一支冰激凌中存在着一个宇宙

你能想象，冰激凌的制作和矿石的形成过程、动植物抗寒的原理，甚至森林再生的规律，都有千丝万缕的联系吗？

冰激凌是冰晶、奶油和空气的奇妙组合，甜腻而清爽，软糯又润滑。其中水占据了冰激凌总质量的60%～72%，它们以小冰晶的形式存在。除此之外，8%～10%是美味的油脂，25%～50%则是空气。

冰晶尺寸是决定冰激凌口感的关键因素。如果冰晶太大，冰激凌会直接变成冰沙，再大的话，就会像嚼冰碴儿一样，只有小到血细胞尺寸的几微米的小冰晶，才能产生丝滑的口感。

那么，需要什么样的条件，才能让水凝固成小冰晶呢？

如果在显微镜下观察冰激凌的微观结构，会发现它和地球岩浆冷却形成的一块花岗岩没有太大区别。炽热的岩浆来到地表时冷却速度越快，岩石中矿物晶体的尺寸就越小。所以，要得到微小的冰晶，也可以用快速冷却的方法。

传统方法制作的冰激凌，冰晶只能达到几微米的量级，而用－196℃的液氮制造冰激凌，其内部的冰晶可以达到纳米级别。难怪家里的冰箱只能冻出大块的冰棍。

如果没有液氮，就不能生产出优质的冰激凌了吗？当然不是。获得微小冰晶的方法不止一种。

在冰激凌的生产工艺中，第一个步骤叫动态冷冻，也就是边搅拌边冷冻。在这个过程中，冰晶会不停地聚集在搅拌器内壁，搅拌器要迅速把内壁的冰晶刮下来，和其他冰激凌搅拌到一起——两次刮削的时间间隔非常短，只有0.1秒。如此迅速地操作可以防止冰晶一直生长。

不仅如此，刮下来的冰晶被打散之后还可以成为新的晶核，供其他水分子附着在上面长出更多冰晶。这样一来，冰激凌中的晶核数量不断增加，而水分子的数量不断减少，大量的晶核竞争有限的水分子，结果就是，每一个晶核都没有机会长大成冰碴儿了。

这个过程和森林再生的原理非常相似。当森林遭到外部力量侵袭，比如人类的砍伐活动、一场大的野火，或者飓风等自然灾害，很多树木会消失不见，留下空缺，新的小树苗会长出来。但一小片土地能够提供的资源有限，第二茬树苗的生长速度会非常慢，就像刮下来的冰晶一样很难长大。只有强壮的树苗才能长成大树。

很多生活在两极和高海拔地区的鱼类、昆虫和植物，可以生活在温度低于0℃的寒冷环境中，并保持体液不结冰。这是因为，它们的体内含有一种抗冻蛋白，可以吸附到冰核表面，阻止水分子聚过来，冰晶就无法继续生长，生物体也得以避免低温下细胞损伤甚至死亡的厄运。

抗冻蛋白最初是在极地冰水中的鱼类身上发现的，后来，人们可以在实验室中用基因编辑酵母来合成。如今，抗冻蛋白作为食品添加剂被放入冰激凌，以抑制冰激凌的重结晶，从而让我们在超市的冰柜中也能买到冰激凌。

冰激凌的主要成分除了水，还有奶油、牛奶中的油脂。我们知道，油和水是无法相互溶解的，即使混到一起也会很快分层，所以火锅的表面总是漂浮着一层厚厚的油脂。冰激凌中的水和油脂却混合得如此完美。

不妨看看冰激凌的微观结构。

大家可能都熟悉拌沙拉常用的油醋汁。油醋汁一般由三分油和一分醋组成，油和醋原本不相容，但放在一起疯狂搅拌，油最终会分解成微小的球形油滴，均匀分散到醋中，形成乳浊液。

乳浊液是两种不相容液体形成的均匀混合物，大多数不稳定，放置久了两种液体还是会分层，恢复到更简单、更有组织的结构。但也存在稳定的乳浊液，比如牛奶和椰浆，无论等待多久，它们始终可以保持混合状态。这是因为牛奶中含有天然乳化蛋白，这些蛋白的分子结构一头亲水、一头亲油，可以降低油和水之间的表面张力，将一个个小油滴包裹在里面，使它们难以聚集，结果看起来就是油溶在水里了。

不过光靠牛奶中自带的天然乳化蛋白，还不足以让冰激凌保持长时间稳定。一般来说，制作冰激凌时还要额外加入卵磷脂、酪蛋白等乳化剂，来帮助冰激凌中的水和油脂更稳定地保持乳浊液状态。

卵磷脂不光是优秀的乳化剂，也是一种起泡剂。说到这里，还要提到冰激凌中的另一种主要成分——空气。

冰激凌中空气的体积通常可达25%～50%，这样才会有蓬松的口感。和乳化剂的原理类似，起泡剂也可以降低液体的表面张力，让空气更容易被液体包裹起来，就像加了肥皂水才能吹出肥皂泡一样。所以，冰激凌中的气泡其实就像一大群被冷冻起来的微小肥皂泡。

或许，我们也可以说，一支冰激凌中存在着一个宇宙。

（恒星摘自微信公众号“十点科学”，视觉中国供图）