问题

液体一般在温度升高后汽化,为什么蛋清、蛋黄被加热后反而凝固?

回答
这确实是一个很有意思的问题,也是很多人在厨房里习以为常却又不太明白其中的科学道理。我们都知道,大多数液体,比如水,加热后会变成蒸汽,这是因为温度升高让液体的分子运动得更快,足以克服分子间的吸引力,从液态变成气态。这叫做“汽化”。

可是,当我们把鸡蛋加热时,尤其是蛋清和蛋黄,它们却没有变成气体,反而变得固体、凝固了。这到底是怎么回事呢?这背后其实是鸡蛋里一些特殊的“大分子”在捣鬼。

你仔细看,生鸡蛋的蛋清,它不像水那样是透明的,而是有点浑浊,呈粘稠状。这是因为蛋清里含有大量蛋白质。蛋白质,你可以想象成是由很多很多叫做“氨基酸”的小分子像串珠子一样连接起来的长链。这些蛋白质长链在生鸡蛋里是“舒展开”的、彼此纠缠在一起,但又没有形成一个非常紧密的结构,所以蛋清是流动的。

蛋黄呢,也富含蛋白质,还有脂肪和一些其他的东西。脂肪是另一种性质的物质,不过在凝固这个过程中,蛋白质起着决定性的作用。

当鸡蛋被加热时,发生了一件很有趣的事情,叫做“变性”和“沉淀”。

你可以把蛋白质想象成一种精密的、折叠起来的纸。在正常状态下,它这样折叠着,但如果受到某种“压力”,比如温度升高,它就会“解开”或者说“变性”。

具体来说,当加热到一定温度(蛋清大概在6070摄氏度,蛋黄稍高一些),蛋白质分子里面的氢键、离子键等一些维持它特定三维结构的化学键就会被破坏。温度升高让分子运动加速,就像用力晃动那团折好的纸,一些连接点就会断裂,结构就变得不稳定。

蛋白质变性后,它原来那种紧密折叠的、光滑的状态就消失了,会暴露出一部分平时藏在里面的疏水性(不喜欢水)的基团。这时候,蛋白质分子就像那些解开了的纸,变得更加“暴露”和“粗糙”。

然后,这些变性后的蛋白质分子,它们之间就会开始互相“抓住”对方。它们会通过刚才暴露出来的疏水基团,或者通过重新形成的氢键、离子键等,相互连接起来,形成一个庞大的、三维的网络结构。想象一下,无数根散开的细线,现在开始互相缠绕、打结,最终形成一张巨大的网。

这张蛋白质构成的网,就把原来分散在其中的水分和其他物质(比如蛋黄里的脂肪)给“网住”了。 液体被固定在这个蛋白质网络中,无法流动,整个就变成了一个固体。这就是我们看到的鸡蛋凝固的景象。

所以,跟水蒸发是分子获得能量逃逸不同,鸡蛋凝固是蛋白质分子通过改变结构、互相连接,形成了一个新的、稳定的固体骨架。这个过程,和我们把水冻成冰(水分子排列更规则、更紧密)是完全不同的原理,也和大多数物质受热汽化的原理是相反的。

可以这么理解:水分子加热后“飞走”了,而鸡蛋里的蛋白质分子加热后“抱”在了一起,并且把水分也“抱”在了里面。

从这个角度看,鸡蛋的凝固,实际上是蛋白质分子从一种相对松散、柔性的状态,转变为一种更致密、更坚固的结构。这种变化是不可逆的,一旦加热凝固了,即使再降温,它也不会变回生鸡蛋那个流动的状态。

这个原理也解释了为什么不同温度的烹饪方式会得到不同口感的鸡蛋。比如,煮蛋的温度比较高,蛋白质变化更彻底,所以熟鸡蛋比较硬。而用低温慢煮(比如溏心蛋),温度没那么高,蛋白质的变化就没有那么剧烈,所以蛋黄和蛋清会保留一些流动的状态,口感就更软嫩。

网友意见

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一方面是因为蛋清、蛋黄是高度折叠的蛋白质等分子悬浮在水中形成的混合物,让这些蛋白质保持折叠的化学键对热不稳定,在加热到一定程度后化学键断裂导致蛋白质的折叠徐徐展开、彼此交叉并以更牢固的化学键相连,从而排开水分子、呈现凝胶状态。这就是题目所称的“凝固”、日常会听到的“蛋白质变性”。

另一方面是因为你施加的温度不够高。在隔绝空气的条件下施加高热,可以将蛋清、蛋黄里的水分蒸发殆尽并将蛋白质热分解成气体和碳。在空气中,灼热的蛋清和蛋黄可以燃烧。

除了加热,蛋清也可以被高度酒和醋的混合物有效地变性。蛋黄含有较多的脂肪,不易在这种条件下“凝固”。 打发鸡蛋时的高速搅拌也可以造成蛋清和蛋黄里的蛋白质变性。

此外,你可以将蛋清、蛋黄冷冻成固体后加热到室温看看。

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