烹煮溏心雞蛋的物理實(shí)驗(yàn)探究

馬麗雅 張著軍

摘 要：分析了烹煮一個(gè)完整的溏心雞蛋的物理相關(guān)過程和因素，設(shè)計(jì)了完整的實(shí)驗(yàn)，通過實(shí)測數(shù)據(jù)和分析，與現(xiàn)有的理論公式得出的理論值進(jìn)行對比和討論，利用實(shí)驗(yàn)結(jié)果，從物理的角度提出更科學(xué)的烹煮溏心雞蛋的方法。

關(guān)鍵詞：熱傳導(dǎo)；蛋白質(zhì)；變性；密度；短徑

一、煮雞蛋的物理過程和理論分析

雞蛋是我們幾乎每天都離不開的食物，大家都知道，雞蛋的營養(yǎng)價(jià)值很高，尤其是煮雞蛋的營養(yǎng)價(jià)值。雞蛋的煮制是需要一些學(xué)問的。雞蛋烹煮時(shí)間過短，蛋白蛋黃尚未凝固，蛋清里的抗酶蛋白和抗生素蛋白對人類有害，沙門氏菌也沒有被徹底消滅；烹煮時(shí)間過長，不但蛋白蛋黃凝固密度過高，導(dǎo)致難以下咽和消化，雞蛋中的蛋氨酸經(jīng)過長時(shí)間加熱分解出的硫化物，與蛋黃中的鐵發(fā)生反應(yīng)，也會形成對人體不利的化學(xué)成分。如何才能控制好煮雞蛋的時(shí)間，既能殺滅有害細(xì)菌，又能口感營養(yǎng)極好，煮出完整的容易剝出的爽滑可口的溏心雞蛋，本研究將借助已有的理論推導(dǎo)來設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，利用實(shí)測數(shù)據(jù)來探究相關(guān)物理因素。

物理學(xué)角度看，生的帶殼雞蛋進(jìn)入沸水后，會產(chǎn)生從外殼到蛋黃的熱流傳導(dǎo)，隨著溫度上升，復(fù)雜的有機(jī)分子分裂為片段，發(fā)生一系列物理和化學(xué)變化，即蛋白質(zhì)變性過程；蛋黃和蛋清的蛋白質(zhì)是不一樣的，所以它們的起始變性溫度也有差異，蛋清中的蛋白質(zhì)變性是從60°C左右開始，而蛋黃的變性從63°C左右開始。當(dāng)然，蛋白質(zhì)的變性是一個(gè)非常復(fù)雜的物理化學(xué)過程，影響因素也不只是溫度，雞蛋的成分、品種、蛋內(nèi)鹽分、新鮮程度等都會有影響，但是本研究中，近似只考慮溫度因素。

煮雞蛋時(shí)，經(jīng)常會出現(xiàn)蛋殼破裂蛋液溢出，不但不美觀，也導(dǎo)致營養(yǎng)流失。蛋殼破裂的物理本質(zhì)是，蛋清、蛋黃在加熱時(shí)體積會膨脹，液體膨脹率大于外殼固體的膨脹率，所以當(dāng)內(nèi)部液體體積大于蛋殼體積，壓力足夠大，超出蛋殼的承受力時(shí)，蛋殼就會破裂；為了讓雞蛋不破裂，必須讓雞蛋內(nèi)部的液態(tài)蛋白質(zhì)盡快變性凝固，體積就會縮小，雞蛋快速加熱，內(nèi)部的相對外層的蛋清會迅速受熱體積膨脹，但是相對內(nèi)層的蛋清、蛋黃尚未受熱膨脹，所以總的膨脹量比較小，蛋殼受熱膨脹量和雞蛋內(nèi)部氣室的容量加起來還能承受，雞蛋就不會脹破，此時(shí)繼續(xù)加熱，內(nèi)部的液態(tài)蛋清就會開始凝固變性，體積就會縮小，即使內(nèi)層的蛋清、蛋黃受熱膨脹，也不會導(dǎo)致總的膨脹量超過雞蛋外殼的承受力，保證了雞蛋的完整不破裂。從這個(gè)物理分析可以得出，要想煮雞蛋不破裂，就是讓冰箱里的雞蛋直接加入沸水而不是冷水下鍋，同時(shí)沸水沸騰的程度不能太高，否則會導(dǎo)致雞蛋在沸水里受到湍流氣泡的作用，互相碰撞或者與鍋壁碰撞導(dǎo)致破裂；為了進(jìn)一步防止雞蛋與鍋底碰撞導(dǎo)致破裂，最簡單的辦法就是讓雞蛋浮在水的上層，由于新鮮雞蛋的密度比水的密度略高，所以為了讓雞蛋上浮，可以在水里增加一兩勺食鹽以增加水的密度；如此幾個(gè)措施，就可以防止雞蛋破裂了。這些是煮出溏心雞蛋的基本條件[1]。

其中，d是雞蛋的最短徑（mm），TWater是煮蛋環(huán)境氣壓下水的沸點(diǎn)（°C），TO是雞蛋的初始溫度，Tyolk是蛋黃開始變性時(shí)的溫度（°C）。煮蛋的方式是：水沸騰之后加入雞蛋，嚴(yán)格控制煮沸后的時(shí)間，精確到秒，然后迅速撈出放在室溫中自然冷卻，理論上可以煮出爽嫩可口的溏心雞蛋。為了驗(yàn)證這個(gè)理論公式，本研究設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)，用實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證。

二、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)分析

1.實(shí)驗(yàn)器材和測試設(shè)備

在超市購買不同的大小、品種、規(guī)格的雞蛋10枚，1500W電爐，不銹鋼小鍋，食用鹽，工業(yè)高精度針式溫度計(jì)，紅外遙測溫度計(jì)，秒表，游標(biāo)卡尺，大氣壓計(jì)，高精度電子秤，如下圖。

2.實(shí)驗(yàn)步驟和測量數(shù)據(jù)

第一步，讀取大氣壓數(shù)值，不銹鋼鍋中加入4.0kg純凈水同時(shí)加入50.0g食鹽，攪拌均勻后，放置在電爐上加熱至沸騰，五次測量沸水的溫度（°C）取平均值作為TWater的值，如表1所示；

第二步，測量每個(gè)測試樣品雞蛋的短徑、質(zhì)量、初始溫度，帶入Peter Barham推導(dǎo)的公式（1）計(jì)算出每個(gè)雞蛋煮成溏心蛋的理論時(shí)間值，所得數(shù)據(jù)如表2所示：

第三步，將樣品1雞蛋小心插入工業(yè)用針式溫度計(jì)直至蛋黃中心處，輕輕放入沸水中，同時(shí)秒表計(jì)時(shí)開始，持續(xù)觀測蛋黃中心的溫度變化。由于蛋白質(zhì)變性是一個(gè)漸變過程，很難找到一個(gè)嚴(yán)格的臨界值，為了統(tǒng)一實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)，本次實(shí)驗(yàn)中采用計(jì)時(shí)方式是當(dāng)?shù)包S中心溫度達(dá)到63°C后，認(rèn)為雞蛋剛剛達(dá)到了溏心蛋的標(biāo)準(zhǔn)，此時(shí)停止計(jì)時(shí)，記錄下時(shí)間，撈出雞蛋放置在室溫的大盆清水里冷卻，打開雞蛋，觀察蛋清、蛋黃凝固的情況。

三、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

從曲線圖可以看出，雞蛋短徑比較小（約<35.0mm）的時(shí)候，實(shí)際煮蛋所需時(shí)間比理論值偏小，從物理的角度考慮，是由于雞蛋整體質(zhì)量體積比較小，在沸水中被湍流氣泡影響旋轉(zhuǎn)和無規(guī)則運(yùn)動比較多，導(dǎo)致熱傳導(dǎo)速度更快，所以煮熟需要的時(shí)間相對更少一些；在雞蛋短徑約35.0mm～45.0mm之間，實(shí)測值和理論值符合得比較好；但是本實(shí)驗(yàn)樣品數(shù)據(jù)中，最大的雞蛋短徑50.40mm，煮熟所需時(shí)間與理論值有比較大的偏差。根據(jù)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，該雞蛋是一個(gè)雙黃雞蛋，雞蛋本身質(zhì)量體積比較大，在沸水中移動旋轉(zhuǎn)運(yùn)動現(xiàn)象比較弱，導(dǎo)熱相對也比較慢，兩個(gè)蛋黃要變性需要更多的熱量和時(shí)間。

通過本次實(shí)驗(yàn)測量，本文引用的理論公式和煮雞蛋實(shí)際所需時(shí)間吻合得是比較好的，畢竟，飲食烹飪過程中的影響因子很多，每個(gè)雞蛋的蛋白質(zhì)性質(zhì)、蛋殼屬性等，不能嚴(yán)格控制各種變量，理論公式在推導(dǎo)過程中也是做了大量的簡化，這是導(dǎo)致偏差的主要原因。

四、實(shí)驗(yàn)結(jié)論

煮雞蛋雖然是生活里常見的，搞清楚背后的物理原理，并以此為指導(dǎo)，可以很簡單地通過控制時(shí)間和煮蛋方式，就能科學(xué)地煮出我們喜歡的、完整的老嫩適中的溏心蛋。根據(jù)本文的分析，將煮雞蛋的水加入一定的食鹽，煮沸后小火維持沸騰狀態(tài)，然后直接加入冰箱里的雞蛋，根據(jù)理論計(jì)算出的時(shí)間，時(shí)間一到，就把雞蛋撈出放入室溫的清水里，這樣的方式簡單易行。

參考文獻(xiàn)：

[1][俄]Andrey Varlamov，等.奇妙的物理學(xué)[M].科學(xué)出版社有限責(zé)任公司，2018：118-124.

[2]Peter Barham. The science of cooking[M]. New York：Spr-ingerVerlag Berlin Heidelberg，Lightning Source UK Ltd，2001：45-48.