图源：Pxhere.com
-导 读-
今天中秋，咱们来聊聊甘旨的烘焙与科学试验有何共同之处。
计量学研讨者拉胡尔·曼达尔（Rahul Mandal）以为，烘焙乃物理、化学与生物学的完美结合，厨房则是人类最陈旧的试验室。在下面这篇文章中，32岁的曼达尔叙述了科学思想怎么协助他成为烘焙达人，并赢得2018年英国烘焙大赛冠军。最终，祝各位中秋高兴！
撰文 | Rahul Mandal
翻译 | 肖梦校译 | 宋宇铮
一直以来，我都对烘焙十分感兴趣，不只由于我喜爱吃东西，也由于我喜爱为他人预备食物。一代又一代人付出了许多精力、情感和热心，致力于让食物变得甘旨可口。当人们欢聚一堂之时，一席人的焦点简直永远是食物。
我热心的另一项作业是科学。我对科学的酷爱来历于我喜爱质疑的天分，加上我有一开口就能喋喋不休几个小时的本事，所以我爸爸妈妈总是应对不暇。
当我仍是个小孩的时分，对雨十分入神。在印度，下雨是件大事，特别是在季风时节，炎炎夏日的热浪往后，雨水是惬意舒适日子的征兆。我总是很猎奇雨水来自何方。我那时浑然不知气化后冷凝构成云的水，在烘焙中也以水蒸气的形状担当着让面包膨起，让油酥糕点变得松软的重担。
拉胡尔·曼尔达（Rahul Mandal）是烘焙师，也是工程学研讨者，现为英国谢菲尔德大学核先进制作研讨所的助理研讨员，专业是工程组件的光学丈量，英国 Channel 4 电视台2018年《英国烘焙大赛》节目的冠军。
对我来说，烘焙是物理、化学与生物学完美的结合。咱们将各种可食用的化学物质混合做出面团或面糊，并让其间充溢细小的气泡，这所运用的是化学原理。咱们用酵母培育物发作的二氧化碳让面包膨发起来，这是生物学原理发挥了效果。面团和面糊里边的气泡体积胀大，让烘焙食物体积变大，则是运用了物理原理。
参与2018年的《英国烘焙大赛》对我来说是十分有含义的阅历。除了来到竞赛现场以外，有时机研讨烘焙的科学原理、在几百万人面前做现场试验都让人无比振奋。烘焙和做其他试验相同，了解原理是确保制品质量的要害。烘焙前的规划和规划至关重要，这一点也和在试验室中打开试验研讨十分类似。你必需求仔细考虑每一个独立变量，从质料的份额到厨房的环境，再到制品的结构稳定性，一切这些要素都发挥着重要的效果。
你乃至可以说，厨房便是人类最陈旧的试验室。
1.谈谈烘焙食物
国际各地的人都会吃烘焙食物，其间最常见的是各式各样的蛋糕、面包和饼干。在不同的国家和文明傍边，它们都是人们日常饮食的一部分。不过这些食物的详细形状会由于当地谷物品种（包含小麦、玉米、大麦、燕麦、大米和一些其他谷物）、气候和人们的日子办法的不同而有所改变。不过制作任何烘焙食物的第一步都是将谷物磨成粉，然后将谷物粉与液体物质、油脂混合在一同构成膏状、团状或糊状的混合物。每种混合物都会发作不同类型和质感的面包、蛋糕或饼干。
作为 STEM 大使，我会定时去校园、参与活动，鼓舞年轻人进步科学、技术、工程和数学方面的技术，并从事相关作业。我进行这一作业的办法便是向学生们叙述烘焙背面的科学原理，给他们派发各种烘焙食物，并问他们相同的质料怎么产出如此不同的食物。
孩子们很快就会就会告知你，蛋糕质感膨松、柔软、像海绵相同，还很有弹性。面包也是松软有弹性的，不过也有嚼劲。而饼干质地厚实，比较硬，或许还有嚼劲，简略碎。
不同的烘焙食物都是由份额不同的面粉、油脂、糖和鸡蛋做成的（见下表），这也是它们质感不同的原因之一。另一方面原因在于其他质料的不同，比方蛋糕中的泡打粉和面包中的酵母，这些资料会让混合物体积胀大，发作充溢轻盈的海绵似的质感。这两方面要素关于让面糊或面团中富含二氧化碳都很重要。
相同的质料，不同的成果
维多利亚海绵蛋糕 布里欧修面包 饼干
一般面粉225g 高筋面粉500g 面粉275g
糖225g 糖50g 糖100g
黄油225g 黄油250g 黄油150g
鸡蛋4个 鸡蛋5个 鸡蛋1个
牛奶15ml（可以不加） 牛奶150ml -
泡打粉3g 酵母10g -
尽管维多利亚海绵蛋糕、布里欧修面包和饼干运用的根本质料类似（见上表），可是这三种结果烘焙食物的口感和滋味彻底不同。
蛋糕（右上图）是三种食物中最简略让人发胖的，运用1:1:1的油脂、面粉、糖和鸡蛋，所以质地柔软湿润。
布里欧修面包的质地则更有嚼劲和弹性，由于面团在重复揉捏的进程中构成了许多麸质。
饼干的质地松脆，由于质料傍边水分相对较少。
这三种食物都很甘旨，可是原资料份额的不同（以及泡打粉、酵母等添加剂的效果）让三者成为了天壤之别的烘焙食物。
2.胀大之路不止一条
泡打粉是碳酸钠和塔塔粉（酒石酸氢钾）等无水酸性物质的混合物。这种混合物在枯燥状态下，性质不生动，不会发作化学反响。可是假如泡打粉加到蛋糕面糊傍边时，其间的液领会让泡打粉发作反响，生成许多细小的二氧化碳气泡填充在面糊傍边。为了让二氧化碳的发作具有最大极限的灵活性，市售的泡打粉开释二氧化碳分为两个阶段，也便是说在混合面糊和进行烤制的时分都能发作二氧化碳。（有的烘焙配方要求运用自发粉而不需求运用泡打粉，其实这种自发粉傍边含有泡打粉，可以在烘焙进程中让面团膨大。）
另一种往蛋糕面糊里充入气泡的办法要费时吃力得多。这种办法叫做糖油搅打法（creaming method），也便是把黄油和糖混合起来搅打。在搅打的进程中，不断有空气混合到黄油和糖中，你会发现混合物的色彩逐步改变，一开端混合物的色彩是和黄油相同的金黄色，当打发到位的时分会变成奶油质感的乳白色。
关于面包来说，让面团胀大的办法跟上面说的不太相同。面团傍边的气泡是酵母发作的。这是极为最常见的真菌，广泛存在于空气之中，咱们常见的葡萄外表的白霜亦含有酵母菌。人类可以安全食用的酵母其实只要少量几种，它们被许多生产用于制作面包和酿制啤酒。把酵母参加面团后，酵母会以面粉傍边的碳水化合物为养料，一同发作副产物二氧化碳，所以面团在醒发的时分体积就会胀大。
关于制作柔软膨松的烘焙食物来说，最重要的一点便是要在进入烤炉之前让它们内部充入气体。在高温环境下，它们会发作奇特的工作（物理现象），面团或许面糊就会摇身一变成为柔软的面包或松软的蛋糕。
拉胡尔·曼尔达现为英国谢菲尔德大学核先进制作研讨所的助理研讨员。图源：https://www.sheffield.ac.uk
3.进烤箱
咱们可以将烤箱傍边发作的高温反响分红三个阶段：胀大、定型和上色。
在胀大阶段，面团或面糊的体积会到达最大。烤箱中的热量会让其间的气体（空气或二氧化碳）体积增大，正如查理规律所述，气压相同的条件下，理想气体的体积与绝对温度成正比。这样咱们就得到了烘焙食物了解的膨松质感。除此之外，这个阶段中，水分子开端蒸腾构成水蒸气，这也会让面团胀大，让烘焙食物的体积增大。
在定型阶段，鸡蛋、面粉等成分隔端构成烘焙食物的根本结构。蜷缩的蛋白分子开端变性或打开，凝聚变硬。淀粉分子吸收水分后溶胀、分化构成胶体，也便是糊化。这两者会让蛋糕或面包内具有海绵样的安排结构。
在最终的上色阶段，食物的形状稳定下来。食物外表的蛋白质和糖发作反响，构成美丽的金棕色外表皮。这个进程便是美拉德反响（Maillard Reaction），假如温度更高也可以发作焦糖化反响。在不同的条件和质料组合下，美拉德反响可以生成数百种不同风味的化合物，这种简略的化学反响相同赋予了烘焙咖啡豆、煎烤肉类共同的滋味。
4.松脆的隐秘
现在咱们来聊聊更硬、更脆的烘焙食物——油酥糕点和饼干。这两种食物和面包、蛋糕略有不同，不过根本质料仍是十分类似的：面粉、油脂和水，有时分会参加鸡蛋或糖。
让油酥糕点酥松胀大的不是二氧化碳，而是水和油脂在焙烤进程中构成的水蒸气。烘焙中用到的油脂一般都含有必定的水分，比方黄油傍边一般含有18-20%的水，而人造黄油的含水量大约是25%。在烤制进程中，水分蒸腾会构成水蒸气，跟着温度升高水蒸气的体积也会添加，让面粉中的分子和层与层之间发作空地。不同油酥糕点所含的黄油或油脂份额不同，会构成各有特色的奶油酥皮（shortcrust）、法兰酥皮（flak ypastry）和千层酥（puff pastry）三种质感（见下表）。
不同的油酥糕点
质料 奶油酥皮 法兰酥皮 千层酥 泡芙
面粉 125g 125g 225g 70g
黄油/油脂 55g 80g 250g 55g
水 30-40ml 30-45ml 120ml 140ml
鸡蛋 - - - 2个
奶油酥皮疏松易碎，以蛋挞为代表。制作它一般都要把面粉和黄油一同搓成面包屑状，然后用一点水（有的食谱会用鸡蛋或蛋黄）把面包屑相同的粉揉成面团。一切资料捏成团后，面团傍边包裹着分散来开的小团的油脂。在烘烤进程中黄油消融，其间的水分蒸腾，构成小团水蒸气体积变大，让小面块互相分隔。于是就构成了这种点心松脆的质地。
法兰酥皮的黄油用量比松脆油酥更多，以法度馅饼和肠仔包为代表。一般要把冷冻或冷藏的黄油擦碎揉进面团或许折叠到面团里边-留意不要让黄油消融在面团里边，否则最终的制品就像奶油酥皮相同了。烘烤时，油脂碎块发作的水蒸气会让面团的层与层之间别离，构成层层清楚的质感。
千层酥的制作需求耗费许多时刻精力（所以不必由于自己买半制品千层酥而不好意思，许多工作厨师也会这么做）。用面团包裹住黄油后，重复将面团折叠、擀平，最终构成许多十分薄的面饼层叠起来的结构。烘烤进程中，黄油消融构成水蒸气，让一层一层的面饼彼此分隔，发作咱们所看到的千层酥的结构。
泡芙是最杂乱的油酥糕点。烘烤进程中，泡芙油酥可以构成一层十分脆的外壳，内部则是空心结构，可以填入甘旨的内陷。要把握这种油酥的制作，需求费点时间操练。做泡芙的要义是它要通过两次加热。面粉在预备揉成面团的时分进行了第一次加热，烤制是第2次加热。假如你去研讨泡芙的配料，你会发现跟其他油酥糕点比较，它需求许多水分，简直是面粉体积的两倍，而且还需求参加鸡蛋。烘烤时，水分受热构成水蒸气，依据物理学规律，跟着温度上升，水蒸气的体积会变大，让油酥面团胀开，内部构成空泛，而外部的面团则构成脆壳。
5.寓教于乐
我发现，给年纪小的学生讲烘焙中的科学很简略让他们开端考虑怎么解说现实日子中习以为常的现象。假如在解说科学知识的时分能吃些甘旨的食物，学习就变得更有吸引力了。
在校园里，许多时分咱们都忘了用风趣的办法把科学原理和它们的运用结合起来讲给学生。这导致学习变得枯燥无味，而这是彻底不必要的，由于它同学习科学的原意各走各路。
回想一下你小时分是怎么学习加法的。大人会问你，假定你有两块糖，然后你的朋友又给了你两块糖，那么你现在有几块糖了呢？用糖来打比方或许让你学得快了一些。
同理，假如你想让孩子对科学感兴趣，想办法让他们发现科学与日常日子间意想不到的联络，或许会大有裨益。要做到这一点也很简略，比方引导他们考虑一下泡茶的时分，烧水壶中的水会发作什么改变。或许更杂乱一点，比方巧克力变硬的原理就与冶金中的钢铁回火极为类似。在我所上任的谢菲尔德大学核先进制作研讨所最近举行的 STEM 活动中，咱们让孩子们着手试着运用巧克力进行“焊接”-运用消融的巧克力把薄板做成箱子，然后测验它们可以接受多大的破坏力。将烘焙和美食的趣味与科学和工程相结合，能让你更好地领会到两个国际的美好。
