冰淇淋的科学

冰淇淋内幕

冰淇淋是一种冷冻乳制品甜点，但你不能合法地通过冷冻牛奶来制作冰淇淋。在美国和 在欧洲大部分地区，冰淇淋必须至少含有10%的脂肪——比牛奶自然含有的脂肪多。如果你通过煮掉水分来浓缩牛奶以提高其脂肪含量，你可能会通过法律障碍，但冷冻浓缩牛奶永远不会被视为冰淇淋。

所以问题是：如何制作好冰淇淋？我们解决难题的可靠方法的第一步，是先定义何谓“好”。冰淇淋有两个方面：风味和质地。调查显示，人们的口味出奇地一致：香草、巧克力和草莓在世界各地都名列前茅。 尽管如此，“de gustibus non est disputandum”——在品味方面，没有争论。所以我将不参与这个方程式。相反，我将专注于如何实现最佳质地，这是定义性特征，也是制作好冰淇淋中最具有技术挑战性的部分。

这是我对好普通冰淇淋的定义：它应该坚硬但又柔韧。它应该味道光滑，没有可检测的颗粒。它不应该感觉油腻或粘稠。冰淇淋最大的奥秘在于：如何在冰柜中保持恰到好处的流变特性？答案在成分和制造过程中。

冰淇淋的成分

原则上，冰淇淋只需要奶油、牛奶和糖。快速：如果你有奶油（35%脂肪）和低脂牛奶（2%脂肪），你需要制作15%脂肪的冰淇淋混合物，奶油和低脂牛奶的比例是多少？你可以用两个变量的两个线性方程来求解，或者你可以用_Pearson Square_来求解：

首先，在左侧写下每个成分中的脂肪百分比，中间写下目标：

图1

接下来，计算左边和中间数字之间的差值，然后得出对角线角上的数字。例如，在左下角，你有2（低脂牛奶的脂肪含量）。与中间数字15（你的目标脂肪含量）之间的差值是13。把它写在右上角，这是奶油的比例，如图所示。

图2

商业冰淇淋不仅需要控制脂肪百分比，还需要控制更多因素。其组成部分包括牛奶 脂肪、糖、不含脂肪的牛奶固体（MSNF）、水和少量“魔力尘埃”。成分必须仔细控制，才能达到所需的质地。许多成分都含有不止一种基本成分，它们同时改变了多个成分的比例。混合计算很快就会变得复杂。以下是一些冰淇淋混合物的样品：

表1：冰淇淋混合物的成分

在这张表中需要注意几点：

1. 您可以马上看到这不是关于您在商店买到的成分——牛奶、奶油、糖。我们正在研究功能成分。
2. 脂肪不必是牛奶脂肪，但要取代它却非常困难。我们稍后讨论低脂冰淇淋时，我会说更多。优质冰淇淋含有更多的脂肪。
3. 蔗糖是甘蔗糖的另一个名称。玉米糖浆固体具有类似的功能。也可以使用其他甜味剂，但优质冰淇淋通常只使用蔗糖。
4. 固体百分比是按重量计算的，但空气百分比是按体积计算的。100%溢出意味着空气占据的体积与剩余的冰淇淋一样多。优质冰淇淋的溢出率较低。
5. 稳定剂和乳化剂：这些是神奇的粉末。它们在创造正确的质地方面发挥着重要作用。它们通常是天然的——例如，鸡蛋提供卵磷脂，一种天然的乳化剂。
6. 与直觉相反，乳化剂不是用来稳定乳液的，而是用来破坏乳液的稳定性。当我们讨论冰淇淋的微观结构时，我们将更多地谈论这一点。
7. 您在网上找到的自制冰淇淋食谱不需要稳定剂或乳化剂。它们不需要——您的批次不打算在超市的冰柜里存活几个月。质地不会完美无缺，但这对于自己制作的独特性来说是一笔小代价。

一旦配方确定，下一个问题是如何将其转化为冰淇淋。答案在于一系列精心控制的步骤。

制造冰淇淋

这是商业冰淇淋的典型生产流程：

图3

巴氏杀菌

第一步是巴氏杀菌：在受控条件下加热混合物。它同时实现了几件事：

1. 它可以杀死所有的细菌。正如我们在谈论热死亡曲线时所说，它是一种时间和温度的结合。
2. 它将所有脂肪融化，以便将其准备好进行均质化。牛奶脂肪含有多种不同熔点的甘油三酯。并非所有甘油三酯都在室温下融化。它们也不是都在0°C附近结晶。
3. 高温有三个目的：它使均质化更高效，它激活稳定剂，并有助于溶解固体，特别是糖类。

均质化

巴氏杀菌为混合物准备了均质化的条件，这是下一步的关键步骤。要了解原因，我们首先需要了解一些关于牛奶结构的知识——从牛奶为什么看起来是白色的开始。原因是Mie散射。牛奶中的脂肪颗粒的大小约为可见光的波长大小，因此光波以散射所有颜色或多或少均匀的方式弹射、弯曲和衍射。结果是一个宽带效应——我们看到的是白色。相比之下，当颗粒比波长小得多时，雷耶散射就会发生。在这种情况下，光像双极子一样摇晃颗粒，然后在较短的波长下更强烈地重新发射光。由于蓝光散射比红光散射得多，天空——我们最大的光学实验——看起来是蓝色的。

图4

但牛奶中的脂肪颗粒不够稳定，无法用于制作冰淇淋。它们太大太轻，最终会漂浮到顶部并与牛奶的其余部分分离。为了使它们均匀分布在牛奶中，它们必须被均质化。均质化的主要目的是通过将脂肪颗粒的大小降低到约2微米，使脂肪形成稳定均匀的悬浮液。根据斯托克斯定律，上升速度与半径的平方成正比。尺寸减少了10倍意味着颗粒上升的速度慢了100倍。此外，颗粒还受到吸附在表面的牛奶蛋白的稳定作用。这些蛋白质提供静电排斥力，使颗粒彼此保持距离。

均质化可以在巴氏杀菌之前或之后发生，但出于以下原因，在杀菌后进行更有效：

1. 全液态脂肪更容易均质化。混合物必须加热以融化所有脂肪。
2. 更高的温度会降低脂肪相和水相的粘度 –> 流动阻力和破碎水滴的能力会降低。
3. 牛奶蛋白在高温下更容易吸附在球状表面。

但现在脂肪球体太稳定了。稍后，我们需要它们经历受控的破裂，这样它们就可以粘在一起提供结构。这就是乳化剂发挥作用的地方。与牛奶蛋白相比，它们更小，在降低脂肪-水界面处的界面张力方面更有效。它们取代了球体表面的牛奶蛋白，削弱了界限。随着脂肪内部结晶 穿透表面，脂肪球粘在一起形成一个网络。我们有_部分_凝聚是很重要的。如果没有凝聚，脂肪球得到很好的保护，彼此漂浮开来，冰淇淋就会变得过于粘稠。如果脂肪球完全凝聚，我们就有了黄油。

冷却和老化

搅拌均匀后，冰淇淋混合物冷却到约2°C。混合物必须快速冷却，以免长时间留在促进细菌生长的温暖区域。冷却还开始脂肪结晶。牛奶脂肪含有多种磷脂，熔点不同。随着温度下降，熔点更高的磷脂首先凝固，这些磷脂成为晶体的种子。在4°C时，几乎全部结晶。

2°C是我们可以接近的冷冻温度，但实际上没有越过界限。混合物还没有准备好；它需要陈酿。在商业工厂中，这意味着在两种事情发生的同时，静止休息四小时。乳化剂慢慢地将蛋白质从脂肪球上推开，并取代它们。稳定剂，那些长长的多糖链，慢慢地吸收水，并从皱巴巴的状态中展开。只有这样，混合物才能准备好冷冻。

动态冻结

一次露营旅行中，我曾看到童子军把混合物放在一个装满冰和盐的大容器中，然后再放入一个小容器中，用这个小容器制作冰淇淋。外面的容器被涂成足球的样子。一旦密封，他们就会踢半个小时，当他们打开它时，混合物已经变成了冰淇淋。教训：好的冰淇淋在结冰时需要不断运动。

商业冰淇淋是在连续冷冻机中制作的。这是一个被制冷剂包围的冷冻圆柱体。圆柱体内部有一个带有锋利刀片的搅拌器，它擦过腔室的内表面。当混合物进入圆柱体时，靠近表面的混合物首先被冻结，形成一层薄薄的冰层。搅拌器以100-200转/分钟的速度旋转。它从内壁上擦掉冰块，混合混合物以促进快速冷却，并破碎大冰晶。同时，空气被搅入混合物中。在商业冰淇淋生产中，这种空气被计量以控制溢出量。

达施尔的剪切力破坏了脂肪球周围的保护膜，并开始部分凝聚。脂肪球碰撞在一起，形成团块，并连接成一个松散的脂肪网络。在连续冷冻机中，混合物在这种处理下只花费大约一分钟，但在软冰淇淋机中，它可以打几个小时。如果推得太远，你会得到一个常见的缺陷：由于过度凝聚而产生黄油状质地。

这种机械搅拌也是为什么大多数自制食谱不需要添加乳化剂。脂肪网络仍然会形成——只是强度和耐用性更差。对于新鲜吃到的冰淇淋来说，这完全没问题。只有当批次放置数周，受到冰箱门打开和关闭的影响时，当脆弱的结构最终让位于冰冷时，它才会变成一种负债。

你可能会想：在动态冷冻中，随着搅拌器不断搅拌，所有这些能量难道不应该只是加热混合物吗？不是的，因为冰箱会像添加热量一样快速地将热量拉走。混合物真正改变的是冰是如何形成的。与其说有几个晶体安静地变大，不如说搅拌器不断将其分解，因此混合物会冻结成无数个微小的晶体。

问题是，小晶体伴随着隐性成本。更多的晶体意味着更大的总表面积，表面积承载着所谓的表面自由能——在冰和液体之间的界面上储存的额外能量。面积越大，就需要更多的能量来创造和保持它。这就是为什么小晶体比大晶体更难形成，也更不稳定。通过不断将晶体拆散，dasher反复支付这种能量成本，迫使系统进入许多小晶体的状态。结果是：光滑、奶油般的冰淇淋，而不是冰冷的脆皮。在我们的讨论过程中，将变得清楚，在冰淇淋行业中，花费了很多精神能量来保持冰晶的尺寸小。

出口温度约为-6°C。溶解的糖和盐降低了凝固点，因此只有大约50%的水被冻结，在这种温度下，混合物不会锁定成固体块。相反，你会得到一种半冻结状态，足够柔软，可以泵送和成型。

在这一点上，冰淇淋可以作为软冰淇淋出售。实际上，软冰淇淋的配方略有不同。它们通常含有更多的糖，因此凝固点更低。由此产生的更高的水与冰比例使其口感更流畅、更光滑。软冰淇淋保持形状是一个大问题，因此添加了更多的稳定剂来增加粘度，并添加了更多的乳化剂来进一步破坏脂肪，以帮助在脂肪网络中形成连接。但由于搅拌（制作黄油）的风险，脂肪含量通常较低。

硬化

当产品从连续冷冻室中出来时，如果我们将其留在-6°C，冰晶将经历Ostwald成熟：小冰晶消失，大冰晶变大。就像水从高处流向低处一样，水分子从化学势能更高的地方迁移到化学势能较低的地方。对于固体液界面，弯曲颗粒的化学势能由以下式给出：

$\Delta\mu(r)$: 过剩的化学势。$r$:半径/曲率。$\Omega$:分子体积。

水分子会自发地从小冰晶中离开（融化），并重新沉积在更大的冰晶上。不是因为它们有自由意志，而是因为根据吉布斯-汤姆逊方程，小冰晶的熔点较低：

• $T_m(r)$:半径为$r$的晶体的熔点。
• $T_m(\infty)$: 块状熔点——您将测量非常大、平坦的晶体的熔点。
• $\gamma_{sl}$ 固体-液体界面张力（固体和液体之间存在界面的能量成本）。
• $\rho_s$: 固体密度。
• $L_f$:每单位质量的潜融热（熔化1克或1公斤材料所需的能量）。
• $r$：晶体的半径（或曲率尺度）。较小的$r$意味着更尖锐的曲率。

热力学系统总是试图通过牺牲小、高度弯曲的物体来减少其自由能，以供养更大的、更平坦的物体（不是因为更大的物体有更大的胃，而是写起来更有趣，而不是“自由能的梯度驱动通量”）。这就是冰淇淋中的气泡变大的相同基本原因，尽管机制不同。气泡的内部压力由拉普拉斯方程给出：

• $\Delta P$：压力差（气泡内部-外部）
• $\gamma$:表面张力
• $r$: 气泡半径

较小的气泡（较小的$r$）具有更高的内部压力。压力将气体分子从较小的气泡中通过液体推向较大的气泡。从能量角度来看，空气/液体表面需要能量来维持。表面积越大，所需的能量就越多。许多小气泡的总表面积远大于包含相同体积气体的小几大气泡的表面积。

现在我们可以解释为什么巴氏杀菌后均质化更有效：把脂肪球直径缩小到原来的十分之一，会使脂肪球数量约增加一千倍、总表面积约增加十倍。形成这么多新界面需要能量，而温度较高、黏度较低的混合料更容易处理。同样的表面积原理也解释了我为什么更喜欢过滤咖啡而不是浓缩咖啡。

在硬化过程中，温度降至至少-18°C，最好降至-25至-30°C。冰淇淋工厂的硬化室通常保持在-40°C。在冷却过程中，随着结冰点下降曲线，更多的水会变成冰。最好快速冷却，因为它将混合物赶到甚至是微小的、高度弯曲的晶体的熔点以下，然后这些晶体就会消失，而且因为较低的温度会减缓滋养大型晶体的分子迁移。目标是锁定许多小晶体，而不是让水有时间迁移到大型晶体上。即便如此，冰晶的大小通常会增长30-40%（从约25微米到35微米）。

冷却速度取决于热传递速度：

• $\dot Q$：热传递率
• $U$：总传热系数
• $A$：暴露表面积。
• $\Delta T$：硬化室空气和冰淇淋芯之间的温度差。

关于这个方程，需要注意一些事项：

1. U受到导电和对流传导的影响。脂肪和空气的导电传导系数比冰低。因此，更多的脂肪和更多的溢出会导致温度下降更慢。
2. 为了提高对流热传递速度，将高速冷空气吹过冰淇淋包装。
3. 为了增加表面积$A$，冰淇淋在固化前被放入零售尺寸的纸箱中。这也是冷冻西兰花切成小块的原因：不是为了向您收取额外的劳动力费，而是为了加快冷冻速度，使其保持新鲜。

低温冷冻

有一种方法可以将$A$和$\Delta T$都推向极端：液氮（温度：低于-196°C）。有了液氮，你甚至不需要动态冷冻阶段——你可以从普通的混合物开始。将液氮倒在上面，温度会迅速下降，以至于混合物几乎瞬间凝固。水分子在聚集成晶体之前就被锁定在原地。从技术上讲，它们仍然在移动，但速度太慢了，以至于在人类的尺度上，它们就像停止了一样。结果是一个玻璃状态：一个没有有序冰晶格的固体。

在普通低温下，水的最稳定形式是结晶冰——分子整齐排列，系统处于最低的吉布斯自由能，没有进一步重新排列的倾向。相比之下，在玻璃状态下，系统被困在该最低值之上。水分子就像监狱里的囚犯：他们因过度能量而不安，但他们无法移动。

由于混合物极快地进入玻璃态，低温冷冻冰淇淋形成的晶体很少，也几乎不会裹入空气。成品质地更细滑、更致密，近乎超凡脱俗。Fat Duck餐厅就以“液氮炒蛋培根冰淇淋”闻名。

玻璃转变温度是冰淇淋混合物锁定在玻璃状态以下的点。将混合物滴入液氮中，它几乎立即在该点后冻结——这就是Dippin’ Dots背后的诀窍。玻璃状态是不稳定的：一旦温度爬升到玻璃转变温度以上，水分子就会恢复流动性并开始结晶。结晶释放潜热，这会进一步提高温度——一个失控的循环，可以融化Dippin’ Dots的表面并使它们聚集在一起。这就是为什么你没有在到处看到它们：它们需要比普通冰柜更冷的冰柜。但是，不，它们不够冷，无法接种第一批新冠肺炎疫苗。

冰淇淋的微观结构

冰淇淋是固体吗？是溶液吗？是凝胶吗？是泡沫吗？答案是上述所有。从技术上讲，冰淇淋是一种胶体中的胶体。胶体是一种让人读起来非常令人沮丧的东西，因为似乎没有人能解释它。让我们解决这个问题吧。

胶体是一种混合物，其中一种物质的微小颗粒稳定且均匀地分布在另一种物质中。溶解在水中的糖是一种混合物，一袋户外混合食品是另一种混合物。一种混合物在哪里结束，另一种混合物在哪里开始？

表2：溶液、胶体和异质混合物的区别

在胶体中，分散物质构成了分散相，而其他物质构成了连续相。分散相和连续相都可以是气体、液体或固体。根据哪种是哪种，不同类型的胶体被命名为不同的名称。

表3：不同类型的胶体

所以现在你知道醋和醋汁的区别了：一个是溶液，另一个是与自动更正的持续斗争。

我们在冰淇淋中发现了几种类型的胶体：

表4：冰淇淋中的胶体

血清——几种胶体的连续相——是将整个结构保持在一起的东西。一旦某物溶解在水中，它就会妨碍水分子的流动。它们要么更难逃逸成蒸汽，要么更难定居成有序的固体晶格。结果是溶液保持液态的时间更长：其沸点上升，其凝固点下降。热力学用拉oult定律将这一过程正式化：

• $P_A$：溶液中溶剂的蒸汽压。
• $X_A$：分子的摩尔分数（总是小于一），
• $P_A^0$：纯溶剂的蒸汽压。

溶解的溶质降低了$X_A$，从而降低了(P_A)。较低的蒸汽压意味着液体抵抗蒸发。同一热力学思想的实际结冰点版本是：

• $\Delta T_f$: 凝固点下降。
• $i$：每分子溶质产生的溶解颗粒数。
• $K_f$：溶剂的凝固点降低常数。
• $m$：摩尔性，每千克溶剂中溶质的量。

冰淇淋混合物不是理想的稀释溶液，但有用的教训仍然存在：主要是由溶解颗粒的数量而不是它们的尺寸推低了凝固点。一克食糖比一克蛋白质贡献的分子数量多数千倍，因此它对凝固的影响要强得多。这就是为什么小分子溶质主导了下图所示的凝固点降低曲线。

图4：结冰点下压曲线

顺便说一句，盐来自牛奶的天然矿物质——主要是钙、钾和磷酸盐化合物。它们不是氯化钠，所以它们没有咸味，但仍然会影响质地、凝固点和蛋白质稳定性。

你知道那些冰箱柜子里几个桶冰淇淋并排放着吗？有些口味似乎总是先卖完。它们真的更受欢迎吗——还是只是更柔软？调味剂的额外分子可以改变冷冻曲线，因此在给定的温度下，一种口味可能更容易刨出，只是因为冰冻的水量更少。如果流行程度总是由科学决定的，那不是很好吗？

冰淇淋结构完整性的另一个关键要素是脂肪网络，由部分凝聚的脂肪球构成。这种网络在物理上阻挡水分子，减缓它们向冰晶移动。脂肪网络还支撑气泡，使它们不容易崩溃。稳定剂通过使血清变稠来增加一层阻力，进一步减少水的流动性，减缓晶体生长。变稠的血清还通过减缓气泡液态壁的泄漏来稳定气泡。

自制冰淇淋的食谱不需要工业型乳化剂。 大多数自制食谱完全省略了乳化剂，这不是错误。原因很简单：自制冰淇淋是新鲜食用。商业冰淇淋需要乳化剂才能在数周的运输、超市储存以及冰柜门被打开和关闭一百次的情况下保持稳定。在家中，时间线更短，要求也更温和。牛奶蛋白已经很好地防止脂肪滴融合，如果混合了蛋黄，你甚至无需尝试就添加了天然乳化剂。结果可能不像商店买的一杯那么坚固，但这并不需要——反正你根本没有打算保存一个月。

优质冰淇淋通常含有更多的脂肪，只使用蔗糖作为甜味剂。它不添加稳定剂，而是依靠MSNF（牛奶固体非脂肪）中的糖、蛋白质、乳化脂肪球和其他溶解颗粒来增加血清相的粘度。这使得它更容易受到温度波动的影响，也称为热冲击。热冲击并不一定很热。在-10°C和-20°C之间反复循环温度，随着时间的推移，足以明显增加冰晶的平均大小。因此，优质冰淇淋需要更严格的冷链纪律。理想情况下，它们应保持在-25°C以下，在该温度下，凝固点降低曲线会变平，每降低一度温度，冰含量只会略有增加。

吃冰淇淋

我们付出了很多努力来制作正确的冰淇淋；现在让我们来思考一下如何正确地吃它。

品尝冰淇淋

就像热汤一样，在正确品尝之前，冰淇淋应该经过调味。冷淡会麻痹感官；味道会退隐。最好的体验是冰淇淋在我们的嘴里融化并释放出香气蒸汽。我们只能品尝到少数几种味道，但我们可以闻到更多的味道，我们所说的“味道”的大部分实际上是那些挥发性化合物到达鼻子的。其中许多是疏水性的。它们溶解在脂肪颗粒中，而不是水性血清中，这会减缓它们的逃逸速度。脂肪本身融化缓慢，覆盖了味蕾，进一步延迟了香气和味道的出现速度。通过提高或降低脂肪含量，你可以调整味道释放的速度。就我个人而言，我不喜欢冰沙，因为这个原因——没有脂肪来调味释放，所有的味道都会同时出现，感觉很锐利，而不是分层。

客观地说，更快的风味释放不是好也不是坏，这只是个人喜好的问题。专业人士接受过系统评估的客观质量标准。事实上，每年在美国乳制品科学协会（ADSA）指导下举办的大学乳制品评测大赛（CDPEC）使用详细的分值系统来评判冰淇淋。ADSA框架为风味、质地和口感、颜色、外观和融化质量分配分数，要求学生不仅学会检测明显的缺陷，还学会检测风味释放和整体感官质量的微妙差异。经过比赛培训后，学生在检测缺陷方面比普通消费者要好得多，这使得他们成为冰淇淋制造商的热门资源。

冰淇淋保质期

因为冰淇淋储存在温度太低，微生物或酶无法发挥作用，化学和生物变化不会发生或发生得非常缓慢。冰淇淋不会腐烂，而是会散架：冰晶生长、气泡破裂、乳糖结晶，水慢慢升华，直到结构崩溃。所有这些变化都会随着温度波动而加快，每次打开和关闭冰柜门都会发生这种波动。虽然这些小震动可能看起来微不足道，但随着时间的推移，它们足以破坏其质地。

冰淇淋可以健康吗？

最后，让我们来解决房间的大象问题：冰淇淋是否可以健康？糖和脂肪是两种成分，如果过量摄入，会导致各种健康问题。低脂/低糖冰淇淋能否在不影响质量的情况下消除健康危害？让我们看看我们是否可以用我们对冰淇淋所学到的所有知识来分析这个问题。

糖替代品

一种糖替代品不仅必须味道甜美，而且必须以更少的卡路里提供甜味，仍然可以控制冰点、体积和粘度，避免奇怪的口感，避免其自身的健康负担，而且不贵得离谱。这是一个艰巨的任务。

事实证明，很难满足上述所有要求。低糖可乐中使用的甜味剂阿斯巴甜比糖甜200倍。因为需要很少的分子， 它不会显著降低凝固点。饮料和烘焙食品中常用的其他人工甜味剂（甜菊糖、Ace-K）也有类似的问题：它们的分子效率太高。高果糖玉米糖浆比糖略甜，但声誉更糟糕。在实践中，这些人工甜味剂必须与其他添加剂（如膨松剂和稳定剂）一起使用，以取代糖的所有功能。

另一种受欢迎的糖替代品是糖醇——山梨醇、木糖醇、红糖醇及其表亲。它们名字中的“醇”并不是因为它们可以使人醉酒，而是因为它们的分子结构含有许多羟基（-OH），这与定义乙醇的相同功能特征。然而，与乙醇不同，糖醇不会进入大脑，也没有醉酒作用。

它们比食糖甜度低，这就是为什么它们经常与高强度甜味剂搭配使用。尽管如此，它们带来了许多优点：热量更少，血糖指数更低，可替代糖的体积，并控制冰淇淋的凝固点。它们还恰好对牙齿友好，因为口腔细菌无法轻易消化它们。出于这些原因，它们被用于生酮冰淇淋和其他“无糖”甜点。

糖醇确实有其怪癖。因为它们溶解时会吸收热量，所以会给口腔留下一种冷却的感觉——这种特性有时会干扰预期的风味特征。更重要的是，我们的肠道吸收它们并不好。未吸收的部分会进入结肠，在那里通过渗透吸水，成为肠道细菌的食物。发酵会产生气体；多余的水和气体会导致腹胀，如果你过度享用，会产生瀉药作用。这就是乳糖不耐受者导致腹泻的机制。

最后，关于乳糖的附注：预算冰淇淋通常含有比优质品牌更多的乳糖。为了以廉价的价格提高脱脂牛奶固体含量，制造商可能会依靠富含乳糖的乳清固体作为脱脂奶粉的替代品。结果是，对于对乳糖敏感的人来说，这种产品可能会对胃部造成不适。

塔加托糖是一种另一种糖替代品，在生物学上与糖醇有许多优点——低热量、对血糖的影响微乎其微，并抵抗口腔细菌的发酵——而没有冷却作用。然而，它具有相同的消化负担——在商业上，它犯了更大的罪：高成本。在酮冰淇淋中，糖醇、塔加托糖、高强度甜味剂和稳定剂通常混合在一起以达到预期效果。

脂肪模仿剂

牛奶脂肪非常复杂。它含有约400种不同的脂肪酸。它在脂肪中具有独特的优势，因为它含有大量的短链脂肪酸（4碳丁酸和6碳醋酸）。冰淇淋的最佳牛奶脂肪来源是新鲜牛奶中的鲜奶油。就像你可以通过分离各部分并以不同的比例混合来重建MSNF一样，你可以通过将“硬”脂肪（熔点高）和“软”脂肪（熔点低）的不同比例结合起来来创建牛奶脂肪混合物，以强调不同的特性。例如，含有更多软脂肪的脂肪混合物可以增强泡沫稳定性。

脂肪的作用不仅仅是增加丰富度。它承载着风味，赋予了体积，防止结构坍塌，减缓了融化，甚至有助于稳定内部搅拌的空气气泡。

在低脂冰淇淋中，水分含量相对较高，因此必须添加更多的糖来保持相同的冷冻曲线。没有脂肪颗粒，需要更多的稳定剂来保持粘度并限制冰晶的生长。此外，必须添加增稠剂（麦芽糊精或聚葡萄糖）来占用空间。

即使在调整了结冰点降低、粘度和体积后，我们仍然需要一些类似脂肪的东西来重现奶油般的感觉。牛奶脂肪的复杂成分使其具有独特的相温曲线：它在舌头上很容易融化，在室温下缓慢融化，并在陈化过程中大部分保持固体状态。在实践中，配方师通常试图再现“4°C时三分之二是固体”的行为。这排除了橄榄油冰淇淋。

脂肪替代品通常分为两类。以碳水化合物为基础的模仿剂会吸附水分并形成凝胶，创造出与脂肪结构相似的厚度和体积。但它们无法再现同样的奶油质感。以蛋白质为基础的模仿剂则不同。它们被加工成微观颗粒，尺寸在0.1至3微米之间，在舌头上移动时与脂肪滴相似。它们还以更接近真实脂肪的方式携带和释放味道。优质低脂冰淇淋通常依赖这些以蛋白质为基础的版本，这解释了其更圆润、更均衡的味道。缺点是成本高——以蛋白质为基础的模仿剂更昂贵。更便宜的产品往往倾向于使用以碳水化合物为基础的填充剂。大多数人都能分辨出区别，即使他们无法完全用语言表达出来。

一个糖和脂肪替代混合物的样品可能看起来像这样：8%聚葡萄糖、5%山梨糖醇、5%10 DE麦芽糊精、1%微晶纤维素、0.023%安赛蜜K和0.023%阿斯巴甜。听起来好吃吗？

也许冰淇淋对健康的影响的最好治疗方法是克制。

一个自制冰淇淋食谱

现在，我们对冰淇淋的科学知识已经足够了解，以至于陷入了一些严重麻烦，我们将以完全不同的角度看待食谱。这是我在网上找到的一个自制香草冰淇淋食谱：

• 2杯浓奶油
• 1杯全脂牛奶
• ¾杯糖
• 1汤匙香草精
• 一小撮盐

将其翻译成功能成分列表：

• 脂肪：17%。这使我们处于优质冰淇淋的领域。
• MSNF：9%。正好处于8%—10%目标区间的中部，既能支撑冰淇淋的质感和保水性，又不会让它过于黏韧。
• 糖：16%。这使配方落在冷冻曲线的合适位置，从家用冷冻柜取出后就容易挖取。 令人惊讶的是，所有数字都正好处于正确范围内。要么是食谱的作者非常幸运，要么他们知道自己在做什么。

以下是一些使用这个食谱的想法： → 如果想要更柔软、接近软冰淇淋的质地，可提高糖含量（例如增至18%）。凝固点进一步下降，会让更多水保持未冻结状态。 → 如果想要接近雪葩的效果——口感更轻盈、不那么浓厚，风味释放更快、更强——可用牛奶替换一部分奶油，降低脂肪含量。 → 如果想要更有嚼劲的质地，可用脱脂奶粉替换一部分牛奶，提高MSNF。这样会增加蛋白质和乳糖，使未冻结相更黏稠。 → 如果想在不增加脂肪的情况下获得更顺滑的口感，可加入蛋黄（其中含有天然乳化剂卵磷脂），并在放进冰淇淋机冷冻前，把混合物冷藏熟化一夜。家庭冰淇淋配方很少要求熟化，但现在你知道专业做法了。

最后的话

这就是冰淇淋：脂肪、糖和空气形成的短暂结构，始终处在崩塌边缘。秩序暂时战胜熵，结果顺滑得令人惊叹。科学结论很简单：无论自制还是购买，只要手头有一盒冰淇淋，就尽快吃完吧——把它当作一条热力学命令。