深入解析霜淇淋的物理與化學奧秘，從成分、結構到製作工藝，解鎖這一全球最受歡迎甜點的科學秘密。

霜淇淋，成分看似簡單，只有奶油和糖，但親自製作時卻常讓人困惑，輕易變成黏稠或冰渣的失敗品。食品科學家Douglas Goff指出，材料科學的原理能幫助我們完美掌控霜淇淋的製作。

霜淇淋的多相結構

對大多數人來說，霜淇淋是美味的冷凍甜點。但在Douglas Goff這樣的食品科學家眼中，它還是物理與化學的奇跡。霜淇淋是複雜的多相材料，包含乳狀液、泡沫、晶體、溶質與溶劑。無論是家用廚房還是商業工廠，製作霜淇淋都需要精準配比原料，以及對攪拌、攪動和冷凍過程的精細控制。

作為加拿大圭爾夫大學的食品科學研究員，Goff專注於霜淇淋的結構與成分功能研究。他還主講該大學每年一度的霜淇淋課程，這是自1914年開設以來持續時間最長的課程之一。在與《物理世界》記者Hamish Johnston的對話中，Goff分享了霜淇淋的科學奧秘，探討了為何製作純素霜淇淋如此困難，以及如何在電子顯微鏡實驗中防止樣品融化。

霜淇淋的獨特物理屬性

Goff形容霜淇淋是一個極為複雜的多相系統。首先，它是乳狀液，脂肪微滴分散在含糖的水溶液中。接著通過攪拌引入空氣，形成泡沫。在冷凍的霜淇淋中，約一半體積是空氣，以細小氣泡的形式分佈在產品中。

部分水分被冷凍成顯微級的小冰晶，而剩餘未凍結的水因溶解的糖分而保持液態，這正是霜淇淋柔軟、易舀又可咀嚼的原因。最終的成品中包含脂肪微滴(乳狀液)、空氣氣泡(泡沫)、部分結晶的冰和濃縮的糖溶液。

家庭製作與商業生產的差異

在廚房和工廠中，冷凍和攪拌同步進行，但結果卻大相徑庭。自製霜淇淋通常只能保存一兩天便開始變得冰渣感明顯，而商業霜淇淋的保質期可達數月至一年。這源於冰相隨時間演變的過程——重結晶。溫度波動會導致冰融化后重新結晶，但不會形成新的冰晶，而是使現有晶體增大。商用設備能夠產生更小的冰晶，同時穩定的低溫存儲進一步延長保質期。

另一個重要因素是添加穩定劑，如角豆膠、瓜爾膠或纖維素膠等。這些成分通過增加未凍結相的粘度來減緩冰晶重結晶。某些創新成分如丙二醇單硬脂酸酯還能吸附在冰晶表面，阻止其在溫度波動時繼續生長。

風味如何影響霜淇淋製作

添加風味劑會對霜淇淋的物理結構產生顯著影響。例如，草莓因其高糖分會降低未凍結相的冰點，使草莓霜淇淋比香草霜淇淋更軟。而酒精類風味劑(如朗姆酒、奶油利口酒)則因顯著降低冰點，需要減少酒精含量並加入脫醇風味劑來平衡。

純素霜淇淋的挑戰

純素霜淇淋的製作工藝與傳統霜淇淋相似，但最大的區別在於蛋白質來源。乳蛋白既是優良的發泡劑又是乳化劑，而植物蛋白(如腰果、杏仁或大豆)在這方面表現較差，因此需要額外添加其他成分來彌補功能缺失。

霜淇淋研究的樂趣

經過幾十年的研究，Goff仍對霜淇淋充滿熱情。他旅行時喜歡觀察不同國家的霜淇淋市場，並將發現分享給學生和同行。他說，霜淇淋不僅僅是一種甜品，更是一種與科學和樂趣緊密相連的文化體驗。

繼續探索霜淇淋的奧秘，也許下一個突破將顛覆你對這份甜點的認知。

本文譯自 Physics World，由 BALI 編輯發佈。