互动科普

胃口好极了!科学家们现在开始懂得厨师是如何完成他们的烹饪杰作的——并正在提出他们自己的合适的烹饪法意见。

人们对把科学应用到烹调技术上的兴趣日益增长。厨师们一度曾对将科学论证(更不用说实验室技术了)引入其厨房持怀疑态度，甚至是带有敌意。那个时代似乎已成为过去。然而，不管是在餐馆还是在家庭的厨房内，许多厨师仍然倾向继续忠实于豪华的烹饪传统以及他们学到的实践经验，而不去想知道这些经验为什么(甚至或者是否是真的)能保证得到最好的结果。因此，厨师们在加热蛋奶甜羹时为防止其凝固要加一小撮面粉；他们严格按照一定的程序来制作蛋奶酥：他们在其配方中通常不改变配料的比例，等等。或许是因为这个原因，烹饪中的迷信和无知老妇的愚蠢之谈仍很盛行。

既然音乐、绘画、雕塑及表演艺术是通过经验上的推敲和发现而繁荣起来的，那么对科学解释烹饪手艺的怀疑态度则更加令人惊奇。科学已经使艺术品的保护、复制和传播的技术得到大大改进，从而又导致更广泛的观众对这些艺术品的更好的欣赏。没有证据表明科学和技术已从各方面损害了创造力；它们甚至还可以促进创造力的成长。

我们认为使烹饪能手们了解可以促进其创造力的原理和技术是科学家的责任，就象他们以前对画家、作家以及音乐家所作的那样。这一进程的时机似乎已经成熟。物理学已经开始探索乳浊液、悬浮液、固态分散体和泡沫的性能——诺贝尔物理学奖获得者Pierre—Gi1Les de Gennes将它们称为“软物质”——而这些物质在烹饪中常常会出现。先进的结构化学现在可以解释诸如复杂的碳水化合物和蛋白质这样的大分子的行为。一些新的色谱分析法使分离产生气味的食物的组分成为可能。对许多古老而似乎是含糊不清的烹饪秘诀已经出现了科学的解释。

事实上，一门新的学科正在诞生：分子及物理美食学，有关食物及其欣赏的科学。我们很想提供一个由来自这一学科领域的发现所组成的小型盛宴——涉及到正餐前的开胃食物、主菜、正餐后的水果或甜食以及饮料——这种盛宴可能对厨师有实用价值和兴趣。我们的几个例子来自于首届国际分子及物理美食学会议上的讨论，这次专题讨论会是我们于1992年8月在西西里岛埃里切市组织举行的。

一个大众喜爱的头道菜，oeufdur mayonnaise(拌有蛋黄酱的煮得老的鸡蛋，以下简称“蛋黄酱拌鸡蛋”)，就给我们提供了一个检验乳浊液的分子及物理性质的机会。蛋黄酱、奶油、黄油以及鸡蛋黄油调汁都是乳浊液，在乳浊液中一种液体的液滴悬浮在另一种与之不互溶的液体中。

蛋黄酱由植物油，醋或柠檬汁，以及蛋黄组成。由于蛋黄的一半是水，因此蛋黄酱实际上是一种油在水中的乳浊液。通常，不管你如何搅动水和油的混合物，这两种组分都会明显分层。蛋黄酱之所以稳定是因为蛋黄中含有象卵磷脂这样的所谓表面活性分子。这些棒状分子的两端具有不同的性质：一端是亲水的(它对水有亲合力)，而另一端是疏水的(它要躲开水)。在蛋黄酱悬浮液中每个小油珠都至少覆盖着一层卵磷脂，这使其可以与这种水介质自由混合，因为亲水部分与水接触而疏水部分则与油接触。这些油滴不能快速聚合，因为从其表面伸出的亲水端通常会得到少量电荷因此会彼此排斥。

厨师们—般承认—个蛋黄可以乳化仅仅150到250毫升的油。然而这一比例只是一个粗略的低估值正如从事科学与烹调研究的一位作者Harold J，McGee所揭示的那样。已知一个蛋黄含有大约2克的卵磷脂并假定蛋黄酱中的油滴的直径为百分之一毫米，他就计算一个蛋黄可以稳定3．5升的油——大约是推荐数量的20倍。诀窍在于要做到加入足够的水、葡萄酒、醋或其它水溶液以使油滴分开。

McGec的研究工作显示出科学如何进入到烹饪过程的领域。我们并不想说人们应该放弃传统的惯例而采用“每3．5升一个蛋黄”的作法，但是这个可能会被人们忽略的知识在某些时候会证明是有用的。假设—位宴会上的客人想要—份蛋黄酱拌鸡蛋，但是你在贮藏的食品中只找到一个鸡蛋而设有蛋黄酱。你就可用—个皮下注射器从这个鸡蛋中吸取一毫升蛋黄，用它制成一汤匙蛋黄酱然后将剩下的鸡蛋煮老。

现在已经出现了某些担心，特别是在美国和英国，那就是怕吃到被致病的沙门氏菌属的细菌所污染的鸡蛋。例如，1988年l1月，英国卫生部的一位资历较浅的大臣夸大地宣称，英国生产的大多数鸡蛋都出现了沙门氏菌。在两个星期之内，鸡蛋的消费量下降了一半，而几位食品作家更是描绘了煮得很嫩的鸡蛋或松软的炒蛋没有前途的这样峙一个令人沮丧的未来。

我们中的一位(Kurti),他很想知道科学论证是否能避免这场灾难，他更仔细地考察了煮得很嫩的一鸡蛋的问题。[我们指出英国煮得很嫩的鸡蛋具有柔软然而凝固了的蛋白以及奶油般的蛋黄，与法国的三分钟的oeuf coque(带壳煮的溏心蛋)不同，后者倒不如说整个都是液态的。]他首次确定鸡蛋黄在大约62℃到65℃之间凝固而沙门氏菌属的生物在59℃温度的作用下超过几分钟就不可能存活。因此一种安全的做菜方法应保证蛋黄的温度不超过62℃但在59℃到61℃之间仍应保持至少6分钟的时间。

一个完整鸡蛋的蛋黄中心温度可以用一个热电偶测出，热电偶是种其输出电压随温度变化而变化的电传感器。一根优良的热电偶导线可以穿过用于皮下的注射针并固定在针尖处：这样．热电偶就可以用来与—个用摄氏度数标定的微伏表相连接。

这种仪器使得有可能提供一种方法将受污染的鸡蛋转变成安全的同时又煮得很嫩的鸡蛋。首先，将一一个60克重的鸡蛋放入正在沸腾的水中达3.5分钟之久。正如牛津大学的Richard Gardner和Rosa Beddington所指出的那样，这一浸没过程可以将蛋白煮到合适的稠度但是只把蛋黄的温度提高到约30℃。第二步，立即将鸡蛋转到一个60℃的水浴中。然后蛋黄的温度在下—个7．5分钟内会逐步升至59℃。Exeter公众卫生实验室的Thomas J．Humphrey已经证明，注入了一百万个沙门氏肠炎菌(Salmonella enteritidis)生物的鸡蛋经过总共18分钟的水煮后这样的处理就变得安全了。

能否有方法使生鸡蛋能安全地用于蛋黄酱和其它菜中呢?能，因为杀死沙门氏菌的温度在蛋黄凝固的温度之下。将蛋黄放在一个碗中，然后将碗放在一个62℃的水浴中大约15分钟，偶尔搅动一下蛋黄。或者，蛋黄酱也可以用煮得很老的鸡蛋黄在一些醋中加以稀释来制得(鸡蛋的凝固不会破坏卵磷脂)。事实上，大多数的法国烹饪书都推荐用煮得很老的鸡蛋黄来制作mayonnaise tartare(塔塔蛋黄酱)，它除了有醋、芥末、盐及胡椒等普通调味剂外还含有洋葱、刺山柑和草本五香料。

尽管取得了这些进展，但是某些用鸡蛋烹饪的秘密仍未解开。例如，在许多食物——蛋奶甜羹、萨白利昂(鸡蛋潘趣酒)以及用蛋黄加稠的各种各样的开胃的沙司(sauce)的制备过程中蛋黄必须在有另外-种液体存在的情况下被加热。然而，在很多情况下这些混合物在加热过程中会凝结。正如厨师们长期以来熟知的那样，一小撮面粉就可以避免这个问题。在埃里切，研究人员们讨论了厨师们采取的这一解决办法的机理。

凝结作用之所会发生是因为在水溶液中，来自蛋黄的长链蛋白质分子是不受某些弱键合力(例如氢键和硫桥)束缚的，这些弱键合力在无水的情况下会使蛋白质分子维持其特殊的卷曲构象。充足的加热会使蛋白质变性，即伸直，然后与其它蛋白质分子形成新的弱键。当这些蛋白质遇到一起并聚集成块时，它们就形成凝乳。

面粉可以使这种结块过程停下来，因为面粉颗粒主要由两种类型的淀粉组成：直链淀粉．一种葡萄糖的线形高聚物，以及支链淀粉，同一种葡萄糖的高度支化的聚合物。在高温下，这些淀粉从面粉颗粒中分开并发生溶解。长链淀粉分子似乎是通过限制蛋白质的运动并使其聚集过程停下来从而抑制凝结过程的。实验研究应能证实或驳斥这一解释。它们还应能有助于确定需要加多少面粉才能抑制凝结过程以及哪种淀粉效果最好。仅仅是这一现象所提出的实验数目就已着重说明目使是普通的烹饪之事都还有大量的需要加以充分了解的工作。

现在让我们来看一看稍微更为复杂的烹饪过程，蛋奶酥（或可音译为酥福列-校注）的制作过程。这道菜很好吃，但是它的制备过程就象走绷索导样。理想的蛋奶酥在烹饪过程中要大大膨胀而且有着松脆的外表，里面都是酥松的，并微含奶油。基本的成分是搅拌起泡的蛋清，一种象白谐眉沙司(由黄油、面粉和牛奶在一起煮熟的一种混合液，也可译为“白色调味酱”)之类的粘稠制剂以及——常常都有——蛋黄。鱼、干酪、巧克力和果酱也有时被加入，成为蛋奶酥食品中的重要部分；香子兰、酒心巧克力以及其它配料可以仅用作调味剂。按照所有这些配料的比例不同烹饪法会有很大的变化。但是所有的烹饪书都同意将上述粘稠制剂和搅拌起泡的蛋清均匀混合在一起的重要性；它们还强调厨师在将蛋清泡沫分散搅拌于奶油白色调味汁中时，他们必须小心谨慎以防打破大量的空气泡。

一些厨师认为，在蛋奶酥混合液被舀入蛋奶酥盘后，应将其马上放入先期预热好的烘箱中。另一些厨师则说这种混合液可以在厨房温度下安全存放一个小时左右或在40℃的水浴中存放达3O分钟。按照某些报道，小的单个蛋奶酥混合体可以深度冷冻而在热处理之前再解冻。我们最近用小块单个蛋奶酥混合体来试验了所有这四种技术[参看“作为实验室的厨房”一文，本期“业余科学家”专栏]。所有这些试验都得出了合格的结果，但是在打起泡沫的蛋清拌进食物作料之后马上就放入烘箱的蛋奶酥效果最好。我们推测其它方法可以使混合液中的气泡聚合并从混合液中逸出。

不管制备的方法如何，作好的蛋奶酥都必须立即端在餐桌上，因为如果它涨得太厉害了，那么当它从烘箱中拿曲来以后在几秒钟或几钟内开始回缩。尽管蛋奶酥涨缩的某些细节问题仍笼罩在迷雾中，但是通常的解释比较简单一些观察者认为，当粘稠的面粉蛋黄块被加热时，气泡就膨胀并使蛋奶酥隆起。这时鸡蛋的凝固又使气泡间的物质硬得足以阻止蛋奶酥的消气——至少在温度下降之前可以阻止。迄今由热驱动的空气膨胀仅可以解释气泡体积增大的大约2O％，而蛋奶酥可以比其晟初的大小胀大二倍多。实际上正是水蒸汽使蛋奶酥胀大的，这可以很容易地加以证实：切开一块做熟的蛋奶酥，水蒸汽就会逸出。

在正在加热中的蛋奶酥内不断变化着的温度的第一批测定结果是在25年前得出的。在实验开始时将一个装入皮下注射针内的热电偶固定在盘子上，其针尖位于蛋奶酥表面之下20毫米处。这项实验表明在晟初1O分钟内，蛋奶酥内的温度达到约45℃。然后温度有时会均匀化(或许是因为蛋白质凝固的缘故)，甚至可能会随着热电偶接触到较冷的、生的混合物部分而使温度下降。又经过25分钟左右(这段时间取决于蛋奶酥的大小)，温度随着水从顶部很快蒸发而再次迅速上升。这样的迅速上升标志着蛋奶酥做好了。不喜欢把热电偶引入厨房的业余厨师可以找到—个合适的工具来遥感蛋奶酥的涨缩情况。

迄今为止在我们的讨论中我们主要考虑了了解不同热处理过程的方法而未考虑改进这些过程所得结果的方法。但是有这样一些情况，那就是即使在传统做法中一点小变更都会造成味道的改变。用来作调味汤汁(加)的肉汤的浓缩就是一个很好的例子。

肉汤是在水中煮肉和蔬菜而制得的。除了其自身可以用作食物外，肉汤还可以用作许多沙司的调味汤汁；即基料。肉汤在这样使用时就要被煮沸，使其原先的体积减少到即浓缩到十分之一或三十分之一但是当你煮沸含一些化舍糖的混合液时，蒸汽的成分通常有点不同于液体韵成分。例如，当你煮沸酒(一种酒精和水的混合物)时，首先有较多数量的酒精蒸发出来。这种蒸汽和留下的液体之间的差别取决于加热的温度。那么你在100~C时浓缩肉汤而制得的调味汤汁与在80℃或60℃时制得的调味汤汁会有所不同吗?

在埃里切专题讨论会上，向参加者展示了一个临时凑合的装置，它说明了肉汤可以在较低的温度下通过降低空气压力而浓缩。装有肉汤的玻璃罐与一台过滤泵相连，且使罐内的压力降低到半个大气压(即大约每平方英寸七磅的压力)。在这一压力下，肉汤常常在只有8O℃的温度下就煮开了。为了证实低压烹饪是否是烹调法上的一个进步，现在正在组装一台更好的装置。

在我们着手做我们的主莱一份熟肉——之前我们必须说几句关于加热的话。传统的烹饪法包括两种加热食物的基本方法。一种是将物料放在一种炽热的液体中(例如煮、焖、油炸和油炒)或是放在一种炽热的气体中(例如在烘箱中烤和烘)。当加热介质的分子与食物表面接触时，它们就将其动能传给食物。另一种方法是在烤格上炙烤，电磁辐射接触食物并被转化为热量。在这两种方法中，热量只是通过对流和传导的方式进入食料内的。由于被烹饪食物的不同部分接触热量的情况不同．因此其味道和质地就不均匀。我们吃煮得嫩的肉块、松脆的小白面包或蓬松的煎蛋时的愉快心情都会由于这种温度梯度以及质地与组成上的不均匀性而受到很大的影响。

不先加热材料的外部而先加热其内部的可能性由于第二次世界大战期间一次偶然的机会观察到大约1O厘米波长的微波在穿过材料的相当厚度的情况下能以热量的形式释放出某些能量这一现象时就出现了。这种效应取决于象水这样的极性分子的存在，它们是电中性的但是又带有不对称排列的电荷。微波可以使极性分子转动或振荡；材料内部的摩擦作用能将这种动能转化为热量。冰不能吸收微波，因为冰的水分子被固定在晶体中因而不能转动。所以运用微波，人们就可以将—个冰块内的水煮开或者形成一个颠倒了的“烘过的阿拉斯加”——也就是所谓的“冷冻的佛罗里达”，后者的内部热而外壳结冰。

当把肉放在一个微波炉中时，它就会均匀受热到100℃并且只要它仍含有水就一直处于此温度下。这种热处理肉的微波方法具有两个优点：它较快而且能效较高。另一方面，用传统方法在含有草本五香料和蔬菜的肉汤中煮肉时就会给肉添加另外一些味道。

烤肉比煮肉更香是因为在100℃以上一些褐变反应增强了。肉中的糖类和氨基酸于是就可以交联并形成许多种化合物，有些化合物很香，而有些则颜色为深褐色。这些美拉德反应一般认为会在烤肉上产生脆皮及爆裂声。某些类型的褐变反应——例如糖的焦糖化——在微波烹饪过程中很容易产生，但这些反应不是美拉德反应。

为了达到味道最好的结果，厨师可能会希望将传统的炙烤方法与微波烹饪法结合起来。—个很好的例子就是Pravaz—Cointreau烤鸭，它部分是以法国医生Charles Gabriel Pravaz的姓氏命名的，Pravaz是皮下注射器的发明者之一。首先将一些带骨的大块鸭肉炙烤或油炸使之变成褐色，然后将桔子利口酒C0intreau(由于其高含水量因此是一种良好的微波吸收剂)注射入皮已变成褐色的鸭肉内。然后把它们放进微波炉中以烹调其内部，这只需花几分钟时间。采用这种方法．肉就在一种桔子汁介质中从内部开始煮熟；这道菜就象桔汁鸭的现代化型式一样。

没有一次好的宴会会完全排除餐后的水果或甜食。从物理学领域引入的一种烹饪法不仅使厨师的工作变得容易起来而且还可以产生优美的奇观。餐后甜食，例如冰淇淋，是由布里斯托尔大学的Peter Barham想出的。作为一次关于冰淇淋的公众讲座的合适结尾，Berham提出了一个足以使所有听众在大约两分钟内都能吃到冰淇淋的方法。同样的烹饪法还可以在家庭范围内采用。

好的冰淇淋含有大量的空气泡(使其清淡易消化)并且其冰晶很小(因此其质地很爽口)。传统的方法是，冰淇淋制作者将牛奶、鸡蛋、糖和调味香料的混合液当其缓慢冷却时剧烈搅拌：搅拌使空气进入食物作料中同时还可不断地打破大的冰晶。一个更简单也更有效的方法是将液氮直接倒入混合液中。在－96℃的温度下，液氯可以很快使冰淇淋混合液冻结．快得使只有小的冰晶能有时间生成。当液氯猛烈沸腾时，它也会产生大量的小气泡。并且这样的寒冷会产生浓密的雾团，因而增加了哗众取宠的富有戏剧性的感觉，使人更加开心。

你需要准备大约等体积的液氮和冰淇淋混合液或加有果汁的冰水。通常准备好混合液之后，将其放进一个大的碗中。(不要用玻璃碗或塑料碗，这种碗受到热的冲击会裂开。)在经过小心仔细的安全检查之后(就象下述的那样)．倒入大约一半的液氮，然后用一个木制小勺轻轻搅动。不断搅动的同时又加做好并冻僵为止。在供应之前要确保冰淇淋已停止发出雾气——这表明所有的液氮都已气化。

有两个重要的安全问题还需要注意。首先，在拿受到极端冷却的液化气体或其它任何物体时一定要戴手套和安全眼镜。其次，如果你是在客人面前做冰淇淋，要保证他们处于液氯的飞溅范围之外。你可以从你所在地区的大学物理系或化学系或从医院获得灌氯(或者得到液氯商品来源的指示说明)。运输液氨的最好的方法是用真空长颈瓶；在一个制作得很好的真空长颈瓶中，它可以保存一整日。

你喜欢饭后喝饮料吗?在过去十年中关于果酒和酒的制作的化学和生化方面已作了大量的研究。一些酿酒学研究所已对某些上等果酒的成分进行了研究并且在某些情况下已统计出可能对果酒的性质有所贡献的500多种化合物。

酒商通常用栎木桶来存放许多酒和某些果酒以便其变陈．因为酒与栎木的化学反应会改进这些酒的风味。木材中含有许多复杂的化合物，其中有纤维素、半纤维素、木质素、鞣酸(常常是涩嘴的一类化合物)以及树脂分子。栎木是作这些桶的优选材料，因为它很硬而且不透水并又不含给一些树脂昧酒增添另外滋味的任何树脂。

在二十世纪七十年代晚期和八十年代位于蒙特利尔的国家农学研究所的Jean-Louis Puech证明出酒中的乙醇如何从其木制容器中吸取鞣酸和木质紊的。通过将乙醇放一—个栎木桶中超过10年时间的简单而长期的实验，然后又将木片在乙醇中浸透，这样他研究了乙醇和栎木随时间的变化情况。栎木中的鞣酸含量下降了百分之七十五。而且，被吸取的鞣酸已被氧化成一系列的有香味的化合物。桶里面的木质素含量比桶外面的要低百分之五。纤维的含量几乎没有什么变化，但是半纤维紊已经发生了变化：它被离解成糖类，例如果糖、木糖、阿拉伯糖和葡萄糖。

对分子美食家来说，或许最重要的发现是发现香草醛(它是香子兰属的主要芳香分子)是木质素老化过程中的一种最终降解产物。的确，香子兰的香味可以在老的科涅克酒(法国南部科涅克产的白兰地名酒—一校注)、老姆酒和威士忌酒中闻到。果酒和烈性酒的制造商要通过加糖或其它化学物质来改进其产品的味道一般是为法律所禁止的。然而，如果消费者想要使用化学研究的成果来提高劣质果酒或烈性酒的质量，难道不应该鼓励他或她这样做吗?几滴香子兰的萃取液就可以大大增加一瓶廉价威士忌酒的香味。

这类试验还可以延伸到许多饮料和菜中去。或许在未来的烹饪书中．烹饪法还会包括象“在你的肉汤中加两滴含0.001％浓度苄基硫醇的纯酒精溶液”这样的说明。

在创造新菜的过程中科学能够进行解释、分析和帮助。但是即使我们相信科学能在烹调法中起着重要的作用，我们还是坚信科学家永远也不能把厨师赶下台。各种伟大的烹饪创造物将是(就象它们一直都是的那样)增添有经验和传统的艺术创造力的结果而只增添一点点科学。这些看法使我们产生希望，Comus(希腊神话中的司酒宴之神校注)这一烹饪能手的守护神将会加入到承认科学是艺术实践的—位助手的缪斯诸神(The Muses)之中。