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巧克力如此美味,别忘了感谢粒子加速器!

日期:2019.10.29

   相信很多人都喜欢巧克力这种甜食,尤其是女生,吃完巧克力,甜蜜的感觉流入心底,一下子心情愉悦起来。然而,如果将巧克力同核与辐射联系起来,可能很多人都想不明白他们之间有什么关系。事实上,假如在某一天当你收到一盒巧克力,你除了要感谢送你的人,还要感谢粒子加速器,是它给了巧克力美味。

粒子加速器

巧克力的美味历程

   说起巧克力的故事,最早可追溯到3000年甚至4000年前,美洲土著人发现热带雨林生长的一种树的果实(可可豆荚)里面的可可豆干燥后会发出一种独特的香味。这种豆子发酵、晒干、烘烤、碾碎,再加上些胡椒、香草、树汁和水,就成了一种能使人迅速恢复体力和精力的神奇饮料。

   15世纪,这种“可可饮料”被引入西班牙后,人们用糖、肉桂和蜂蜜等替换了原先的胡椒和树汁,改良后的可可饮料不再那么苦涩且保留了原来的香味。

后来,一位西班牙商人又摸索到一种能将可可粒研磨加热后浓缩成液态的“可可浆”的方法,“可可浆”冷却后会结成硬块“巧克力特尔(Chocolatl)”。一小块巧克力特尔既可以用水冲泡调制后即可成为可可饮料,也可直接放入嘴里吃,大概就是最早的巧克力。后来经过不断发展,巧克力口感不断得到改进。

   1879年,瑞士的鲁道夫·林特(Rudolphe Lindt)发明了“精炼”技术:用能更精细研磨的机器根据所需品种的要求在不同温度下,例如:牛奶巧克力约49℃,而黑巧克力约82℃,将加入可可脂的巧克力浆持续研磨几小时甚至几天,精炼后再冷却成型的巧克力品质有了新的飞跃,口感柔滑细腻,入口即化。

   然而,巧克力精炼后的冷却成型过程并不像一般人想象的那样简单,储存过程中经常出现令人头疼的巧克力反霜,严重影响巧克力的口感。

   这是由于巧克力中主要成分为可可脂,它是由多种脂肪酸构成,其中98%为甘三酯,其它成分包括游离脂肪酸、甘二酯、单甘酯、生育酚和磷脂等。可可脂具有多形态结晶的神奇特性,随着温度的不同它竟有六种不同的结晶状态(编号I至VI),每种结晶状态对应不同的熔点:结晶I的熔点17℃,而结晶VI的熔点为36℃。编号越低的结晶状态越不稳定,因结晶V的熔点正好为34℃,室温时是固态,所以巧克力制造过程中要使尽可能多的可可脂处于结晶V的完美状态(结晶V入口即化,味蕾上更美妙)。但是结晶V不是可可脂最稳定的状态,储存过程中一不小心它就会向最稳定的结晶VI状态转化,巧克力表面被蒙上一层白霜。表面结霜的巧克力对人体并没有危害,仍然可以吃,但却失去原来的醇厚香味和口感。


电子加速器

如何从根本上避免巧克力的反霜呢?

   粒子加速器登场除“霜”,荷兰阿姆斯特丹大学的一个研究团队无意中发现这个问题,立即产生了浓厚的研究兴趣,从分子结构的层次对巧克力形成反霜的现象进行深入研究。他们利用欧洲同步辐射光源ESRF(European Synchrotron Radiation Facility)提供的实验条件,在ESRF实验站上用“X射线粉末衍射技术”首次确定了可可脂三种主要单不饱和型甘油三酯中的一种——SOS的晶体结构(约占可可脂的25%,在可可脂的结晶过程中起着重要作用),成功构建了可可脂结晶V的结构模型,在分子水平上更好地理解巧克力反霜现象的机理,有利于控制可可脂的融化行为和生产过程。

   一般实验室无法进行这种技术操作,但ESRF是由欧洲12个国家共同投资建造的世界上首座第三代高能同步辐射光源。这种基于粒子加速器的大型科研设施,可以帮助物理学、化学、地质科学、材料科学等多个学科的科学家探索原来人类无法想象的物质细微结构,何况世界上90%的生物大分子:蛋白质、ADN、ARN、核糖体、核小体或者病毒都是借助同步辐射光了解的。

   该团队在《物理化学杂志》(Journal of Physical Chemistry B)发布的文章指出,ESRF产生的X射线强度比常规X射线源要高上千倍到百万倍,而所需样品的体积却可小几个数量级。在ESRF上进行X射线粉末衍射实验极大地提高了晶体衍射分辨率,并能在短至数秒甚至微秒时间内进行三维结构的研究。


钴60辐照

各种美味的巧克力

   利用该研究成果,荷兰机械制造公司改进巧克力制造方法,通过进行了20→400→1000公斤/小时规模的巧克力生产测试,最终取得了稳定的成效。该技术可使制造的巧克力不发生反霜,还能不断提高巧克力的质感、口感和外观。 

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