自製冷凍乾燥太空冰淇淋

四月 17, 2014
Facebook
Twitter
光憑工作室現有的零件,就可以組裝一臺冷凍乾燥機,重現禮品店的新奇商品

材料

1.     真空幫浦:我使用Harbor Freight的幫浦(3立方英尺/每分鐘),加裝3/4吋的真空管。

2.     大直徑真空管:我採用3/4吋真空管,購自mcmaster.com

3.     ¾吋U型銅管:冷凝系統的材料。我利用直角彎頭做出U型。

4.     保溫瓶:例如膳魔師保溫瓶,也是冷凝系統的材料。

5.     酒精


6.     固態二氧化碳:又稱乾冰

7.     堅固的小玻璃罐

8.     鎢絲燈管:我選用40瓦

9.     冰淇淋

工具

  • 護目鏡:萬一罐子在真空下碎裂時可保護眼睛
「太空冰淇淋」是博物館禮品店的新奇商品之一,這種黏牙的小玩意,也是大家難忘的童年記憶。這點心質地異常酥脆,含在口中卻馬上融化,變身又甜又黏的冰淇淋。 但目前禮品店販售的「太空冰淇淋」名不符實,因為太空人不吃這種東西。在零重力的空間,酥脆的食品是很危險的,太空人在太空船漂浮時,可能不小心吸入這些散落的碎屑。不過,阿波羅7號太空船的太空人,確實吃過磨碎壓縮過的冷凍乾燥冰淇淋,外表包覆明膠以免碎屑散落,但往後太空任務的太空人,都改吃傳統冷凍冰淇淋。

這種新奇冰淇淋是冷凍乾燥法製作出來的,亦即在受控環境中,完成冰淇淋的乾燥。只要環境條件適中,低溫加上低壓,甜點的冰晶就會跳過融化為液體的階段,直接轉換成水蒸氣,把冰淇淋的物理結構保留下來,冰晶直接化為氣體,留下許多小空隙。既然冰淇淋沒有融化成濃稠的液體,也就不會變形,密度也不會增加。同樣的,無霜冰櫃裡面的食物,沒有蓋住也會逐漸產生這種作用,稱為凍燒(freezer-burn)。

我老早就想自製太空冰淇淋,而我的工作室長年組裝拆卸其他新玩意,有一天我突然驚覺,這些零件就足以打造一臺冷凍乾燥機。冰淇淋冷凍乾燥法所需的重要零件有:真空幫浦、大直徑真空管、冷凝系統(材料有銅管和保溫瓶)、盛裝冰淇淋的玻璃罐、一根鎢絲燈管。我參考線上資訊來源,並且不斷摸索得出下列基礎步驟。

步驟

1. 步驟一:安裝真空幫浦

  • 首先我們需要真空幫浦,來降低整個冷凍乾燥系統的壓力。冰直接轉換成水蒸氣的過程,稱為昇華,而且只有低壓才會發生。
  • 我們挖一球冰淇淋,放在廚房工作臺的盤子上,冰淇淋就會融化,因為在廚房的溫度與壓力下,熱力學選擇了液體這種物質狀態。反之,同樣的東西換到低壓的環境,依照熱力學法則,冰會直接從固體變成氣體。
  • 物質發生昇華作用的確切氣溫和壓力,取決於物質內部原子鍵的種類和數量。不過,太空冰淇淋的粉絲可以鬆一口氣,水把冰淇淋的昇華條件變低了,氣溫大約只要攝氏零下15°C,真空度大約500millitorr。
  • 我第一次冷凍乾燥冰淇淋時,運用改裝水冷卻器、酒精和乾冰,把冰淇淋冷凍到攝氏零下30°C,但其實不用做到這個地步。你從冰箱拿出來的冰淇淋大約15°C或者溫度更低一些,就可以直接使用。
2. 步驟二:連接冷凝系統

  • 壓力降低以後,必須找到收集水蒸氣的空間。把水蒸氣困在真空幫浦,並非一個好方法。真空幫浦降低系統壓力時,水蒸氣集中於幫浦,可能導致生鏽等傷害。這時候我們可以安裝冷凝系統,這個冷凍過的管子或空間,連接著一條介於幫浦和冰淇淋之間的真空管。如果冷凝管的溫度夠低,從冰淇淋昇華的水就會再度結成冰晶,附著於冷凝管內部,而不會污染或破壞真空幫浦。
  • 我利用¾U型銅管製成冷凝系統,並且浸泡在裝滿酒精和乾冰的保溫瓶內,酒精和乾冰的混合物比冰淇淋還要低溫,冷凝系統的任何水蒸氣都會在裡面結凍,加上溫度極低(攝氏零下70°C),水蒸氣就會乖乖待在冷凝系統,幾乎可以百分百防止冰在冷凝系統昇華。
  • 真空管的直徑必須很寬,因為低壓之下,水蒸氣並不容易流動。我採用McMaster-Carr (mcmaster.com)販售的 ¾真空管,McMaster-Carr是採購專題材料的好去處。
3. 步驟三:連接冷凍乾燥室

  • 安裝好幫浦和冷凝系統,我挖一球冰淇淋在玻璃罐,以真空管連接玻璃罐和冷凝系統,接著開啟真空幫浦,把壓力降到大約1/2000大氣壓(380 millitorr)。
  • 這時候冰淇淋開始冷凍乾燥,但昇華作用讓冰淇淋持續冷卻(類似蒸發冷卻),降低昇華的速度。
  • 因此為了在合理的時間以內完成冷凍乾燥,我們必須微微加熱冰淇淋,維持合理的昇華速度,我採用40瓦鎢絲燈管,讓冰淇淋接收穿透玻璃罐的熱能。
  • 結果揭曉:不用12小時,太空冰淇淋就完成了!嚐起來就是我記憶中的滋味。

(譯:謝明珊)

[原文]
Social media & sharing icons powered by UltimatelySocial