图片来源：Coolhaus 随着夏天的炎热高峰期临近，我们《科学与美食》的同事们都喜欢拿出我们最喜欢的冷冻甜点之一：冰淇淋三明治。作为真正的“科学与美食”爱好者，我们开始思考这种令人惊叹的复合材料——如何才能同时获得耐嚼的饼干和坚实的冰淇淋呢？我们开始寻找答案，转向了 Natasha Case，她是洛杉矶备受欢迎的“Coolhaus”的创始人，该品牌提供各种优质冰淇淋和冰淇淋三明治。Natasha 在加州大学伯克利分校和加州大学洛杉矶分校接受了建筑学训练，她将自己的建筑学经验与对美食的热情融合，构思出了 Coolhaus。Coolhaus 最初从洛杉矶的餐车和店面起步，如今已在全国范围内的 Whole Foods 等杂货店销售。我们问 Natasha，是什么因素在很大程度上促成了冰淇淋的科学。她的回答是？出人意料的是，是空气！冰淇淋中包含的空气量被称为“膨胀率”[1]，其计算公式为 [2]：膨胀率 % = [(生产的冰淇淋体积-使用的混合物体积)/使用的混合物体积] x 100% 例如，如果我们从 10 加仑的冰淇淋混合物开始，最后得到 15 加仑的成品冰淇淋，那么膨胀率的计算如下：15-10 = 5，5/10 = 0.5。0.5 x 100% = 50%，这意味着由于空气的加入，体积增加了 50% [2]。空气对冰淇淋至关重要：空气气泡除了黄油脂肪的使用外，还对冰淇淋的口感有贡献。冰淇淋和意式冰淇淋等冷冻甜点的质地取决于脂肪和空气之间的这种相互作用。意式冰淇淋通常含有约 10% 的黄油脂肪和 20-30% 的膨胀率 [3]，而冰淇淋的黄油脂肪含量可达 16%，膨胀率可达 30-50% [4]。Coolhaus 的黄油脂肪含量为 12-14%，膨胀率较低，因此技术上来说，它生产的是“意式冰淇淋风格”的冰淇淋 [5]；这是 Coolhaus 冰淇淋三明治成功的关键要素之一。
图 1：脂肪在冰淇淋中稳定气泡。（图片来源：Molecular Recipes）空气含量不仅影响冰淇淋的质地，还影响冰淇淋融化的速度。通常，空气含量越高，冰淇淋融化得越快 [5]。您是否注意到，当您购买廉价品牌的冰淇淋时，它几乎立即开始融化？这是因为廉价品牌的冰淇淋通常会增加膨胀率以降低原料成本——用更多的空气填充半加仑的桶比用奶油便宜！那么，增加的空气含量是如何导致融化速度加快的呢？为了回答这个问题，我们需要考虑冰淇淋的微观结构。冰淇淋是一种胶体，即由两种不溶性材料组成，其中一种分散在另一种之中。当冰淇淋被搅打时，它会打碎水形成的冰晶，使冰淇淋质地顺滑。搅打还会导致牛奶和奶油中的脂肪球聚结，并促进空气在冰淇淋中的分散和稳定。由于脂肪是疏水的，它更倾向于靠近气泡而不是冰晶。因此，冰淇淋的质地是这些气泡、冰晶和脂肪球相互作用的结果 [4]。现在，让我们考虑一下冰淇淋融化时会发生什么。融化涉及空气细胞、冰晶和脂肪球等因素，而这些空气细胞的稳定性是影响融化速度的最大因素之一 [6]。在搅打过程中，由于剪切应力，冰淇淋中会形成气泡。脂肪球部分聚结并围绕气泡形成网络（图 1），防止聚集，并将血清相分散在冰晶周围，从而防止冰晶碰撞导致加速融化 [1]。因此，脂肪与空气的比例必须足够，才能防止聚集，较低的空气含量才能实现这一点。因此，通过降低膨胀率，您可以获得融化速度较慢的冰淇淋，使其在您的三明治中停留更长时间。
图 2：纯溶剂（A）与溶液中冷冻。（图片来源：Seville International College）所以我们解开了馅料的谜团，但对于让 Coolhaus 的三明治如此美味的耐嚼饼干又如何呢？Natasha 告诉了我们内幕——Coolhaus 使用果胶。虽然具体的配料组合是专有的，但我们推测果胶是一种增稠和稳定剂，可以使饼干在零下温度下保持耐嚼。果胶是植物组织中含有的多糖 [7]。当果胶结合水分时，它会导致冰点降低，这是当溶质溶解在溶剂中时发生的现象。当溶质溶解时，它会与水分子相互作用，从而干扰水分子之间的吸引力，使它们相互作用并成为固体（图 2）。因此，为了达到有序状态，必须进一步降低冰点，以降低粒子的动能，使其无法克服粒子间的吸引力而冻结 [8]。通过这种方式，果胶降低了饼干中水的冰点，防止了导致硬度的冰晶结构的形成。有关果胶的更多信息，请参阅我们之前关于 Citrus Suprême 的 S&F 文章。
图片来源：Coolhaus Natasha 在追求完美甜点的过程中，她的冰淇淋三明治背后的科学目标只有一个：唤起与记忆和怀旧相关的情感反应。“风味通常被认为是味觉的一种本能或情感方面，但当你也能从科学的角度来理解它时，你实际上可以通过了解是什么在你的味蕾、你的大脑和你的灵魂中创造这些感觉，来进一步提升那种情感或本能的一面。”——Natasha Case 参考文献
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Case, N. (2017, July 11). Personal interview.
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