揭秘棉花糖製作的奇妙化學變化

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棉花糖(candyfloss,美國人稱為cotton candy)是一種獨特的甜食。沒有那種食品類似這種蓬鬆如雪的甜食。還有什麼別的食品能讓你捧一大團在手心裏卻好像毫無重量,一旦入口頓時融化卻倍感甜美如貽?在你的孩提時代(甚至在已經長大成人的現在),棉花糖和冰淇淋一定曾經是讓你垂涎欲滴的零食。

和在真空室內進行脫水處理的宇航員牌冷凍乾燥冰淇淋一樣,棉花糖本身也蘊含著某些奇妙的化學原理。除了製作零食外,這種化學原理也能在其他領域得到應用——某些科學家正在實驗室嘗試利用棉花糖機製造人體組織。

棉花糖的製作過程如下:把固態糖塊倒進小型加熱罐,罐口周圍開有許多小孔;開孔位置位於一個大型金屬容器的底面上。當加熱罐把糖融化為液體後,整個裝置開始旋轉。

然後,從加熱罐頂部的小孔中開始噴射出體積極小的液態糖滴,在旋轉離心力的作用下,糖滴被甩出小孔,在空氣中凝結成為一條條肉眼幾乎不可見的糖絲。

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Image caption 棉花糖這種街頭美食具有獨特的化學性質(圖片來源:Getty Images)

在這個融化——噴射過程中,糖的表面積增大了無數倍,在冷空氣中迅速由液態凝固成固態。此時,整個金屬容器內充滿了大量細小的糖絲,只需用一根錐形紙棒就可將其收集,並卷繞成我們熟悉的棉花糖形狀。

棉花糖機的工作原理看似很簡單,但是甜食從業者們當初也是經過多年摸索才最終發明了它。1773年出版的《完全主婦》(Complete Housewife)一書在開場白中寫道:「取一塊四分之一磅重,經過三重提煉的糖,用文火融化。」當糖在碟中充分融化,開始「像水一樣流動」時,用刀尖蘸一點液態糖,然後迅速拉出細細的一長條糖絲,並立即把糖絲不斷纏繞在一個模具外面。然後不斷重覆這一過程。如果你的行動足夠迅速,就能在糖最終凝固之前做成一個鳥巢狀糖果。

值得慶幸的是,對於現在的棉花糖製作者,這種耐心和敏捷已經不再是必需。1897年,兩位美國人申請了棉花糖機的專利。「敬啟者,」申請文件開頭寫道,「我們,威廉·J·莫裏森(William J Morrison)和約翰·C·沃頓(John C Wharton),兩位居住於美國田納西州戴維森縣納什維爾市的公民,發明了一種具有創新用途的糖果機器……機器包含一個容器,內盛處於融化狀態的液態糖,容器旋轉後,通過容器離心力作用把液態糖轉化為線狀或絲狀物。」

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Image caption 棉花糖機能幫助科學家製造人造組織?(圖片來源:Getty Images)

儘管和其他專利文件一樣刻板無趣,這台棉花糖機當時卻引起了巨大轟動。在1904年聖路易斯舉辦的世界博覽會上, 莫裏森(巧合且搞笑的是,他當時是一位牙醫)和沃頓靠向遊客售賣棉花糖而發了一筆橫財。權威美食家布魯斯·非勒(Bruce Feile)當時寫的一篇文章,兩人在博覽會期間一共售出了68,655隻棉花糖。(酷愛甜食的讀者們請注意:著名的華夫餅乾也是在這屆世博會上首次亮相)當時的棉花糖機存在明顯的振動問題,後人對此做了改進——但是,最早專利所描述的基本工作原理卻一直沿用到現在。

這種用液態材料製造固態網狀產品的方法有望在醫學領域獲得應用:範德比爾特大學(Vanderbilt University巧合的是,這所大學也位於納什維爾)的科學家們正在使用一台棉花糖機製造能讓細胞在其中生長的骨架,從而製造人造組織。

科學家們目前在人造組織研究中使用的凝膠存在問題:凝膠不能保證具有足夠的疏鬆度,因此細胞無法在其中充分繁殖生長。範德比爾特大學的研究團隊採用棉花糖機先將聚合物打成極為鬆散的雲霧狀,置入凝膠,再設法將其溶解,從而在凝膠內部形成龐大而複雜的空腔網絡。實驗開始後一周內,在有空腔凝膠內的細胞存活率達90%,而在無空腔凝膠內的細胞存活率只有60-70%。

現在,只需片刻就能享用由液態糖轉化而來的美味棉花糖。這時,別忘了要用尖刀的舊時代主婦,還有讓人人都能享受這種美味的棉花糖機發明人——同樣的原理還有望在某天幫助我們製造新的人體組織。

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(責編:友義)

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