炎炎夏日即將到來，霜淇淋的存在為燥熱的夏天提供了清涼與甜蜜。隨著人民生活水準提高，冰飲市場從五毛一根的老冰棒進化出各式五花八門的甜筒和雪糕。“雪糕刺客”、“茅臺霜淇淋”等相關社會熱點話題也是層出不窮。但別因為霜淇淋接地氣就小看了它的生產過程，事實上，每一份口感綿密，香甜順滑的霜淇淋都要經過一系列的實驗與篩選才能得出配方，投入市場。
從化學的角度看，霜淇淋是一種充氣冷凍甜點，通常包括牛奶、脂肪、蔗糖或甜味劑、穩定劑、乳化劑和香精等成分，是包括固、液、氣三相的複雜而又相對穩定的膠體體系。嚴格來說，霜淇淋的結構可以理解為脂肪球和小氣泡共同分散在水、糖、冰晶的混合物中[1]。完全融化成液體后的霜淇淋是典型的乳液體系，但霜淇淋本身並不能簡單的理解為凝固的乳液——因為少了空氣。
回想一下生活中經歷：你有一份拿出來太久沒吃融化了的霜淇淋，放回冰箱重新凍好之後再拿出來享用時，發現它似乎不如原本鬆軟可口。這是因為重新冷凍的霜淇淋液里失去了出廠時豐富的小氣泡，這些微小氣孔的存在是霜淇淋輕盈細膩口感的關鍵，失去它們后的糕體體積會減小，也更加堅硬。物質的結構會影響提供味道的分子在口腔里的擴散速度，進而影響味道。食品領域里還有很多利用小氣泡來改善食物口感的例子，比如打發奶油、髮面等等。一般霜淇淋中的氣泡大小在0.1mm左右，占總體積的30%-50%，太少起不到蓬鬆作用，太多稀釋了味道且會導致霜淇淋快速融化塌陷。
對於普通的液體，大量細小氣泡的存在也就意味著大量氣液介面和顯著提高的表面能，這會導致體系的熱力學不穩定，就好比一杯清水不管再怎麼用力攪打，一旦停止攪拌氣泡都會快速破裂。但生活經驗告訴我們霜淇淋中的氣泡並沒有這麼不穩定，這就要歸功於霜淇淋中會自發吸附在氣液介面的組分——脂肪顆粒。這是由於脂肪/空氣介面的能量相比於脂肪/水更低，所以脂肪顆粒傾向於圍繞空氣腔排布，使得體系的吉布斯自由能最低。同時脂肪作為類固體顆粒的存在也間接增加了空氣-水界面膜的強度，從而可以得到穩定的空氣腔，使得冰淇淋保持在“蓬鬆的奶油狀”。
除了留住小氣泡，脂肪另一大主要作用是為霜淇淋提供風味和柔軟的口感，霜淇淋中的脂肪一般都來自於牛奶（或者奶油），優質霜淇淋中的脂肪含量可高達20%，標註了“減脂”或“低脂”的商品中脂肪含量會低一些，但這會使得它們相對沒那麼好吃（而且生產成本也更低）。不管油多油少，如何使其均勻的分散在水作為連續相的體系中都是需要特別關注的問題。由於油水介面能的存在，分散的脂肪會趨向於聚並，導致霜淇淋分相或不均勻，無法保證商品的質量穩定性。
很多食品生產過程中其實都有這個問題，比如沙拉醬、飲用奶製品、椰奶等等，它們的解決手段也都是一樣——使用食品表面活性劑作為乳化劑。對於含牛奶量高的體系，牛奶中的蛋白質已經足夠作為乳化劑，可以考慮不再額外添加。雖然牛奶蛋白並不符合傳統上對表面活性劑的定義（長度大於八的碳鏈加極性頭基），但因為蛋白同時具有極性和非極性的面，可以吸附在脂肪顆粒表面形成包覆層，所以實際上確實有不錯的乳化能力。
排布在脂肪顆粒表面的蛋白會自發疏水面向內，親水基朝外，使得使得原本疏水的脂肪小球變成相對親水的蛋白小球，從而穩定分散在水相中；同時蛋白膜阻礙脂肪滴直接互相接觸，有很強的防聚並作用。
對於牛奶來說，這種抗聚結作用越強越好，但對霜淇淋則不盡然。畢竟脂肪顆粒需要圍繞在氣泡周圍截留空氣，所以仍需要保留一定的團聚能力。在霜淇淋製作過程中，一般通過加入別種乳化劑的方法來中和牛奶蛋白過強的抗聚結能力，其中最常用的是卵磷脂。卵磷脂的主要來源之一就是蛋黃，這也是為什麼家庭自製霜淇淋總少不了牛奶和蛋黃這兩大材料。
卵磷脂的結構包括兩個親油長碳鏈和一個磷酸膽鹼親水頭基，兩根碳鏈分別插入不同脂肪顆粒就可以起到幫助團聚的作用，把氣泡牢牢包裹在脂肪顆粒中，增加了冰淇淋的可塑性，防止垮塌。
除了上述幾種，霜淇淋的最後一種主要結構組成部分是蔗糖。溫度降低時人的味覺細胞會更不靈敏，所以霜淇淋需要添加更多的蔗糖以達到讓人滿意的甜度，這使得霜淇淋中的蔗糖含量可高達15%[2]。除了口味，糖也是霜淇淋固形物的重要組成部分，可以增加霜淇淋漿料中水相的黏度，減少脂肪顆粒的碰撞，説明保持乳液穩定。
同時，由於溶液依數性，高蔗糖濃度的水溶液的凝固點下降，使得霜淇淋在凍凝時形成的大量細小的冰晶顆粒，保證細膩的口感。正是因為蔗糖具有如此多種的作用，食品工業才一直很難找到一種完美的蔗糖替代品來取代其在霜淇淋中的地位，目前大部分減糖霜淇淋仍然有實際甜度不足、硬度較高、融化速率和黏度不理想等缺點[3]。所以雖然減糖減脂的健康口號一直喊的很響，但在霜淇淋領域其實並不很流行。畢竟霜淇淋是只在夏天出現的消遣食品，美味好吃也就足夠了，認真想減肥還是控制主食更靠譜。
以小見大，見微知著，即使是生活中司空见惯的冰淇淋，其各組分之間的調配平衡也蘊含著複雜的化學知識。掌握這些知識雖然不能讓超市裡的霜淇淋降價，但至少面對商家花裡胡哨的噱頭宣傳能明白是怎麼回事，知道為什麼掏錢，少交 “智商稅”。