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科學(xué)松鼠會 ? 蓬灰,拉面的科技

 大安匠人 2011-07-15
蓬灰,拉面的科技
| Tags 標(biāo)簽:, , , ,     云無心 發(fā)表于 2011-06-23 05:36

南京電視臺“爆料”了拉面中使用“蓬灰”的“行業(yè)內(nèi)幕”,果不其然吸引了全國公眾的眼球。被食品添加劑弄得風(fēng)聲鶴唳的公眾立刻群情激憤,以至于南京的數(shù)百家拉面店幾近停業(yè)。后來的發(fā)展簡直可以用“峰回路轉(zhuǎn)”來形容——原來蓬灰是最正宗的拉面必用之物,“已有上百年歷史”。再加上它是一種“天然產(chǎn)物”,并非“化學(xué)工業(yè)品”,于是大多數(shù)人就放了心,事件也以電視臺灰頭土臉地道歉而告終。

不過,還是有人很好奇:蓬灰雖然來自于“天然植物”,可是它畢竟只是一種草灰,加到拉面里干什么?

讓我們先離開蓬灰,從面食說起。

面食差別咋就這么大

在世界范圍內(nèi),面粉都是主要的糧食之一。人們用面粉制作了各種各樣的食品。光是中國,不同的面食可能就多達(dá)幾百上千種,在風(fēng)味、口感方面各不相同。這里,我們挑出蛋糕、饅頭和面條來,不談風(fēng)味,只從口感上做一番品評。

如果自己做過蛋糕,就會知道蛋糕從“生”到“熟”體積會大大增加。放涼之后,體積會減小一些,但是依然很“蓬松”。即使把蛋糕揉成一團(tuán)再嚼,也還是很“散”很“軟”,完全沒有“筋道”的感覺。

與蛋糕相比,饅頭體積在變熟過程中的膨脹就要小多了。好的饅頭有一定的彈性,能夠“撕開”——蛋糕就很難想象如何“撕”開,只能“掰”或者“切”。換句話說,好的饅頭有一些“韌”的口感。如果揉面的時候堿加多了,饅頭的體積就會小得多,吃起來很硬,而且顏色還發(fā)黃。

而面條,尤其是“堿面”,從口感上來說就像加堿過多的饅頭——硬而“筋道”。生的面條煮熟之后,體積變化也很小。此外,堿面也會呈現(xiàn)淡黃色——這可不是染出來的顏色,而是貨真價實(shí)的“原生態(tài)”。

同是面粉做出來的食物,為什么吃起來的差別這么大呢?

除了制作過程和其他成分的不同,僅就面粉而言,是因?yàn)橐环N叫做“面筋蛋白”的東西。在不同的面食中,它們或者生來就不相同,或者只是后天受到不同的處理而變得不同。總之,面筋蛋白是導(dǎo)致這幾種面食口感不同的關(guān)鍵因素。

面筋蛋白是關(guān)鍵

跟淀粉相比,蛋白質(zhì)在面粉中的比例不高。小麥品種、種植環(huán)境以及加工條件會影響最終面粉中的含量,一般在8%~16%之間。經(jīng)過適當(dāng)工業(yè)處理,面粉中的蛋白質(zhì)含量還可以進(jìn)一步降低甚至去除。根據(jù)蛋白質(zhì)含量高低,人們把面粉劃分為“低筋面粉”、“中筋面粉”和“高筋面粉”。低筋面粉的蛋白質(zhì)含量一般低于8.5%,高筋面粉一般高于12.5%,中筋面粉則介于二者之間。

面粉中的蛋白主要有兩種:glutenin和gliadin,一般被翻譯成“谷蛋白”和“醇溶蛋白”。這兩種蛋白質(zhì)都不溶于通常的水。谷蛋白能溶解于稀的酸或者堿中,醇溶蛋白顧名思義就是能溶解于酒精中。在水中,它們會聚集在一起。把面粉放在水中“搓洗”,淀粉跑到了水中,這些蛋白質(zhì)分子們跑到一起,在機(jī)械作用下互相連接起來,就成了“gluten”,中文里通常叫做“面筋蛋白”,也有人翻譯成“麩質(zhì)蛋白”、“谷膠蛋白”等。

面筋蛋白在中國和日本的傳統(tǒng)食物中地位不低。這種蛋白質(zhì)質(zhì)地跟肉比較接近,很多“素肉”就是基于面筋蛋白而做成的。除了各種“面筋”食品,各類“烤麩”小吃的主要成分也是面筋蛋白?,F(xiàn)代食品工業(yè)中,有一些“植物蛋白肉”,最常用的原料就是大豆蛋白和面筋蛋白。大豆蛋白的優(yōu)勢在于其氨基酸組成與人體需求很接近,在營養(yǎng)方面被稱為“優(yōu)質(zhì)蛋白”。而面筋蛋白在營養(yǎng)方面乏善可陳,不過它具有良好的“黏結(jié)”性能,能夠產(chǎn)生肉的質(zhì)地和口感,所以在加工性能上更勝一籌。

在營養(yǎng)學(xué)上,評價一種蛋白質(zhì)“品質(zhì)”目前最通用的指標(biāo)是“蛋白質(zhì)消化校正氨基酸記分(PDCAAS)”。簡單說來,它是衡量一種蛋白質(zhì)單獨(dú)滿足人體氨基酸需求的效率。那些優(yōu)質(zhì)的蛋白,比如牛奶、雞蛋、分離出來的大豆蛋白,其分值為1,牛肉是0.92。面筋蛋白中含有的賴氨酸和蘇氨酸比較少,使得它的PDCAAS值只有0.25。意思是說,如果只吃一種蛋白質(zhì)的話,4克面筋蛋白才能相當(dāng)于1克“優(yōu)質(zhì)蛋白”。不過,如果吃的食物比較雜,那么面筋蛋白的缺陷可能被別的蛋白質(zhì)來彌補(bǔ),最終結(jié)果是所吃“混合蛋白”的PDCASS值大大提高。

除了氨基酸組成上的缺陷,面筋蛋白的形象不好還因?yàn)樗軐?dǎo)致“麩質(zhì)過敏(Celiac Disease)”,也有人把它叫作“乳糜瀉”。在醫(yī)學(xué)上,專業(yè)人士們還在為它到底是“過敏”還是“不耐受”吵架。不過對于普通人來說,它是什么并不重要,重要的是屬于這種體質(zhì)的人需要格外小心。面筋蛋白引發(fā)癥狀需要的量非常低,在美國,一種食品中的含量低于20ppm(1ppm是百萬分之一)才可以標(biāo)識為“gluten-free(無面筋蛋白)”。麩質(zhì)過敏體質(zhì)的人只能吃這樣的食品,因而價格也就更貴。在小孩子中,癥狀有腹脹、腹瀉、嘔吐、便秘,以及生長緩慢、脾氣暴躁等。而對成人來說,可能的癥狀有嗜睡、疲勞、關(guān)節(jié)痛、關(guān)節(jié)炎、骨質(zhì)疏松、憂郁、焦慮,甚至還有月經(jīng)不準(zhǔn)、不孕以及自然流產(chǎn)等。

面筋蛋白,真正是“彼之砒霜,吾之蜜糖”。

面條緣何筋道?

面粉中的淀粉在量上占據(jù)絕對優(yōu)勢(85%以上),不過它們之間很難形成緊密的聯(lián)系,只是各自為政的一盤散沙,自然難以有什么影響力。而面筋蛋白雖然不多,但是分子之間能夠形成有組織有紀(jì)律的嚴(yán)密網(wǎng)絡(luò),也就能夠決定面食的特性。

面筋蛋白中,起決定作用的是谷蛋白。谷蛋白中有許多半胱氨酸。這種氨基酸上有一個巰基,就是硫原子上帶了一個氫原子的基團(tuán)(-SH)。這個氫原子不太老實(shí),成天想著離家出走。在揉面的過程中,如果兩個巰基碰了面,各自的氫原子就很可能成功出逃。而剩下的兩個硫原子就發(fā)生了資產(chǎn)重組,建立“戰(zhàn)略同盟”——這種鏈接在化學(xué)上稱為“二硫鍵”,意為兩個硫原子連接而成。一旦兩個大基團(tuán)因?yàn)槔?#8220;共價”而結(jié)成聯(lián)盟,要打開可就不容易了,兩個面筋蛋白分子就連接成了一個更大的分子。因?yàn)槊總€面筋蛋白分子中都有多個這樣的半胱氨酸,每一個都可能和其他的面筋蛋白分子結(jié)盟,于是,最后就結(jié)成了錯綜復(fù)雜的“關(guān)系網(wǎng)”。

這樣的一個蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò),在受到外力——比如人的手捏、牙咬等作用的時候,就能夠產(chǎn)生一定的變形而不斷開——就像拉一個網(wǎng)兜與拉一堆木棍的差別。這樣的網(wǎng)絡(luò)越緊密,嚼起來就越“筋道”。

要加強(qiáng)面食中形成的網(wǎng)絡(luò),面筋蛋白的含量自然會很關(guān)鍵。高筋面粉中的面筋蛋白多,當(dāng)然也就容易形成這樣的網(wǎng)絡(luò)。而低筋面粉中含量少,形成的網(wǎng)絡(luò)就比較稀疏,在烘烤過程中,產(chǎn)生的大量氣泡被這些稀疏的網(wǎng)絡(luò)“網(wǎng)住”,最后就形成松軟的質(zhì)地。饅頭中產(chǎn)生的氣泡沒有那么多,網(wǎng)絡(luò)又比較緊密,因此“撐開”得有限,也就不像蛋糕那么松軟,而是有一定“韌性”。而面條本來不產(chǎn)生氣泡,與蛋糕饅頭相比,質(zhì)地很“硬”,形成的網(wǎng)絡(luò)又很緊密,需要很大的外力才能讓它變形,這就是所謂的“筋道”。不過,如果使用的外力足夠大,也可以拉得很長而不斷開,逐漸拉出很細(xì)的面條來。

除了數(shù)量,面筋蛋白的“素質(zhì)”也會有比較大的影響。谷蛋白并非一種單一的蛋白,而是由分子量大小不同的許多兄弟組成。分子量最大的那些,組成網(wǎng)絡(luò)的能力也越強(qiáng)。所以,相同蛋白質(zhì)含量的面粉,其中面筋蛋白的組成不同,產(chǎn)生面筋網(wǎng)絡(luò)的能力也會不同。

不過,對于制作食品的人來說,會更關(guān)心“相同的面粉,有沒有辦法操縱面筋蛋白的行為?”于是乎,蓬灰隆重登場了。

所謂“操縱面粉里的面筋蛋白”,就是改變它所處的環(huán)境,使得它們自愿或者非自愿地聽從人們的指令。面筋蛋白跟其他蛋白質(zhì)一樣,屬于意志不堅(jiān)定、很容易受環(huán)境影響的“軟骨頭”。只要周圍的酸堿度、鹽度、溫度等發(fā)生變化,它們就會放棄“自我”。

比如說,當(dāng)pH值升高(即堿性增加)時,面筋蛋白中巰基上的氫原子就更加容易離家出走,從而使得面筋蛋白之間的交聯(lián)更加容易發(fā)生。不知道中國人的祖先是如何發(fā)現(xiàn)某些湖水或者泉水可以使面條更加筋道的,總之用這樣的“天然堿水”來制作堿面,可以算得上是國人對于世界食品技術(shù)的一大貢獻(xiàn)。在當(dāng)今的食品科學(xué)研究中,要探討面粉改性劑的作用,堿水(kansui)往往會被拿來作為比較的基準(zhǔn)。

堿面的特征是硬、筋道、淺黃色、特有的“堿面味”。根據(jù)化學(xué)分析,堿水的化學(xué)成分主要是碳酸鉀和碳酸鈉。它們具有弱堿性,加到面團(tuán)中,可以把面團(tuán)的pH值升高到9~11之間。在這個pH值下,面筋蛋白的交聯(lián)程度明顯增加,因而更硬、更“筋道”。面粉中還有一些天然的色素,在中性或者偏酸性的環(huán)境中是無色的。而在堿性環(huán)境中,就會呈現(xiàn)出淺黃色,這就是堿面總是發(fā)黃的原因。做饅頭的時候如果加堿過多,pH太高,就會導(dǎo)致面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)太緊密,產(chǎn)生的氣體難以膨脹,得到的饅頭也就很“死”,并且呈現(xiàn)出黃色。至于面條在這個pH值下為什么會有那種特有的味道,還沒有得到很好的解釋。不過對于公眾來說,知道這種風(fēng)味的產(chǎn)生跟pH值有關(guān)也就夠了。

如果注意過商店里賣的餛飩皮(在不同的地區(qū),餛飩也叫做抄手、云吞等),會發(fā)現(xiàn)有的是黃色,有的則比較白。黃色的可以做得很?。ㄋ^的“超薄云吞皮”),而白色的都很厚。這就是因?yàn)辄S色的加了堿,更加筋道,延展性更好,可以做得比較薄而不破。而白的那些,面筋蛋白交聯(lián)度比較低,就只能靠厚度來保證完整了。

蓬灰的作用跟“堿水”完全一樣。蓬灰是燃燒干枯的“蓬草”得到的灰燼,其中主要的成分也是碳酸鉀。在沒有化學(xué)知識指導(dǎo)的情況下,找到把草灰加到面粉里的辦法,讓人不得不感嘆民間智慧的神秘來歷。知道了面筋蛋白的八卦,也就很容易理解:如果沒有蓬灰中的碳酸鉀來幫助面筋蛋白形成緊密的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),就無法拉出纖細(xì)而筋道的面條來。

高科技拉面劑

有許多“經(jīng)驗(yàn)”確實(shí)充滿了智慧,但是經(jīng)驗(yàn)畢竟只是經(jīng)驗(yàn),難以舉一反三,也難以觸類旁通。有的時候,甚至“不靈”了也不好尋找原因。如果把“經(jīng)驗(yàn)”當(dāng)作研究對象,使用科學(xué)方法和手段搞清楚其中的基本原理,就能夠擴(kuò)大它的應(yīng)用范圍,并且避免其局限。

蓬灰拉面雖然很“地道”,足以引發(fā)人們對舊時的回憶,但它的局限也是明顯的:首先,不利于大規(guī)模生產(chǎn)——大量地種植蓬草來燃燒制取“蓬灰”,可以算是一種很浪費(fèi)自然資源的做法;其次,質(zhì)量不可控——天然植物中還可能存在有砷等有毒元素。蓬灰作為添加劑在拉面中使用量并不大,其中的砷等有毒物質(zhì)不會達(dá)到有害的地步。但是,它畢竟是飲食中砷的來源之一。對于這類完全有害無益的物質(zhì),人們會希望“能避免則避免”。

在拉面中,蓬灰起到了“面粉改良”的作用,人們把它叫做“拉面劑”。市場上銷售的拉面劑除了“天然蓬灰”,還有科研人員按照蓬灰的有效成分用碳酸鉀等物質(zhì)配制而成的“蓬灰替代品”。這樣的替代品可以精確控制組成,并且降低無效和有害的雜質(zhì)含量。如果要把拉面進(jìn)行現(xiàn)代化、標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn),那么質(zhì)量穩(wěn)定、成分可控的“蓬灰替代品”就是一種必然需求。

這樣的拉面劑還只是一種簡單模仿。當(dāng)我們明白了拉面劑和面筋蛋白的關(guān)系,就會設(shè)想:除了堿,還有沒有其他辦法能夠增加面筋蛋白的交聯(lián)?感謝生物化學(xué)的發(fā)展,這個問題的回答是肯定的:有,而且不止一種。

如果說蓬灰的作用是讓面條更筋道,那么,基于現(xiàn)代科學(xué)開發(fā)的“面粉改性劑”,則可以讓我們隨心所欲地控制面食的口感——想讓它筋道,它就得筋道;想讓它蓬松,它就得蓬松。

前面說了,升高pH值可以促進(jìn)二硫鍵的形成。既然二硫鍵的形成在生物化學(xué)上是一個氧化過程,我們也就可以使用“氧化劑”來實(shí)現(xiàn),比如碘酸鉀就可以氧化“巰基”,去掉它們的氫原子,讓它們連接起來。相反,如果我們希望面食更松軟,就要防止面筋蛋白之間的交聯(lián)。這時候,就要加入“還原劑”來實(shí)現(xiàn),谷胱甘肽(GSH)就可以讓巰基上的氫原子老老實(shí)實(shí)地待著——只要巰基保持完整,二硫鍵就無法形成。所以如果嫌蛋糕不夠松軟,就可以加入一些谷胱甘肽來改善。

更有趣的還是抗壞血酸,也就是通常說的維生素C。它本來是一種抗氧化劑,按理應(yīng)該保護(hù)巰基氫原子的。可是把它加到面團(tuán)中,卻起到了碘酸鉀那樣的氧化效果——減少了巰基,增加了二硫鍵,使面團(tuán)更加筋道了。

原來,抗壞血酸很容易被氧化,失去一個氫原子而成為“脫氫抗壞血酸”。面粉中有一種酶,叫做“脫氫抗壞血酸還原酶”,顧名思義就是給脫氫抗壞血酸加上一個氫原子,讓它恢復(fù)原形。這種酶的專一性很強(qiáng),它是從谷胱甘肽身上奪取氫原子——而實(shí)際上,它的真名是“谷胱甘肽脫氫酶”。面粉中本來有一些谷胱甘肽,被這種酶“脫”去了氫原子,也就失去了保護(hù)巰基的作用。加谷胱甘肽可以使得面團(tuán)更蓬松,減少了它,自然也就使得面團(tuán)更加“筋道”了。也有學(xué)者認(rèn)為,脫氫抗壞血酸可以直接奪取巰基上的氫原子,從而促使二硫鍵形成。無論哪種機(jī)理,宏觀看來,通常作為抗氧化劑的維生素C,居然在面團(tuán)中起的是氧化劑的作用!

這些面粉改性劑,都還只是圍繞著二硫鍵的形成做文章。而另一種更強(qiáng)大的改性方案,是讓其他的氨基酸發(fā)生連接。有一種強(qiáng)大的酶叫做谷氨酰胺轉(zhuǎn)移酶(Transglutaminase,簡稱TG),它可以把任何蛋白質(zhì)中的谷氨酰胺和賴氨酸拉到一起,強(qiáng)行讓它們聯(lián)手。前面說面筋蛋白營養(yǎng)的時候,提過它的賴氨酸含量比較低,不過那是針對人體的氨基酸需求來說的。對于讓面筋蛋白發(fā)生交聯(lián),其中的賴氨酸和谷氨酰胺是足夠豐富了。而且這種“強(qiáng)扭的鏈接”,同樣非常堅(jiān)固。

2010年9月,許多新聞媒體報道了蘭州交通大學(xué)的科研人員開發(fā)出“新型拉面劑”的消息。據(jù)稱這種拉面劑采用“符合酶制劑、氨基酸以及鹽類物質(zhì)”,“摒棄了普通拉面劑中不宜用作面條制品添加劑的成分”。不管該產(chǎn)品是否真的能夠讓拉面愛好者們滿意,至少它的思路和理念是值得贊許的,至于效果如何,就讓時間來檢驗(yàn)吧。

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