STEM小实验-热冰淇淋

摘要

您想为冰淇淋等美味食物添加不同寻常的味道吗？在这个厨房科学项目中，你将制作令人费解的热冰淇淋。您将尝试，当然还要品尝这种美食。它很简单，很美味，很有趣！来吧试一试吧！

目的

测量如何在自制的热冰淇淋配方中添加更多甲基纤维素，以改变它融化的方式.

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最后编辑日期:2017-07-28

简介

您喜欢尝试食物的味道，质地或外观吗？这些类型的科学实验使您能够创造性地学习科学 – 而且大多数时候，结果也是美味的！对新食物进行创造可能会产生最奇怪的发明。例如，您如何看待图1中所示的草莓与一勺热冰淇淋的组合？

图1. 草莓淋上一勺香草热冰淇淋。

热冰淇淋是分子美食的创造，这是一个烹饪领域，其中厨师使用通常仅供科学家和食品工业使用的工具和配料。工艺罕见和新的食品创作。热冰淇淋是这些令人费解的创意之一，因为它在热时是固体，在冷却到室温时会融化。这听起来不对，是吗？你能看出这有多奇怪吗？

热冰淇淋中的特殊成分是甲基纤维素.甲基纤维素是改性纤维素，纤维素是使植物强壮的纤维状物质。为了将甲基纤维素添加到食物中，烹饪者将其均匀地溶解在其他成分的溶液中。烹调类似甲基纤维素，因为它在加热时使溶液变稠并在冷却回室温时再次变成液体。此属性称为热凝胶。您可能会质疑这可能有用。例如，甲基纤维素有助于在烘焙食品中产生液体填充物。烘烤时填充物是固体，但冷却后再次变为液体。甲基纤维素具有更多的性质，可以帮助增强或保持食物的风味，味道，质地和外观，使其成为常见的食品添加剂.

在这个科学项目中，您将使用甲基纤维素制作自己的热冰淇淋配方。您将尝试不同的烹饪时间和配方解决方案，并测量产生的热冰淇淋融化的速度。无论您要尝试什么样的解决方案或烹饪时间，您都可以确保获得美味的结果，所以请继续尝试吧！

术语和概念

• • 热冰淇淋
  • 分子美食
  • 甲基纤维素

• • 纤维素
  • 解决方案
  • 热胶凝

• • 食品添加剂

问题

• • 热冰淇淋的一种特殊成分是什么让冰淇淋在冷却时融化？
  • 为什么热冰淇淋被归类为分子美食？
  • 像热冰淇淋一样烹饪的速度有多快或多慢？想想提供食物所需的时间以及您希望如何向顾客提供食物？

参考书目

• Melnich，B（2013年2月26日）.热冰淇淋（甲基纤维素）库克和化学家.2017年1月25日从 http://thecookandthechemist.blogspot.com/2013/02/检索热冰淇淋-methylcellulose.html
• Molecular Recipes Contributors（2014）.什么是分子美食？分子食谱.2017年1月19日检索自 http://www.molecularrecipes.com/molecular-gastronomy/
• 维基百科贡献者（2016年12月15日）.甲基纤维素维基百科:自由百科全书.2017年1月19日检索自 https://en.wikipedia.org/wiki/Methyl_cellulose
• Chem4Kids贡献者（n.a。）溶液和混合物 Chem4Kids.2017年1月19日检索自 http://www.chem4kids.com/files/matter_solution.html

有关创建图表的帮助，请尝试使用以下网站:

• • 国家教育统计中心（n.d.）.创建图表。检索自2009年6月2日起 http://nces.ed.gov/nceskids/createagraph/

材料和设备

• • 甲基纤维素A4C（20克），可从 Modernist Pantry 等在线供应商处获得。
    • 注意:不同类型的甲基纤维素之间可能存在很大差异。该项目适用于A4C型。如果您需要使用其他类型，则可能需要调整烹饪时间，微波功率以及所用溶液的浓度。
  • 自来水（200毫升）
  • 重质奶油（½品脱）
  • 牛奶，（½品脱）; 1％，2％或全脂牛奶
  • 白糖（25克）
  • 香草提取物（12.5g）
  • 微波炉，1升容量以上。
  • 数字刻度，增量为0.1 g。可以从 Amazon.com .
  • 叉
  • 微波
  • 带盖（3）的食品级容器必须能够容纳至少0.3升。

• • 冰箱

• • 微波炉量匙（圆形），餐匙大小。这种勺形汤匙可从 Amazon.com 效果很好.
  • 刀
  • 毫米方格纸，最好印在彩色纸上。可以在网上找到可打印的版本，就像这个一样 Wikimedia Commons 。
  • 透明薄片保护膜
  • 纸巾

• • 勺

• • 实验室笔记本
  • 可选:相机拍照

• 定时器

实验程序

首先，您将尝试制作热冰淇淋。您将尝试不同的烹饪时间并观察它是如何融化的。一旦您熟悉了该过程并选择了特定的烹饪时间，您将在三种不同的热冰淇淋解决方案上测试这个烹饪时间，进行详细测量，并选择您最喜欢的热冰淇淋配方.

在开始实验之前，您需要规划以下内容:

• 提前一天制作食谱，因为解决方案需要在冰箱中休息一整天（24小时）。
• 在您计划开始烹饪前一小时将食谱带出冰箱。这使解决方案有时间适应室温.
• 您可以将冰淇淋溶液保存三天;但是，请务必在同一天进行详细测量。随着时间的推移，解决方案会稍微变厚，这将改变您的测量结果。如果您确实休息一下，请务必将您的溶液存放在冰箱中.

准备热冰淇淋解决方案

通过在微波炉中烹饪冰淇淋溶液（含有甲基纤维素）来制作热冰淇淋。在本节中，您将准备3个解决方案。所有这些都将从相同的基础配方开始:水，牛奶，奶油，糖和香草精的混合物。然后，您将溶解不同量的甲基纤维素到基础配方中，以创建不同的冰淇淋溶液。

1. 准备基本配方。
   1. 1. 收集所有成分，如图2所示。
      2. 逐一称量表1中列出的每种成分.如何使用比例部分可以帮助您准确地使用比例尺。
      3. 将所有配料倒入微波炉安全的搅拌碗中.
      4. 用叉子将溶液充分混合。结果应如图3所示。

    

图2. 热冰淇淋由奶油，牛奶，水，糖，香草精和甲基纤维素制成。

图3. 混合奶油，牛奶，水，糖和香草精提液导致约半个升碱溶液。

2. 稍微加热底座，在微波炉的最高设置下约一分钟。甲基纤维素在温热的液体中溶解得更好.
3. 标记容器，如图4所示。每个容器应该有一个容器:2％，3％和4％的冰淇淋溶液。

图4. 用于2％，3％和4％热冰淇淋溶液的标签容器。

4. 通过添加甲基纤维素完成三种溶液。 
   1. 1. 拿2％容器。
      2. 查看表2中2％溶液所需的碱和甲基纤维素的量。

          

          

          

          

         	数量基础（g）	甲基纤维素量（g）	技术说明:％计算
         2％	98.0（或接近100）	2.0	2/（98 + 2）= 2/100或2％
         3％	194.0（或接近200）	6.0	6/（194 + 6）= 6/200 = 3/100或3％
         4％	96.0（或几乎100）	4.0	4/（96 + 4）= 4/100或4％

         表2。制造特定热冰淇淋溶液所需的碱和甲基纤维素的量。

    

   1. 1. 将表2中给出的碱量添加到容器中，然后加入指定量的甲基纤维素.如何使用比例部分可帮助您准确称量数量。
      2. 用叉子将甲基纤维素搅拌到底部，直到所有团块消失。
      3. 对3％和4％溶液重复步骤a-d。请注意，您将使用此解决方案来制作更多3％的解决方案，以探索热冰淇淋的制备。
      4. 您现在应该有三种不同的冰淇淋溶液:一种含有2％，3％和4％的甲基纤维素，如图5所示。

    

图5. 准备存放在冰箱中的热冰淇淋溶液。

5. 关闭容器并将其存放在冰箱中约24小时。这使得甲基纤维素能够完全溶解和水合。如果可以，取出溶液并在休息时间搅拌一次或两次.
6. 图6给出了如何规划实验的示例。如您所见，您可以在制定解决方案后的第二天开始测试。如果你需要再等一两天，那也没关系.

图6。在计划执行测试前至少一天准备解决方案。

技术说明:如何使用比例  

图7. 将您的比例设置为以克（g）为单位，并在开始添加您想要称量的成分之前将容器放在秤上使比例为零。

 

显示分步说明  

 

1. 1. 对于具有零输出（皮重）功能的秤:
      1. 将刻度设置为以克（g）为单位。
      2. 将您正在使用的容器放在秤上进行测量，然后按”清零” 或”去皮” 按钮。现在，刻度应指示0.0 g，如图7所示。
      3. 将成分添加到容器中，直到刻度表示所需的量。

       

 

1. 对于没有零输出功能的秤:
   1. 1. 将刻度设置为以克（g）为单位。
      2. 将您正在使用的容器放在秤上进行测量并记下其质量。

    

   1. 1. 将容器的质量（在步骤b中测量）添加到要测量的成分的质量中。例如，如果您的容器重11克并且需要测量200克水，则容器和水的总质量将为211克.

    

   1. 1. 将成分添加到容器中，直到您的刻度表示步骤c中计算的量。

    

 

确定最佳烹饪时间

烹饪和探索的时间！在本节中，您将尝试并确定3％解决方案的最佳烹饪时间。

1. 将3％的溶液从冰箱中取出。搅拌均匀，让其适应室温约一小时。
2. 将一张毫米方格纸放入塑料支架中，如图8所示。

图8. 用塑料支架保护的毫米方格纸将用于测量热冰淇淋勺融化的速度。

3. 将覆盖纸放在微波炉附近的平面表面上。当您在平坦的表面上工作时，熔化的冰淇淋勺往往是圆形的水坑，圆形水坑更容易测量.
4. 选择一个微波炉圆形量匙（带有透明，深勺），只需一汤匙即可舀出一汤匙溶液。顶部平整，如图9所示。

图9。使用可微波炉，深汤匙舀取溶液，制作漂亮的热冰淇淋勺。

5. 将量匙放在微波炉中间，如图10所示。每次试用时，始终将勺子放在同一位置。

图10. 在低功率微波炉中将热冰淇淋勺煮熟一小段时间。

6. 在功率水平3 上微波1:30分钟（min）。慢慢煮熟时，热冰淇淋更好.
7. 当你拿出汤匙时，将煮好的冰淇淋放在汤匙里面30秒钟。图11显示了时间轴上的不同步骤.

图11. 将冰淇淋放置30秒，然后将其转移到纸张上。

8. 将勺子翻过受保护的方格纸。如图12所示，勺子很可能从勺子中掉出来。下面是一些提示:
   1. 1. 如果勺子脱落或溶液仍然太液体，请再次尝试稍微延长烹饪时间.
      2. 如果冰淇淋粘在勺子上，你可以用不同的勺子在边缘滑动，以松开热冰淇淋勺，如图13所示。
      3. 将铲子靠近纸张中间而不是边缘，因为它会熔化并增大尺寸。

    

图12. 将一勺煮熟的热冰淇淋转移到受保护的方格纸上。

图13. 如果铲子本身没有滑出，请尝试在煮熟的冰淇淋勺边缘滑动不同的勺子。

9. 花一点时间观察。勺子在热的时候看起来怎么样？它有吸引力和开胃吗？
10. 观察勺子是如何融化的;这可能需要20分钟。勺子快速融化，还是需要相当长的时间？熔化的奶油是酱汁，开胃，浓稠还是薄？
11. 记住你的观察，想想你想要获得什么。勺子融化的速度有多快或多慢？考虑一下它将在何处以及如何使用。它应该立即融化，还是需要时间服务？
12. 实验的时间！探索不同的烹饪时间如何让您更接近理想。表3中的表格将帮助您记录您的观察结果。注意:如果在几次试验后结果看起来不太好，请尝试切换到略高的微波功率. 

13. 您可以在同一张纸上放置几个勺子，只要它们不相互接触即可。如果你需要更多的空间，扔出熔化的勺子，用纸巾清洁塑料覆盖的方格纸，为新的勺子腾出空间.
14. 探索，直到您对特定的烹饪时间感到满意，或直到您用完了3％的3％溶液。如果您仍对结果不满意，请选择您认为最佳的时间。测试其他解决方案可能有助于您实现目标.

比较不同的食谱

在本节中，您将详细测量2％，3％和4％溶液的冰淇淋勺在烹饪特定时间后融化的速度。你的假设是什么？请注意，这些测量需要一次性完成。如果你担心可能没有足够的时间，请暂时休息一下，稍后再回来。

1. 从冰箱中取出所有三种溶液。搅拌均匀，调节至室温约1小时.
2. 清洁受塑料保护的方格纸，然后将其放回微波炉附近的平面表面。
3. 复制笔记本中的表格4。它将有助于记录您的测量结果。请记住填写您在”确定最佳烹饪时间” 一节中确定的烹饪时间。

4. 要了解勺子融化的速度，您将测量勺子的尺寸或直径随时间的变化情况。具体来说，您将在0,10和20分钟后测量勺子直径。图14显示了时间轴上的每个步骤.

图14。在本节中，您将热冰淇淋煮一定时间，然后让它在转移前休息30秒，并在转移（0分钟）后，10分钟后进行测量熔化，熔化20分钟后。

5. 定义铲子的直径，或测量其尺寸。
   
   图15。该项目将铲子的”直径” 定义为铲子最大水平距离的平均值（如上图所示，称为水平直径）和最大垂直距离勺子（如下图所示，称为垂直直径）。

   请参阅有关如何测量直径的详细说明。 

   显示分步说明  

   1. 1. 测量图16中所示的铲子直径。你能看到它是48毫米（mm），还是48个小笼子？你看到它好看又圆？无论您是在水平方向还是在垂直方向上，或在任何其他方向上，您都获得了相同数量的小笼子。注意每个小方块长1毫米，宽1毫米。
         
         图16. 圆形勺子的热冰淇淋具有清晰的直径。水平（上图），垂直（下图）或任何其他方向测量的最大距离提供相同的值。

    

   1. 现在，测量图15中描绘的勺子的直径。这个勺子不好看又圆。如果测量水平方向上的最长距离，则得到45 mm。垂直方向上的最长距离为48毫米。对于此项目，您将在数据表中将这些值（45和48）记录为”水平直径” 和”垂直直径” .
   2. 完成所有测量后，您将计算测量的”水平直径” 和”垂直直径” 的平均值，因为这是勺子（或熔池）覆盖在纸张上的区域的良好指示。要计算平均值，请将两个测量值的总和除以2。表5分别列出了图16和15中所示的勺的计算直径。如果计算平均值有困难，可以使用计算器.

    

    

    

   水平[mm]	垂直[mm]	平均计算[mm]	平均值[mm]
   48	48	（48 + 48）/2	48
   45	48	（45 + 48）/2	46.5

   表5。计算两个测量直径的平均值。

6. 拿一勺2％的溶液，按照之前的做法在”确定最佳烹饪时间” 部分确定的时间内烹饪。对于所有测量，坚持一种烹饪方法（铲子尺寸，烹饪时间，微波功率和休息时间）非常重要。
7. 将计时器设置为10分钟。然后，在将铲子转移到覆盖的方格纸后启动计时器.
8. 测量铲子的初始直径。可选:当您查看图片时，您可以拍摄勺子的鸟眼图片并计算它稍后覆盖的笼子，而不是现在进行测量。如果这样做，请记住在图片中包含标签，如图17所示。

图17. 拍摄照片时，请拍摄鸟瞰图，并在照片中添加标签。图片可以帮助您获取准确的数据。

9. 当计时器指示10分钟时再次测量并再次将计时器设置为10分钟。一旦第二个10分钟结束，测量勺子直径20分钟时间点.
10. 在数据表中记录您的数据。
11. 这结束了2％解决方案的第一条路径。对3％溶液重复步骤6-10，对4％溶液重复步骤6-10。
12. 重复步骤6-11三次，总共三次试验.
13. 没有品味测试，您的数据就不会完整！将表6复制到笔记本中，煮2％溶液样品，然后在10分钟熔点下品尝样品。重复其他两个食谱。请注意您对表中味道和质地的观察.

分析结果

1. 通过添加水平和垂直直径并将总和除以2来计算每个铲子的平均直径。如果您需要帮助，请回顾了解如何测量直径。请在表7中的表格中注明您的结果。

2. 计算1个特定配方的三次试验的平均直径。例如，为2％溶液添加三个初始平均直径，并将总和除以3.这得到2％溶液的总平均初始直径。在数据表的平均行中记录此配方的总平均值，如表7所示。
3. 可选:您可能会看到一种解决方案如何比另一种解决方案更快融化，或者它的平均直径增长得更快。使用相对直径时，这种趋势可以更加明确，它可以告诉您铲子的直径与原始尺寸相比随时间变化的程度。要计算相对直径，请将时间点（最初为10分钟或20分钟）的平均直径除以其初始平均直径。例如，如果您最初测量48毫米，10分钟后测量62毫米，20分钟后测量96毫米，则相对直径最初为48/48 = 1，10分钟时为62/48 = 1.5.20分钟标记和96/48 = 2。标记。这意味着在10分钟时勺子的直径是原始勺子的1.5倍，并且在20分钟时的熔化勺具有与开始时相比尺寸的两倍的直径。复制表6中的表格，计算相对平均直径，并在表格中记下它们。

4. 使用水平轴上的时间点（0,10和20分钟）和垂直轴上的平均直径创建条形图。您可以为每个配方（2％，3％和4％甲基纤维素）制作图表，或使用一个不同颜色的条形图表示不同的配方.参考书目列出了一个在线图表工具，可以帮助您创建图表.
5. 可选:如果计算了相对直径，请绘制每个时间点（水平轴）的相对直径（垂直轴）。使用一个不同颜色的条形图表示不同的配方。
6. 查看您的图表和数据表，您能得出什么结论？你看到任何趋势吗？一种解决方案比另一种更快融化吗？
7. 查看您的所有数据，备注和观察结果，您认为哪种食谱和烹饪时间最适合餐厅使用热冰淇淋？如果你是一家餐馆的厨师，你会为你的客人提供哪种食谱？

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• • 这个项目研究了当你略微改变食谱中的成分时冰淇淋的融化方式。更改解决方案后会发生什么？也许您可以在配方溶液中加入1％，6％或8％甲基纤维素？
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