煮饺子为什么要在汤里加盐和浇凉水？
引言
之前有聊过做饺子皮时，加鸡蛋和醒面能让饺子皮变得更劲道的科学原理，但是仅讨论了还没煮的饺子。饺子皮里的科学以及3种“朋克风”饺子皮
民间流传着煮饺子加盐、浇几次凉水能防止锅里的饺子破皮儿，也能让饺子皮变得更筋道，本文将用高分子材料的知识解释这两个现象。
最后提出一种全新的对煮饺子加凉水的解释，并构思实验验证。
对饺子皮的基本认识
饺子皮的主要成分为：水、淀粉和蛋白质。
淀粉主要分为晶区和非晶区。
晶区的淀粉分子因为链间或者链内氢键作用所以规整排列，这种氢键的作用力很强，在煮饺子的时候水分子需要热提供很大的能量才能挤进去破坏这些氢键，也因为链间作用力强，这些分子链不容易“腾开位置”给水分子挤进来。
另外一些淀粉分子组成非晶区，因为链的排列没有那么规整（上图深蓝色链部分），链间作用没那么强，所以煮饺子的时候水分子比较容易挤进去。如果对晶体感兴趣可以瞅一瞅：科普：如何用“小学生”做出世界上最棒的冰糕？
蛋白质主要是面筋蛋白，分为麦谷蛋白和麦醇溶蛋白。
麦谷蛋白因为分子量大，半胱氨酸残基多（可形成分子间二硫键连接不同蛋白），所以线性排列并笼络水分子组成饺子皮的“骨架”，麦醇溶蛋白由于多为球形，且用来搭建骨架的基团少，所以倾向于辅助骨架的形成，淀粉分子也填布在这些骨架中。细节可见：饺子皮里的科学以及3种“朋克风”饺子皮
由于现在这个领域的表征方法主要为DSC、Mixolab、流变、快速粘度法，这些都难以支持同时地、分别地研究加热过程中淀粉和蛋白质的独立性质。
另外，考虑到即便是作为高筋粉的饺子粉，面筋蛋白含量也仅在12%左右，大约是淀粉的1/5。
因此，为了简化讨论，后文将以淀粉作为主体。
淀粉的糊化和老化
先来张直观的图：
糊化（gelatinization）主要分三步：
假设我们把饺子扔到凉水里慢慢加热，在水温不够、时间不长的情况下，水分子可以先渗入淀粉非晶区。这一步是可逆的，意思就是如果这时候我们把饺子拿出来烘干一下，皮基本恢复原样。
随着温度慢慢升高，达到了糊化的临界温度，淀粉分子链间的氢键被大量破坏，水分子强势挤入空隙从而“水化”饺子皮，这一步皮会吸收大量的水，过程是不可逆的，从此饺子就在开膛破肚变成一锅面片儿的道路上狂奔不休。
红色虚线是氢键，淀粉分子被“撑开”
如果温度继续升高，达到糊化的上限温度且维持时间较长，面筋网络中的淀粉颗粒会被完全溶解，面皮儿就彻底和汤融为一体了，此时糊化完成。如果馅儿够紧实，现在煮的就是一锅丸子汤。
煮制完的饺子需要放凉了才能吃，放凉的时候会发生糊化的“逆过程”——老化（retrogradation）。
淀粉的老化其实就是直链淀粉重结晶的过程。高温时已经被水分子挤开的晶区在低温时不稳定，有自发把水排挤出去重新结晶的趋势。另外由于空气中水浓度不高，所以这些被排出去的水会蒸发掉。重新结晶的结果是饺子皮重新变硬。
所以，要想让煮完的饺子皮更劲道，一是要想办法让煮的时候糊化发生得别太严重，二是让捞出来后的饺子皮老化过程被控制好。
顺便一提，理论上煮饺子最好是开水下锅，因为快速升温有利于蛋白发生构象的改变，也就是变性（denaturation）。一种说法是这些变性的蛋白能把淀粉颗粒包裹起来，与它们竞争水分子，防止它们糊化。
部分的变形蛋白从网状缩成聚集体（aggregate）。变形的蛋白和右下角的ID没有明显关系
煮饺子加食盐和凉水的原理
加盐
既然达到糊化温度后，饺子就有变成片儿汤的趋势，那么不如想办法把糊化温度升高，这样饺子皮就不会在危险的边缘疯狂试探了。
生活中的经验是往煮饺子的水里加盐。在各种文献里都说这是升高糊化温度的一个措施，只不过真正的微观机理还没有定论。本文在此给出两种解释：
① 纯水变为盐水后渗透压较高，水分子不易从汤中挤入饺子皮晶区，因此糊化变难，糊化温度升高。
② 食盐电离后的钠离子和氯离子会进入淀粉和蛋白网络中，与结合水竞争结合位点，从而使一些结合水成为自由水，水分子再进入就需要更大的能量（因为浓度差小了），必须由更高的温度提供。
氯化钠溶解
加凉水
找了好几天也没发现可靠文献分析过这个操作背后的机理。网上比较多的解释是混凉水能给饺子汤瞬间降温，减弱淀粉的糊化。这个解释的主体是饺子汤。
另外一种比较流行的说法是：加凉水浇的不是饺子汤，是饺子皮。饺子皮瞬间降温，发生了糊化的逆过程老化。
一种对加凉水的新解释
对于以上两种思路，如果稍加思考可能会发现似乎不够合理。
我看了一下我家煮饺子的锅，差不多煮的时候用5L水，平时加凉水也就是一碗那么多，就当300mL。假设饺子汤100°C，加的水20°C，按这个比例混合之后大概是95.5°C，和100°C差得不大。
对于瞬间把饺子皮“激冷”，考虑到老化一般需要数小时才能完成，几秒钟凉水浴可能不会造成很大的影响。并且经验告诉我凉水加了没多久又要沸腾了。
因此，可能存在其他的机制来解释加凉水这个操作。可能加凉水防止了在饺子汤升到高温时发生的某个“质变”。
我想可能是水沸腾后产生的小气泡包裹有水蒸气，上升到水面后因为温度不够需要液化成液态水，这个过程因为是相变会放出大量的潜热。
有多大呢？常压下1kg水从20°C升到100°C需要大概4.2×80＝336kJ（热容当常数），而100°C的水蒸气相变成100°C的液态水这个过程放出2260kJ的热（忽略体积功，直接看焓变），两者对比可见液化潜热巨大。
说白了，这个解释可以类比有时候拿锅蒸东西比煮还快。所以说加凉水是为了防止锅里面沸腾的水太多，导致沸腾的饺子局部受到大量的热进而网络快速崩塌。
但是，气泡里的水蒸气能否在饺子皮上或者饺子皮周围液化放热并不确定，而这恰恰是这个模型的基础。即便发生了，上述相变产生的热到底能不能对饺子皮产生足够的影响等都是未知。
如何验证
首先，必须检验饺子皮周围有无大量的热被释放，拿传感器测最简单。先把传感器埋进饺子皮并扔到锅里煮，之后获得饺子具体受热数据。
获得加热参数的设备，饺子馅的位置收集信号并发送
假设确实发现饺子皮受到局部高热，接下来就需要验证这些热能否确实产生重要影响。
根据所得数据在汤外模拟饺子受热情况：仍然将传感器包埋在饺子皮内，然后用蒸汽发生装置（比如改良的挂烫机）向饺子皮局部喷射蒸汽，调节参数使这个步骤传感器的数据和刚才在锅里测的近似。
之后，用同样参数处理未包埋传感器的饺子皮，做一个真正的实验组出来待用。
这时，需要对比局部热处理样品和未处理样品。
先看形貌，将样品超薄切片后用液氮淬冷，表面喷金并用扫描电子显微镜观察对比异同。另一部分待用样品用偏光显微镜看偏光十字（糊化会减少球晶，所以偏光十字更难看到）。
如果淀粉糊化后，偏光状态下明暗交错的黑白条纹就会少很多
我们也可以考虑将饺子皮里的淀粉洗脱后按照碘量法测定直链淀粉百分比（糊化后直链淀粉释放的多）。这步要快，不然老化一进行直链淀粉又以晶区方式躲起来了。
因为饺子皮的判官是舌头和牙齿，那么力学试验绝不能少。蒸汽处理和未处理的饺子拉伸、压缩的应力-应变曲线都得走一遍。当然，DSC、DMA等热学表征以及FTIR等光谱学表征也得加。
拉伸实验
最后，再精致一下实验细节凑合凑合一篇论文该有了。
投稿的话先在PRL、Macromolecules系列转一圈，实在不行就意林少年版、小牛顿和小学生（月刊）。
肺炎疫情也挡不住我对科学的爱，所以马上联系年级主任申请特批回去做实验：
看来我是回不去实验室了，那么就祝大家身体健康吧。
当然，最好再点个关注，谢谢！
这里还有几篇文章等着翻牌：
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