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- 导 读 -
今日中秋，我们来聊聊厚味的烘焙与科学实验有何合营之处。
计量学研究者拉胡尔·曼达尔（Rahul Mandal）认为，烘焙乃物理、化学与生物学的完美连络，厨房则是人类最陈旧的实验室。不才面这篇文章中，32岁的曼达尔讲述了科学脑子脑壳若何匡助他成为烘焙达人，并博得2018年英国烘焙大赛冠军。一贯以来，我都对烘焙非常感情趣，不单因为我喜欢吃器材，也因为我喜欢为别人预备食物。一代又一代人支出了大量精神、情绪和热情，致力于让食物变得厚味可口。当人们团聚一堂之时，一席人的焦点几乎永远是食物。我热衷的另一项事业是科学。我对科学的热爱起原于我喜欢质疑的个性，加上我有一启齿就能滔滔一直几个小时的手腕，所以我父母老是应对不暇。当我照样个小孩的时候，对雨非常入神。在印度，下雨是件大事，稀奇是在季风时令，炎炎夏日的热浪事后，雨水是惬心舒适生活的预兆。我老是很好奇雨水来自何方。我那时浑然不知气化后冷凝形成云的水，在烘焙中也以水蒸气的形态经受着让面包膨起，让油酥糕点变得松软的重任。拉胡尔·曼尔达（Rahul Mandal）是烘焙师，也是工程学研究者，现为英国谢菲尔德大学核提高制造研究所的助理研究员，专业是工程组件的光学测量，英国 Channel 4 电视台2018年《英国烘焙大赛》节目的冠军。对我来说，烘焙是物理、化学与生物学完美的连络。我们将各类可食用的化学物质同化做出面团或面糊，并让个中布满微小的气泡，这所应用的是化学事理。我们用酵母培养物发生的二氧化碳让面包膨提议来，这是生物学事理施展了浸染。面团和面糊里面的气泡体积膨胀，让烘焙食品体积变大，则是行使了物理事理。加入2018年的《英国烘焙大赛》对我来说是非常有意义的经验。除了来到角逐现场以外，有机会研究烘焙的科学事理、在几百万人面前做现场实验都让人无比兴奋。烘焙和做其他实验一样，懂得事理是保证成品质量的关键。烘焙前的设计和规划至关首要，这一点也和在实验室中开展实验研究非常相同。你必需要负责考虑每一个自力变量，从原料的比例到厨房的情形，再到成品的组织不乱性，所有这些成分都施展着首要的浸染。
世界各地的人都邑吃烘焙食品，个中最常见的是各类各样的蛋糕、面包和饼干。在不合的国度和文化傍边，它们都是人们平时饮食的一部门。不过这些食物的具体形态会因为内陆谷物种类（包括小麦、玉米、大麦、燕麦、大米和一些其他谷物）、天色和人们的生活体式的不合而有所改变。不过建造任何烘焙食品的第一步都是将谷物磨成粉，然后将谷物粉与液体物质、油脂同化在一路形成膏状、团状或糊状的同化物。每种同化物都邑发生不合类型和质感的面包、蛋糕或饼干。作为 STEM 大使，我会按期去学校、加入活动，鼓励年青年头人提高科学、手艺、工程和数学方面的名堂，并从事相关工作。我进行这一工作的体式就是向学生们讲述烘焙背后的科学事理，给他们派发各类烘焙食品，并问他们沟通的原料若何产出如斯不合的食品。孩子们很快就会就会敷陈你，蛋糕质感膨松、柔软、像海绵一样，还很有弹性。面包也是松软有弹性的，不过也有嚼劲。而饼干质地扎实，对照硬，或许还有嚼劲，随意碎。不合的烘焙食品都是由比例不合的面粉、油脂、糖和鸡蛋做成的（见下表），这也是它们质感不合的原因之一。另一方面原因在于其他原料的不合，比如蛋糕中的泡打粉和面包中的酵母，这些材料会让同化物体积膨胀，发生布满轻盈的海绵似的质感。这两方面成分对于让面糊或面团中富含二氧化碳都很首要。虽然维多利亚海绵蛋糕、布里欧修面包和饼干使用的根本原料相同（见上表），然则这三种后果烘焙食品的口感和味道完全不合。蛋糕（右上图）是三种食物中最随意让人发胖的，使用1:1:1的油脂、面粉、糖和鸡蛋，所以质地柔软湿润。布里欧修面包的质地则更有嚼劲和弹性，因为面团在一再揉捏的过程中形成了大量麸质。这三种食物都很厚味，然则原材料比例的不合（以及泡打粉、酵母等添加剂的浸染）让三者成为了迥然不同的烘焙食品。
泡打粉是碳酸钠和塔塔粉（酒石酸氢钾）等无水酸性物质的同化物。这种同化物在干燥状况下，性质不活跃，不会发生化学回响。然则若是泡打粉加到蛋糕面糊傍边时，个中的液体味让泡打粉发生回响，生成大量微小的二氧化碳气泡填充在面糊傍边。为了让二氧化碳的发生具有最大限度的无邪性，市售的泡打粉释放二氧化碳分为两个阶段，也就是说在同化面糊和进行烤制的时候都能发生二氧化碳。（有的烘焙配方要求使用自发粉而不需要使用泡打粉，其实这种自发粉傍边含有泡打粉，能够在烘焙过程中让面团膨大。）另一种往蛋糕面糊里充入气泡的体式要费时辛劳得多。这种体式叫做糖油搅打法（creaming method），也就是把黄油和糖同化起来搅打。在搅打的过程中，络续有空气同化到黄油和糖中，你会发现同化物的颜色逐渐改变，一路头同化物的颜色是和黄油一样的金..，当打发到位的时候会变成奶油质感的乳白色。对于面包来说，让面团膨胀的体式跟上面说的不太一样。面团傍边的气泡是酵母发生的。这是极为最常见的真菌，遍及存在于空气之中，我们常见的葡萄外观的白霜亦含有酵母菌。人类能够安然食用的酵母其实只有少数几种，它们被大量生产用于建造面包和酿造啤酒。把酵母参预面团后，酵母会以面粉傍边的碳水化合物为养料，同时发生副产物二氧化碳，所以面团在醒发的时候体积就会膨胀。对于建造柔软膨松的烘焙食品来说，最首要的一点就是要在进入烤炉之前让它们内部充入气体。在高温情形下，它们会发生神奇的事情（物理现象），面团或许面糊就会摇身一变成为柔软的面包或松软的蛋糕。拉胡尔·曼尔达现为英国谢菲尔德大学核提高制造研究所的助理研究员。图源：https://www.sheffield.ac.uk
我们能够将烤箱傍边发生的高温回响分成三个阶段：膨胀、定型和上色。在膨胀阶段，面团或面糊的体积会达到最大。烤箱中的热量会让个中的气体（空气或二氧化碳）体积增大，正如查理定律所述，气压沟通的前提下，幻想气体的体积与绝对温度成正比。这样我们就获得了烘焙食品熟悉的膨松质感。除此之外，这个阶段中，水分子起头蒸发形成水蒸气，这也会让面团膨胀，让烘焙食品的体积增大。在定型阶段，鸡蛋、面粉等成分隔始形成烘焙食品的根本框架。蜷缩的蛋白分子起头变性或展开，凝聚变硬。淀粉分子领受水分后溶胀、分化形成胶体，也就是糊化。这两者会让蛋糕或面包内拥有海绵样的组织组织。在最后的上色阶段，食物的外形不乱下来。食物外观的蛋白质和糖发生回响，形成时兴的金棕色外表皮。这个过程就是美拉德回响（Maillard Reaction），若是温度更高也能够发生焦糖化回响。在不合的前提和原料组合下，美拉德回响能够生成数百种不合风味的化合物，这种简练的化学回响同样授予了烘焙咖啡豆、煎烤肉类奇异的味道。
现在我们来聊聊更硬、更脆的烘焙食品——油酥糕点和饼干。这两种食物和面包、蛋糕略有不合，不过根本原料照样非常相同的：面粉、油脂和水，有时候会参预鸡蛋或糖。让油酥糕点酥松膨胀的不是二氧化碳，而是水和油脂在焙烤过程中形成的水蒸气。烘焙顶用到的油脂一般都含有必然的水分，比如黄油傍边常日含有18-20%的水，而人造黄油的含水量大约是25%。在烤制过程中，水分蒸发会形成水蒸气，跟着温度升高水蒸气的体积也会增加，让面粉中的分子和层与层之间发生休闲。不合油酥糕点所含的黄油或油脂比例不合，会形成各有特色的奶油酥皮（shortcrust）、法兰酥皮（flak ypastry）和千层酥（puff pastry）三种质感（见下表）。奶油酥皮疏松易碎，以蛋挞为代表。建造它常日都要把面粉和黄油一路搓成面包屑状，然后用一点水（有的食谱会用鸡蛋或蛋黄）把面包屑一样的粉揉成面团。所有材料捏成团后，面团傍边包裹着涣散来开的小团的油脂。在烘烤过程中黄油融化，个中的水分蒸发，形成小团水蒸气体积变大，让小面块彼此分隔。于是就形成了这种点心松脆的质地。法兰酥皮的黄油用量比松脆油酥更多，以法度馅饼和肠仔包为代表。一般要把冷冻或冷藏的黄油擦碎揉进面团或许折叠到面团里面-留意不要让黄油融化在面团里面，不然最后的成品就像奶油酥皮一样了。烘烤时，油脂碎块发生的水蒸气会让面团的层与层之间星散，形成层层分明的质感。千层酥的建造需要消费大量时间精神（所以不用因为自己买半成品千层酥而不好意思，多少职业厨师也会这么做）。用面团包裹住黄油后，一再将面团折叠、擀平，最后形成好多非常薄的面饼层叠起来的组织。烘烤过程中，黄油融化形成水蒸气，让一层一层的面饼互相分隔，发生我们所看到的千层酥的组织。泡芙是最复杂的油酥糕点。烘烤过程中，泡芙油酥能够形成一层非常脆的外壳，内部则是空心组织，可以填入厚味的内陷。要把握这种油酥的建造，需要费点功夫演习。做泡芙的要义是它要经由两次加热。面粉在预备揉成面团的时候进行了第一次加热，烤制是第二次加热。若是你去研究泡芙的配料，你会发现跟其他油酥糕点对比，它需要大量水分，几乎是面粉体积的两倍，并且还需要参预鸡蛋。烘烤时，水分受热形成水蒸气，凭证物理学定律，跟着温度上升，水蒸气的体积会变大，让油酥面团胀开，内部形成朴陋，而外部的面团则形成脆壳。
我发现，给年数小的学生讲烘焙中的科学很随意让他们起头思虑若何注释实际生活中习认为常的现象。若是在讲解科学常识的时候能吃些厚味的食物，进修就变得更有吸引力了。在学校里，多少时候我们都忘了用有趣的体式把科学事理和它们的应用连络起来讲给学生。这导致进修变得古板无味，而这是完全不需要的，因为它同窗习科学的本意各走各路。回忆一下你小时候是若何进修加法的。大人会问你，假设你有两块糖，然后你的同伙又给了你两块糖，那么你现在有几块糖了呢？用糖来打譬喻或许让你学得快了一些。同理，若是你想让孩子对科学感情趣，设法子让他们发现科学与平时生活间意想不到的关系，或许会大有裨益。要做到这一点也很简练，比如指导他们思虑一下泡茶的时候，烧水壶中的水会发生什么改变。或许更复杂一点，比如巧克力变硬的事理就与冶金中的钢铁回火极为相似。在我所就职的谢菲尔德大学核提高制造研究所比来举办的 STEM 活动中，我们让孩子们着手试着行使巧克力进行“焊接”-使用融化的巧克力把薄板做成箱子，然后测试它们能够承受多大的损坏力。将烘焙和美食的情趣与科学和工程相连络，能让你更好地体味到两个世界的美妙。
▲本文为Physics World 专栏的第30篇。
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原文问题 “Ready，set，bake”，首发于2019年8月出版的Physics World，英国物理学会出版社授权《常识分子》翻译。中文内容仅供参考，一切内容以英文原版为准。未经授权的翻译是侵权行为，版权方将保留深究司法责任的权力。
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