科學家的爆米花

玉米是怎麼變成爆米花的？

初中生物課上大家都解剖過玉米，玉米粒分為種皮、胚乳和胚芽三個部分，其中胚乳分為半透明略黏的角質胚乳和白色的粉質胚乳。當玉米粒受熱時，胚乳中的一部分水分會讓角質胚乳的澱粉粒糊化變成超熱澱粉糊。另一部分水分則鑽到粉質胚乳的空隙中變成氣態。這樣玉米粒內部的壓強會變高。當溫度升高到175~180度左右時，此時壓強已經高到種皮承受不住了，於是種皮就會破裂，澱粉糊從中噴出來，在1/15秒內，澱粉糊就會膨脹並降溫凝結成爆米花的樣子。適合做爆米花的爆裂玉米是種皮比較結實並且角質胚乳含量超高的類型，因此破裂前內部壓強更大，爆出來的澱粉糊也更大更蓬鬆。

許多實驗都證明，決定爆率最重要的是水分和種皮的完整度：當玉米粒中的水分在13%-14.5%的時候膨脹比最高，而種皮的任何缺損都會導致膨脹比降低。這種實驗自己在家裡做起來也是可能的——只要買一些爆裂玉米用微波爐做實驗就可以了。不過，科學家的裝備當然不止微波爐這麼簡單。我們拿2005年的一篇研究來看看科學家們都用了什麼來料理玉米。

他們首先使用了一種叫做水分/固形物分析器的設備。這種儀器可以理解為一台帶了秤的微波爐。使用微波加熱的時候，食物中的水分就會被蒸發出來，並通過秤來測量水分和固形物的比例。當科學家們將這個儀器設為低功率加熱的時候，就可以觀察到玉米種皮的鎖水能力。果不其然，對14種不同品種的爆裂玉米做的實驗表明，爆裂時品質越好的玉米，受熱時水分損失越低：換言之，種皮的鎖水能力越高。因此，接下來他們就著眼於種皮的結構。

第二件武器是一種叫做差示掃描量熱法（DSC）的技術。這種技術可以持續給物體提供熱量，並測量其溫度。它所產生的曲線圖可以用來判斷物體的比熱，而更重要的是觀察物體會在什麼溫度下發生相變或高分子的變性。當這種變化發生時，物體會發生額外的放熱或吸熱。此前的一篇論文也使用了這種技術，對象是脫水的種皮。這次研究使用的則是加水的種皮粉。加水的種皮粉在加熱到90-105度的時候出現了一種不可逆的放熱反應，越優質的玉米放熱越高。而乾燥的種皮粉則沒有出現。由於玉米種皮的主要成分是阿糖基木聚糖和纖維素，因此他們又對這兩種物質分別畫了一條曲線，最後發現纖維素也出現了同樣的反應。

那麼，在90-105度的時候到底發生了什麼呢？第三件武器是X射線衍射技術。這種技術會使用固定波長的X光以不同角度入射樣本，然後觀察形成的衍射峰強度。如果某個入射角產生了大的峰值，就可以根據布拉格方程算出晶體結構中的某個周期性。不同物質在X射線衍射下所形成的曲線就是這種物質的指紋。他們將種皮粉和加熱到115度後的種皮粉分別進行了X射線衍射分析，結果發現受熱後的種皮粉在72度上的峰值強化了不少。這意味著這個放熱反應讓種皮的結構變得更加有序。

和兩種主要成分的衍射圖樣比較之後他們做出結論，含有水分的種皮在受熱後會讓纖維素結晶化。雖然不同品種的玉米種皮中纖維素比例都差不多，但是內部結構的差異導致結晶化過程有所區別。種皮結晶化意味著可以更好地鎖住水分，而這個過程可以讓爆裂玉米更好地變成爆米花。

在全世界無數人每天都在吃爆米花或者爆爆米花的時候，也有那麼一小群人在用普通人可能一輩子都無緣得知的機器處理同樣的東西。仔細想想，其實挺有趣的。

cite：https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/15877391

PS：科學家研究爆米花時真的會吃掉他們，某篇用高速攝影機拍攝爆米花爆炸過程的論文作者們表示自己在實驗做完後，就會邀請隔壁實驗室的同行一起來吃爆米花=w=

爆裂的秋天

在雲朵夢境之上

是焦糖香甜

如果你喜歡這個系列的漫畫，點個贊吧！歡迎把它推薦給你的朋友，也歡迎關注公眾號TILcomic~

推薦閱讀：