嗶普星人

冰激凌的繽紛口味和絲滑口感令人陶醉，而其獨(dú)特美味質(zhì)地背后的物理化學(xué)過(guò)程更是奇妙得令人心醉——如果用科學(xué)眼光審視它，你會(huì)發(fā)現(xiàn)冰激凌擁有與森林恢復(fù)、巖石形成或動(dòng)物在低溫環(huán)境下生存等現(xiàn)象類(lèi)似的理化本質(zhì)。

越快冷凍，越小冰晶，越享絲滑

水是冰激凌的主要成分之一，大多以微觀冰晶的形式存在。這些晶體的尺寸對(duì)冰激凌的品質(zhì)有重要影響。大晶體會(huì)造成顆粒狀的質(zhì)地，而較小的晶體（與血細(xì)胞一般大）則可帶來(lái)天鵝絨般光滑的口感。

那么，冰激凌制造商如何防止小的冰晶長(zhǎng)成直徑十幾微米以上的大家伙呢？

冰是一種礦物質(zhì)，就像石英和石墨那樣的礦物質(zhì)，因此在某些方面，它的行為也呈現(xiàn)出礦物的特點(diǎn)。在顯微鏡下觀察冰激凌與觀察花崗巖或其他由巖漿冷卻形成的巖石，也并沒(méi)有什么不同。當(dāng)巖漿凝固為礦物時(shí)，礦物內(nèi)的晶體部分可提供有關(guān)它們形成條件的某些線(xiàn)索——濃厚黏稠的巖漿在地下緩慢冷卻，使晶體得以充分生長(zhǎng);而地表處的稀薄熔巖冷卻和硬化的速度要快得多，最后形成了晶體較小的巖石。

甜味劑和穩(wěn)定劑會(huì)讓冰激凌變濃稠，進(jìn)而放緩晶體生長(zhǎng)的速度，加快冷凍過(guò)程可使晶體保持較小的尺寸。

多年來(lái)，越來(lái)越多的人選擇通過(guò)添加液氮的方式來(lái)冷凍冰激凌，因?yàn)橐旱獞{借其極低的溫度可在短短幾分鐘內(nèi)制作出絲滑的冰激凌。

造林之毒藥，造冰激凌之蜜糖

另一種延阻晶體生長(zhǎng)的方法是當(dāng)它們開(kāi)始在攪拌容器中形成時(shí)將其切碎。冰激凌制作的第一階段被稱(chēng)為動(dòng)態(tài)冷凍，在此期間，攪拌器會(huì)不斷從桶壁上刮下新形成的晶體，把它們攪至混合物中。這不僅會(huì)阻止內(nèi)壁上的晶體變厚，還能產(chǎn)生更多的晶核，而晶核又會(huì)吸引液態(tài)水分子在其上凍結(jié)成冰。

你可以這樣來(lái)理解，所有這些較小的晶體現(xiàn)在都在相互競(jìng)爭(zhēng)剩余的水分子，因此它們都難以長(zhǎng)得很大。

這個(gè)過(guò)程與樹(shù)林恢復(fù)過(guò)程非常相似。如果有一大片樹(shù)木被砍伐、燒毀或吹倒，那么，新生的樹(shù)苗會(huì)以均勻的速度在原地密集生長(zhǎng)。那些較弱的個(gè)體可能需要幾十年的時(shí)間才會(huì)死光，并為更強(qiáng)大的個(gè)體騰出空間和資源。與此同時(shí)，由于過(guò)度密集的樹(shù)木爭(zhēng)奪有限資源，森林的“二次生長(zhǎng)”會(huì)受阻。

就森林來(lái)說(shuō)，生長(zhǎng)緩慢和大小各異的生態(tài)系統(tǒng)往往才更健康。但對(duì)于冰激凌而言，各方實(shí)力均一的競(jìng)爭(zhēng)式生長(zhǎng)才是制造絲滑質(zhì)地的關(guān)鍵。

從動(dòng)物中尋找“抗凍蛋白”

冰激凌制作完成后，最好一口氣吃完。假若沒(méi)法全部吃掉，就必須把它們儲(chǔ)存起來(lái)，有時(shí)儲(chǔ)存時(shí)間長(zhǎng)達(dá)數(shù)周或數(shù)月。在此期間，冰激凌的溫度可能會(huì)隨著冷凍柜門(mén)的打開(kāi)和關(guān)閉而波動(dòng)——如果它融化了一點(diǎn)點(diǎn)，冰就會(huì)重新結(jié)晶，并隨著時(shí)間推移而產(chǎn)生更大的晶體，其結(jié)果就是它的冰塊感極強(qiáng)。遭遇冰箱“抗議”的你才可能收獲這笑中帶淚的體驗(yàn)。

增稠劑和穩(wěn)定劑可以減緩冰激凌混合物中液態(tài)水分子的運(yùn)動(dòng)，令其長(zhǎng)時(shí)間保持平穩(wěn)運(yùn)行。要是這還不夠，冰激凌制造商可能會(huì)向野生動(dòng)物尋求幫助。

某些種類(lèi)的青蛙、昆蟲(chóng)和植物體內(nèi)存在抗凍蛋白，這幫助它們得以在寒冷條件下生存：這些蛋白質(zhì)一旦形成，就會(huì)包圍冰晶并與其結(jié)合，如此一來(lái)，便可阻止液態(tài)水分子與剛開(kāi)始發(fā)展的晶體結(jié)合?？箖龅鞍啄軒椭矬w避免細(xì)胞損傷甚至死亡。

抗凍蛋白最初在冷水魚(yú)類(lèi)體內(nèi)發(fā)現(xiàn)。之后，研究人員在實(shí)驗(yàn)室中通過(guò)轉(zhuǎn)基因酵母合成了它?，F(xiàn)在，冰激凌制造商將抗凍蛋白應(yīng)用到了美食領(lǐng)域，用以抑制冰的重結(jié)晶。

冰乳交融不分層，乳化蛋白立大功

油和水互相排斥，那為什么冰激凌（主要是冰和乳脂的混合物）不會(huì)分成兩層？答案可以從它的微觀結(jié)構(gòu)中找到。

當(dāng)你搖晃一個(gè)裝有油和醋的瓶子，里頭的油會(huì)分解成小的球形液滴，如果不受干擾，油滴最終會(huì)在表面聚結(jié)成一層。但要是通過(guò)劇烈搖晃快速混合這兩種液體，它們似乎會(huì)合二為一變成乳濁液，即由兩種不相溶的液體所組成的分散系——一種液體以小液滴的形式分散在另外一種液體之中。

大多數(shù)不相溶的混合物在熱力學(xué)上不穩(wěn)定，這意味著它們最終會(huì)回歸到一種更簡(jiǎn)單、更有組織的結(jié)構(gòu)：一種液體位于另一種液體之上。但穩(wěn)定的乳濁液（例如穩(wěn)定的椰子水或均質(zhì)牛奶）其實(shí)有所不同，不管你等多久，油脂都不會(huì)升至上方。

這些水包油物質(zhì)之所以能保持均勻分散，部分原因在于它們含有天然乳化蛋白，其作用與防凍蛋白相似。乳化蛋白并不與冰結(jié)合，而是纏住脂肪液滴，并降低兩種液體之間的張力，防止脂肪聚集成層。

乳蛋白能使整個(gè)冰激凌體系保持相對(duì)穩(wěn)定。不過(guò)，通常來(lái)說(shuō)，冰激凌還需要額外的乳化劑，例如卵磷脂或酪蛋白，來(lái)幫助另一主要成分留在混合物中，那便是空氣。

微小的氣泡可令冰激凌更易于舀取和保持形狀（軟冰激凌），當(dāng)然前提是它們始終維持微小的尺寸且均勻分布于脂肪和冰塊中。

濕潤(rùn)大雪花，干燥小冰晶

自然形成的冰有多種多樣的形狀和尺寸，從空心柱狀或針狀到薄片狀和“子彈玫瑰形”——無(wú)論它們形貌如何，其主要決定因素都是晶體在形成過(guò)程中周?chē)臐穸群蜏囟?，較高的濕度會(huì)帶來(lái)更大且更精細(xì)的雪片。

上述這些類(lèi)型晶體的生長(zhǎng)成形大多都需要足夠的時(shí)間、空間以及潮濕空氣，而冰激凌攪拌器無(wú)法提供這些，所以冰激凌晶體更像是在非常寒冷干燥的條件下形成的簡(jiǎn)單棱柱狀或薄片狀晶體。此外，攪拌器的持續(xù)運(yùn)動(dòng)就像海洋磨損砂粒一般磨損晶體，進(jìn)而產(chǎn)生微小的不規(guī)則顆粒。

無(wú)論是冰激凌的制作、地球內(nèi)部的巖石形成還是天氣的變化，地球上所有自然過(guò)程的本質(zhì)都由相同的物理和化學(xué)過(guò)程控制。我們?nèi)绻私馕锢砗突瘜W(xué)，就能理解這個(gè)世界，也可以創(chuàng)造出更棒的冰激凌。