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从中国的面条、包子、馒头到欧美的意面、吐司、汉堡，面食养育着全世界约45亿人口。但是你有没有发现，一旦面食加上“纯手工”两个字，就会立刻身价翻倍，甚至很多人觉得机器面食虽然外形精美、大小均匀，但总缺点“灵魂”。什么是手工馒头的“灵魂”？物理学家为了破解这个难题，出手了！
揉面到底在揉什么
想搞清楚馒头的“灵魂”，首先得从蒸馒头最基础的揉面说起。面食的发酵和揉制决定了面食的口感和松软度，而发酵和揉制又极其耗费力气，于是很早以前，科学家就发明了“揉面神器”——厨师机。1908年，世界上第一台厨师机由美国工程师郝伯特-约翰逊发明。机器的螺旋搅钩由传动装置带动在搅拌缸内回转，同时搅拌缸在传动装置带动下以恒定速度转动。缸内面粉不断地被推、拉、揉、压，充分搅和，迅速混合，从而使干性面粉得到均匀的水化作用，扩展面筋，成为具有一定弹性、伸缩性和流动均匀的面团。但是长期以来，机器面食难以模仿手工面食口感的原因之一，就是和面的过程非常简单机械。设定好的单一的揉面模式，揉不出想要的口感。所以，为了更好地让机器和面，物理学家对此进行了细致研究，并探索出尽可能的优化方案。
物理学家们通过各种仪器，采用很多方法进行了大量的实验，通过数值模拟，探索了面团揉制过程中不同阶段所发生的局部机械和微观结构的变化，采集了大量的数据，为进一步优化并获得最佳面团揉制策略指出了方向。
揉面是為了让面团形成网状结构使面筋形成，从而能包裹住发酵时产生的气体，形成蓬松的组织。面筋是小麦蛋白质构成的致密、网状、充满弹性的结构。面粉加水以后，通过不断地揉面，面粉中的蛋白质会渐渐聚集起来，形成面筋。揉面越久，面筋形成越多。经过烘焙以后，蛋白质凝固，形成坚固的组织，支撑起面包的结构。面筋的多少决定了面包的组织是否够细腻。面筋少，则组织粗糙，气孔大;面筋多，则组织细腻，气孔小。
揉面过程中的流变学
在物理学家眼中，揉面是一个典型的流变学问题（流变学是基于弹性和黏性，研究物体的变形和流动性的一门学科，包括应力、应变和时间之间的关系）。面团流变学特征是面粉加水形成面团前后的耐揉性、延展性和黏弹性的综合表现。看起来白白净净、简单纯朴的面团，其实是一种复杂多相材料，其机械性能介于黏性液体和弹性固体之间，研究起来较为困难。简单点说，和面和揉面的时候，有三点注意事项：第一是掺水量要合适，看吃什么样的面，硬还是软;第二是和面要有一定的劲道，要下力气，不能太慢腾腾;第三是和面要向一个方向，不能来回揉，要揉到一定程度。如果揉得不均匀，把面团一扯开，就会看到各层都没有搅拌均匀，还是成层的。所以，在和面的时候，水要适当，力道要大，变形速度要快，变化距离要长，这样才能出好面。
物理学家利用拉伸仪记录面团在拉伸至断裂过程中所受力及延展长度的变化，通过拉伸曲线评价面团的拉伸阻力和延展性能等流变学特性，从而得出面团起发难易程度、面包烘焙体积、结构松紧之间的关系;利用揉混仪测定记录面团的抗揉混阻力，从而测定面团的最佳和面时间、搅拌耐力、烘焙估计吸水值等面团流变学特性，从而得出面团的流变学参数与烘焙品质之间的关系。
中国的科学家采用质构仪进行研究，发现面团的硬度、黏力、弹性与面包的体积呈正相关。德国的科学家团队则对面团形成、延展以及破裂的过程进行了详细建模分析。
让揉面机拥有大师级精湛技艺
有过和面经历的人都知道，和面刚开始，往面粉中加入少量的水，稍一搅拌就会形成许多个小面团。如果用机器和面，让小面团聚成大面团是首先要解决的问题。研究团队发现，由于受到弹性的影响，面粉与水的混合物最初需要一段较长的时间才对搅拌产生响应，并形成小面块，跟随搅拌方向运动。空气随之混入，形成大小不一的“面团气囊”。此时，各“面团气囊”之间就会产生一种力，使面团向内流动并黏附在揉面机的静止杆上。于是，大量面团会堆积于静止杆和搅拌棒之间，在拉扯作用中形变、破裂，汇聚成一个个更大面团。但是面团与面团之间仍然处于“散架”状态，没有聚合成一整块大面团。如何让面团更均匀地、更容易地“团聚”起来，而不是一直处于“散架”形态呢？研究团队进一步研究终于发现，可以通过在揉面机内增加一根旋转臂并加大旋转臂弧度，或是采用相反转向的两根旋转臂，可以很好地使面块之间发生缠绕，并克服搅拌过程中的剪切力，“捏合”小面块凝结成大面团。
当面团成形之后，怎样调整和面的时间和力道，赋予面食不同的口感？研究进一步发现，在搅拌过程中，面团内部不同部分的最大速度差，出现于面团中部以及靠近旋转臂最大曲率半径处——这个区域是面团伸缩的最主要区域，也是产生面团气囊的关键区域。所以，要想改变面团的质地，可以通过优化和调节转速、悬臂参数，获得不同的空气掺杂的质感。
普通的厨师机通常只能够将搅拌臂的模型限定在极为简化的几何形状上，例如同心圆柱结构，也几乎没有考虑材料的弹性，因而造成了揉制的面团或松散或不均匀。研究结果表明，采用直杆旋转臂混合面团的方式不如曲杆旋转臂或者螺旋杆混合方式的效果好。因此，未来的自动揉面机可通过使用更弯曲的螺旋臂或附加的螺旋捏合器代替中心固定棒，来进一步改善面团混合效果，再加上非等温过程控制，可以让机器拥有大师级揉面“手艺”。
虽然只是小小的面团，但科学家也在这些揉面的过程中进行了大量的科学演算和物理研究。相信不远的未来，在科学家们的努力下，每个家庭都能够拥有一台“面点大师”级揉面机，只需要轻松地操作，就能带来众多充满“灵魂”的食品，让我们在每一个“灵魂”食品的滋养下，继续为每天的工作、学习努力地前行吧！
（责任编辑：赵梦祺责任校对：白玉磊）
揉面到底在揉什么
想搞清楚馒头的“灵魂”，首先得从蒸馒头最基础的揉面说起。面食的发酵和揉制决定了面食的口感和松软度，而发酵和揉制又极其耗费力气，于是很早以前，科学家就发明了“揉面神器”——厨师机。1908年，世界上第一台厨师机由美国工程师郝伯特-约翰逊发明。机器的螺旋搅钩由传动装置带动在搅拌缸内回转，同时搅拌缸在传动装置带动下以恒定速度转动。缸内面粉不断地被推、拉、揉、压，充分搅和，迅速混合，从而使干性面粉得到均匀的水化作用，扩展面筋，成为具有一定弹性、伸缩性和流动均匀的面团。但是长期以来，机器面食难以模仿手工面食口感的原因之一，就是和面的过程非常简单机械。设定好的单一的揉面模式，揉不出想要的口感。所以，为了更好地让机器和面，物理学家对此进行了细致研究，并探索出尽可能的优化方案。
物理学家们通过各种仪器，采用很多方法进行了大量的实验，通过数值模拟，探索了面团揉制过程中不同阶段所发生的局部机械和微观结构的变化，采集了大量的数据，为进一步优化并获得最佳面团揉制策略指出了方向。
揉面是為了让面团形成网状结构使面筋形成，从而能包裹住发酵时产生的气体，形成蓬松的组织。面筋是小麦蛋白质构成的致密、网状、充满弹性的结构。面粉加水以后，通过不断地揉面，面粉中的蛋白质会渐渐聚集起来，形成面筋。揉面越久，面筋形成越多。经过烘焙以后，蛋白质凝固，形成坚固的组织，支撑起面包的结构。面筋的多少决定了面包的组织是否够细腻。面筋少，则组织粗糙，气孔大;面筋多，则组织细腻，气孔小。
揉面过程中的流变学
在物理学家眼中，揉面是一个典型的流变学问题（流变学是基于弹性和黏性，研究物体的变形和流动性的一门学科，包括应力、应变和时间之间的关系）。面团流变学特征是面粉加水形成面团前后的耐揉性、延展性和黏弹性的综合表现。看起来白白净净、简单纯朴的面团，其实是一种复杂多相材料，其机械性能介于黏性液体和弹性固体之间，研究起来较为困难。简单点说，和面和揉面的时候，有三点注意事项：第一是掺水量要合适，看吃什么样的面，硬还是软;第二是和面要有一定的劲道，要下力气，不能太慢腾腾;第三是和面要向一个方向，不能来回揉，要揉到一定程度。如果揉得不均匀，把面团一扯开，就会看到各层都没有搅拌均匀，还是成层的。所以，在和面的时候，水要适当，力道要大，变形速度要快，变化距离要长，这样才能出好面。
物理学家利用拉伸仪记录面团在拉伸至断裂过程中所受力及延展长度的变化，通过拉伸曲线评价面团的拉伸阻力和延展性能等流变学特性，从而得出面团起发难易程度、面包烘焙体积、结构松紧之间的关系;利用揉混仪测定记录面团的抗揉混阻力，从而测定面团的最佳和面时间、搅拌耐力、烘焙估计吸水值等面团流变学特性，从而得出面团的流变学参数与烘焙品质之间的关系。
中国的科学家采用质构仪进行研究，发现面团的硬度、黏力、弹性与面包的体积呈正相关。德国的科学家团队则对面团形成、延展以及破裂的过程进行了详细建模分析。
让揉面机拥有大师级精湛技艺
有过和面经历的人都知道，和面刚开始，往面粉中加入少量的水，稍一搅拌就会形成许多个小面团。如果用机器和面，让小面团聚成大面团是首先要解决的问题。研究团队发现，由于受到弹性的影响，面粉与水的混合物最初需要一段较长的时间才对搅拌产生响应，并形成小面块，跟随搅拌方向运动。空气随之混入，形成大小不一的“面团气囊”。此时，各“面团气囊”之间就会产生一种力，使面团向内流动并黏附在揉面机的静止杆上。于是，大量面团会堆积于静止杆和搅拌棒之间，在拉扯作用中形变、破裂，汇聚成一个个更大面团。但是面团与面团之间仍然处于“散架”状态，没有聚合成一整块大面团。如何让面团更均匀地、更容易地“团聚”起来，而不是一直处于“散架”形态呢？研究团队进一步研究终于发现，可以通过在揉面机内增加一根旋转臂并加大旋转臂弧度，或是采用相反转向的两根旋转臂，可以很好地使面块之间发生缠绕，并克服搅拌过程中的剪切力，“捏合”小面块凝结成大面团。
当面团成形之后，怎样调整和面的时间和力道，赋予面食不同的口感？研究进一步发现，在搅拌过程中，面团内部不同部分的最大速度差，出现于面团中部以及靠近旋转臂最大曲率半径处——这个区域是面团伸缩的最主要区域，也是产生面团气囊的关键区域。所以，要想改变面团的质地，可以通过优化和调节转速、悬臂参数，获得不同的空气掺杂的质感。
普通的厨师机通常只能够将搅拌臂的模型限定在极为简化的几何形状上，例如同心圆柱结构，也几乎没有考虑材料的弹性，因而造成了揉制的面团或松散或不均匀。研究结果表明，采用直杆旋转臂混合面团的方式不如曲杆旋转臂或者螺旋杆混合方式的效果好。因此，未来的自动揉面机可通过使用更弯曲的螺旋臂或附加的螺旋捏合器代替中心固定棒，来进一步改善面团混合效果，再加上非等温过程控制，可以让机器拥有大师级揉面“手艺”。
虽然只是小小的面团，但科学家也在这些揉面的过程中进行了大量的科学演算和物理研究。相信不远的未来，在科学家们的努力下，每个家庭都能够拥有一台“面点大师”级揉面机，只需要轻松地操作，就能带来众多充满“灵魂”的食品，让我们在每一个“灵魂”食品的滋养下，继续为每天的工作、学习努力地前行吧！
（责任编辑：赵梦祺责任校对：白玉磊）