時間與溫度的科學

◎時間不見得可靠

在烹飪時，「時間」是很有用的單位，不過很多廚師犯的錯誤是把時間看得太重。我們的食譜除了時間外，還額外提供「感官線索」，讓你知道這項步驟何時算是完成。食譜所列的料理時間，是以參考規劃烹調一餐所需來設計的，烤肉需要花一小時還兩小時？以上所提並非精確的時間。記得隨時靠你的五個感官來判定某個步驟或某項料理是否已經完成。食物是否符合食譜中的描述？如果食譜說「煮至變硬」，那就觸摸看看。同樣的，如果食譜說要「煮至散發香氣」，就依照這個指示來判斷，而非死守料理的時間，來決定這個步驟完成與否。

那麼，為什麼時間不可靠呢？由於料理過程中可能因為不同的器具、食材熟度等變因，讓成果有所差異。比方說烤架和爐火的熱度就差很大。除此之外，廚具的重量和直徑也會同時影響到烹飪的時間。

就連你的烤箱也沒想像中的可靠。我們怎麼知道？因為在我們的實驗廚房中有超過二十個烤箱，每個烤箱都配有烤箱溫度計，好讓我們知道裡頭的溫度是否經過妥善校準。也就是說，這項工具是用來確定烤箱是否達到並維持轉盤上設定的溫度。當烤箱在重度使用下，我們發現實驗廚房的烤箱經過幾個月之後，烘烤溫度就會失準，於是將烤箱送修。一般的家用烤箱失準的速度會慢一些。不過，儘管烤箱刻度上顯示是華氏350度，但很有可能是沒有達到350度的。

◎溫度永遠很重要

儘管器材的不同會影響烹調時間，但卻很難精準掌握其中的差異。你怎麼得知家裡的平底鍋是否比我們實驗廚房的平底鍋熱得更快？幸運的是，在烹飪時間之外的另一個主要變因，掌握起來要簡單多了。

在很多食譜中，一開始烹調的食材溫度是關鍵要素，這點也是很多人忽略的。除了影響烹調時間，食材溫度也會影響料理的成品。如果奶油沒冰好，做出來的派皮就會變得很硬、太韌，而不是柔軟薄脆。冷藏的雞蛋比較容易把蛋白蛋黃分離，因為蛋白在冷藏時質地比較濃稠。

【觀念1】文火加熱，避免過熟

火的發現，以及隨之而來的烹飪能力，都是人類演化的關鍵。熱，可以有效地殺死細菌，畢竟要是把細菌吃下肚，人可是會生病的。透過加熱可以讓食物更可口、方便咀嚼，甚至能改變其營養價值，讓我們的身體更能輕鬆地吸收重要的維他命與營養素。不過，熱能並非百利而無一害。加熱過度的結果，往往導致食物失去水份、粗韌乾澀、難以咀嚼，尤其是在料理一整塊肉，例如牛肋排、火雞、或火腿，或是像雞蛋或蝦子等脆弱的食材時。為什麼呢？就讓我們先從「熱」的原理開始吧。

科學原理

「熱」是一種能量，「熱」這個詞是用來形容分子在空氣和水等物質中移動的速度。溫度越高，分子移動越快，擁有的能源或熱就越多。為了讓熱能傳達到其他物質，移動速度快的分子，會撞上移動較慢的分子，讓較慢的分子速度增快。因此，熱能總是從高溫的物體，或是食物高溫的位置，傳到低溫的地方。

烹調食物的加熱方式有好幾種。傳導（conduction）是指食物內的高溫處，將熱能傳給低溫的位置，分子實際上是在單一物質上移動。舉例來說，烤牛肉時，隨著外層的分子移動加快，冰冷的中心也開始變熱。由於水分子的體積比脂肪和蛋白質分子小，移動速度相當快，因而傳導了大部分的熱能。

熱對流（convection），指的是熱能從高溫的液體，例如沸水、熱油，或氣體，像是烤箱中的熱空氣傳到食物裡。在這兩種情況，熱是由外部熱源產生，像是瓦斯爐的爐火或烤箱裡的加熱元件。大多數的烹飪工具都會運用到熱傳導和熱對流。不過，還有一種更重要的加熱方式：熱輻射（radiant heating）由遠端的物體散發高能量波來傳遞熱能。最好的例子就是太陽照在地球表面的熱。以料理來說，輻射加熱大多發生在燒烤、水煮、微波。此時，能量波會直接與食物分子互動，讓食物分子移動速度加快，食物溫度因此升高。

不管是熱傳導、熱對流、或熱輻射，食物外層總是比內裡熟的更快。如果溫度過高，等到熱能透過傳導進入食物的中心時，外層可能已經煮過頭了。這是因為外層的水氣會蒸發，請記得：「熱會讓小小的水分子動起來，使表面容易變得非常乾燥」。食物邊緣與中心的溫度相差越大，這種情況就越快發生。相反的，若食物內外溫差較小，就能讓外表保留更多水氣，使內外加熱的程度更一致。

實驗廚房測試

為了示範熱傳導與熱對流的效果，我們烤了兩塊頂級三骨牛肋排。一塊放在450度的烤箱中，另一塊則放在250度的烤箱裡。在烘烤之前，兩塊牛肉上已將明顯可見的油脂大致處理掉了，並將牛肉秤重使重量一致。我們在三個地方架設好溫度計的探針記錄溫度，分別是牛排的中心，距離表面¼吋之處，以及前面敘述兩處的中間位置。

將兩塊牛排烤到約三分熟，即中心的探針顯示為125度。使用450度的烤箱只花2小時再多點時間，以250度烤箱烘烤花了約3小時。兩塊牛排都靜置45分鐘，然後重新秤重、切片，並由試吃員品嘗味道。同樣的實驗再做兩次，取這三次實驗結果的平均值。

實驗結果

我們先從味道測試結果開始：以250度烤過的牛排明顯比450度烤的牛排更多汁。沒錯，烤箱溫度越高，牛排的外皮會更焦、更脆，不過肉質本身大多變得很乾、粉粉的，只有正中間的肉質，才是我們想要的軟嫩多汁口感。用250度烤出來的牛肉沒有可觀的脆皮，不過從中間到邊緣的肉質都一樣鮮嫩多汁。

牛排在烘烤前後的重量，更證實了試吃員的推測。以250度烤箱烘烤出來的牛肉比原本輕了9.4％，以450度烘烤的牛肉則掉了24.2％的重量，幾乎是前者的三倍。換句話說：慢火烘烤的牛排在加熱的過程中，只失去9盎司的水分，而高溫烘烤的牛肉則失去25盎司的水分。既然已經將兩塊牛肉外觀上的脂肪去除，就表示這些數字也只代表著牛肉本身失去的水分，也難怪慢烤的牛肉吃起來更多汁。

所以，如果兩塊牛肉經過烘烤後，中心溫度是一樣的，為什麼經過高溫燒烤的高級牛肋排顯如此乾澀呢？

答案就在熱傳導與熱對流的關係，以及對於水分流失的影響。烤箱中的熱空氣傳遞能量到肉的表面，肉吸收熱能，透過傳導將熱能傳至中心。在450度的烤箱中，肉的外層比250度烤箱中的吸收了更多熱能。然而更多的熱能，就代表水分子移動得更快，蒸發掉的水分也更多。

牛肉失去的水分和肉的溫度成正比。在高溫烤箱裡的牛排中插進距離表皮¼吋的溫度計時，探針測量到189度，這顯示肉塊的水分幾乎都蒸發完了。在外皮和中心之間的溫度計則顯示160度，也代表烤得過熟、過乾。相反的，在250度烤箱烘烤的牛肉，溫度計顯示的溫度從來沒有超過146度，代表這個樣本外層所失去的水分少了許多。

重點整理

在料理一大塊肉時，外層的肉很容易在中心達到目標溫度前就煮過頭、變乾；低溫烹煮是解決辦法。不過，保留水分有時也有缺點，例如肉的外表會顯得過度蒼白，此時可能需要利用另一種烹調方法來補強。

熱能傳導的實際應用──文火慢烤

像是頂級牛肋排、火雞、火腿這類大塊肉塊，在高溫的烤箱中烘烤時，特別容易過乾；肉越大塊，中間和外層的溫差越大。在大多是瘦肉的火雞和火腿身上，裡外溫差的問題更嚴重，因為它們沒有什麼脂肪可以滋潤變乾的肉質。然而在料理火雞時，還會有另一個問題：火雞腿的內部需要比雞胸達到更高的溫度，才能破壞雞腿裡的結締組織，讓雞腿肉變好吃。而保持低溫的烤箱，可以減少溫差，有助於這些大的肉塊受熱均勻。不過，在不同情況下，除了烤箱保持低溫外，同時也需要採用其他策略，以確保做出多汁、口味豐富的料理。

【觀念2】高溫烹煮，增添風味

用文火料理可以減少食物中的水分流失，但食物多汁與否並不是選擇料理技巧的唯一考量。高溫不僅能煮熟一塊肉，還可以改變肉的味道，想想韃靼牛肉和燒烤牛排的差別。這種改變有很大一部分與複雜的化學作用「梅納反應」（Maillard Reaction）有關。

科學原理

在許多食物中，熱會讓蛋白基基礎單位─胺基酸，和特定的「還原糖」類，例如葡萄糖、果糖產生反應，製造出一種新的、味道獨特的氣味化合物這些化合物稱為二羰基化合物。然後又和更多胺基酸產生反應，形成更多化合物，在烹煮的食物表面和和鍋具上急速增加。最後，一種稱為梅納汀色素（melanoidin pigment）的分子形成了，經過烘烤或燒烤後的肉，有著深褐色的外皮，就是因為這種色素。

「溫度也會影響梅納反應。」一般來說，這種反應會在表面溫度超過300度時產生。溫度雖然看似很高，但請記得，因為熱傳導的原理，肉在烹煮時溫度變化可能相當大。冷凍的厚牛排內部溫度如果要從35度升到80度，表面溫度可能已經飆到300度。因為在這種高溫下，梅納反應會很快產生。然而有些料理方式就不會產生梅納反應，舉例來說，水煮的食物不會有褐變反應，因為表面溫度不會超過212度。

只要有水分，就會影響梅納反應。即使是乾式的烹煮方式，例如乾煎或燒烤。食物表面的水氣也會蒸發中和溫度，讓反應的速度變慢，因此也減少食物變褐色的反應的可能性。

實驗廚房測試

為了把褐變反應對味道的影響示範出來，我們進行以下實驗，取用了6片雞肉片，以紙巾拍乾，並以相同份量的鹽巴與胡椒調味。我們在兩個12吋大的傳統平底鍋各倒入1大匙植物油加熱3分鐘。一個鍋子開中小火，另一個鍋子開大火。鍋子加熱3分鐘後，開始記錄油的溫度，並在每個鍋子各放3塊肉。在煎雞肉片的過程中，每片各翻面一次，直到中間的溫度達到160度，代表雞肉已完全煮熟。煎肉時，我們也追蹤這些肉片的表面溫度。

雞肉煎熟後，我們把肉片放到盤子上，在兩個鍋子中用木匙刮起焦褐的碎屑後各加入1杯水，再將水煮沸到水量只剩半杯。我們將鍋中的水倒入量杯中，並評估雞肉與「醬汁」的顏色和味道。我們將實驗重複三次，然後比較實驗結果。

實驗結果

先從外表開始觀察。正如你所預期的，經過3分鐘的預熱植物油後，使油溫達到240度，以中小火煎的雞肉外觀顯得很蒼白。因為用中小火油煎，鍋中幾乎沒有留下任何肉汁，使得最後做出的「醬汁」幾乎是透明的。試吃員形容這塊雞肉吃起來很濕潤，可是淡而無味，而醬汁的味道嘗起來像水。

以高溫煎過的雞肉，下鍋時油溫已達420度，煎出漂亮的金黃色外表。在油煎的過程中形成很多焦黃的碎屑，我們稱為鍋底（fond），這個鍋子煮成的醬汁是黃褐，色味道還不錯。請記得，我們只加水而已。

實際上，烹煮時間長短和褐變的程度沒有關係。用中小火煎的雞肉需要7分鐘，內部溫度才能達到160 度。相反的，以高溫煮的肉片只需5分鐘，內部溫度就達到160度。所以，油煎時間較少的樣本所產生焦褐程度，反而勝過煎更久的樣本。

雖然兩個樣本都是將雞肉加熱使內部溫度達到一致的160度，可是表面溫度卻有很大的差別。以中小火油煎的雞肉片平均花5分鐘才達到最高溫300度。而高溫煎的肉片，只煎了約1分鐘就飆過300度，溫度還在持續攀升，到雞肉徹底煮熟時，溫度已經達到400度以上。

重點整理

想要食物產生褐變反應，必須要以大量熱能來啟動它。假使沒有足夠的熱能讓表面溫度超過300度，即使烹煮時間拉長，也不會讓食物產生褐變，除非你真的煮很久。如果沒有其他變因之下，例如菜餚中有其他味道更豐富的食材，不然有著褐變反應的食物味道，會比不怎麼焦褐的食物來得更濃郁多變。

◎梅納反應的實際應用──熱炒

熱炒吸引人的其中一個原因，就是用一個鍋子能迅速完成一餐，裡頭有蔬菜也有肉。這種料理方式是靠褐變反應把肉類和蔬菜炒出味道來。選擇正確的料理工具，加上足夠的熱能下，在烹煮少量食材能確保鍋子溫度夠高，就能促進梅納反應。