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美味的烘焙與科學(xué)實(shí)驗(yàn)有什么共同之處?
今天,32歲的計(jì)量學(xué)研究者拉胡爾·曼達(dá)爾(Rahul Mandal)解釋了烘焙為何是物理、化學(xué)與生物學(xué)的完美結(jié)合,講述了科學(xué)思維如何幫助他成為烘焙達(dá)人,并贏得2018年英國烘焙大賽冠軍。一直以來,我都對烘焙非常感興趣,不僅因?yàn)槲蚁矚g吃東西,也因?yàn)槲蚁矚g為別人準(zhǔn)備食物。一代又一代人付出了大量精力、情感和熱情,致力于讓食物變得美味可口。當(dāng)人們歡聚一堂之時,一席人的焦點(diǎn)幾乎永遠(yuǎn)是食物。我熱衷的另一項(xiàng)事業(yè)是科學(xué)。我對科學(xué)的熱愛來源于我喜歡質(zhì)疑的天性,加上我有一開口就能滔滔不絕幾個小時的本事,所以我父母總是應(yīng)對不暇。當(dāng)我還是個小孩的時候,對雨非常著迷。在印度,下雨是件大事,特別是在季風(fēng)季節(jié),炎炎夏日的熱浪過后,雨水是愜意舒適生活的預(yù)兆。我總是很好奇雨水來自何方。我那時渾然不知?dú)饣罄淠纬稍频乃诤姹褐幸惨运魵獾男螒B(tài)擔(dān)當(dāng)著讓面包膨起,讓油酥糕點(diǎn)變得松軟的重任。拉胡爾·曼爾達(dá)(Rahul Mandal)是烘焙師,也是工程學(xué)研究者,現(xiàn)為英國謝菲爾德大學(xué)核先進(jìn)制造研究所的助理研究員,專業(yè)是工程組件的光學(xué)測量,英國 Channel 4 電視臺2018年《英國烘焙大賽》節(jié)目的冠軍。對我來說,烘焙是物理、化學(xué)與生物學(xué)完美的結(jié)合。我們將各種可食用的化學(xué)物質(zhì)混合做出面團(tuán)或面糊,并讓其中充滿微小的氣泡,這所應(yīng)用的是化學(xué)原理。我們用酵母培養(yǎng)物產(chǎn)生的二氧化碳讓面包膨發(fā)起來,這是生物學(xué)原理發(fā)揮了作用。面團(tuán)和面糊里面的氣泡體積膨脹,讓烘焙食品體積變大,則是利用了物理原理。參加2018年的《英國烘焙大賽》對我來說是非常有意義的經(jīng)歷。除了來到比賽現(xiàn)場以外,有機(jī)會研究烘焙的科學(xué)原理、在幾百萬人面前做現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)都讓人無比興奮。烘焙和做其他實(shí)驗(yàn)一樣,理解原理是保證成品質(zhì)量的關(guān)鍵。烘焙前的設(shè)計(jì)和規(guī)劃至關(guān)重要,這一點(diǎn)也和在實(shí)驗(yàn)室中開展實(shí)驗(yàn)研究非常類似。你必須要認(rèn)真考慮每一個獨(dú)立變量,從原料的比例到廚房的環(huán)境,再到成品的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,所有這些因素都發(fā)揮著重要的作用。你甚至可以說,廚房就是人類最古老的實(shí)驗(yàn)室。
世界各地的人都會吃烘焙食品,其中最常見的是各種各樣的蛋糕、面包和餅干。在不同的國家和文化當(dāng)中,它們都是人們?nèi)粘o嬍车囊徊糠?。不過這些食物的具體形態(tài)會因?yàn)楫?dāng)?shù)毓任锓N類(包括小麥、玉米、大麥、燕麥、大米和一些其他谷物)、氣候和人們的生活方式的不同而有所變化。不過制作任何烘焙食品的第一步都是將谷物磨成粉,然后將谷物粉與液體物質(zhì)、油脂混合在一起形成膏狀、團(tuán)狀或糊狀的混合物。每種混合物都會產(chǎn)生不同類型和質(zhì)感的面包、蛋糕或餅干。作為 STEM 大使,我會定期去學(xué)校、參加活動,鼓勵年輕人提高科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)方面的技能,并從事相關(guān)工作。我進(jìn)行這一工作的方式就是向?qū)W生們講述烘焙背后的科學(xué)原理,給他們派發(fā)各種烘焙食品,并問他們相同的原料如何產(chǎn)出如此不同的食品。孩子們很快就會就會告訴你,蛋糕質(zhì)感膨松、柔軟、像海綿一樣,還很有彈性。面包也是松軟有彈性的,不過也有嚼勁。而餅干質(zhì)地扎實(shí),比較硬,可能還有嚼勁,容易碎。不同的烘焙食品都是由比例不同的面粉、油脂、糖和雞蛋做成的(見下表),這也是它們質(zhì)感不同的原因之一。另一方面原因在于其他原料的不同,比如蛋糕中的泡打粉和面包中的酵母,這些材料會讓混合物體積膨脹,產(chǎn)生充滿輕盈的海綿似的質(zhì)感。這兩方面因素對于讓面糊或面團(tuán)中富含二氧化碳都很重要。雖然維多利亞海綿蛋糕、布里歐修面包和餅干使用的基本原料類似(見上表),但是這三種后果烘焙食品的口感和味道完全不同。蛋糕(右上圖)是三種食物中最容易讓人發(fā)胖的,使用1:1:1的油脂、面粉、糖和雞蛋,所以質(zhì)地柔軟濕潤。布里歐修面包的質(zhì)地則更有嚼勁和彈性,因?yàn)槊鎴F(tuán)在反復(fù)揉捏的過程中形成了大量麩質(zhì)。餅干的質(zhì)地松脆,因?yàn)樵袭?dāng)中水分相對較少。這三種食物都很美味,但是原材料比例的不同(以及泡打粉、酵母等添加劑的作用)讓三者成為了截然不同的烘焙食品。
泡打粉是碳酸鈉和塔塔粉(酒石酸氫鉀)等無水酸性物質(zhì)的混合物。這種混合物在干燥狀態(tài)下,性質(zhì)不活潑,不會發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。但是如果泡打粉加到蛋糕面糊當(dāng)中時,其中的液體會讓泡打粉發(fā)生反應(yīng),生成大量微小的二氧化碳?xì)馀萏畛湓诿婧?dāng)中。為了讓二氧化碳的產(chǎn)生具有最大限度的靈活性,市售的泡打粉釋放二氧化碳分為兩個階段,也就是說在混合面糊和進(jìn)行烤制的時候都能產(chǎn)生二氧化碳。(有的烘焙配方要求使用自發(fā)粉而不需要使用泡打粉,其實(shí)這種自發(fā)粉當(dāng)中含有泡打粉,能夠在烘焙過程中讓面團(tuán)膨大。)另一種往蛋糕面糊里充入氣泡的方式要費(fèi)時費(fèi)力得多。這種方法叫做糖油攪打法(creaming method),也就是把黃油和糖混合起來攪打。在攪打的過程中,不斷有空氣混合到黃油和糖中,你會發(fā)現(xiàn)混合物的顏色逐漸變化,一開始混合物的顏色是和黃油一樣的金黃色,當(dāng)打發(fā)到位的時候會變成奶油質(zhì)感的乳白色。對于面包來說,讓面團(tuán)膨脹的方法跟上面說的不太一樣。面團(tuán)當(dāng)中的氣泡是酵母產(chǎn)生的。這是極為最常見的真菌,廣泛存在于空氣之中,我們常見的葡萄表面的白霜亦含有酵母菌。人類能夠安全食用的酵母其實(shí)只有少數(shù)幾種,它們被大量生產(chǎn)用于制作面包和釀造啤酒。把酵母加入面團(tuán)后,酵母會以面粉當(dāng)中的碳水化合物為養(yǎng)料,同時產(chǎn)生副產(chǎn)物二氧化碳,所以面團(tuán)在醒發(fā)的時候體積就會膨脹。對于制作柔軟膨松的烘焙食品來說,最重要的一點(diǎn)就是要在進(jìn)入烤爐之前讓它們內(nèi)部充入氣體。在高溫環(huán)境下,它們會發(fā)生神奇的事情(物理現(xiàn)象),面團(tuán)或者面糊就會搖身一變成為柔軟的面包或松軟的蛋糕。拉胡爾·曼爾達(dá)現(xiàn)為英國謝菲爾德大學(xué)核先進(jìn)制造研究所的助理研究員。圖源:https://www.sheffield.ac.uk
我們能夠?qū)⒖鞠洚?dāng)中發(fā)生的高溫反應(yīng)分成三個階段:膨脹、定型和上色。在膨脹階段,面團(tuán)或面糊的體積會達(dá)到最大。烤箱中的熱量會讓其中的氣體(空氣或二氧化碳)體積增大,正如查理定律所述,氣壓相同的條件下,理想氣體的體積與絕對溫度成正比。這樣我們就得到了烘焙食品熟悉的膨松質(zhì)感。除此之外,這個階段中,水分子開始蒸發(fā)形成水蒸氣,這也會讓面團(tuán)膨脹,讓烘焙食品的體積增大。在定型階段,雞蛋、面粉等成分開始形成烘焙食品的基本框架。蜷縮的蛋白分子開始變性或展開,凝結(jié)變硬。淀粉分子吸收水分后溶脹、分解形成膠體,也就是糊化。這兩者會讓蛋糕或面包內(nèi)擁有海綿樣的組織結(jié)構(gòu)。在最后的上色階段,食物的形狀穩(wěn)定下來。食物表面的蛋白質(zhì)和糖發(fā)生反應(yīng),形成漂亮的金棕色外表皮。這個過程就是美拉德反應(yīng)(Maillard Reaction),如果溫度更高也能夠產(chǎn)生焦糖化反應(yīng)。在不同的條件和原料組合下,美拉德反應(yīng)能夠生成數(shù)百種不同風(fēng)味的化合物,這種簡單的化學(xué)反應(yīng)同樣賦予了烘焙咖啡豆、煎烤肉類獨(dú)特的味道。
現(xiàn)在我們來聊聊更硬、更脆的烘焙食品——油酥糕點(diǎn)和餅干。這兩種食物和面包、蛋糕略有不同,不過基本原料還是非常類似的:面粉、油脂和水,有時候會加入雞蛋或糖。讓油酥糕點(diǎn)酥松膨脹的不是二氧化碳,而是水和油脂在焙烤過程中形成的水蒸氣。烘焙中用到的油脂一般都含有一定的水分,比如黃油當(dāng)中通常含有18-20%的水,而人造黃油的含水量大約是25%。在烤制過程中,水分蒸發(fā)會形成水蒸氣,隨著溫度升高水蒸氣的體積也會增加,讓面粉中的分子和層與層之間產(chǎn)生空隙。不同油酥糕點(diǎn)所含的黃油或油脂比例不同,會形成各有特色的奶油酥皮(shortcrust)、法蘭酥皮(flak ypastry)和千層酥(puff pastry)三種質(zhì)感(見下表)。奶油酥皮疏松易碎,以蛋撻為代表。制作它通常都要把面粉和黃油一起搓成面包屑狀,然后用一點(diǎn)水(有的食譜會用雞蛋或蛋黃)把面包屑一樣的粉揉成面團(tuán)。所有材料捏成團(tuán)后,面團(tuán)當(dāng)中包裹著分散來開的小團(tuán)的油脂。在烘烤過程中黃油融化,其中的水分蒸發(fā),形成小團(tuán)水蒸氣體積變大,讓小面塊彼此分開。于是就形成了這種點(diǎn)心松脆的質(zhì)地。法蘭酥皮的黃油用量比松脆油酥更多,以法式餡餅和腸仔包為代表。一般要把冷凍或冷藏的黃油擦碎揉進(jìn)面團(tuán)或者折疊到面團(tuán)里面-注意不要讓黃油融化在面團(tuán)里面,不然最后的成品就像奶油酥皮一樣了。烘烤時,油脂碎塊產(chǎn)生的水蒸氣會讓面團(tuán)的層與層之間分離,形成層層分明的質(zhì)感。千層酥的制作需要消耗大量時間精力(所以不用因?yàn)樽约嘿I半成品千層酥而不好意思,很多職業(yè)廚師也會這么做)。用面團(tuán)包裹住黃油后,反復(fù)將面團(tuán)折疊、搟平,最后形成許多非常薄的面餅層疊起來的結(jié)構(gòu)。烘烤過程中,黃油融化形成水蒸氣,讓一層一層的面餅相互分開,產(chǎn)生我們所看到的千層酥的結(jié)構(gòu)。泡芙是最復(fù)雜的油酥糕點(diǎn)。烘烤過程中,泡芙油酥能夠形成一層非常脆的外殼,內(nèi)部則是空心結(jié)構(gòu),可以填入美味的內(nèi)陷。要掌握這種油酥的制作,需要費(fèi)點(diǎn)工夫練習(xí)。做泡芙的要義是它要經(jīng)過兩次加熱。面粉在準(zhǔn)備揉成面團(tuán)的時候進(jìn)行了第一次加熱,烤制是第二次加熱。如果你去研究泡芙的配料,你會發(fā)現(xiàn)跟其他油酥糕點(diǎn)相比,它需要大量水分,幾乎是面粉體積的兩倍,并且還需要加入雞蛋。烘烤時,水分受熱形成水蒸氣,根據(jù)物理學(xué)定律,隨著溫度上升,水蒸氣的體積會變大,讓油酥面團(tuán)脹開,內(nèi)部形成空洞,而外部的面團(tuán)則形成脆殼。
我發(fā)現(xiàn),給年紀(jì)小的學(xué)生講烘焙中的科學(xué)很容易讓他們開始思考如何解釋現(xiàn)實(shí)生活中習(xí)以為常的現(xiàn)象。如果在講解科學(xué)知識的時候能吃些美味的食物,學(xué)習(xí)就變得更有吸引力了。在學(xué)校里,很多時候我們都忘了用有趣的方式把科學(xué)原理和它們的應(yīng)用結(jié)合起來講給學(xué)生。這導(dǎo)致學(xué)習(xí)變得枯燥無味,而這是完全不必要的,因?yàn)樗瑢W(xué)習(xí)科學(xué)的本意背道而馳。回想一下你小時候是如何學(xué)習(xí)加法的。大人會問你,假設(shè)你有兩塊糖,然后你的朋友又給了你兩塊糖,那么你現(xiàn)在有幾塊糖了呢?用糖來打比方可能讓你學(xué)得快了一些。同理,如果你想讓孩子對科學(xué)感興趣,想辦法讓他們發(fā)現(xiàn)科學(xué)與日常生活間意想不到的聯(lián)系,可能會大有裨益。要做到這一點(diǎn)也很簡單,比如引導(dǎo)他們思考一下泡茶的時候,燒水壺中的水會產(chǎn)生什么變化。或者更復(fù)雜一點(diǎn),比如巧克力變硬的原理就與冶金中的鋼鐵回火極為相似。在我所就職的謝菲爾德大學(xué)核先進(jìn)制造研究所最近舉辦的 STEM 活動中,我們讓孩子們動手試著利用巧克力進(jìn)行“焊接”-使用融化的巧克力把薄板做成箱子,然后測試它們能夠承受多大的破壞力。將烘焙和美食的樂趣與科學(xué)和工程相結(jié)合,能讓你更好地體會到兩個世界的美妙。▲本文為Physics World 專欄的第30篇。
版權(quán)聲明
原文標(biāo)題 “Ready,set,bake”,首發(fā)于2019年8月出版的Physics World,英國物理學(xué)會出版社授權(quán)《知識分子》翻譯。中文內(nèi)容僅供參考,一切內(nèi)容以英文原版為準(zhǔn)。未經(jīng)授權(quán)的翻譯是侵權(quán)行為,版權(quán)方將保留追究法律責(zé)任的權(quán)利。
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