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来源:中科院半导体所发布时间:2022-08-081649浏览
询问 AI
图片来源：Pixabay
夏天的标配是烧烤加啤酒。关于烧烤，你知道多少呢？
撰文 |王怡博
审校 | 二七
直到现在，我还记得高中化学老师吴老师说的话：“学了化学之后，做饭的时候，倒醋都倒得非常精准。”
对于精准倒醋的绝活，我的水平还远远不够。如果一定要找个借口，那就是在实验室取用液体时，我（们）的“标准”操作是用吸管或移液枪，而一个“正常”的厨房里显然不会有这样的装备。不过，不知不觉间，我在撒盐的时候会右手拿着袋子，左手轻轻敲打右手的手腕，让盐粒慢慢从袋子里倒出来——多年来养成的称量粉末样品的习惯，倒是让我几乎没有加盐加多过。
这些算是日常生活中的小乐趣，不过厨房中的化学元素不止于此。在夏天，烧烤加啤酒的标配从来都不会过时。所以，我们今天就来谈一谈烧烤这件事。
用架子烤更好吃？
在记忆里，一到夏天，路边烧烤都是摆着架子，架子下面烧着炭火，上面放着羊肉串、馒头片……在等待羊肉串的期间，还能吃上煮好的毛豆和花生。在不懂得环境问题的年纪，羊肉串上滋滋冒着烟的场景是夏季夜晚美好的回忆。
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但是，现在走进一家烧烤店，很有可能遇到的是一种叫做纸上烧烤的烧烤方式。它无明火、号称环保，但却总是少一些用架子烤出来的食物的味道。
如果仔细分析食物变熟的过程，我们会发现无论是烧烤架还是烧烤纸下的电烤炉，都能通过导热（conduction）的方式加热食物。从宏观上说，这是烧烤架和电烤炉把热量传递给食物的过程，倘若切换到原子尺度，我们会看到这幅画面：高温烧烤架或电烤炉中的粒子跑到它们与食物的界面，与低温食物中的粒子发生碰撞，从而把热量转移给食物。
但不同之处在于，烧烤架下的炭火还能采用另外一种方式为食物提供热量——辐射（radiation）。辐射是指热量从发射源以电磁波的形式向外扩散，热量扩散的速度与开尔文温度的四次方成正比。因此，食物不仅能从烧烤架直接获取热量，炭火辐射出的热量也能有效加热距离架子较远的食物部分。这种混合加热的方式可以增加食物风味和香气的层次，因为食物各个部分会被不同程度地加热。然而，电烤炉上的食物则几乎只能通过与炉子直接接触来获取热量。
毋庸置疑，食物变熟的过程是通过获取热量实现的。而如此高的温度下，食物中到底发生了什么？
食物之间发生了什么？
随着温度升高，肉类表面的水分会率先蒸发，接着，蛋白质和糖类就会开始进行一场非常关键的化学反应——美拉德反应（Maillard Reaction）。1912年，法国化学家Louis-Camille Maillard发表了一篇文章，首次指出氨基酸与糖类在高温下可能会发生一系列复杂的过程。
随后在1953年，一位叫做JohnHodge的非裔美国化学家首次提出了关于美拉德反应的一个模型。如果说是Louis-CamilleMaillard第一次发现了美拉德反应的存在，那么John Hodge就是真正了解美拉德反应的第一人。
Hodge认为美拉德反应会经历3个阶段：在第一个阶段，糖类的羰基与氨基酸的氨基反应生成糖胺（glycosylamine）；在第二个阶段，不稳定的糖胺会经过重构反应，生成氨基葡萄糖（aminoketose，有一个羟基被取代的酮糖）；而最后一个阶段则涵盖重构反应、转化反应（conversion）、加成反应和聚合反应等极其复杂的过程，并产生多种分子，包括一些负责带来特定风味、香味和颜色的分子。而这也是它能增加食物风味与香味的层次感的原因。例如，走在路上，一缕面包与咖啡的香气扑鼻而来时，这种令人垂涎的食物香气大都归功于美拉德反应。
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烧烤最忌怕的莫过于烧糊，或者更确切地说，应该是“烧过头”（burned）。如果烤得过久，食物长时间暴露在高温环境，表面上除碳以外的物质就会挥发而只留下碳原子，也就是发生炭化。然而，特意让食物短时间暴露在高温下轻微烧焦（charred），其实是一种烧烤技巧。这能为食物增加些许焦糖色，以及烟熏的风味。比如，食物轻微烧焦后酥脆的外皮就别有一番风味，而烤玉米与煮玉米相比也拥有不同的味道。但显然，烧过头而留下的炭黑则会使食物无法食用。
烟熏味
炭火燃烧释放出的烟由水蒸气、其他气体和小固体颗粒组成，它会让食物多多少少拥有一些烟熏味。我们当中的许多人可能都很偏爱这种烟熏味。
然而，这种烟熏味是由烟穿过食物引起的吗？
根据热泳（thermophoresis）理论，颗粒会从高温区迁移到低温区。因此，温度较高的烟颗粒会去往亟需加热的食物那里，并附着在食物表面，尤其是湿润的表面。而想要解释这个现象，我们得从水分子的特征说起。
在化学家看来，水是由一个个V形结构的水分子组成的，在每个分子里，氧原子位于顶点，两个氢原子分别占另外两个位置，且不分你我。从这个结构就能看出，水分子是一种极性分子，其中氧原子一端带负电，氢原子一侧带正电。这意味着，一个水分子的正电荷会被另一个水分子的负电荷吸引而结合在一起。这一结论也可以拓展到其他极性分子之间的结合。
如果把这个结论带回湿润的食物表面，我们就会发现，食物表面更多水分子的作用就是与烟颗粒中的水分子，以及其他极性分子结合在一起，从而增加食物的烟熏味。而大部分烟仅仅会停留在那里（食物表面），并不会继续往下渗入食物内部。
粉红色的“烟圈”。图片来源：
不过，仍有一小部分烟雾颗粒会到达距离食物表面约0.6厘米深的位置。这时，如果烟雾中含有一氧化氮或其他能与肉类中铁元素结合的物质，就会产生粉红色的“烟圈”。
不过，烧烤虽香，吃起来也要适量。我们应该都听说过，烧烤后的食物可能含有致癌物的说法。有研究表示，肉类经高温处理（包括油炸和明火烧烤）后会产生杂环胺（HCA）和多环芳烃（PAH），而在实验测试中，HCA和PAH都能通过引发DNA突变增加患癌的风险。但在具体的剂量效应上，科学家目前还没有明确的答案。
你有吃烧烤的计划吗?
参考资料：
https://www.cancer.gov/about-cancer/causes-prevention/risk/diet/cooked-meats-fact-sheet
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