人在心情烦闷时，常常喜欢吃份甜品来放松心情。当你品尝美味甜品时，是否思考过制作过程中的科学原理呢？比如为什么双皮奶不能放进微波炉里加热？巧克力为什么容易融化却很难再凝固？棉花糖如何形成非常细的糖丝？下面就让我们从物理学的角度去一探究竟吧。
part.1
窝蛋双皮奶为何在沉默中爆发
新闻曾报道一名女士被窝蛋双皮奶炸伤的消息，事后甜品店老板的回应是学徒把窝蛋打在双皮奶上之后放入微波炉加热了3分钟，比平常多1分钟所致。为什么多了1分钟就会爆炸呢？要搞明白这个问题，我们就得从双皮奶、窝蛋及加热工具说起。
窝蛋双皮奶是在隔水蒸双皮奶的阶段加上窝蛋
双皮奶是由牛奶、蛋清、白砂糖混合搅拌、隔水蒸的方式加工而成的表面质地细密、含水量高、香甜润口的胶状固体食物；窝蛋是鸡蛋的一种加工方法，即将没有打散的鸡蛋液直接放入炊具中煮熟或蒸熟。鸡蛋中的蛋黄有一半是水份，而蛋清则大部分都是水，蒸熟的窝蛋因其凝胶的特性而呈固态。窝蛋双皮奶是在隔水蒸双皮奶的阶段加上蛋黄，即当双皮奶凝固后放上蛋黄，再继续加热几分钟令蛋黄变色即可食用。
微波炉是用微波加热食品的烹饪器具，其原理是利用食物中的有机分子（如水分子H₂O）在微波场中吸收微波能量而使分子运动和摩擦加剧，宏观上的体现为食物温度升高。微波炉常用来热菜、解冻、烹饪、烘焙等，因其操作简单、加热均匀且快速、温度可调、烹调方式多样、营养流失少而深受人们的喜爱，但是如果微波炉使用不当也会发生危险。
为什么窝蛋打在双皮奶上之后放入微波炉加热会发生爆炸？原来，窝蛋双皮奶在微波炉中加热时，双皮奶和鸡蛋中的水分子将随微波场而运动，同时相邻分子间也会相互作用，产生了类似摩擦的现象，使水温升高，由此热量传递给其他的分子，使食物的温度升高。这种方式与火炉烧水不一样，不产生对流，因此水可能出现即使超过了沸点也不沸腾的现象，这时一部分液态水分子会汽化变成气态水分子，还有一部分液态水会产生极不稳定的过热水。
微波炉的原理是利用食物中的有机分子在微波场中吸收微波能量，而使分子运动和摩擦加剧
双皮奶表面有一层奶皮阻止了汽化的蒸汽逃散，以致其内部压力剧增；同时蛋黄的表面也有一层膜，其内部的温度也会过热，继而造成强大的表面压力，表面看起来平静的窝蛋双皮奶取出后一旦受到外界干扰或者温度的变化，窝蛋双皮奶中的高压气体、过热的水因剧烈汽化而迅速产生的水蒸气、由于扰动而沸腾的液体，都会在瞬间释放而导致爆炸，喷溅出来的气体和液体就会烫伤食用者的面容、颈、手等部位，造成伤害。
从前面的分析我们知道，放在微波炉内加热的食物，如果因为加热汽化所引起的内部压力得不到释放，那么这些食物都有爆炸的危险，所以用微波炉加热双皮奶本身就存在安全隐患。专家建议，所有带膜或壳的食物都不要放到微波炉中去烹饪，如果一定要用微波炉加热的话，那就要剥去壳，并将食物的膜戳破，并控制加热时间，这样才比较安全。
part.2
巧克力在融化与凝固间变幻
巧克力是一种以可可脂为连续相，糖、可可粉、乳制品、表面活性剂等为分散相的复杂多相分散体系，生活中我们会发现常温下处于固相的巧克力在接近体温的温度时会发生融化，但是液态巧克力在温度降到常温时却不能再次凝固，这是为什么呢？要了解巧克力的融化和凝固特性，就要从巧克力的主要成分可可脂和制作工艺说起。
可可脂是取自于可可豆的天然植物油，主要成分是甘油三酯，在巧克力中含量高达30%~40%，在巧克力固化的过程中液态可可脂结晶形成有规律的晶格，各种分散相被固定在晶格之间，形成口味甜美的固体食品。
可可豆中可提炼出天然植物油——可可脂
天然可可脂中的甘油三酯以多类型并存，在不同的结晶条件下有不同的晶型，具有同质多晶特性。现有的研究多认为可可脂的同质多晶型有6种，不同的晶型具有不同的分子排列，其热力学的稳定性依次递增，任何一种较高熔点的晶型均可以从较低熔点的晶型转化而来。
优质的巧克力中可可脂的晶型为Ⅴ型，具有最佳的硬脆性、口溶性及脱模性，正是可可脂中的Ⅴ型晶体确保了巧克力在室温时是固体而又很快在口中融化的独特魅力。如果要保证巧克力结构细腻，外表光亮，又能在常温下长期保持固态，不熔化，那么在巧克力的制作过程中需要进行调温(隔水加热,冷却降温、回温、冷却)，以尽可能消除低熔点的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型晶体，获得高熔点的Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ型晶体，通过控制适当的温度和时间使巧克力酱料中的可可脂形成尽可能多的Ⅴ型晶体。
在巧克力固化的过程中，液态可可脂结晶形成有规律的晶格
研究表明可可脂Ⅴ型晶体在21摄氏度时向Ⅵ型转变是十分缓慢的，但随着温度升高，这种转变将加速，当温度高于30摄氏度时，可可脂向Ⅵ型转变的可能性又会减少。可可脂Ⅴ型向Ⅵ型衍变过程中常伴随着霜花的出现，这时巧克力表面便会出现脂霜（白斑），失去了原有光泽，Ⅵ型晶体的可可脂熔点是36摄氏度左右，入口不能立刻融化,吃起来会有“味同嚼蜡”之感。因为VI型晶体才是最稳定的，所以霜化是不可避免的过程，我们所能做的是尽可能减缓起霜时间的到来，除了恒温（21±1摄氏度）、通风储藏外，目前普遍认为乳化剂对延缓起霜有重要作用。
从加工工艺来看，巧克力是由可可脂、可可粉、糖、乳制品和表面活性剂等经混合精磨、精炼、调温、浇模、冷冻固化成型、脱模等工序加工制得。成品巧克力是一种固态热敏性甜品，如果放在过热的环境下，巧克力中的可可脂就会发生融化，可可脂融化为液态时，所有的晶体形式都会消失，此时可可脂具有相同的液相。对于一般的化合物而言，开始融化的温度与凝固的温度是相同的，但是对于具有粘滞性并具有同质多晶现象的可可脂来说，开始凝固的温度低于开始融化的温度。这是一个相变滞后的问题，其滞后的温度与可可脂中甘油三酯的结构、乳化剂、分子之间的相溶性、搅拌速度等都有关系。
喜欢吃巧克力的朋友们除了喜欢巧克力的浓香丝滑外，还很享受巧克力入口时舌尖上凉爽的感觉，这是为什么呢？原来巧克力入口时从固相变为液相的过程需要从口腔、舌头上吸收热量，所以我们会感受到一种清凉之感。
part.3
棉花糖——神奇的分子甜品
棉花糖是孩子们喜爱的甜品，因蓬松轻盈、形似棉团而得名，它的神奇之处不仅在于其入口即化的口感，还在于我们能亲眼见证一小勺白糖是如何加工成一大团棉花糖的：一小勺白糖被加热融化成糖浆，放入高速旋转的转炉，糖水从很小的洞喷射出变成细细的糖丝，用竹签缠绕住喷射出来的糖丝，就会做出疏松多孔，具有一定弹性和韧性的棉花糖了。这个有趣的棉花糖制作过程中蕴含着什么样的科学原理呢？
棉花糖的制作主要利用白砂糖的物态变化及离心运动原理，其制作过程有两个关键的步骤，一是白砂糖的加热，二是让糖浆在高速旋转的过程中喷出小孔。我们知道物质是由大量的分子组成，分子之间存在着相互作用力，分子做着无规则的运动，当分子只能在平衡位置振动，不能移动时，物质为固态；当分子除了在平衡位置振动外，还能平移运动，这时物质处于液态。物质由固态变为液态时会吸收热量，由液态变为固态时会放出热量。常温下白砂糖是颜色洁白，甜味纯正的结晶状颗粒，加热后白砂糖吸收热量，由固态转化为液态；冷却后液态糖浆放出热量，转化为固态。
白砂糖被加热融化成糖浆，放入高速旋转的转炉，糖水从很小的洞喷射出变成细细的糖丝
棉花糖制作机的核心部件就是一个能高速旋转的出糖器（包括容糖器和筛网），将一小勺白砂糖放入容糖器中加热，白砂糖吸收热量，转变为糖浆，之后糖浆会随着旋转着的出糖器做圆周运动，随着旋转速度越来越快，容糖器里的糖浆会做离心运动紧压出糖器上的筛网，由于惯性，糖浆会从筛网的孔中甩飞出来，因为甩出的糖液与周边的空气有着较大的温度差，所以被甩出去的糖液会迅速放出热量，加之筛网的孔径足够细小（30~50微米），所以被甩飞的糖液会瞬间凝结成固态的糖丝，就像一丝丝“棉絮”，这时我们再用竹签轻轻地缠绕，就会越缠越大，最后变成雪白蓬松的棉花糖。
如果在糖浆中加入色素，棉花糖就是彩色的，当然还可以在缠绕糖丝的过程中发挥想象力，缠绕出不同造型的棉花糖。看起来体积庞大的棉花糖实际上里面充满了空气，其原料也不过是一两勺糖，让我们能用很少的糖量就能品尝到很甜的味道。
如果在糖浆中加入色素，棉花糖就是彩色的，当然还可以在缠绕糖丝的过程中发挥想象力，缠绕出不同造型的棉花糖
棉花糖是一个神奇的甜品，在我们品尝着棉花糖、好奇着棉花糖的工作原理的时候，科学家们却把棉花糖机搬进了实验室。
美国范德比尔特大学的机械工程助理教授莱昂·贝兰发现棉花糖机在离心旋转的过程中，被甩出的糖丝不仅蓬松而且呈现超细纤维的状态，这就像人体的毛细血管，研究人员认为这可能是构建和维持超细纤维网络的关键，可以用来在其他材料中制造通道结构，构建毛细血管系统。
贝兰和他的研究团队已经证明，可以使用这个简单的技术来创造一种3D微流体网络，使得活细胞能够在体外存活一周。没想到甜品制作的科学原理还能运用在领先的科技领域，相信生活中的很多科学原理也能给你带去更多启发。
来源：知识就是力量
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来源： 中科院物理所
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