为什么做烘焙老是失败?因为你根本不懂用烤箱

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人类开始使用火的时间大约在100万年以前,在那个落后的狩猎采集时代,我们的祖先只能利用枯枝树叶生火,直接烘烤简单的食材。到了石器时代,人们才开始用石材制作出炊具来使用,石头具有良好的保温性,因此到了现代人们还在用石板来烘烤面食。

炭火烧烤

如果说直接利用柴火烘烤食材是简单粗暴的做法,那么使用窑炉来烘烤食物则充满了技术含量。这种用陶土打造的封闭空间,能聚集柴火传递的大量热能,炉壁会将这些热量高效地传递给食物,使其拥有外焦里嫩的口感。窑炉的出现,也促进面包制作技术从埃及走向世界。

窑炉烘烤

烤箱

纵观历史,人们烘烤食物主要经历了三个阶段的变化,分别是炭火裸烤、窑炉和电烤箱。虽然电烤箱在便利性、可控性、节能环保等方面已经远远超越了前两者,但如今的炭火烧烤、窑炉面包仍颇受欢迎,这其中的原因有手工情怀、宣传噱头,也有老饕们口中的“人间烟火气”。

不管怎么说,电烤箱成为主流烘焙设备是毋庸置疑的。尽管烤箱的设计越来越人性化和智能化,但遗憾的是,很多人其实并不了解它。所谓了解烤箱的脾气,并不是测个温差这么简单。从接通电源开始,到香喷喷的美食出炉,这其中的原理涉及到了电学、热力学、材料学、化学等。不过这些理论知识并不枯燥,甚至还非常有趣,因为它们跟我们的日常生活息息相关。下面我将用深入浅出的方式,对电烤箱的工作原理、热量传递、温度分布、承载器具、应用实例几个方面进行讲解,请自行带好笔记本和板凳前排就坐。

工作原理

扒开那些“智能”、“互联网”等华丽的外衣,电烤箱的骨架就是一个铁皮箱子加几根发热管子。与燃烧木柴不同的是,它的使命是将电能转换成热能。发热管就是完成这项使命的核心部件,它利用到的原理就是电流的热效应,发热量与通过导体电流的平方、电阻成正比,也就是电流越大,发热功率越高。

电烤箱结构

搞清楚了上面的知识点,你就明白为什么有的烤箱额定电压是220v,有的是380v,而烤箱使用的电流也有10a与16a之分。提高电压或者电流的目的都很明显,就是增加烤箱在单位时间内输出的功率,提高烘烤的效率,这种提升在体积较大的烤箱中尤为明显。

在现代电烤箱中,发热管的材质主要有石英和不锈钢两种。石英管的发热效率快、成本低,缺点是不够坚固耐用;不锈钢管里面一般都填充了氧化镁粉末,在导热性、耐用性方面都表现得非常出色,但成本稍高。在早期由于成本原因,很多低端烤箱都使用石英发热管,但现在不锈钢管已经逐渐取代了石英管的位置。

当发热管通电后,往往中间位置的温度会比两端的温度上升更快,所以将多根发热管设计成从左到右的平行结构,容易导致食物受热不均。如果采用单根M型的发热管,就能在很大程度上改善这个问题。

M型发热管

NTC热敏电阻

其次,除了配备牛逼的感应探头,还需要有控制发热管通断电的系统。温度是一种延时的参数,如同你在测量体温时需要等5分钟才读数那样。当然,烤箱的感应探头并不需要那么长的时间,但传统的控温系统往往会存在一定的延时与偏差。要想获得更稳定的温度曲线,就需要引入PID控制,它能有效解决感知温度的时滞性带来的影响。目前,这种PID控制基本上只在电子烤箱上配备。

PID控制

简单来说,电烤箱完整的工作流程就是,当烤箱开始通电后,发热管温度逐渐升高并超过设定的温度,控制系统能通过感应探头监测到这一信号,于是马上切断发热管的电源,以阻止烤箱内温度继续上升。当断电一段时间后,温度降低至某个数值时,感应探头又会向控制系统发出信号,让发热管继续通电工作,如此反复循环。由此得出,烤箱内温度随着时间的变化是呈现波浪的曲线,而并非一条直线,考验厂家的就是如何将这条曲线的振幅变小,让它近似成为一条直线。

热量传递

在研究烤箱的温度分布之前,你需要先理解热量传递。其实,这些知识在我们上初中物理课就已经学过了。热量传递的途径主要有三种,分别是辐射、对流、传导。

辐射是世间万物的起源,我们目前所消费的大部分能源,都来自于太阳能。太阳通过辐射的方式,无私地将它的能量源源不断地输送给我们。实际上不只是太阳光,平时会发光的物体,比如火焰、灯泡、闪电等也会辐射出热量,只是这种热量相比太阳光而言太小了,我们感觉不出来。辐射的本质就是一种电磁波,这种射线与微波、X光类似。

辐射

平炉

可以说风炉的出现,就是为了解决平炉烘烤效率不高的问题。纯风炉烤箱的主要传热方式是对流,烤箱背部装有超大口径的风机与发热丝,能将高温的空气源源不断地送出,均匀对流到每一层食材上,传热效率非常高。因此,同样的食物,用风炉烘烤的温度与时间都可以减少。然而,风炉烤箱的表现并非十全十美,因为它那强力的热风会导致食材表面偏干,对某些需要湿润口感的甜点来说是不适用的。

风炉

另外,还有风炉平炉一体的烤箱和蒸烤箱,它们的传热方式比较多样化,你要根据设定的烘烤模式去分析,基本的原理在上文已提过,就不再赘述了。

温度分布

即使有M发热管、NTC感应探头和热风循环等高科技加持,但是要让烤箱的温度在时间与空间上达到绝对均匀分布,那是不可能的。随时间分布不均匀的问题,在工作原理一节已经说明。而在空间上分布不均匀,主要体现在水平方向与垂直方向上。

平炉烤箱的发热管在上下两端,无论是对流也好,辐射也罢,食物能获得的热量与食物到发热管的距离成反比。也就是说食物越靠近发热管,它能获取的热量就越高,距离越远,受热程度就越低。这个原理就能解释为什么小烤箱的温度不易控制了,比如在固定的温度与时间下,一个蛋糕的顶部离发热管有10厘米,烤出的色泽不错;当你将距离改为6厘米时,可能它的上色程度只是深一些;但是当你将距离缩短到2厘米时,也许顶部就变成焦炭了。

当你的平炉出现了水平方向上的温度不均时,例如一整盘曲奇的左边与右边上色明显不一样,这种问题当然可以通过中途调换位置来解决。不过出现这种现象的大部分原因是发热管温度分布不均,最好的做法还是换一台烤箱吧。

测上火温差

测下火温差

如果你的烤箱由于年代久远,没有上下火独立控温功能,或者是纯风炉烤箱(没有上下发热管),那只能将温度计分别放在顶层、中层与底层去测量,计算出三个温度的平均值,再与设定温度相减,就是你的烤箱温差。即使你的烤箱不能上下火独立控温,但还是有一些技巧可以实现上下火不同温度加热的。比如通过改变烤盘的层级,烤盘越靠近某一端的发热管,那一端的加热温度就会越高。另外,还有盖锡纸、底部双烤盘等犀利的操作,都能有效地实现单侧降温,保证你屡试不爽。

盖锡纸


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