成为老法师，从摸清烤箱脾气开始
2月份hhuie老师曾跟大家分享过「玩转家用烤箱，做家人的MOF」，从家用烤箱的比容积、模具的摆放、烤箱温度等几个方面进行了切入。今天咱们就来深入聊聊烤箱热量这回事。毕竟烘烤是面包出炉前的最后一个步骤，若是使用不当，即便之前面团熟成再好，也无法烤出优秀的面包🍞。
虽说烤箱简单来说只是我们一种烘烤工具，但每个烤箱因构造、机型以及使用程度的不同对面团的热传导都会有微妙的变化。重视出品的面包师和经验丰富的老师傅，都会对自己使用的烤箱“摸透脾气”，以此达到事半功倍的效果，避免烘烤时功亏一篑。而摸透脾气，说来简单，其实背后需要对技术原理的熟稔，以及丰富的实操经验。下面我们就从以下几个方面展开👇
烤箱如何产热？
面包在烘烤过程中如何吸热？
对流烤箱真如宣传那般烘烤更均匀、更快吗？
01
面包的烘烤过程，简而言之就是烤箱内热量传递至面包上，发生热量移动，从而使面团温度上升，发生物理和化学变化的现象。而不同的烤箱，对面团的热传导方式也不尽相同：
主要是这3种热能转移方式的组合：对流、传导、辐射。
○依《用科学方式了解『热』的为什么？》绘制
◎对流热
是利用流动的气体（空气或水蒸气）、液体（水或汁液），接触于固体之间的热传导模式。对流式烤箱多使用送风机等进行强制循环，增加气体的移动速度。
◎传导热
传导则是物体间相互接触直接传导热量。比如烤箱中石板/模具将热直接传导至温度低的面团。当接触双方温度差较大时，传递速度越快。当两者接触面凹凸有空隙时，没接触的部分则是通过对流以及辐射的方式传递，热传递速度明显要慢过直接接触。
◎辐射热
○JIB-加热利用的电磁波波长
辐射，是借由从高温的发热体发出的红外线将热传导至面团上。红外线是电磁波的一种，面包烘烤时主要利用的就是2.5～30um的远红外线。红外线在面团表面被吸收后，变成热量使面团温度上升。
不过需要特别注意的是：
远红外线无法进入食品内部（只能触及表面以下数厘米而已）；
对阴影部分的作用也很小；
也几乎无法穿透面团中的水分；
在烘烤过程中，只有表面浅层部分吸收远红外线热量，转化为热能后向内传导，以热传导的方式向面团内部转移热量。
○JIB-面包烘烤过程中发生的热移动
而这3种热量转移方式，在烤箱中并非单一发生，而是相互交织。以平炉烤箱为例，如上图，面包上方受到的是加热器的辐射热，底部则是受到炉床的传导热，侧面则是来自因对流产生的对流热。
○JIB-对流式烤箱
而烤箱可依据其主要加热方式的不同，简单分为两大类：对流式（旋风）烤箱，辐射式（放射）烤箱。
对流式烤箱，是强制使烤箱内的高温空气循环接触食品，以此为主要加热方式。严格来说，温度升高的烤箱壁而散发出的红外线与烤盘传导出的热量，也有助于食物的加热，但传导至食品的热量70%是由对流热作用而来。可以一次同时烘烤许多面包。
辐射式烤箱，主要是以发热的加热器，和温度升高的烤箱壁面所散发出的红外线来加热食品。严格来说，借由辐射热传导至食品的热量约占全体的70%，其余的热量则是来自烤箱内自然产生对流的空气所传导。理论上不适合一次烘烤大量面包。
不过即便是同类烤箱，也会构造和烘烤条件的不同，导致热量转移的差异，造成面包的烘烤状态不一，这也是我们说的需要“摸透烤箱脾气”的原因。
了解了烤箱的制热原理，解释烤箱为什么不均匀就简单多了👇
○依《用科学方式了解『热』的为什么？》绘制
以对流式（旋风）烤箱为例，热风出风口附近和距风口较远的位置容易产生烘烤不均。热风风势越强，传导至食品上的热量越多，因此靠近热风出风口的位置，传导至面团的热量越多。而烤箱内四个角落是热风无处可散的回旋之地，因此这个位置也容易接受到较大的热量，形成较深的烤色。
至于辐射式烤箱，一般而言，加热器的正下方与内侧的两个角落，因壁面放射出的红外线容易集中，又不容易消散，这个位置也容易迅速地加热而烤色较深。相反地，烤箱门侧靠近玻璃的位置，因红外线会穿透玻璃散至烤箱之外，导致热量减少，所以容易烤色较浅。
○CIB-「模具的特性呈现与使用建议」，黑色模具上色最深
另外还需说明的一点是，对流式烤箱不会因烤盘和模具的颜色而受到影响，但使用辐射式烤箱时模具的颜色对面包就会产生上色影响。辐射式烤箱使用略黑的模具时，可吸收较多红外线，所以模具温度也随之升高，导致面包上色相对较深。
02
○《MODERNIST BREAD》
然而了解了烤箱发热机制还不够。优秀面包师的常识即：自己唯一能完全控制烤箱温度的时间，就是烤箱预热、食物放进去之前。因为当面团进入，烤箱内的热量和湿度也随着进行了一系列变化，此时，是湿度，决定着烹调温度，而不再是单一的热量。而在实际烘烤过程中，湿度主要是由面团控制，而不是面包师控制的。
所以当我们设定好烤箱温度时，烤箱里却因面团产生变化，并非是设定好的烘烤温度。而且温度会随着烘烤的三个主要阶段进行变化。
既如此，为什么还是要对烤箱事先预热？
这是因为预热太重要了，而且预热针对的是烤箱壁，不是空气。在没预热好（也就是烤箱壁未达到目标温度）之前，如果把面团放入，空气失去其大部分余热之前，面团只会变热一点点，而且面团还会散发出冷而密集的水蒸气，沉到烤箱底部。烤箱必须加热这种冷空气和水蒸气的混合物，白白损耗更多热量，给加热元件造成负担，使烘烤进程放缓。
而预热烤箱幅面巨大的箱壁，则给烤箱一个大而容易控制的储热室，当面团放入，可以起到缓冲温度降低的作用；又因炙热的箱壁可存储大量热能，当需要迅速恢复箱内温度时可以很快释放。因此预热非常必要，也是获得均匀烘烤的一种简单方式。
那么当面团放入烤箱至烘烤完成，到底发生了什么呢？
其中发生的化学反应我们有在「一条吐司的诞生」一文中讲到，这次着重放在热量的物理变化上，主要分为3个阶段：
第一阶段称为升速阶段（setting period），面团的表面温度从起点迅速上升至湿球温度；不过，温度随后停滞且处于稳定状态，直到表面大部分都被烘干。
CIB·小黑板
湿球温度（Wet-bulb temperature），通俗来讲就是指对一块空气进行加湿，其饱和（相对湿度达到100%）时所达到的温度。湿球温度随着周围空气相对湿度的增加会大幅上升，但因为湿球温度是按照水蒸发的温度定义的，所以它永远不会超过100℃。
第二阶段是定速阶段（constant-rate period）。此时，蒸发使水从食物进入空气，但水会通过毛细管作用和扩散作用迅速补充。在此阶段，面包内部逐渐烘干，其温度上升至与烤箱里的湿球温度平衡。
第三个阶段是最后烘干阶段，也称为降速阶段（falling-rate period）。面包表面一旦变得干燥，降速阶段就开始了。蒸发会先于毛细管作用和扩散作用，所以食物中心的水分不会到达食物表面而使其保持湿润。干燥区会形成一个美味的外壳。但是，外壳以下的食物仍然是潮湿的，蒸发会继续。
正是因为这3个阶段的不确定性，无法给出一个统计的数据，对于面包烘烤时，烤箱的温度与湿度设定才更考验面包师的技术水平与经验积累。即便现代烤箱功能已经越来越强大，但只有在面包师了解其”脾性“的情况下才能良好运转，起到辅助面包师达到目标的作用。
03
○烤箱详情中经常出现的宣传
关于烤箱的制热原理，以及面团在烘烤中的变化，我们上方已经简单了解过了。最后就再来聊聊很多人会有的疑问：对流烤箱真的如商家宣传的那般，烘烤更快、更均匀吗？
说到这点就绕不开空气和面团之间无形的区域，也就是边界层（boundary layer）。边界层的重要之处在于，它控制着对流加热面团表面的速度。
如果想了解对流烤箱的优点和局限，就要知道边界层烘烤中发生了什么。
边界层里最主要的是阻力。流体（如空气）无论何时经过物体表面，阻力都会使其减速。减速之明显，有时甚至能看到滞留的小而薄的气涡不断在食品表面部分汇集。气涡中停滞的空气就像一块湿的毯子：热很难进入食品，而且水蒸气离开则更难。
静止式烤箱的边界层比有风扇的对流烤箱的边界厚，热量传递和蒸发发生的速度较慢。所以，对流烤箱烘烤更快看起来应该是理所当然的，因为强力风扇不断搅拌着食物周围的空气。但对流烤箱通常被广告宣传为能急剧缩短烘烤面包的时间，就有些浪得虚名。
因为烘烤时，热箱风扇一吹，会除去食物表面附近的水蒸气，使其与周围空气混合，边界层变薄，加快了面包表面的干燥速度。同时更快干燥引起的强对流容易使面包外壳增厚。外壳增厚如同一个隔热板，会阻止热传递，而表面更快的对流不会进一步影响加热或蒸发。因此在烘烤面包这类较厚的食物时，热量传到组织中心所花费的时间，控制着烘烤速度，对流烤箱并无明显加速。
另外对流不能完全解决烘焙不均的问题，是因为烘焙时上色过深、烤焦的主要来源是辐射热，而非空气。
○烤箱详情中经常出现的宣传
烤箱炎热的箱壁总是辐射着红外线，箱壁温度越高，红外辐射就越强烈。而且烤箱壁热量散发并不均匀，导致食物吸收辐射热的不均匀。部分表面干燥得更快，并更早上色，又因深色可吸收更多辐射热，导致烘烤不均更加分化。而对流烤箱并没有完全解决这些问题，甚至有时强对流会加速干燥不均匀，导致烤焦得更不均匀。
以上，明白了不同烤箱的制热原理，以及构造不同导致对面包的热传递状态也不同，导致面包味道、形状、上色等方面的差异。也就由此明白了为何在面包界，需要依赖面包师的技术与经验，来使烘烤阶段事半功倍。
本篇多为理论向，旨在向大家传达面包烘烤过程中，面团与烤箱之间到底发生了哪些复杂而又奇妙的反应，能对实践产生指导意义，同时以期阐述明白大家对烤箱的一些误解。
同时也可以此倒推，由成品的呈现来记录与总结烤箱的脾性，应用于下一次的实践。而一旦掌握了手中烤箱的规律进行活用，面包出品的不确定性因素就又可少一项了。
文 | Mogu
图 | 来自网络
主要参考资料：
《面包制造中烤箱与热移动》-JIB
《用科学方式了解「热」的为什么？》
《MODERNIST CUISINE》第2卷 技术与设备