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完美结合物理与化学的科学——烘焙
谈谈烘焙食品
 
世界各地的人都会吃烘焙食品,其中最常见的是各种各样的蛋糕、面包和饼干。在不同的国家和文化当中,它们都是人们日常饮食的一部分。不过这些食物的具体形态会因为当地谷物种类(包括小麦、玉米、大麦、燕麦、大米和一些其他谷物)、气候和人们的生活方式的不同而有所变化。不过制作任何烘焙食品的第一步都是将谷物磨成粉,然后将谷物粉与液体物质、油脂混合在一起形成膏状、团状或糊状的混合物。每种混合物都会产生不同类型和质感的面包、蛋糕或饼干。

布里欧修面包的质地则更有嚼劲和弹性,因为面团在反复揉捏的过程中形成了大量麸质。
饼干的质地松脆,因为原料当中水分相对较少。
这三种食物都很美味,但是原材料比例的不同(以及泡打粉、酵母等添加剂的作用)让三者成为了截然不同的烘焙食品。

膨胀之路不止一条

 
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。这种混合物在干燥状态下,性质不活泼,不会发生化学反应。但是如果泡打粉加到蛋糕面糊当中时,其中的液体会让泡打粉发生反应,生成大量微小的二氧化碳气泡填充在面糊当中。为了让二氧化碳的产生具有最大限度的灵活性,市售的泡打粉释放二氧化碳分为两个阶段,也就是说在混合面糊和进行烤制的时候都能产生二氧化碳。(有的烘焙配方要求使用自发粉而不需要使用泡打粉,其实这种自发粉当中含有泡打粉,能够在烘焙过程中让面团膨大。)
另一种往蛋糕面糊里充入气泡的方式要费时费力得多。这种方法叫做糖油搅打法(creaming method),也就是把黄油和糖混合起来搅打。在搅打的过程中,不断有空气混合到黄油和糖中,你会发现混合物的颜色逐渐变化,一开始混合物的颜色是和黄油一样的金黄色,当打发到位的时候会变成奶油质感的乳白色。
对于面包来说,让面团膨胀的方法跟上面说的不太一样。面团当中的气泡是酵母产生的。这是极为最常见的真菌,广泛存在于空气之中,我们常见的葡萄表面的白霜亦含有酵母菌。人类能够安全食用的酵母其实只有少数几种,它们被大量生产用于制作面包和酿造啤酒。把酵母加入面团后,酵母会以面粉当中的碳水化合物为养料,同时产生副产物二氧化碳,所以面团在醒发的时候体积就会膨胀。
对于制作柔软膨松的烘焙食品来说,最重要的一点就是要在进入烤炉之前让它们内部充入气体。在高温环境下,它们会发生神奇的事情(物理现象),面团或者面糊就会摇身一变成为柔软的面包或松软的蛋糕。


进烤箱
 
我们能够将烤箱当中发生的高温反应分成三个阶段:膨胀、定型和上色。
在膨胀阶段,面团或面糊的体积会达到最大。烤箱中的热量会让其中的气体(空气或二氧化碳)体积增大,正如查理定律所述,气压相同的条件下,理想气体的体积与绝对温度成正比。这样我们就得到了烘焙食品熟悉的膨松质感。除此之外,这个阶段中,水分子开始蒸发形成水蒸气,这也会让面团膨胀,让烘焙食品的体积增大。
在定型阶段,鸡蛋、面粉等成分开始形成烘焙食品的基本框架。蜷缩的蛋白分子开始变性或展开,凝结变硬。淀粉分子吸收水分后溶胀、分解形成胶体,也就是糊化。这两者会让蛋糕或面包内拥有海绵样的组织结构。
在最后的上色阶段,食物的形状稳定下来。食物表面的蛋白质和糖发生反应,形成漂亮的金棕色外表皮。这个过程就是美拉德反应,如果温度更高也能够产生焦糖化反应。在不同的条件和原料组合下,美拉德反应能够生成数百种不同风味的化合物,这种简单的化学反应同样赋予了烘焙咖啡豆、煎烤肉类独特的味道。


松脆的秘密
 
现在我们来聊聊更硬、更脆的烘焙食品——油酥糕点和饼干。这两种食物和面包、蛋糕略有不同,不过基本原料还是非常类似的:面粉、油脂和水,有时候会加入鸡蛋或糖。
让油酥糕点酥松膨胀的不是二氧化碳,而是水和油脂在焙烤过程中形成的水蒸气。烘焙中用到的油脂一般都含有一定的水分,比如黄油当中通常含有18-20%的水,而人造黄油的含水量大约是25%。在烤制过程中,水分蒸发会形成水蒸气,随着温度升高水蒸气的体积也会增加,让面粉中的分子和层与层之间产生空隙。

奶油酥皮疏松易碎,以蛋挞为代表。制作它通常都要把面粉和黄油一起搓成面包屑状,然后用一点水(有的食谱会用鸡蛋或蛋黄)把面包屑一样的粉揉成面团。所有材料捏成团后,面团当中包裹着分散来开的小团的油脂。在烘烤过程中黄油融化,其中的水分蒸发,形成小团水蒸气体积变大,让小面块彼此分开。于是就形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,以法式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者折叠到面团里面-注意不要让黄油融化在面团里面,不然最后的成品就像奶油酥皮一样了。烘烤时,油脂碎块产生的水蒸气会让面团的层与层之间分离,形成层层分明的质感。
千层酥的制作需要消耗大量时间精力(所以不用因为自己买半成品千层酥而不好意思,很多职业厨师也会这么做)。用面团包裹住黄油后,反复将面团折叠、擀平,最后形成许多非常薄的面饼层叠起来的结构。烘烤过程中,黄油融化形成水蒸气,让一层一层的面饼相互分开,产生我们所看到的千层酥的结构。
泡芙是最复杂的油酥糕点。烘烤过程中,泡芙油酥能够形成一层非常脆的外壳,内部则是空心结构,可以填入美味的内陷。要掌握这种油酥的制作,需要费点工夫练习。做泡芙的要义是它要经过两次加热。面粉在准备揉成面团的时候进行了第一次加热,烤制是第二次加热。如果你去研究泡芙的配料,你会发现跟其他油酥糕点相比,它需要大量水分,几乎是面粉体积的两倍,并且还需要加入鸡蛋。烘烤时,水分受热形成水蒸气,根据物理学定律,随着温度上升,水蒸气的体积会变大,让油酥面团胀开,内部形成空洞,而外部的面团则形成脆壳。


寓教于乐
我发现,给年纪小的学生讲烘焙中的科学很容易让他们开始思考如何解释现实生活中习以为常的现象。如果在讲解科学知识的时候能吃些美味的食物,学习就变得更有吸引力了。
在学校里,很多时候我们都忘了用有趣的方式把科学原理和它们的应用结合起来讲给学生。这导致学习变得枯燥无味,而这是完全不必要的,因为它同学习科学的本意背道而驰。
回想一下你小时候是如何学习加法的。大人会问你,假设你有两块糖,然后你的朋友又给了你两块糖,那么你现在有几块糖了呢?用糖来打比方可能让你学得快了一些。
同理,如果你想让孩子对科学感兴趣,想办法让他们发现科学与日常生活间意想不到的联系,可能会大有裨益。要做到这一点也很简单,比如引导他们思考一下泡茶的时候,烧水壶中的水会产生什么变化。或者更复杂一点,比如巧克力变硬的原理就与冶金中的钢铁回火极为相似。在我所就职的谢菲尔德大学核先进制造研究所最近举办的 STEM 活动中,我们让孩子们动手试着利用巧克力进行“焊接”-使用融化的巧克力把薄板做成箱子,然后测试它们能够承受多大的破坏力。将烘焙和美食的乐趣与科学和工程相结合,能让你更好地体会到两个世界的美妙。


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