产生显著影响。例如,草莓因其高糖分会降低未冻结相的冰点,使草莓冰淇淋比香草冰淇淋更软。而酒精类风味剂(如朗姆酒、奶油利口酒)则因显著降低冰点,需要减少酒精含量并加入脱醇风味剂来平衡。
纯素冰淇淋的挑战
纯素冰淇淋的制作工艺与传统冰淇淋相似,但最大的区别在于蛋白质来源。乳蛋白既是优良的发泡剂又是乳化剂,而植物蛋白(如腰果、杏仁或大豆)在这方面表现较差,因此需要额外添加其他成分来弥补功能缺失。
冰淇淋研究的乐趣
经过几十年的研究,Goff仍对冰淇淋充满热情。他旅行时喜欢观察不同国家的冰淇淋市场,并将发现分享给学生和同行。他说,冰淇淋不仅仅是一种甜品,更是一种与科学和乐趣紧密相连的文化体验。
继续探索冰淇淋的奥秘,也许下一个突破将颠覆你对这份甜点的认知。
本文译自 Physics World,由 BALI 编辑发布。
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