“食”游記之“火眼金睛辨凝妖”

董梓凝，姚力箏，李一冉，鄭非凡，蔡梓曦，石朝陽，蔡寧靜，王景源，顏靜 ，閆毅 ,

1西北工業(yè)大學(xué)倫敦瑪麗女王大學(xué)工程學(xué)院，西安710072

2西北工業(yè)大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院，西安710129

為了找尋大唐盛世遺落的美食真經(jīng)，高僧唐藏藏帶領(lǐng)他的徒弟孫空空、豬戒戒和沙凈凈準(zhǔn)備再走取經(jīng)之路。第一站他們?nèi)チ宋挥谖靼?古長安城)北側(cè)的大明宮，也就是大唐帝國曾經(jīng)的大朝正宮。結(jié)束探訪后已經(jīng)天色漸晚，于是他們來到了離大明宮不遠的永興坊稍作休整。師徒四人從百姓口中打聽到，永興坊是大唐長安城一百零八坊之一，是長安著名的小吃聚集地。放眼望去，美食珍饈琳瑯滿目，牛羊肉泡饃、肉夾饃、老酸奶、金線油塔、甑糕等各色小吃映入眼簾，引得四人迫不及待地加入熱鬧之中……

1 師徒初聞水凝妖 村民困惑難辨真?zhèn)?/h2>

“我曾聽說坊間有個家喻戶曉的水凝妖?！碧撇夭亟榻B道，“他是水凝膠幻化而來，就是一種裝滿水(以水為分散介質(zhì))的立體網(wǎng)狀凝膠，他本是一種能溶于水(水溶性或親水性)的高分子。這不怕水的本領(lǐng)，就是因為一些親水的朋友(親水基團)愿意加入他，把水分子緊緊地抓住。再通過物理或化學(xué)交聯(lián)形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使他不溶于水。所以，水凝妖不僅可以將大量的水吸進體內(nèi)，還能保持自己的身材(形狀)，而且還具有很強的抗溶解能力[1]!”

“師父，我還聽說水凝妖好像不是只身一人呢！他還有很多兄弟姐妹。”沙凈凈感嘆。

“沒錯，水凝妖大家庭的成員，有來自天然的，也有后天人工合成的。比如我們常食用的淀粉、纖維素和殼聚糖等多糖類，以及膠原等多肽類，就是天然的水凝妖；像聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、聚丙烯酰胺、聚異丙基丙烯酰胺之類，就是合成的水凝妖?！?/p>

豬戒戒一心只想著吃，邊流著口水邊問：“這么厲害的人物，他是不是能制作很多美食呢？”

唐藏藏耐心地講：“這個水凝妖，精通物理和化學(xué)變化，能夠烹飪出具有水凝膠結(jié)構(gòu)的美食，他的廚藝收獲了來自世界各國游客的一致好評。想必，他會知曉這所謂美食真經(jīng)的線索吧……”

“明明是你假扮的我！”唐藏藏的介紹被突然從遠處傳來的爭吵聲打斷。

“施主，這里發(fā)生什么了？”唐藏藏向村民打聽道。

“此地有一對水凝妖兄弟，一位是天然水凝妖，一位是合成水凝妖。天然水凝妖十分擅長將物理化學(xué)原理運用到烹飪藝術(shù)中，他有許多拿手好菜，比如胡辣湯、甑糕、玉米攪團等。而合成水凝妖開了家零售店，專門售賣各種水凝膠的生活用品，比如隱形眼鏡、液體創(chuàng)可貼、免洗手消毒液等。本來相安無事，但最近合成水凝妖假冒天然水凝妖的樣子，想要吞并他的美食店，大家分不清孰真孰假了。”

“哎，本是同根生，相煎何太急。貧僧提議進行廚藝爭霸賽，孰真孰假當(dāng)下立見?！碧撇夭靥嶙h。

2 膠妖斗法爭廚王 化學(xué)原理辨真身

唐藏藏的提議贏得了大家的認可，師徒四人被邀請成為評委，一場緊張激烈的比賽拉開了帷幕。比賽分為三局，每回合參賽雙方需要拿出一道自己的拿手好菜。

2.1 第一回合——勁道的奧妙

只見左邊的水凝妖手法嫻熟流暢，不一會兒就端出幾大碗biangbiang面呈現(xiàn)在評委面前。右邊的水凝妖也不甘示弱，緊隨其后端上來幾份玉米攪團。

左邊的水凝妖率先開口：“biangbiang面的名字來源于面條制作過程中與案板接觸摔打的聲音。此面條的獨特之處在于添加了硼砂，可以讓面條變得白凈、勁道。硼砂俗稱月石，其水溶液呈弱堿性。如圖1所示，和面的過程中，面粉中的麥膠蛋白和麥谷蛋白與水形成氫鍵，水分子被吸附到蛋白質(zhì)表面形成水化膜。作為電解質(zhì)的硼砂則可以有效改變蛋白的水化作用，增加其表面的電荷數(shù)量；同時，面粉中的淀粉在硼砂堿性作用下部分水解成糊精，破壞了蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，使蛋白質(zhì)內(nèi)部基團的相互接觸成為可能，增大了形成蛋白質(zhì)凝膠網(wǎng)絡(luò)的概率，使得面條的口感更有韌性[2]。

圖1 面粉蛋白質(zhì)凝膠結(jié)構(gòu)

“胡說八道，妖言惑眾！鹽和堿面才是可食用的biangbiang面添加劑，你加入的硼砂根本就不可食用！國家早就明令禁止其作為食品添加劑使用。你忘了有個食客吃了你的面條急性中毒了嗎？他當(dāng)時嘔吐得一塌糊涂，險些喪命。你一定是合成水凝膠！”孫空空用他的火眼金睛辨別后大聲說道。

“胡說！口說無憑，有本事你拿出證據(jù)來！”左邊的水凝妖氣得跳了起來。

“哼，別急??！看我姜黃試紙！”孫空空拔了根毫毛一吹，變出來幾盒試紙?！叭藬z入硼砂后，會與胃酸混合形成硼酸，引起‘硼酸癥’，輕者嘔吐腹瀉，重者昏迷休克。姜黃試紙檢測法便是依據(jù)質(zhì)子化的姜黃試紙在酸性條件下和硼砂反應(yīng)形成硼酸而呈現(xiàn)紅色的原理來檢驗硼砂的[3]?！?/p>

話音未落，孫空空手里接觸到了左邊水凝妖的biangbiang面的試紙就已經(jīng)變紅了。

“那他帶了什么呢？”左邊的水凝妖眼見自己要敗露，氣急敗壞地用手指了指右邊的水凝妖。

右邊的水凝膠緩緩開口介紹自己的美食：“我們常見的淀粉其實是好哥倆‘直鏈淀粉’和‘支鏈淀粉’的組合。他們的基本結(jié)構(gòu)雖然都是吡喃葡萄糖，但是二級結(jié)構(gòu)和性質(zhì)差異較大。直鏈淀粉顧名思義是由一個直鏈型大分子，在分子內(nèi)氫鍵的作用下呈現(xiàn)螺旋狀，有時也可能呈現(xiàn)卷曲狀；而支鏈淀粉的分子由主鏈和若干側(cè)鏈組成，呈現(xiàn)樹狀分叉結(jié)構(gòu)，與直鏈分子相比聚合度要大得多。我們常說的碘遇淀粉變藍指的就是直鏈淀粉。此外，直鏈淀粉溶于熱水，難以糊化，支鏈淀粉在熱水中糊化膨脹?！?/p>

“我做的這道美食是攪團，其原料選自陜西本地的玉米淀粉，支鏈淀粉含量約74%。制作時，向玉米淀粉中加入清水，這時的淀粉顆粒具有膠束結(jié)構(gòu)，淀粉分子形成的結(jié)晶區(qū)較為緊密，因此水分子只進入淀粉粒的非晶質(zhì)部分，體積略有膨脹；加熱后，淀粉顆粒開始大量吸水，體積劇烈膨脹至原來的60-100倍，發(fā)生了所謂膨潤現(xiàn)象；緊接著，當(dāng)溫度達到糊化的起始溫度時，淀粉分子晶區(qū)會發(fā)生水合作用，結(jié)晶區(qū)和無定形區(qū)間的氫鍵被破壞，晶體結(jié)構(gòu)解體，淀粉顆粒原有的締合狀態(tài)被改變，直鏈淀粉雙螺旋伸直形成分離狀態(tài)，變?yōu)檎吵淼哪z體溶液，此時糊化發(fā)生。隨著溫度的升高，黏度開始不斷增加。當(dāng)其體積膨脹到一定程度時，比較小的直鏈分子從淀粉顆粒中滲析出來，形成粘稠狀的凝膠，這便是攪團[2]。要做出口感軟糯且勁道的攪團，關(guān)鍵在于‘?dāng)嚒?。俗話說‘?dāng)噲F要好，攪上百攪’，這是因為溫度足夠高時，在不斷攪動的過程中，物理做功一方面使得本不溶于熱水的支鏈分子也吸水膨脹形成穩(wěn)定的粘稠膠體溶液，另一方面使得分子鏈纏結(jié)，強化了網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，纏結(jié)的高分子鏈段之間的滑移和分子鏈的自由運動受到限制，使其黏度上升，變得十分粘稠、有彈性。”

“我宣布第一回合右方水凝妖勝?！碧撇夭毓嫉?。

2.2 第二回合——黏度的真諦

第二回合開始后，只見左邊的水凝妖端出來幾杯老酸奶，而右邊的水凝妖端出了幾大碗胡辣湯。

左邊的水凝妖最先開口：“牛奶中含有的水溶性蛋白質(zhì)能夠形成親水膠體。牛奶變成酸奶的秘訣在于向殺菌后的牛奶中添加有益菌進行發(fā)酵。牛奶在酸化處理前，pH在6.4-6.8之間，其中的蛋白質(zhì)與酪蛋白磷酸肽結(jié)合成的酪蛋白微膠團在水合作用、負電性及斥力的共同作用下保持穩(wěn)定。隨著pH的逐漸降低，微膠團的電性被中和導(dǎo)致酪蛋白微粒聚集形成線團狀的聚集體，此時受加熱而交聯(lián)的變性乳清蛋白，促進了酪蛋白微粒橋連作用，同時增大了酪蛋白微粒的位阻效應(yīng)，防止過多的酪蛋白聚集產(chǎn)生沉淀。相互交聯(lián)的蛋白質(zhì)凝膠網(wǎng)格結(jié)構(gòu)由此形成(圖2)[4]。為了穩(wěn)定酸奶中的酪蛋白凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，我在酸奶中添加適量的可食用增稠劑。常用的增稠劑有明膠、瓊脂等，它們可以通過靜電作用吸附到酪蛋白上，從而滲入酪蛋白網(wǎng)絡(luò)中，限制分子的運動，提高酸奶的粘稠度，穩(wěn)定酸奶的性質(zhì)。除了改善口感和質(zhì)地，這些可食用增稠劑也可以促進腸胃蠕動，幫助食物消化?！?/p>

圖2 酸奶中蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的形成過程

聽罷，孫空空點評道：“雖然適量添加對人體無害的添加劑確實能改善酸奶的口感，加入明膠和瓊脂也不會對人體有危害，但是也有一些不良商家為了減少成本，采用鞣制過的皮革來制作明膠，而鞣制過程中常用的鉻鹽鞣劑會導(dǎo)致皮膠原料中的鉻元素超標(biāo)，對人體有害，增加致癌風(fēng)險。還記得‘皮鞋膠囊’嗎？早在2012年，國家質(zhì)檢總局就明確禁止了工業(yè)明膠用于食品行業(yè)。而這位水凝妖帶來的這些老酸奶里，恰恰就是添加了這種工業(yè)明膠，對人體的危害極大。更可惡的是，明膠熔點低不易生產(chǎn)和保存，這個壞蛋竟然用醛做交聯(lián)劑來得到穩(wěn)定的凝膠。所以，你一定是合成水凝妖！”

“老規(guī)矩，你倒是把證據(jù)拿出來啊!”左邊的水凝妖不服氣地說道。

“還不死心，等我去請?zhí)捉鹦?。先讓另一位展示自己的菜肴吧?！睂O空空說道。

“我?guī)淼氖俏靼蔡厣睖?。制作胡辣湯最重要的步驟是勾芡。淀粉先與適量的冷水混合，讓淀粉顆粒進行溶脹。當(dāng)水淀粉下鍋后，隨著溫度的升高，淀粉膠束運動的強度變大，微粒運動的動能增大；同時淀粉中氫鍵的強度變?nèi)酰Y(jié)晶區(qū)域會變得更加不穩(wěn)定，更加疏松。此時水分子得以進入淀粉結(jié)晶區(qū)的內(nèi)部，與淀粉在高溫下斷裂的極性鍵上的極性基團相結(jié)合，使淀粉得以迅速吸水。當(dāng)吸水后淀粉顆粒的體積達到一定程度時，便會發(fā)生破裂，在湯汁中四散開，通過規(guī)則的交聯(lián)形成膠體溶液，形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使得湯汁的黏稠度增加，菜肴便成為我們所熟悉的糊狀。需要注意的是，不同的植物提取出來的淀粉兩種組分的比例不盡相同。馬鈴薯淀粉與玉米淀粉相比顆粒較大，結(jié)構(gòu)相對疏松，在水中的溶解度相對較大，使其能夠在菜肴中快速形成膠體，增加湯汁的黏稠度。因此，為了保證胡辣湯的口感，我堅持用最優(yōu)質(zhì)的陜北馬鈴薯淀粉勾芡，用最優(yōu)質(zhì)的玉米淀粉制作攪團?！?/p>

等右邊的水凝妖說完，孫空空一手扶著太白金星，一手拿著一張譜圖走來了?！按蠹铱?，太白金星最新發(fā)明的工業(yè)明膠檢測技術(shù)——太赫茲波譜[5]明明白白地顯示他的酸奶里有工業(yè)明膠?！?/p>

2.3 第三回合——蛋白的幻化

比賽馬上進行到了第三回合，這次右邊的水凝妖先開口：“我?guī)淼氖俏靼仓暮诎盗侠怼u汁涼粉’。大家可能有所耳聞，鹵汁涼粉主料是豌豆淀粉水凝膠，配料是松花蛋，再加上勾好的芡。淀粉水凝膠和勾芡的原理我上面都講過了，下面我特別來說一說這溏心的松花蛋。在由草木灰和堿配成的松花蛋粉作用下，雞蛋中的蛋白發(fā)生凝膠化反應(yīng)，形成富有彈性的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。同時，蛋黃中的蛋白質(zhì)也會分解形成氨基酸，使得皮蛋的蛋黃吃起來更鮮?！?/p>

“有的朋友可能要問我，放了這么多堿對身體沒有傷害嗎？放心，在鹵汁涼粉的制作過程中我們特意加入了陳醋，既能殺菌，又能中和堿?！?/p>

“真是妙啊，美食里面的化學(xué)知識這么多！”唐藏藏驚嘆道。

“各位評委也看看我的涼皮吧，爽滑彈牙，你們一定會喜歡的。和面、餳面、洗面、蒸制是制作涼皮的四個重要步驟。最重要的就是餳面和洗面了：餳面的目的是讓面團中的蛋白質(zhì)得到充分的蓬松從而保證涼皮的筋道。洗面則是洗去面團中麥膠蛋白和麥谷蛋白分子之間緊密排列形成的具有蛋白質(zhì)膠體結(jié)構(gòu)的面筋。蒸制過程中膠粒熱運動加快導(dǎo)致淀粉溶液凝聚，形成具有淀粉膠體結(jié)構(gòu)的涼皮。洗出來的面筋也不浪費，可以放在涼皮上當(dāng)輔料?！?/p>

說著，他拿出了姜黃試紙在涼皮上沾了幾下，得意洋洋地說：“看好了，這次可沒加硼砂呦?！?/p>

“我就知道你拿出來的不會是什么好東西，看我火眼金睛。你這涼皮雖然沒加硼砂，但是為了讓其口感更加討喜，加入了過量的明礬。明礬又叫十二水合硫酸鋁鉀，可以在水中水解成氫氧化鋁形成膠體。涼皮的凝膠結(jié)構(gòu)主要由蛋白質(zhì)組成，而明礬能作用于蛋白質(zhì)，與之結(jié)合形成疏松凝膠，從而強化了涼皮中的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，吃起來更勁道。明礬聽著是個好東西，但是，其最可怕之處就在于含鋁。過量攝入鋁這種人體非必需物質(zhì)，可能會對腦神經(jīng)產(chǎn)生影響，增大患老年癡呆癥的可能，大家忘了前幾天被停業(yè)整頓的那個明礬油條了嗎？”說著，孫空空變出了一排試劑盒說：“明礬中的三價鋁離子可以與鉻天青S及溴化十六烷基三甲銨反應(yīng)，形成藍色三元絡(luò)合物[6]。如果我的試劑盒顯示藍色或綠色，則說明存在鋁，顏色越深，鋁的含量就越多?！?/p>

“大師兄快看！變藍了，藍色這么深一定加了很多明礬！”豬戒戒驚呼道。

“真是黑心，你就是合成水凝妖?！睂O空空憤憤地說。

三局之后，勝負已定。左邊的水凝妖雖然偷學(xué)了凝膠類食物中的物理化學(xué)變化，但是卻沒有學(xué)到天然水凝妖“崇尚天然，無毒無害”的美德，被孫空空及時識破。

贏得勝利后，天然水凝妖補充道：“其實在我們身邊有很多食物都具有水凝膠的結(jié)構(gòu)，不只是今天比賽中提到的食物，我們常吃的果醬、果凍、肉皮凍等都是水凝膠。其實我還有一些親戚，就是干凝膠，他們潤濕之后便是水凝膠了。海參、干貝、魷魚、海石花等海產(chǎn)品烹飪過程中的泡發(fā)，就是干凝膠恢復(fù)成水凝膠的膨潤過程。別看合成水凝妖今天在美食制作中的表現(xiàn)令人心寒，但是他之前在日用品行業(yè)的發(fā)展，真地幫大家解決了很多問題，比如他制作的水凝膠隱形眼鏡。”

“可別替他說話了，俺小孫今天非收拾了這個為非作歹的妖怪不可。等等，人呢？”孫空空轉(zhuǎn)身四處搜尋合成水凝妖的身影，只見這妖怪抱著自己的家當(dāng)趁大家不注意，灰溜溜正往遠處跑走了。

3 膠妖自愈驚悟空 圣僧勸誡降膠妖

“妖怪站??！”孫空空一個筋斗翻到了合成水凝妖的面前。合成水凝妖感到了威脅的逼近，猛地跳到旁邊的小池里，張著血盆大口喝起了水。只見，他的身體瞬間脹大了數(shù)倍。孫空空對準(zhǔn)妖怪一棒打了下去，可誰知這合成水凝妖竟然以柔克剛，柔軟Q彈的身體吸收了金箍棒的全部能量。隨即對孫空空展開反擊，憑借自身強大的儲水能力，水凝妖將方才吸納的水向?qū)O空空噴射過去。

見水凝妖毫發(fā)未傷，孫空空變出三頭六臂同時對水凝妖展開攻勢，將水凝妖大卸八塊。本以為這樣就消滅了妖怪，誰知這水凝妖身體的各個部分又自動拼了回去。

“我們水凝妖還有個巨大的自愈合本領(lǐng)，你不知道吧，無知的毛猴！”

孫空空本身就嫉惡如仇，一聽合成水凝妖如此鄙視自己，更是氣得火冒三丈，變出一個巨大的透明玻璃罩把合成水凝妖罩在其中，周圍燃起了火焰，說道：“讓你小看我，我要讓你嘗嘗俺小孫的厲害，看我今天不給你烤成干凝膠！”

這一來合成水凝妖可害怕了，求饒道：“我冒充天然水凝妖也只是貪圖一己私利，但是各位圣僧神通廣大，我的計謀全被識破了，看在我以往在日用品方面的功勞，就饒我一命吧?！庇洲D(zhuǎn)身對唐藏藏說：“師父，我知道錯了，從今往后我一定認真悔改?！?/p>

唐藏藏說道：“放下屠刀，立地成佛。既然水凝妖已經(jīng)知錯，空空，那就給他放了吧?！?/p>

合成水凝妖握著唐藏藏的手滿懷歉意地說道：“師父，沒想到我鬼迷心竅驚擾大家，您卻如此寬宏大量饒了我小命。我一定好好修煉，為人類做出更多貢獻?！?/p>

“施主，你若真心悔改，日后還要好好發(fā)揮自己優(yōu)異的自愈合和力學(xué)性能等長處啊，切莫弄虛作假為害百姓，這就算是對我最好的報答了?！碧撇夭剌p拍合成水凝妖的手說道。說完，帶著三個徒弟繼續(xù)上路了。留下合成水凝妖呆呆地站在那里，回味著唐藏藏的囑托。

4 膠妖悔過改自新 前沿科技放異彩

閉關(guān)修煉很多年后，合成水凝妖帶著新的名字出現(xiàn)在了不同領(lǐng)域的高科技產(chǎn)品中：

在創(chuàng)面抗菌愈合領(lǐng)域，合成水凝妖發(fā)揮他良好的3D可吸水網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可以通過直接注入藥物、膨脹擴散、膠囊封裝等方法進行藥物封裝，既可以發(fā)揮抗菌作用，避免傷口感染，其優(yōu)異的生物相容性還可以減少疤痕的形成，促進毛囊等組織的發(fā)育[7]。

在生物力學(xué)傳感領(lǐng)域，合成水凝妖發(fā)揮其自愈合能力，在化學(xué)鍵斷裂時自我重組、重建，在提高彈性和機械強度的方向上身手不凡，常常出現(xiàn)在智能電子皮膚研制中。

在恢復(fù)神經(jīng)系統(tǒng)功能方面，合成水凝妖幫助研究人員確定了PEG水凝膠配方，再次發(fā)揮他特有的三維網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)，開發(fā)了一種可以持續(xù)可控釋放神經(jīng)營養(yǎng)因子的凝膠結(jié)構(gòu)[8]。

此外，他的名字也屢次出現(xiàn)在國際著名學(xué)術(shù)期刊上。2021年3月的Nature封面便是一種由浙江大學(xué)研究團隊研發(fā)的能夠自供能的軟體仿生機械獅子魚。合成水凝妖在其中擔(dān)當(dāng)軟啟動器的重要材料，這種擁有良好抗壓能力的機器魚通過了馬里亞納海溝最深10900米和南海最深3224米的實際測試[9]。無獨有偶，美國哈佛大學(xué)的鎖志剛教授課題組利用水凝膠的柔性和離子傳導(dǎo)性特征，實現(xiàn)了水凝膠神經(jīng)接口，可以記錄大腦高質(zhì)量信號[10]。日本北海道大學(xué)的龔劍萍教授團隊提出了雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠概念，實現(xiàn)了力響應(yīng)性自生長水凝膠，只需寥寥數(shù)小時就能把目測比它重很多的200 g重物越拉越高[11]。

合成水凝妖逐漸感受到了奉獻的快樂，也在高科技領(lǐng)域找到了自己的價值，每天奔波在為人類創(chuàng)造更美好未來的道路上。