冰淇淋，乍看之下，成分似乎只有奶油和糖，简单明了。然而，当亲自尝试制作时，人们往往会陷入困惑，做出来的成品不是过于黏稠，就是满是冰渣，以失败告终。食品科学家 Douglas Goff 指出，运用材料科学的原理，能够帮助我们完美把控冰淇淋的制作过程。

在大多数人眼中，冰淇淋是一款美味的冷冻甜点。但在像 Douglas Goff 这样的食品科学家看来，它更是物理与化学的奇妙结晶。冰淇淋是一种复杂的多相材料，其中包含乳状液、泡沫、晶体、溶质与溶剂。无论是在家用厨房，还是商业工厂，制作冰淇淋都需要精确配比原料，并且对搅拌、搅动和冷冻过程进行精细控制。

Goff 作为加拿大圭尔夫大学的食品科学研究员，一直专注于冰淇淋的结构与成分功能研究。他还主讲该大学一年一度的冰淇淋课程，这门课程自 1914 年开设以来，是持续时间最长的课程之一。在与《物理世界》记者 Hamish Johnston 的对话中，Goff 分享了冰淇淋的科学奥秘，探讨了制作纯素冰淇淋困难的原因，以及如何在电子显微镜实验中防止样品融化。

Goff 形容冰淇淋是一个极为复杂的多相系统。首先，它是一种乳状液，脂肪微滴均匀分散在含糖的水溶液中。接着，通过搅拌的方式引入空气，从而形成泡沫。在冷冻后的冰淇淋中，大约一半的体积是空气，这些空气以细小气泡的形式均匀分布在产品之中。

部分水分会被冷冻成显微级别的小冰晶，而剩余未冻结的水由于溶解了糖分，所以保持液态，这正是冰淇淋质地柔软、易于舀取又具有咀嚼感的原因。最终的成品中包含脂肪微滴（乳状液）、空气气泡（泡沫）、部分结晶的冰以及浓缩的糖溶液。

在厨房和工厂中，冷冻和搅拌这两个步骤是同步进行的，但最终的结果却截然不同。自制冰淇淋通常只能保存一两天，之后便会明显出现冰渣感，而商业冰淇淋的保质期则可达数月甚至一年。这是因为冰相随时间演变的过程 —— 重结晶。温度波动会导致冰融化后重新结晶，且不会形成新的冰晶，而是使现有晶体不断增大。商用设备能够产生更小的冰晶，同时稳定的低温存储进一步延长了其保质期。

另一个重要因素是添加稳定剂，例如角豆胶、瓜尔胶或纤维素胶等。这些成分通过增加未冻结相的粘度，来减缓冰晶的重结晶。某些创新成分，如丙二醇单硬脂酸酯，还能吸附在冰晶表面，阻止其在温度波动时继续生长。

添加风味剂会对冰淇淋的物理结构产生显著影响。例如，草莓因其高糖分会降低未冻结相的冰点，使得草莓冰淇淋比香草冰淇淋更软。而酒精类风味剂（如朗姆酒、奶油利口酒）由于会显著降低冰点，所以需要减少酒精含量，并加入脱醇风味剂来达到平衡。

纯素冰淇淋的制作工艺与传统冰淇淋相似，但最大的区别在于蛋白质来源。乳蛋白既是优良的发泡剂又是乳化剂，而植物蛋白（如腰果、杏仁或大豆）在这方面的表现相对较差，因此需要额外添加其他成分来弥补其功能缺失。

经过几十年的研究，Goff 对冰淇淋依然热情满满。他在旅行时，喜欢观察不同国家的冰淇淋市场，并将自己的发现分享给学生和同行。他表示，冰淇淋不仅仅是一种甜品，更是一种与科学和乐趣紧密相连的文化体验。

继续探索冰淇淋的奥秘，也许下一个突破将会颠覆你对这份甜点的认知。