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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配合之处。
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系，厨房则是人类最陈旧的实验室。鄙人面这篇文章中，32岁的曼达尔讲述了科学脑筋若何匡助他成为烘焙达人，并博得2018年英国烘焙大赛冠军。一向以来，我都对烘焙非常感乐趣，不光因为我喜欢吃器材，也因为我喜欢为别人预备食物。一代又一代人支付了大量精神、感情和热情，致力于让食物变得厚味可口。当人们团聚一堂之时，一席人的核心几乎永远是食物。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本性，加上我有一启齿就能滚滚不停几个小时的本领，所以我怙恃老是应对不暇。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，稀奇是在季风季候，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进步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系。我们将各类可食用的化学物质夹杂做出头团或面糊，并让个中布满微小的气泡，这所应用的是化学道理。我们用酵母培育物发生的二氧化碳让面包膨提议来，这是生物学道理施展了感化。面团和面糊里面的气泡体积膨胀，让烘焙食品体积变大，则是行使了物理道理。列入2018年的《英国烘焙大赛》对我来说是非常有意义的履历。除了来到竞赛现场以外，有机会研究烘焙的科学道理、在几百万人眼前做现场实验都让人无比兴奋。烘焙和做其他实验一般，懂得道理是包管制品质量的要害。烘焙前的设计和规划至关主要，这一点也和在实验室中开展实验研究非常雷同。你必需要卖力考虑每一个自力变量，从原料的比例到厨房的情况，再到制品的构造不乱性，所有这些身分都施展着主要的感化。
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。在分歧的国度和文化傍边，它们都是人们平常饮食的一部门。不外这些食物的具体形态会因为本地谷物种类（包罗小麦、玉米、大麦、燕麦、大米和一些其他谷物）、天气和人们的生活体式的分歧而有所转变。不外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、油脂夹杂在一路形成膏状、团状或糊状的夹杂物。每种夹杂物都邑发生分歧类型和质感的面包、蛋糕或饼干。作为 STEM 大使，我会按期去学校、列入运动，鼓励年青年头人提高科学、手艺、工程和数学方面的花样，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道理，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分歧的食品。孩子们很快就会就会敷陈你，蛋糕质感膨松、柔软、像海绵一般，还很有弹性。面包也是松软有弹性的，不外也有嚼劲。而饼干质地扎实，对照硬，或者还有嚼劲，轻易碎。分歧的烘焙食品都是由比例分歧的面粉、油脂、糖和鸡蛋做成的（见下表），这也是它们质感分歧的原因之一。另一方面原因在于其他原料的分歧，好比蛋糕中的泡打粉和面包中的酵母，这些材料会让夹杂物体积膨胀，发生布满轻盈的海绵似的质感。这两方面身分对于让面糊或面团中富含二氧化碳都很主要。固然维多利亚海绵蛋糕、布里欧修面包和饼干使用的根基原料雷同（见上表），然则这三种后果烘焙食品的口感和味道完全分歧。蛋糕（右上图）是三种食物中最轻易让人发胖的，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，因为面团在频频揉捏的过程中形成了大量麸质。这三种食物都很厚味，然则原材料比例的分歧（以及泡打粉、酵母等添加剂的感化）让三者成为了判然不同的烘焙食品。
泡打粉是碳酸钠和塔塔粉（酒石酸氢钾）等无水酸性物质的夹杂物。这种夹杂物在干燥状况下，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天真性，市售的泡打粉释放二氧化碳分为两个阶段，也就是说在夹杂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，可以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苦得多。这种方式叫做糖油搅打法（creaming method），也就是把黄油和糖夹杂起来搅打。在搅打的过程中，络续有空气夹杂到黄油和糖中，你会发现夹杂物的颜色逐渐转变，一起头夹杂物的颜色是和黄油一般的金..，当打发到位的时候会酿成奶油质感的乳白色。对于面包来说，让面团膨胀的方式跟上面说的不太一般。面团傍边的气泡是酵母发生的。这是极为最常见的真菌，普遍存在于空气之中，我们常见的葡萄外观的白霜亦含有酵母菌。人类可以平安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。把酵母到场面团后，酵母会以面粉傍边的碳水化合物为养料，同时发生副产品二氧化碳，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，最主要的一点就是要在进入烤炉之前让它们内部充入气体。在高温情况下，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酿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进步制造研究所的助理研究员。图源：https://www.sheffield.ac.uk
我们可以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。如许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基框架。蜷缩的卵白分子起头变性或睁开，凝聚变硬。淀粉分子接收水分后溶胀、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构造。在最后的上色阶段，食物的外形不乱下来。食物外观的卵白质和糖发生回响，形成时兴的金棕色外表皮。这个过程就是美拉德回响（Maillard Reaction），若是温度更高也可以发生焦糖化回响。在分歧的前提和原料组合下，美拉德回响可以生成数百种分歧风味的化合物，这种简洁的化学回响同样付与了烘焙咖啡豆、煎烤肉类奇特的味道。
如今我们来聊聊更硬、更脆的烘焙食品——油酥糕点和饼干。这两种食物和面包、蛋糕略有分歧，不外根基原料照样非常雷同的：面粉、油脂和水，有时候会到场鸡蛋或糖。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样都含有必然的水分，好比黄油傍边平日含有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闲暇。分歧油酥糕点所含的黄油或油脂比例分歧，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。建造它平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）把面包屑一般的粉揉成面团。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，以轨范馅饼和肠仔包为代表。一样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-注重不要让黄油融化在面团里面，否则最后的制品就像奶油酥皮一般了。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（所以不消因为本身买半制品千层酥而欠好意思，好多职业厨师也会这么做）。用面团包裹住黄油后，频频将面团折叠、擀平，最后形成很多非常薄的面饼层叠起来的构造。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构造。泡芙是最复杂的油酥糕点。烘烤过程中，泡芙油酥可以形成一层非常脆的外壳，内部则是空心构造，能够填入厚味的内陷。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比拟，它需要大量水分，几乎是面粉体积的两倍，而且还需要到场鸡蛋。烘烤时，水分受热形成水蒸气，凭据物理学定律，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轻易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，好多时候我们都忘了用有趣的体式把科学道理和它们的应用连系起来讲给学生。这导致进修变得死板无味，而这是完全不需要的，因为它同窗习科学的本意南辕北辙。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，那么你如今有几块糖了呢？用糖来打譬喻或者让你学得快了一些。同理，若是你想让孩子对科学感乐趣，想法子让他们发现科学与平常生活间意想不到的关联，或者会大有裨益。要做到这一点也很简洁，好比指导他们思虑一下沏茶的时候，烧水壶中的水会发生什么转变。或许更复杂一点，好比巧克力变硬的道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进步制造研究所比来举办的 STEM 运动中，我们让孩子们着手试着行使巧克力进行“焊接”-使用融化的巧克利巴薄板做成箱子，然后测试它们可以承受多大的损坏力。将烘焙和美食的情趣与科学和工程相连系，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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原文题目 “Ready，set，bake”，首发于2019年8月出书的Physics World，英国物理学会出书社授权《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，版权方将保留穷究司法责任的权力。
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