物理学的视角看《舌尖上的中国》

生命的最底层逻辑是获取足够的食物。作为文明的起点，人类学会了用火，从灰烬中发现了熟食，进而一步步地发展出了博大精深的饮食文化。饮食文化是中华文化的一面瑰宝。中华饮食文化在世界饮食文化中，就多样性、独特性以及所浸透的思想性之深刻而言，绝对是首屈一指的。《舌尖上的中国》从不同角度表现中华饮食文化，为我们奉上了一场同时刺激视觉与味蕾的文化盛宴，是近年来众人瞩目的文化现象。

一、新手教程：文明的第一把火

饮食文化不止反映一方的自然地理风土人情，它本质上也是一种科技现象。关注饮食文化中的科学要素，会为我们理解中华饮食文化提供一个额外的维度。在今天这个科技昌明的时代，关注饮食文化中的科学元素，有利于饮食文化的传播、继承与开拓。各种五花八门的美食窍门，是厨师们或仰赖前人经验或依靠自己摸索得来的，但从根本上说还是因为最终科学地把事情做对了，即它所借助的工具以及采用的流程“合理”了。物理学提供了一个独特的欣赏《舌尖上的中国》的视角；反过来，画面美轮美奂的《舌尖上的中国》又何尝不是一个难得的讲述物理学的课堂，嗯，还兼作演示实验室。追捧《舌尖上的中国》的过程让笔者有机会从物理学的角度理解了一些美食学 (gastronomy)的奥秘。

把生食做成熟食，笼统地说是给食物提供热的过程。然而，这其中要考虑的因素不同，实现的方式不同，最后形成的食品制作 (用烹饪这个动词就太偏颇)方式就不同。中华饮食文化表现出的制作方式包括制作设施的多样性，不如说反映的是我国劳动人民对这背后科学道理理解之通透与利用之充分。

二、技能面板：物理传热介质

向食物提供热的方式，仅从物理传热介质的角度考虑，利用的介质包括光子气 (黑体辐射、单色的微波)、固体热接触、液体 (水、油) 热接触以及气体 (水蒸汽、燃烧空气、燃烧的油气混合物)传热等， 且有时候是某种巧妙的组合。 以烤包子、打烧饼的烤炉为例，炉膛里是近似可看作黑体辐射的宽谱电磁辐射(好的炉壁是黑色的，那不只是凑巧)，这些热辐射被食物中的水所吸收，让食物变熟。 由于黑体辐射的漫散射特性，包子或烧饼面向炉膛的裸露部分一般会熟得均匀。

[舌尖4-绝活，大炉烧饼]

与此同时，贴在壁上的面食底部是由热的固体炉壁通过机械振动传热的，一旦由于气泡产生造成传热面的不均匀，就会造成烘烤效果的不均匀。当代的微波炉使用的是单一频率的电磁波(2.45 GHz), 其被水吸收后带来升温，因此更适合加热水熟食物。最能表现出固体传热问题的制作方式是炒，用大锅炒花生、炒栗子、炒香榧。这种固体对固体的传热方式的缺点是， 炒货与锅的接触几乎是点式的因而会造成传热的极度不均匀。此处劳动人民的智慧就在于在锅中加入固体颗粒如沙子、铁屑、食盐等形成三维的导热流体，让花生、栗子、香榧等与这些颗粒状物质实现面接触，就会比较均匀地被炒熟，避免了炒糊的问题。

液体传热的特点是全方位接触，均匀传热，带来的烹饪方式是煮。常压下水的沸点不过100℃，对于某些食物的制作这个温度可能偏低，油这种高沸点液体就能提供更高的温度。基于用油的烹、炸等方式，不仅适于制作需要高温变熟的食物，更重要的是大的温差导致的极速传热容易获得外焦里嫩的效果，特别适于鱼、肉类食品的制作。

由于热油温度远高于水的沸点，水会迅速沸腾汽化，才有“炸”的效果，此过程中食物更多地是从内部蒸熟的。高温油-水混合蒸汽是可燃的，这提供了一类比较特别的高温介质，带来了爆炒一类的烹调方式，让食物能保持饱满、鲜嫩的特点。

舌尖4-绝活，10秒爆炒腰花

高温蒸汽制作食物利用的是水蒸汽充满整个空间包括食物内部的特点，这样容易让食物均匀变熟，特别适合于表面开放、有孔隙的食物。此外， 由于常温常压的蒸汽溶解能力还很差，这有利于保持食物的原味，因此蒸是特别普适的一种食物制作方式。对封闭的容器加热，随着温度的升高蒸汽压力也会升高。对容器快速泄压，食物内的气体向外部冲击，就造成了类似爆米花的效果。

舌尖4-风物，蒸菜

火苗是一类混合的传热介质，包括宽谱的光以及高温气体。利用火苗的食物制作方式有烧烤、熏制等，都是非常古老的方法。

舌尖4-焕发

火苗这样的高温气体作为载体，有极强的输运能力，可以捎带着把木材香味或者辣椒等调料的味道送进肉类食品中去 ，让熏制食物别有风味。

三、装备锻造：食物抗性结构

决定食物制作过程的因素说到底还是食物本身。从食物的角度来看，考虑到食物自身的物质构成、结构形式、导热能力以及加热对它带来的动态影响，对制作方式的选择就会有不同的考量，那些最终行之有效的制作方式也都透着科学性。试举两例。蒸窝头儿利用高温蒸汽进入面团内加热将食物弄熟，但是由于窝头的圆锥形几何，从其表面算起，深度是不同的。为了尽可能同步地把窝头儿蒸熟， 窝头儿会从底部掏个眼儿。过去人们常把饭店在窝头儿底下掏眼儿理解为店家减料，有点儿冤枉，自家蒸窝头儿也要这样干。烙饼，如果是面团从一面加热，结果很可能是深度烤糊内里还是夹生的。将面团叠成多层的，用空气夹层部分地阻断它的导热，用蒸汽从内部蒸熟，就能达到外焦里嫩的效果。

四、自带技能：水的物理性质

论及食物，各种食物的关键成份都离不开水， 因此可以说理解水的物理性质是理解烹调艺术的关键。然而，一个可能令厨师朋友们始料不及的是，水所有的性质都是反常的，笔者建议厨师朋友们适当多了解一些水的性质。水对电磁波基本上是全谱吸收的，这也是用各种加热方式都能把饭菜做熟的根本原因， 也是厨师朋友显露厨艺时要格外关注水这个因素的根本原因。蒸煮或者烹炸食物时，被封闭的水蒸汽让食物的平均比重低于水或油，因此食物会浮起来，如果不予干预就会造成夹生。煮饺子就会发生这样的问题。建议煮饺子在水开时加入凉水再煮，就是为了将饺子内部的水蒸汽冷却，让饺子完全没入水中被全面地煮熟。

图源网络

水是万能溶剂，且在常压下升温至100℃，这是它能溶解出骨头、坚果之类食物中营养元素的关键。故而熬汤是烹调艺术中的一大分支，里面精彩多多。高压高温的水蒸气会获得极大的溶解能力，对于需要从中溶解出营养物质的食物来说，使用高压蒸汽的制作方法便是正确的选择，比如汽锅鸡之类的。

另一方面，使用煎炸、烧烤类制作方式，如何保持住食物内的水分又成了问题。一个有趣的策略是加保护层。炸制食物时的裹面糊，做叫花鸡时在外面裹上泥巴，都是采用的这种策略。这里要注意的要点是，欲形成封闭的壳层，初始时温度要足够高让外面的面糊或者泥巴迅速固化形成保护层，而形成的保护层导热能力要差，保护层里面封闭的水分因高温变成水蒸气后将食物蒸熟，这样得到的食物会非常鲜嫩。提醒一句，对于容易形成致密保护层的一些食物的烹饪，比如炸牛肉丸，即便冷却后里面的气压也可能高于外部大气压。一旦壳层被咬破，就从里面喷出汁水，因此食用时要特别注意。此外，水结冰后体积会膨胀约10%，进入细胞内的水结冰会刺破动植物的细胞，这对于水果保鲜不是好事儿，但是对于一些用于炸制的肉类来说，不妨利用一下水的这个特性。让肉类吸收足够的水，降温至结冰后裹面糊炸制，这样的肉会更松软。

五、秘技：火候掌控

食物制作这门艺术， 一言以蔽之，是针对含水物质的火候掌控艺术。火候一词掩盖了太多的不同内容。温度的绝对值、温差、传热体(水、油、蒸汽、火苗、颗粒物质、固体表面)的选择、食物结构及其随温度如何变性等等问题定义了一道具体美食的制作过程中火候的具体操作参数，这里面满满地都是科学。我们的祖先在长期的实践中积累了丰富的经验，表现出了令人叹为观止的智慧，最终形成了今天我们引以为傲的饮食文化。央视《舌尖上的中国》将天南地北各有千秋的饮食文化呈现在大众面前，若我们仅仅引以为视觉和味蕾的享受未免可惜了。在观看《舌尖上的中国》给我们呈现的水火之上的精美画面时，若我们也适度调用一些基础物理知识，必会对人类在方寸厨房之间所展现的艺术成就有别样的理解，也因而会更加赞赏。

我想强调一句，《舌尖上的中国》还能提供极好的基础物理教育素材，这大概是创作者们当初没想到的。

作者：曹则贤 | 央视《加油向未来》节目科学顾问、驻场嘉宾

注：本文图片与动图，若无备注“图源网络”，则均来源于央视《舌尖上的中国（第四季）》宣传图/片。

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