[個人寫作]簡述冰淇淋的原理與歷史－小蟑螂的土土小窩

圖片：1801年正在品嘗冰淇淋的法國貴族女士們(圖片引自維基共享資源)。

作者：嚴融怡

最近著手製作了DIY冰淇淋。也同時回顧了有趣的冰淇淋製作原理和冰淇淋的某些歷史。冰淇淋在不遠的十八世紀歐洲，曾經是只有上流社會才能享用的點心，但是沒過多久，在十九世紀開始成為家居女孩們喜歡展露廚藝的食品工藝品。但是真正商品化的冰淇淋卻要到十九世紀末期才在美國發展，而到了二次大戰結束，冰淇淋正式成為一些著名廠牌的發展要項...

冰淇淋製作的基本原理

現今市面上的冰淇淋、霜淇淋、雪糕等等，也就是英文中的ice cream，或通稱為『冰淇淋』。在硬度上、口感上或有差異，但實際上所運用的其實都是相似的原理，也就是透過牛奶、鮮奶油、糖、奶油、調味料(如果汁或是香料)等原料加水攪拌混合以達到『乳化』(emulsification)的效果(有的還會經過加熱或高溫殺菌等步驟)，之後再注入放置於外加有冰鹽混合物的容器模具當中，藉由冰鹽混合物之間的『冷劑』(refrigerant)反應而降溫與硬化(有的書籍和網頁會寫成『過冷』(Supercooling)，但是這樣寫容易和物理學當中的過冷反應(超冷凍、瞬間凝冰)之間產生混淆。冰鹽混合的比例只要正確，可以達到攝氏零下22度；有的則會使用冷凍設備的外加冷風去吹灌原料，後者則可達到攝氏零下30度)。然後再藉由高速旋轉的器具讓原料中的水分快速結凍為細小的冰晶，之後再升溫到攝氏0-5度回溫使原料軟化熟成。

這當中最重要的兩個原理包括各類乳製品之間的『乳化現象』(emulsification)，以及冰鹽混合物之間的『冷劑』(refrigerant)反應(如果不是使用冷凍機械提供冷源的話，某些物理實驗室的科普遊戲當中甚至會使用液態氮，由於氮的沸點是-195.79°C (77K)，因此可以提供接近零下兩百度的低溫) 。關於冷劑的反應，在一般大眾的廚房或是中小學的實驗室當中，則可以輕易使用食鹽和冰的混合來達到低溫的效果，一般來說冰鹽質量比3:1的效果最好。水結冰的過程當中，水分子之間會形成氫鍵以及規律的晶體，但如果水中有溶解的食鹽則會妨礙冰的晶體形成，並會破壞冰晶體中的氫鍵結構而造成大量吸熱的情形。而鹽的溶解還能造成蒸氣壓下降，並使得水的凝固點下降，這則是『拉午爾定律』(Raoult's law)所造成的效應；但由於拉午耳定律僅適用於理想溶液，應用在難揮發的非電解質稀溶液可有近似的效果，但對於食鹽與冰混合溶液這樣的高電解質溶液則效應就小很多了。原本的純冰溶化就會有吸熱的情形，而食鹽溶於水後一方面吸熱一方面又破壞冰的形成(當一有水從冰塊表面熔化，就會立刻被鹽所抓住)，最後就會導致溫度的大幅下降。

關於乳化現象。兩種互不混溶的液體，一種以微粒(液滴或液晶)分散在另一種當中所形成的系統被稱為乳狀液。乳狀液的形成，由於兩種液體的界面積增大，彼此之間的表面張力也會相互排擠，因此這種體系在熱力學上很不穩定。為了使乳狀液穩定就必需加入第三種成分一乳化劑，以降低體系的介面能。乳化劑屬於界面活性劑的一種，我們一般生活清洗中所常用的肥皂、清潔劑也是界面活性劑。隨著乳化劑的持續加入與混合，便能讓二液體之間的表面張力下降到一定程度，並使得系統當中表面自由能的增加量相當小，使得原本不相混溶的液體得以混合均勻。這便是乳化現象(emulsification)。生蛋黃含有卵磷酯既親油也親水，可作為油水之間良好的橋樑，是非常好用的乳化劑。因此包括油醋醬、荷蘭醬、火鍋調味醬料等調製都常會使用到蛋黃作為天然的乳化劑。不過食品當中不是只有蛋黃能作為乳化劑，牛乳製品中的酪蛋白也是作用相當有力的乳化劑。而有些乳製品甚至還會有人工添加的其它乳化固形物或乳化劑等等，這也是為什麼雖然坊間很多DIY冰淇淋的配方都會加上蛋黃，但實際上即便不添加蛋黃，也還是可以製作出DIY冰淇淋的原因。有些人甚至是還為了風味而加入蛋黃。

晚近以來，也有一些乳化劑是源自於微生物或植物類所製造的生物膠，像是假單胞菌所製造的結蘭膠以及海洋褐藻類所製造的海藻酸所和金屬鈉離子結合生成的凝膠衍生物─海藻酸鈉(sodium alginate)也都是市面上冰淇淋所可能添加的乳化劑。其中海藻酸是由單糖醛酸線性聚合而成的多糖，它的用途非常廣，除了作為乳化劑，也可以作為食物的增綢劑，有的人甚至以這類材料製作低熱量冰淇淋。海藻酸鈉也被稱為藻膠酸，它也是艾胃逆服咀嚼錠(Algitab)這類治療逆流性食道炎、胃灼熱與胃酸過多等病症胃藥的重要成分。藻膠酸可和製劑中微量制酸劑所含的金屬離子作用，和胃酸接觸形成持續性的低密度泡沫乳膠層(raft)保護胃壁與食道黏膜。這個膠層也會漂浮散佈在胃內容物上方，形成阻止胃食道逆流發生的物理性屏障(physical barrier)。此外，當胃食道逆流發生時，Algitab也能夠快速爬升到胃內容物的上方，並附著在胃食道黏膜表面，防止黏膜進一步受到胃酸的刺激和傷害。不過如果是強調乳製品營養的冰淇淋，則最好成分當中還是不要添加太多的生物膠類，畢竟這些增綢劑其實本身沒什麼營養。

類似冰淇淋的乳化現象其實在環境當中也看得到，其中一個就是在海洋遭受石油汙染的時候，油汙在海流與潮汐等波浪的攪動之下，也很容易發生乳化作用。其中油汙發生在海洋的乳化方式有兩種情形─油包水乳化與水包油乳化。其中油包水乳化較穩定，會在海面上漂浮聚集形成外觀類似冰淇淋狀的塊體，並且長期漂流，所以如果在海面上看到『海洋冰淇淋』，有些小朋友可能會覺得很有趣，但實際上這一點都不有趣。而水包油乳化則很不穩定，較容易散失掉。漏油事件發生後，環保單位通常運用分散劑也是希望乳化現象傾向於水包油乳化這樣的形式，以加速海面油污的清除或是微生物對油汙的吸收利用。

簡易的冰淇淋製作

在最近所帶領胡適國小創思組學生所進行的冰淇淋製作實驗當中，則是以兒童奶粉、動物性鮮奶油、鮮奶、煉乳即可調配出混合乳化溶液，其中如果奶粉的含量越多，則使得溶液越為黏稠，之後在低溫環境也越容易成功凝固為冰淇淋。但是奶味會比較重。巧克力醬或是可可粉的添加，是一個比較有趣的案例，在前人的一些試驗當中，通常都會有助於凝固。我們的測試發現也是有相似的效果。在調和均勻之後，即將混合乳化溶液放入小罐子當中。然後將小罐子蓋子封好，就將其放置到已事先裝好混合均勻冰鹽比3:1的碎冰(冷劑)外鍋當中，然後蓋上鍋蓋靜置約一節半到兩節課的時間，就可以獲得自製DIY冰淇淋。

圖片：最近筆者所製備無蛋DIY冰淇淋的材料和配備。

圖片：將乳製品的混合乳化液放入小罐中，再放到冰鹽混合冷劑中凝固。

圖片：自製冰淇淋成品。

世界的一些冰淇淋歷史

以前在上國中的時代，曾在一次參與科展競賽聽一位外校的理化老師說：『我國早自戰國時代就已經有冰淇淋的製作了。』嗯，這個觀點倒沒有太大的問題，一些網路資料指出古代中國確實在公元前 200年左右就已經有人把冰雪和牛奶、水果、糖漿、粟米等混溶，然後製造成原始的冰淇淋。不過古代中國也不一定是最早的冰淇淋製造者，據說公元前300年的波斯，就有人製作出帶有玫瑰味道的冰糕貢獻給皇室。到了公元37–68年之間，羅馬帝國尼祿也曾命人從高山取下冰雪，並拌以水果和牛奶，製作成原始的冰淇淋。唐代的《酉陽雜俎》中記載了如何製作冷飲的方式，包括流質飲料的「酪飲」以及作為水果佐料的「糖酪」，另有低溫凝固成小山狀的奶油類食品「酥山」，以及以牛奶或羊奶搭配果汁的冷飲「冰酪」等，這些都可能是類似現代冰淇淋或奶昔的製品。南宋詩人楊萬里曾對冰酪寫了一首《詠冰酪》，後來被發現其正確詩名為《詠酥》。後世有一派的學者認為馬可波羅東渡來到中國時學到了冰酪的製備方式，並將其技術帶回歐洲，後來演變為歐洲其中一個冰淇淋的源流(之所以稱為其中一個源流，是因為冰淇淋的源流是多源性的，在西亞和歐洲畢竟也曾有過類似的食品，而且約當在馬可波羅傳入其所學之前，英國似乎是在同一時間就發現冰淇淋的製作方式，甚至還比較早。十七世紀所謂的『冰淇淋冰』(Cream Ice)早已定期出現在查理一世(Charles I )的餐桌上...)。

圖片：傳說十六世紀法國的凱薩琳·德·美第奇皇后本身也是冰淇淋製作高手，並且從義大利把冰淇淋製作技術傳入法國。但是滿足亨利國王的胃卻還是挽救不了國王偏向小三的心。

圖片：十八世紀著名的英國烹飪專家漢娜‧格拉斯(Hannah Glasse)出版了世界上首本記載冰淇淋製作配方的烹飪食譜。

傳說1533年從義大利出嫁到法國作為亨利二世皇后的凱薩琳·德·美第奇(Catherine de' Medici)將冰淇淋製作工藝從義大利帶入法國，並藉由這個技術，獲得作為冰淇淋製作者的一份終身退休金。後來法國國王路易十六世的御廚以奶油和冰塊製作出「奶油冰」。並且隨著之後大量改添加乳清、煉乳、奶粉等其他原料而使得作品日益接近現代冰淇淋。隨著冰淇淋的日益推廣和創新，也逐漸成為法國貴族的重要點心(雖然早在1660年，西西里人Procopio在巴黎所開設的第一家咖啡館(Café Procope)就已引入了混合牛奶、奶油、黃油和雞蛋的冰淇淋食譜，但實際上十八世紀以前冰淇淋在平民階層仍然不普遍...)。甚至在歐洲也有一些中產家庭的女生開始投入冰淇淋食譜的研發與創作出版。冰淇淋食譜最早於十八世紀在英國出現。1718年在倫敦的瑪麗·埃勒斯夫人(Mrs. Mary Eales's Receipts )發表了早期的冰淇淋食譜。十八世紀著名的英國烹飪專家漢娜‧格拉斯(Hannah Glasse)她在1751年出版的《簡單又簡單的烹飪藝術》(The Art of Cookery made Plain and Easy )就包括了冰淇淋的配方：在《漢娜‧格拉斯的烹飪藝術》(第4版)333 (標題)("H. GLASSE Art of Cookery (ed. 4) 333 (heading) )便記載了製作冰淇淋的奶油，放入較大的容器中，然後加冰和少量鹽。歐洲的冰淇淋後來也傳入美國，並且逐漸成為平民化的點心。1851年，美國馬里蘭州巴爾的摩的牛奶商人將冰淇淋工藝工業化，並使得蛋卷冰淇淋在1904年美國聖路易斯世界博覽會首次亮相。

臺灣早年最富盛名的小美冰淇淋，起源是在1945年後創始人陳阿章和他的兄弟原本在台北橋下賣剉冰，後來搬到台北市東門開店並推出了紅豆和綠豆冰棒。有一天，陳家兄弟吃到駐台美軍流出的福利品冰淇淋，發現口感非常綿密香甜，於是投入研發，並在1948年推出台灣第一杯本土自製的冰淇淋─ 香草冰淇淋，後來因而熱銷。1970年代，小美冰淇淋曾經獨霸冰品市場，市佔率高達70%。

臺灣另一個在目前冰品當中也很受顧客歡迎的品牌─杜老爺，其實是隸屬於南僑集團。1952年，陳其志聯合菲律賓華僑投資由印尼華僑創辦的南僑工業。此後不斷擴增其工業製品的版圖和種類。『杜老爺』是1976年註冊登記在冰品類的商標。皇家可口股份有限公司作為南僑的關係企業，擁有杜老爺冰淇淋老字號品牌。也持續發展其各類冰淇淋商品。

現今全世界最有名的哈根達斯冰淇淋則是由波蘭猶太裔的魯本·馬特斯(Reuben Mattus，1912年-1994 年1月27日)和羅絲·維塞爾·馬特斯(Rose Vesel Mattus)夫婦所在二次大戰結束後的1959年所創立。魯本·馬特斯(Reuben Mattus)是在1921年3月5日，與寡居的母親利婭(Lea)一起到達紐約港，從10歲開始就從事冰淇淋製作，並加入了他在布魯克林從事意大利檸檬冰業務的叔叔，幫助他的母親擠檸檬製冰。到1920年代後期，這個家庭開始製作冰塊，並在1929年以參議員冷凍產品的名義製作巧克力的冰淇淋棒和三明治，從布朗克斯區的一輛馬車上出售。同為波蘭猶太裔的羅絲·維塞爾·馬特斯(Rose Vesel Mattus)出生於英國曼徹斯特，他們家的行業原先是製作細具服裝。後來這個女生認識了魯本( 她高中畢業後在1934年擔任參議員工廠的簿記員)，兩人之後在1936年結婚。魯本查閱了一些書籍後，開始研發另一種全新的重式冰淇淋。並於1959年，決定成立一家外語聽起來很新潮的冰淇淋公司。他發明了丹麥語發音的『哈根達斯』(Häagen-Dazs)，以紀念第二次世界大戰期間丹麥對猶太人的模範待遇，並添加了丹麥語中不存在的變音符號，甚至在生產紙箱上放置了丹麥地圖。爾後由魯本開發調味劑，羅絲負責產品銷售的工作。她的第一個營銷策略是由打扮高雅的工作員(與品牌的高端定位保持一致)，在當地雜貨店免費贈送樣品。然後另一個策略則是將品牌推銷給大學生，她確定格林威治村、紐約大學附近的冰淇淋店會運送哈根達斯冰品。雖然該品牌在1960年代一直緩慢增長，但是到了1973年，它已在美國各地銷售。1976年，第一家哈根達斯商店在布魯克林開業。此後日益發展，現今已成為全世界最富盛名的冰淇淋連鎖公司。

引用資料：

1.Butterworth-Heinemann原著。張有義、郭蘭生編譯。1999。膠體及界面化學入門(Introduction to Colloid & Surface Chemistry 4/E)。高立圖書有限公司出版。

2.高三物理總複習講義。1998。台北市立松山高級中學。

3.陳可璇、耿祐萱、陳怡帆。2008。酷到極點-談冷劑降溫與拉午耳定律。中華民國第四十八屆中小學科學展覽會作品說明書。高雄市立高雄女子高級中學。

4.小美故事─樺美食品股份有限公司

https://www.shaomei.com.tw/web/about

5.化學示範實驗：製作冰淇淋(Ice Cream) ─Chem Is Try

http://joupoyi.blogspot.com/2012/05/ice-cream.html

6.化學粉圓與麵條─科學遊戲實驗室

http://scigame.ntcu.edu.tw/chemistry/chemistry-019.html

7.艾胃逆服咀嚼錠─臺北榮民總醫院桃園分院藥品查詢

http://www.tyvh.gov.tw/_medicine/index.php?mo=MedicineInfo&ac=medicine1_show&sn=1124