潮人新知|为什么海拔3000米以上,就吃不到口感丝滑的冰淇淋了?
文/苗园柯
(资料图)
大热天,少不了要吃几口冰淇淋。与普通的冰棍相比,冰淇淋显然也更加美味。你有没有想过,为什么冰淇淋的口感会如此神奇?
制作冰淇淋的过程,原来充满了许多奇妙的物理、化学原理,甚至和矿石的形成过程、动植物抗寒的原理、森林再生的规律,都有千丝万缕的联系。
冰淇淋微观结构与花岗岩无异?
冰淇淋其实是由冰晶、奶油和空气奇妙组合而成,它甜腻而清爽,软糯又润滑。
其中水占据了冰淇淋总质量的60%-72%,只不过它们是以小冰晶的形式存在。除此之外,冰淇淋就只有8%-10%是美味的油脂,另外25%-50%只是空气。
冰淇淋中冰晶的尺寸是决定冰淇淋顺滑口感的关键因素。如果冰晶太大,吃起来就会像嚼冰碴儿一样,再大一些,冰淇淋更变成了冰沙。只有小到细胞尺寸的小冰晶,才能产生丝滑的口感。
那么需要什么样的条件,才能让水凝固成如此之小的冰晶呢?
先来看一些岩石。岩石主要由石英(二氧化硅)等矿物质组成,而冰和石英一样都是晶体,所以如果在显微镜下观察冰淇淋的微观结构,就会发现,它和地球岩浆冷却后形成的一块花岗岩结构上没有太大区别。
炽热的岩浆来到地表时,冷却速度越快,岩石中矿物晶体的尺寸就越小。比如,从火山直接喷发出来的熔岩会迅速形成火山岩,其中包含的矿物晶体往往非常小。
所以,要得到微小冰晶,可以用快速冷却的方法。
现在流行的液氮冰淇淋的原理,就是加快冷冻过程,让冰晶尺寸尽可能小。传统方法制作的冰淇淋,冰晶只能达到几微米的量级,而用零下196℃的液氮制造冰淇淋,内部的冰晶就可以达到几纳米的量级。
现在知道为什么我们用家里的冰箱永远做不出美味的冰淇淋,只能冻出一大块冰了吧。
让冰晶细滑的过程跟森林再生同理?
当然,获得微小冰晶的方法并不止快速冷却这一种。
在冰淇淋的生产工艺中,第一个步骤叫动态冷冻,也就是边搅拌边冷冻。
在这个过程中,冰晶会不停地聚集在搅拌器内壁,搅拌器要迅速把内壁的冰晶刮下来,和其他冰淇淋搅拌到一起——两次刮削的时间间隔非常短,只有0.1秒。如此迅速的操作可以防止冰晶一直长大。
不仅如此,刮下来的冰晶被打散之后还可以成为新的晶核,供其他水分子附着在上面长出更多冰晶。这样一来,冰淇淋中的晶核数量却在不断增加,水分子的数量会不断减少,大量的晶核竞争有限的水分子,结果就是,晶核没有机会长成冰碴儿了。
这个过程其实和森林再生的原理非常相似。
当森林遭到外部力量侵袭,比如人类砍伐活动、一场大的野火或者飓风等自然灾害,很多树木会消失不见,森林中便会留下空缺位置,新小树苗会长出来,但这一小片土地的能够提供的资源有限,这一茬树苗的生长速度就会非常慢,就像刮下来的冰晶一样很难长大。只有强壮的树苗才能重新长成大树。
同理,制造“水分子竞争”令冰晶难以长大,就是令冰淇淋产生丝滑口感的关键。
冰淇淋用上了耐寒动植物的保命神器?
你有没有试过,三伏天去买冰淇淋,运输过程中它们可能会融化,放进冰箱后重新凝固,再拿出来吃的时候,口感会远远不如刚买回来时的好。
其实冰淇淋也讲究“新鲜”。在运输过程中,冰淇淋中的冰晶会受热融化,然后再凝固形成更大的冰晶,结果冰淇淋就会像冰棍一样硬邦邦的。
事实上,每一次打开冰箱门,冰箱里的冰淇淋都会融化一点点,反复几次之后,它们的口感也会下降。为了保证它们的美味,人们便在制作冰淇淋时添加稳定剂,减缓液态水分子在冰淇淋混合物中的运动,使冰淇淋长时间保持稳定。
而那些生活在寒冷的野生动植物早就在用这种“稳定剂”了。
生活在温度低于零摄氏度的极寒环境的动植物,为了保持体液不结冰,它们体内通常含有一种抗冻蛋白,可以吸附到冰核表面,阻止水分子聚过来,这样冰晶就没法继续生长,生物体也得以避免低温下细胞损伤甚至死亡的厄运。
抗冻蛋白最初是在极地冰水中的鱼类身上发现的,后来人们发现,它也可以在实验室中用基因编辑酵母来合成。如今,抗冻蛋白作为食品添加剂已被应用于冰淇淋。
物理、化学齐上阵
冰淇淋的主要成分除了水,还有奶油、牛奶中的油脂。但我们知道,油和水是无法相互溶解的,即使混到一起也会很快分层。但冰淇淋中的水和油脂为什么混合得如此完美?答案还是在冰淇淋的微观结构中。
拌沙拉常用的油醋汁,一般由三份油和一份醋组成。油和醋原本并不相溶,但只要放在一起疯狂搅拌,油最终会分解成微小的球形油滴,均匀分散到醋中,形成乳浊液。
乳浊液是两种不相溶液体形成的均匀混合物,大多数都不稳定,放置久了,两种液体还是会分层。但也存在稳定的乳浊液,比如牛奶和椰浆,无论等待多久,始终可以保持混合状态。
这是因为牛奶中含有天然乳化蛋白,这些蛋白的分子结构一头亲水,一头亲油,可以降低油和水之间的表面张力,将一个个小油滴包裹在里面,使它们难以聚集,结果看起来就是油溶在水里了。
不过光靠牛奶中自带的天然乳化蛋白,还不足以让冰淇淋保持长时间稳定。一般来说,制作冰淇淋时,还会额外加入卵磷脂、酪蛋白等乳化剂,帮助冰淇淋中的水和油脂更稳定地保持乳浊液状态。卵磷脂不光是优秀的乳化剂,也是一种起泡剂。
冰淇淋中空气的体积通常可达25%-50%,这样吃起来才会有更蓬松的口感。和乳化剂的原理类似,起泡剂也可以降低液体的表面张力,让空气更容易被液体包裹起来。所以,冰淇淋中的气泡其实就像一大群被冷冻起来的微小肥皂泡。
有个有趣的“冷知识”:冰淇淋可以存在的最高海拔是3000米。因为超过这个海拔高度,由于大气压过低,冰淇淋中的气泡就会膨胀破裂,最后整个冰淇淋就会坍缩到一半体积,成为坚硬的冷冻奶油加冰混合物。
最后,借用费曼在《费曼物理学讲义》中的一句话:整个宇宙存在于一杯葡萄酒中。
他说:“如果我们足够细致地观察一杯葡萄酒,确实可以见到整个宇宙……它分为几个部分:物理学、生物学、地质学、天文学、心理学,等等,但大自然是不知道这一切的。”或许,我们也可以说,一支冰淇淋中也存在着一个宇宙。(更多新闻资讯,请关注羊城派 pai.ycwb.com)
(来源 科学辟谣)
来源 | 羊城晚报·羊城派责编 | 易芝娜校对 | 黎松青
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