许多人对他们的刮板式热交换器（冰淇淋机）很满意，但 Erich Windhab 除外。他是一位高大、开朗的德国人，留着胡子，头发稍长，穿着闪亮的西装，他不相信墨守成规。不可否认，刮板式热交换器仍然很受欢迎，尤其是在炎热的夏日家庭聚会时，但 Windhab 对其产物并不怀旧。他更喜欢他的研究生制作的冰淇淋。“当 Hans 和 Matthias 生产冰淇淋时，Technopark 的每个人都会端着碗排队，”他说。
刮板式热交换器是拥有化学工程博士学位的人对冰淇淋机的称呼。在雀巢（Nestlé）或联合利华（Unilever）等大型食品公司，以及 Windhab 的大学实验室——他是瑞士苏黎世联邦理工学院（爱因斯坦的母校）的教授——有许多博士研究冰淇淋的科学。“当我说出来时，人们会笑，”刚在 Windhab 指导下完成学业的 Hans Wildmoser 说。然而，冰淇淋无疑是一项严肃的生意：仅在美国，冷冻甜点的销量（其中大部分是冰淇淋）每年就高达约 200 亿美元，销量达 15 亿加仑。美国人每年人均消费超过 20 夸脱，仅次于新西兰人。
对制造商来说不幸的是，我们的市场似乎已经饱和：近年来，美国和欧洲的冰淇淋消费量实际上一直在下降。冰淇淋的新兴市场存在于亚洲，特别是中国，那里有超过十亿人口，每人每年仅消费约两夸脱。然而，随着行业将目光投向这些充满希望的、主要是热带地区，眼前的景象却被一个老对手所模糊：热，或者更具体地说，热冲击。
热冲击是指在完全融化之前发生的微妙损伤。要理解苏黎世团队应对这一现象的新方案，你必须了解冰淇淋是一种多么令人难以置信的复杂食物——如此复杂以至于科学家们都无法决定如何称呼它。乳液？泡沫？胶体？圭尔夫大学（University of Guelph）的物理化学家 Douglas Goff 说，冰淇淋兼具所有这些特性：它是一种由水冰晶体、气泡和悬浮在未冷冻的血清中的牛奶脂肪球组成的复合结构，血清中含有糖、调味剂和牛奶蛋白，有时还有不那么诱人的添加剂。
生产这种奇迹的工业冰淇淋机只是老式手摇装置的高功率不锈钢版本。在家里，你将冰淇淋配料的液体混合物倒入一个圆柱形容器中，该容器放在一个装满冰和岩盐的桶里；盐使冰在足够低的温度下融化，从而冻结冰淇淋。当冰晶体在容器内壁形成时，你就用手摇金属搅拌器将它们刮入液体中——因此得名刮板式热交换器。
随着水分的冻结，混合物会变稠，随着搅拌器将空气搅打进去，混合物会变得更蓬松——商业冰淇淋的含气量从 20%（“超级优质”）到 50%（不太优质）。家庭制作过程大约需要半小时，成品是黏糊糊的。工业冰淇淋机在 30 秒内完成，使用零下 27 华氏度的液氨或氟利昂——成品仍然是软的。所有刮板式热交换器都会遇到一个物理极限：随着混合物变得越来越粘稠，当你以每分钟 200 转的速度继续搅拌它时（不要在家尝试这个速度），就会达到一个点，此时摩擦产生的热量与冰淇淋机壁除去的热量一样多。与此同时，随着水分从混合物中冻结出来，剩余的血清会变成更浓的糖和蛋白质溶液，其中含有脂肪球——因此其冰点会不断下降。制作合理坚硬的冰淇淋的目标会不断退却，因为你只能冻结约 50% 的水分。
在家里，你将冰淇淋放入冰箱使其变硬。在工厂里，软绵绵的混合物会被挤入纸盒，并在零下 40 华氏度的硬化隧道中运行几个小时。Windhab 说，除了非常昂贵之外，硬化还会引起微观结构的恶作剧。他记得一位制造商第一次向他描述这个过程的那天。“我说，‘你们在做的都是胡说八道！’”
不太软的圣代
当冰淇淋从苏黎世联邦理工学院的高科技冰淇淋机中出来时，它比普通冰淇淋更坚固、更冷——大约 5 华氏度——冰晶和气泡更细小。这意味着它非常柔滑，并且会一直保持柔滑，而不会过于油腻。
他解释说，为了获得顺滑、柔滑的冰淇淋，你需要尽可能小的冰晶和气泡。大的冰晶会使冰淇淋感觉粗糙，而大的气泡会使冰淇淋在你口中塌陷——变成冷而水的糊状物。然而，冰晶和气泡往往会尽可能大。这是能量最低的路径：大晶体具有较低的表面能，大气泡的内压比小气泡低。当冰淇淋在硬化隧道中最终冷冻时，远离搅拌器的均化搅拌，这个阴险的过程就会开始。产生的产品可能味道鲜美，但其质地往往濒临严重的缺陷。
随着冰淇淋在运输卡车、超市冰柜（通常会装得过满，“一定要从冰柜底部拿，”Windhab 的学生 Matthias Eisner 说）以及最终——除非你是那些喜欢一次吃完一整品脱的挑剔的微结构主义者——在家里的冰箱进进出出，这种危险会急剧增加。每一次热冲击，小冰晶都会融化，小气泡会凝聚，水和空气分子会通过血清迁移。回到冰箱后，它们会附着在更大的晶体和气泡上，从而使它们变得更大。很快你就会感觉到颗粒状的冰晶，甚至看到一层霜。
几十年来，制造商一直在与热冲击作斗争。许多人会添加稳定剂，如槐豆胶或黄原胶，这会使血清变稠并减缓水和空气的扩散。但 Windhab 的发明（现在你可以通过购买一盒 Dreyer’s 或 Edy’s Grand Light 来测试它）不依赖于添加剂。在他的冰淇淋机中，混合物被泵入冰淇淋机筒壁旁边一个厚度不到一英寸的空间。在那里，血清不是被激烈的搅拌器的刀片刮擦和搅打，而是被两个大型平行螺杆之间的螺纹有条不紊地揉捏和搅拌，转速不超过 15 rpm。由于螺杆产生的热量很少，冰淇淋在另一端挤出时温度约为 5 华氏度——完全冷冻，无需硬化，但仍然具有可塑性。“你可以用它做椒盐脆饼，”Wildmoser 说。
Windhab 说，挤出的冰淇淋开始时具有非常精细的微观结构，因此比传统竞争对手更能抵抗热冲击数月。但 Dreyer’s 正在以不同的方式销售 Grand Light——作为一种低脂冰淇淋，其口感与真品一样柔滑。Windhab 说，柔滑的口感与油腻感不同，它是粘稠而不粘口的。冰淇淋中的气泡通过中断与舌头和味蕾的接触来防止粘腻。位于气泡表面并将它们连接在一起的微小脂肪球的作用只是稳定泡沫。Windhab 说：“如果你设法使气泡非常小，使泡沫在口中停留时间更长，你就无需脂肪球了。”“气泡本身赋予了它柔滑的口感。”
听起来像魔法——但这非常科学，这就是为什么 Windhab 花了很长时间才说服根深蒂固于烹饪经验主义的食品行业认真对待他。“人们说，‘让那些大学里的人去玩吧，’”他说。但冰淇淋科学并非全是娱乐。“在 Windhab 的实验室里，有一个带有严厉标语的大型冷冻箱：“不要吃！”“这是我们遇到的一个问题，”Eisner 说。“人们总是在吃我们的样品。”
