烘焙的科學(一)蛋白打發

真相追追追

烘培教我的七堂科學課 … –  The News Lens 發布於2017年5月20日

以前學烘培時第一個製作的是海綿蛋糕,由於全蛋打發的方式對於我們初學者有些難度,因為蛋黃會降低發泡的能力(註:全蛋液的黏度較低,不容易黏在打蛋器上被拖行,以致於蛋液不容易包覆住空氣來發泡),所以當時白鐵號的黃師傅是教我們使用分蛋法來製作。下列影片中的蛋白打到尾端可以呈現12點方位的挺直豎立時,這種狀態稱為硬性發泡(乾性發泡),這是製作蛋白霜的關鍵步驟

蛋白具有優異的發泡性,在室溫下比從冰箱中取出的雞蛋更容易打發,這是因為較高溫度時表面張力會下降,因此氣泡比較容易形成(ex.肥皂水的低表面張力)。打蛋白時加糖的目的,除了甜味的因素之外,蛋清在添加蔗糖後的粘度也會增加,這樣可以提高蛋白泡的穩定性,在後續的烘焙過程不至於造成蛋糕的塌陷。這就如同在調製肥皂水時,若添加蔗糖與甘油,即可吹出耐久不破的泡泡是一樣的機制

在製作蛋白霜這則影片中還加了一點醋,這個目的是降低其pH值以提高穩定性。根據這篇研究報告《Evaluation of the Stability of Whipped Egg White》p.113,泡沫以pH 4.8時的持久性最佳→「on a long-term scale the foam at pH 4.8 was the most resistant to drainage. This is the result of the more rigid behaviour of the surface at pH 4.8 and the formation of small bubbles, therefore a slow drainage of liquid from the foam, lower dynamic surface tension causing the high overrun.」
至於蛋白能被打發的機制,則是因為攪打的動作會使卵清蛋白Ovalbumin)分子原本糾結的結構,有機會再和其他分子彼此互相重新緊密結合

隨著空氣被摻入混合物中,蛋白質分子會形成圍繞氣泡的網絡來捕獲空氣。形成這個網絡的鍵結類型可以是離子間的正負電荷之間吸引力,甚或是在蛋白上的兩個硫基之間形成新的二硫鍵

但這將有一個新的問題產生,隨著打發的時間拉長,網絡形成的越多,蛋白質分子間的結合會越來越緊密。隨著蛋白質結構的緊縮,水份會被推出於原本被捕獲的結構中,於是形成液體分離的蛋清與脫水的網狀結構。這種出水的狀況稱為「打發過度」,蛋白泡沫破裂消泡,變成外表粗糙不平滑的棉球或顆粒狀

要避免這種情形,除了靠經驗來判斷外,歐美的專業烘焙坊會採用銅製的攪拌盆來打蛋白霜。這是藉由銅可以結合硫基團以形成螯合物,這除了能構成穩定的結構外,也能有效避免硫基團形成更強鍵結力的二硫鍵,進而避免打發過度,以製作出外表光澤堅實的蛋白霜。

白鐵號黃師傅則是教我們一個小撇步,若僅有白鐵容器,那就加入一小匙白醋,即能有效避免打發過度。其科學機制是因為產生二硫鍵時,會伴隨氫離子的生成,根據勒沙特列原理,加入酸就能讓平衡朝左進行,因此能抑制二硫鍵的形成

2 RSH ⇌ RS–SR + 2 H+ + 2 e

結論:下回製作蛋白霜若打發過頭了,不妨再加個檸檬汁試試,看看能否救得回來