方格精選
第339話：煎出好吃漢堡的物理學
閱讀時間約 7 分鐘
中秋節快到了，說到中秋節就是烤肉，說到烤肉就會跟物理畫上等號。（最好是…）
烤肉時，小朋友最喜歡幾秒鐘就刷一次烤肉醬，然後烤沒兩下就會翻面，然後就會被經驗豐富的大人糾正：「不要一直刷烤肉醬！會太嫌！」「不要一直翻面！肉汁都流失了！」太多烤肉醬會太鹹這個毋庸置疑，但是「太常翻面會流失肉汁」是真的嗎？
如果是薄薄的燒烤肉片幾秒鐘就搞定，也沒有翻太多次的問題；豬肉雞肉要到全熟，也不會一下子就過熟乾柴，烹調上能夠容許的範圍比較大；不過如果是烤或煎比較厚的牛排或是漢堡排的話，稍有不慎就會太熟太乾，廚師的技術就很重要了。
在2019年，紐約時報的美食專欄作家，以及暢銷書「The Food Lab: Better Home Cooking Through Science」（美食實驗室：透過科學改善家庭料理）的作者J. Kenji López-Alt在「吃得嚴肅」（Serious Eats）網站上發表了一篇文章，題目是「你該多常為漢堡翻面？」
文中指出，當他在臉書上問了這個問題後，收到的答案幾乎是一面倒：「翻一次就好！」
身為一個科學料理人，Kenji決定進行煎漢堡的實驗。結果剛好相反：越常翻面越好！
所有的實驗中，煎好的漢堡肉都是1右1/4吋厚（將近3.2公分），切開斷面，上下表面是微焦的深褐色，中間是鮮嫩的粉紅色，看起來超好吃的！
仔細比較一下不同的「製程」發現，只翻面一次的漢堡（翻面時間在開煎後3分半鐘），上下兩面（會充分上色，可是側面的顏色明顯較淡；切開之後發現下面3/8吋、上面1/4吋的部分「全熟、較乾」，中間5/8吋的部分則是粉紅色。如果每15秒就翻一次的話，上下兩面以及側面，都充分上色；而且全熟的部分上下各為3/16吋，中間的熟度比只翻一次稍微高一些。
結論就是：頻繁翻面的話，過熟的部分會大幅降低！
實際測量水分的流失，不管翻面頻率如何，大約都在17%-19%之間。也就是說，並沒有「翻太多次肉汁容易流失」這種狀況。
而且，每15秒就翻一次面的結果，烹調時間比只翻一次的減少了30%。
以上是實驗的結果。
要講「料理的科學」的話，除了實驗以外，我們當然也得要瞭解其背後的原理，才能弄清楚在漢堡裡面發生了什麼事。
威斯康辛大學麥迪遜分校的數學家Jean-Luc Thiffeault為「翻漢堡」進行了理論計算。使用的原理也不難，就是「一維熱傳導」的微分方程式。
假設我要煎的是厚度為1公分，面積無窮大（可以，這假設很物理）的漢堡排。鍋面的溫度是攝氏200度，空氣的溫度是攝氏25度（良心的建議：廚房都該裝冷氣，煮飯很辛苦的），爐火傳到漢堡底部的功率是每平方公尺900瓦，漢堡內部任何一點達到攝氏70度就算煮熟了（牛肉嘛）。還有其他的如漢堡的熱傳導係數、熱容量等物理量，就不一一列出。
有了方程式跟參數後，就可以開始進行模擬，模擬過程中可以在任何時刻加入「翻面」的事件：很簡單，就是把漢堡排的溫度分佈狀況上下翻轉，本來上方接觸空氣、溫度比較低的那面會變成在下方接觸高熱鍋面，原來在下方高溫的那面會跑到上方去散熱。
模擬的方式是「給定翻面次數，找出最佳翻面時間讓整塊漢堡都達到攝氏70度以上的時間最短」，也就是這篇論文只專注在「哪種方法的烹調時間最短」這件事。
結果出來了，翻越多次，就能越快把漢堡煎好，所以要以「瘋狂翻面法」沒有片刻停留的方式翻面，就可以得到最短的烹調時間。
不過要注意的是：翻面越多次，賺到的時間越少，最後有個「漸進線行為」，即使你用「瘋狂翻面法」，最佳烹調時間會收斂到「只翻一次」的71%，沒辦法更短。
此外，這個研究假設翻面完全不需要時間（可以，這假設也很物理），所以翻面方式是更厲害的「光速瘋狂翻面法」。但事實上翻面是需要時間的，而且在翻面期間整塊漢堡都離開了鍋子，所以會發生整體降溫。不過這部份的模擬會很複雜，不在這篇論文研究範圍內。不過我們可以很容易得到這個結論：翻面可以頻繁一點，但是要保持「漢堡與鍋子接觸的時間 >> 漢堡因為翻面離開鍋子的時間」。這個模擬中大約80秒可以煎好一個漢堡，如果你翻面技術很好的話，翻面動作可以在0.5秒內完成，翻個10次，平均約6秒一次（我沒算錯，因為勤翻面會讓時間變短啊），加熱時間是翻面時間的12倍，所以把因為翻面造成的散熱忽略掉，也不至於造成太大的誤差。
因此，本研究對J. Kenji López-Alt的實驗結果，提供了一部份的理論基礎。
這個研究，發表於2022/06/17的「Physica D」期刊。
不過，對於一般非專業人士在家裡煎牛排或漢堡，Kenji提出了一個良心的建議：不用在那邊猛翻，因為勤翻面的效果是讓漢堡受熱更均勻，要達到這個目的有更簡單的作法：放在烤箱裡用低溫（攝氏95度左右）烤到適當的熟度後拿出來（由於是低溫不容易過熟，即使時間沒有抓很準也不太會失敗），這時候漢堡看起來灰灰的很醜，不過別擔心，把這個醜東西放進高溫的平底鍋稍微煎一下，在表面引起梅納反應，就會得到漂亮的微焦褐色了，而且除了表面薄薄一層以外，幾乎不會過熟。
所以有了物理學的力量加持，廚藝也會突飛猛進喔！
- 超中二物理宅雜記
- 話都給我說就好 其之339
Discover Magazine報導（2022/06/30）：https://www.discovermagazine.com/the-sciences/how-mathematics-solved-the-burger-flipping-problem
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