解决冰淇淋中的冰的问题

夏天马上就要到来了，很多小伙伴已经迫不及待地想要来上一口冰淇淋。科学家从解决冰淇淋“嘎吱声”中，得到了很重大的科研突破，这些突破对人类至关重要。

化学家已经找到了如何确保冰淇淋保持柔软——使用一种从植物中提取的纤维素。他们的发现也可以用来保存其他冷冻食品，甚至可能用于器官和组织捐赠。

吃冰淇淋时会有嘎吱声的原因是“冰”。所有的冰淇淋里都有微小的冰晶。这些晶体非常小——不到大约50微米，或人类头发的宽度。它们长得越大，食物就越颗粒化和脆性。

制造商通过在非常低的温度（通常使用液氮）和大量机械搅拌下非常快速地冷冻冰淇淋来避免大晶体。但是，如果冰淇淋在运输或储存时融化并重新冷冻，那等于白忙活了。

美国田纳西大学食品科学系研究员陶武博士说：“控制冰晶的形成和生长是获得高质量冷冻食品的关键”。

他和同事在大自然中寻找到一种添加剂，无论冰淇淋是如何冷冻的，都能防止这些大晶体。

“一些鱼类、昆虫和植物可以在零度以下的温度下生存，因为它们会产生抗冰晶生长的防冻蛋白”。这些蛋白质价格昂贵，难以制作或提取，因此不是冰淇淋的实用添加剂。

商业制造商确实在冰淇淋中使用另一种类型的防冻剂：一些多糖胶可以减少大晶体。

但这些稳定剂不是很有效。

“它们的性能受到许多因素的影响，包括储存温度和时间，以及其他成分的成分和浓度。这意味着他们有时在一个产品中有效，但在另一个产品中不起作用”。

许多有效的防冻剂都是两亲生物的：它们由排斥一部分水并在另一部分吸引水的分子组成。

除了由自然界中最常见的聚合物制成外，纤维素纳米晶体也是两亲性的，因此它们可能会起到类似的防冻作用。

研究人员通过将这些纤维素纳米晶体添加到“模型冰淇淋”中来测试：不同浓度蔗糖的溶液。他们发现，冷冻时间和浓度对纳米晶体的工作表现起到了重要作用。

在25%的蔗糖浓度下，类似于商业冰淇淋，纤维素纳米晶体最初对冰的形成没有任何影响。但过了一会儿，它们开始了：1%的纤维素浓度完全阻止了冰晶在五小时后变大。这种混合物中的冰晶不能超过25微米，远低于脆度和控制溶液中的晶体。

将纤维素浓度减半，达到0.5%，这意味着冰的生长在68小时40微米时停止。

纤维素纳米晶体在蔗糖浓度越来越高时更有效。

研究人员还研究了这些纤维素纳米晶体的机制，发现了一些让他们感到惊讶的东西。纤维素纳米晶体似乎通过粘在冰晶表面来工作，防止它们变大。

“这与稳定剂通过增加粘度来抑制冰再结晶的现有信念完全矛盾，粘度被认为会减缓水分子的扩散”。

纤维素纳米晶体没有毒性，但在添加到冰淇淋中之前，它们需要经过食品安全部门的审查。尽管如此，除了冰淇淋，这些晶体还可以用于保存其他冷冻食品。他们甚至可能有医疗应用。

“目前，心脏必须在从捐赠者身上取出后几个小时内移植”。

“但如果我们可以在心脏低温下抑制冰晶的生长，这个时间限制是可以消除的”。

研究人员在美国化学学会的一次会议上介绍了他们的发现。