冰激凌中存在著一個宇宙

苗園柯

熱天少不了要吃冰淇淋。但你有沒有想過，為什么冰淇淋的口感會如此神奇？制作冰淇淋的過程，充滿了許多奇妙的物理、化學原理。

冰晶尺寸是決定口感的關(guān)鍵

冰淇淋其實是由冰晶、奶油和空氣奇妙組合而成，其中水占據(jù)了冰淇淋總質(zhì)量的70%左右，只不過它們是以小冰晶的形式存在。除此之外，冰淇淋就只有10%左右是美味的油脂，另外20%左右是空氣。

冰淇淋中冰晶的尺寸是決定冰淇淋順滑口感的關(guān)鍵因素。如果冰晶太大，吃起來就會像嚼冰碴兒一樣。只有小到細胞尺寸的小冰晶，才能產(chǎn)生絲滑的口感。

冰和石英一樣都是晶體， 熾熱的巖漿來到地表時，冷卻速度越快，巖石中礦物晶體的尺寸就越小。所以，要得到微小冰晶，可以用快速冷卻的方法?，F(xiàn)在流行的液氮冰淇淋的原理，就是加快冷凍過程，讓冰晶尺寸盡可能小。傳統(tǒng)方法制作的冰淇淋，冰晶只能達到幾微米的量級，而用零下196℃的液氮制造冰淇淋，內(nèi)部的冰晶就可以達到幾納米的量級。

當然，獲得微小冰晶的方法并不止快速冷卻這一種。

在冰淇淋的生產(chǎn)工藝中，第一個步驟叫動態(tài)冷凍，也就是邊攪拌邊冷凍。在這個過程中，冰晶會不停地聚集在攪拌器內(nèi)壁，攪拌器要迅速把內(nèi)壁的冰晶刮下來，和其他冰淇淋攪拌到一起——兩次刮削的時間間隔非常短，只有0.1秒。如此迅速的操作可以防止冰晶長大。

刮下來的冰晶被打散之后還可以成為新的晶核，晶核數(shù)量不斷增加，水分子的數(shù)量不斷減少，晶核沒有機會長成冰碴兒了。

這個過程其實和森林再生的原理非常相似。當森林遭到外部力量侵襲，很多樹木會消失不見，森林中便會留下空缺位置，新小樹苗會長出來，但這一小片土地能夠提供的資源有限，這一茬樹苗的生長速度就會非常慢，就像刮下來的冰晶一樣很難長大。

同理，制造“水分子競爭”令冰晶難以長大，就是令冰淇淋產(chǎn)生絲滑口感的關(guān)鍵。

冰淇淋的保命神器

三伏天去買冰淇淋，運輸過程中它們可能會融化，放進冰箱后重新凝固，再拿出來吃的時候，口感會遠遠不如剛買回來時的好。

在運輸過程中，冰淇淋中的冰晶會受熱融化，然后再凝固形成更大的冰晶，結(jié)果冰淇淋就會硬邦邦的。為了保證它們的美味，人們便在制作冰淇淋時添加穩(wěn)定劑，減緩液態(tài)水分子在冰淇淋混合物中的運動，使冰淇淋長時間保持穩(wěn)定。

而那些生活在寒冷環(huán)境的野生動植物早就在用這種“穩(wěn)定劑”了。

生活在溫度低于零攝氏度的極寒環(huán)境的動植物，為了保持體液不結(jié)冰，它們體內(nèi)通常含有一種抗凍蛋白，可以吸附到冰核表面，阻止水分子聚過來，生物體得以避免低溫下細胞損傷甚至死亡的厄運。

抗凍蛋白最初是在極地冰水中的魚類身上發(fā)現(xiàn)的，后來人們發(fā)現(xiàn)，它也可以在實驗室中用基因編輯酵母來合成。如今，抗凍蛋白作為食品添加劑已被應用于冰淇淋。

有個有趣的“冷知識”：冰淇淋可以存在的最高海拔是3000米。因為超過這個海拔高度，由于大氣壓過低，冰淇淋中的氣泡就會膨脹破裂，最后整個冰淇淋就會坍縮到一半體積，成為堅硬的冷凍奶油加冰混合物。

最后，借用費曼《費曼物理學講義》中的一句話：整個宇宙存在于一杯葡萄酒中。他說：“如果我們足夠細致地觀察一杯葡萄酒，確實可以見到整個宇宙……它分為幾個部分：物理學、生物學、地質(zhì)學、天文學、心理學等，但大自然是不知道這一切的?！被蛟S，我們也可以說，一支冰淇淋中也存在著一個宇宙。

之淼//摘自十點科學微信公眾號，本刊有刪節(jié)/