烹煮溏心鸡蛋的物理实验探究

马丽雅 张著军

摘 要：分析了烹煮一個完整的溏心鸡蛋的物理相关过程和因素，设计了完整的实验，通过实测数据和分析，与现有的理论公式得出的理论值进行对比和讨论，利用实验结果，从物理的角度提出更科学的烹煮溏心鸡蛋的方法。

关键词：热传导；蛋白质；变性；密度；短径

一、煮鸡蛋的物理过程和理论分析

鸡蛋是我们几乎每天都离不开的食物，大家都知道，鸡蛋的营养价值很高，尤其是煮鸡蛋的营养价值。鸡蛋的煮制是需要一些学问的。鸡蛋烹煮时间过短，蛋白蛋黄尚未凝固，蛋清里的抗酶蛋白和抗生素蛋白对人类有害，沙门氏菌也没有被彻底消灭；烹煮时间过长，不但蛋白蛋黄凝固密度过高，导致难以下咽和消化，鸡蛋中的蛋氨酸经过长时间加热分解出的硫化物，与蛋黄中的铁发生反应，也会形成对人体不利的化学成分。如何才能控制好煮鸡蛋的时间，既能杀灭有害细菌，又能口感营养极好，煮出完整的容易剥出的爽滑可口的溏心鸡蛋，本研究将借助已有的理论推导来设计实验，利用实测数据来探究相关物理因素。

物理学角度看，生的带壳鸡蛋进入沸水后，会产生从外壳到蛋黄的热流传导，随着温度上升，复杂的有机分子分裂为片段，发生一系列物理和化学变化，即蛋白质变性过程；蛋黄和蛋清的蛋白质是不一样的，所以它们的起始变性温度也有差异，蛋清中的蛋白质变性是从60°C左右开始，而蛋黄的变性从63°C左右开始。当然，蛋白质的变性是一个非常复杂的物理化学过程，影响因素也不只是温度，鸡蛋的成分、品种、蛋内盐分、新鲜程度等都会有影响，但是本研究中，近似只考虑温度因素。

煮鸡蛋时，经常会出现蛋壳破裂蛋液溢出，不但不美观，也导致营养流失。蛋壳破裂的物理本质是，蛋清、蛋黄在加热时体积会膨胀，液体膨胀率大于外壳固体的膨胀率，所以当内部液体体积大于蛋壳体积，压力足够大，超出蛋壳的承受力时，蛋壳就会破裂；为了让鸡蛋不破裂，必须让鸡蛋内部的液态蛋白质尽快变性凝固，体积就会缩小，鸡蛋快速加热，内部的相对外层的蛋清会迅速受热体积膨胀，但是相对内层的蛋清、蛋黄尚未受热膨胀，所以总的膨胀量比较小，蛋壳受热膨胀量和鸡蛋内部气室的容量加起来还能承受，鸡蛋就不会胀破，此时继续加热，内部的液态蛋清就会开始凝固变性，体积就会缩小，即使内层的蛋清、蛋黄受热膨胀，也不会导致总的膨胀量超过鸡蛋外壳的承受力，保证了鸡蛋的完整不破裂。从这个物理分析可以得出，要想煮鸡蛋不破裂，就是让冰箱里的鸡蛋直接加入沸水而不是冷水下锅，同时沸水沸腾的程度不能太高，否则会导致鸡蛋在沸水里受到湍流气泡的作用，互相碰撞或者与锅壁碰撞导致破裂；为了进一步防止鸡蛋与锅底碰撞导致破裂，最简单的办法就是让鸡蛋浮在水的上层，由于新鲜鸡蛋的密度比水的密度略高，所以为了让鸡蛋上浮，可以在水里增加一两勺食盐以增加水的密度；如此几个措施，就可以防止鸡蛋破裂了。这些是煮出溏心鸡蛋的基本条件[1]。

其中，d是鸡蛋的最短径（mm），TWater是煮蛋环境气压下水的沸点（°C），TO是鸡蛋的初始温度，Tyolk是蛋黄开始变性时的温度（°C）。煮蛋的方式是：水沸腾之后加入鸡蛋，严格控制煮沸后的时间，精确到秒，然后迅速捞出放在室温中自然冷却，理论上可以煮出爽嫩可口的溏心鸡蛋。为了验证这个理论公式，本研究设计了实验，用实测数据进行验证。

二、实验设计和数据分析

1.实验器材和测试设备

在超市购买不同的大小、品种、规格的鸡蛋10枚，1500W电炉，不锈钢小锅，食用盐，工业高精度针式温度计，红外遥测温度计，秒表，游标卡尺，大气压计，高精度电子秤，如下图。

2.实验步骤和测量数据

第一步，读取大气压数值，不锈钢锅中加入4.0kg纯净水同时加入50.0g食盐，搅拌均匀后，放置在电炉上加热至沸腾，五次测量沸水的温度（°C）取平均值作为TWater的值，如表1所示；

第二步，测量每个测试样品鸡蛋的短径、质量、初始温度，带入Peter Barham推导的公式（1）计算出每个鸡蛋煮成溏心蛋的理论时间值，所得数据如表2所示：

第三步，将样品1鸡蛋小心插入工业用针式温度计直至蛋黄中心处，轻轻放入沸水中，同时秒表计时开始，持续观测蛋黄中心的温度变化。由于蛋白质变性是一个渐变过程，很难找到一个严格的临界值，为了统一实验数据的标准，本次实验中采用计时方式是当蛋黄中心温度达到63°C后，认为鸡蛋刚刚达到了溏心蛋的标准，此时停止计时，记录下时间，捞出鸡蛋放置在室温的大盆清水里冷却，打开鸡蛋，观察蛋清、蛋黄凝固的情况。

三、实验数据分析

从曲线图可以看出，鸡蛋短径比较小（约<35.0mm）的时候，实际煮蛋所需时间比理论值偏小，从物理的角度考虑，是由于鸡蛋整体质量体积比较小，在沸水中被湍流气泡影响旋转和无规则运动比较多，导致热传导速度更快，所以煮熟需要的时间相对更少一些；在鸡蛋短径约35.0mm～45.0mm之间，实测值和理论值符合得比较好；但是本实验样品数据中，最大的鸡蛋短径50.40mm，煮熟所需时间与理论值有比较大的偏差。根据实验发现，该鸡蛋是一个双黄鸡蛋，鸡蛋本身质量体积比较大，在沸水中移动旋转运动现象比较弱，导热相对也比较慢，两个蛋黄要变性需要更多的热量和时间。

通过本次实验测量，本文引用的理论公式和煮鸡蛋实际所需时间吻合得是比较好的，毕竟，饮食烹饪过程中的影响因子很多，每个鸡蛋的蛋白质性质、蛋壳属性等，不能严格控制各种变量，理论公式在推导过程中也是做了大量的简化，这是导致偏差的主要原因。

四、实验结论

煮鸡蛋虽然是生活里常见的，搞清楚背后的物理原理，并以此为指导，可以很简单地通过控制时间和煮蛋方式，就能科学地煮出我们喜欢的、完整的老嫩适中的溏心蛋。根据本文的分析，将煮鸡蛋的水加入一定的食盐，煮沸后小火维持沸腾状态，然后直接加入冰箱里的鸡蛋，根据理论计算出的时间，时间一到，就把鸡蛋捞出放入室温的清水里，这样的方式简单易行。

参考文献：

[1][俄]Andrey Varlamov，等.奇妙的物理学[M].科学出版社有限责任公司，2018：118-124.

[2]Peter Barham. The science of cooking[M]. New York：Spr-ingerVerlag Berlin Heidelberg，Lightning Source UK Ltd，2001：45-48.