核心概念
物理学
气体
植物科学
食品科学
引言
你喜欢爆米花吗？它不仅是一种美味的零食，而且看着它在锅里爆开也很有趣。它为什么会那样做？是什么让小的玉米粒跳到空中并改变外观？ 标志性的爆裂声从何而来，并且每颗玉米都会爆开吗？关于这种简单的零食有很多很好的问题。在这个活动中，你将进行一些爆米花科学——甚至可以享用你的成果！
背景
有许多玉米品种与爆米花大相径庭，它们不仅仅是我们吃的甜玉米的干籽粒。爆米花实际上是一种特殊的玉米品种，它是唯一能爆开的玉米。爆米花的关键在于其籽粒的独特设计。最重要的是，它的籽粒由一个非常坚硬、大多无孔的外壳组成，称为果皮。在籽粒内部，不仅有新玉米植物的种子，还有水和软淀粉颗粒，它们在种子发芽时充当种子的食物来源。尽管爆米花已经存在数千年了，但科学家们直到最近才解开了爆裂声背后的秘密以及爆米花爆裂的详细机制。
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爆米花爆开的原因是其籽粒内部的水分。如果籽粒被加热到足够高的温度，这些水就会转化为蒸汽。由于坚硬且大多无孔的外壳，蒸汽无处可去，导致籽粒内部压力积聚。一旦压力足够高，温度达到约 180 摄氏度（355 华氏度），籽粒外壳就会爆裂，爆米花就会翻过来。爆米花特有的稠度和白色-微黄色泡沫状外观来自爆米花籽粒内部的淀粉。在高温下，淀粉会发生糊化，然后在籽粒快速爆裂时膨胀。一旦冷却下来，我们所知的爆米花固化薄片就形成了。标志性的爆裂声并非如最初认为的那样源于外壳的破裂，而是源于籽粒破裂后蒸汽的释放。
有许多不同的方法可以制作完美的爆米花，包括制作不同的爆米花形状，但如果籽粒不符合特定要求，所有的努力都将失败：理想的爆米花籽粒具有约 14% 的最佳含水量，并在约 180 摄氏度的温度下爆开。评估爆米花质量的一种常用方法是其“爆开率”，你可以通过计算加热时爆开的籽粒数量与剩余未爆开的籽粒数量来计算。你还可以通过测量籽粒膨胀来评估爆米花质量，这意味着爆开的爆米花薄片有多大。在这个活动中检查你的爆米花籽粒的质量，并准备好发出一些爆裂声！
材料
成人帮手
炉子
带盖的锅
植物油
带盖的耐热碗
烤箱手套
茶匙
未爆开的爆米花（至少 70 颗籽粒）
锋利的刀
三个小的圆柱形玻璃杯
可以测量 0.1 克增量的秤（可选）
水（可选）
准备工作
准备三堆爆米花，每堆 20 颗籽粒。
请成人帮手用锋利的刀小心地撬开一堆 20 颗籽粒的外壳。最好的方法是在籽粒尖端的较软的白色部分切一个深口。籽粒应保持完整（不要分成碎片），但外壳应破裂。
将烤箱设置为 350 华氏度。将一堆 20 颗未破裂的爆米花籽粒放入耐热碗中，然后在烤箱中放置约 30 分钟。取出时使用烤箱手套。之后让它们冷却至室温。当籽粒从烤箱中取出时，它们看起来如何？籽粒的外观是否发生了变化？
保持最后一堆籽粒原样。
在成人的帮助下，将锅放在炉子上，并在锅中加入两茶匙植物油。
打开炉子并将其设置为高温。（确保在没有成人监督的情况下永远不要在炉子上操作。）
将三颗额外的爆米花籽粒（不是来自你的三堆）放入锅中，盖上盖子，等待它们爆开。你可以在中间稍微晃动一下锅，以防止籽粒烧焦。
步骤
一旦三颗籽粒爆开，用勺子取出它们，并将热量调低至中等。将一堆 20 颗普通的、未经处理的爆米花籽粒放入锅中，并轻轻晃动使其所有籽粒都沾上油。将锅盖倾斜放在锅上，以便蒸汽逸出，但注意不要让热油溅出锅外。
等待最多两分钟，直到所有籽粒都爆开或爆裂停止。两分钟后，将锅从炉子上移开，并取出所有 20 颗籽粒。现在把它们放在一边——不要吃它们！小心——你可能需要等待它们冷却后才能计数。有多少籽粒爆开了？薄片的大小是多少？它们是大还是小？它们是什么颜色的？它们是深色、棕色还是黄色？爆裂声是否非常响亮？
将锅从炉子上移开，并在必要时补充植物油。再次，加入三颗普通的爆米花籽粒（不是来自你的那一堆），等待它们全部爆开。在继续之前，将它们从锅中取出。
现在，取出那堆破裂的爆米花籽粒（你用刀切开的），然后将它们放入锅中。轻轻晃动锅，并在锅盖倾斜的情况下保持中等热度。
让锅在炉子上放置两分钟，在中间稍微晃动一下，并观察会发生什么。两分钟后，将锅从炉子上移开，并评估你的爆裂结果。所有爆米花籽粒都爆开了吗？这种爆开的爆米花与上一批相比看起来如何？你注意到有什么不同吗？这次的薄片有多大？
重复这些三个步骤，但这次使用你之前在烤箱中加热过的 20 颗爆米花籽粒。爆开两分钟后，它们看起来如何？是否有未爆开的籽粒？与其它爆米花相比，你是否注意到有任何大小或颜色差异？如果有差异，你认为原因是什么？
取三个小的圆柱形玻璃杯，并在每个玻璃杯中装入不同批次的 20 颗爆开的爆米花籽粒（普通的、破裂的和预热的）。它们应该都包含相同数量的爆开的籽粒。将它们彼此相邻放置，以便你可以评估爆米花薄片的不同体积。所有的玻璃杯都装到相同的高度吗？哪种爆米花籽粒膨胀得最多？哪种最小？你能解释一下这些差异吗？
最后，你可以品尝一下来自每一堆爆米花的爆米花。哪种爆米花最好吃？哪种比另一种更耐嚼或更脆？
额外：测试找到理想的爆米花爆裂温度。将烤箱设置为 180–190 摄氏度（355–375 华氏度），并将带有盖子的耐热碗放入 20 颗普通的爆米花籽粒。偶尔晃动碗，并等待足够长的时间，使爆米花开始爆开。在爆裂减慢并停止后，使用烤箱手套将碗从烤箱中取出，并计算爆开的籽粒数量。所有的籽粒都爆开了吗？重复相同的实验，但这次将烤箱设置为约 170 摄氏度（335 华氏度）。等待与在 180–190 摄氏度时爆开籽粒所用的时间完全相同的时间，然后将爆米花从烤箱中取出。在较低温度下有多少籽粒爆开？你能从你的结果中推断出关于最佳爆裂温度的什么信息？
额外：除了预热爆米花籽粒之外，再取 20 颗籽粒并在水中浸泡几个小时，然后在之后晾干。由于籽粒在浸泡过程中会吸收一些水分，你将增加籽粒内部的水分百分比。用这些籽粒重复爆裂过程。它们会爆开吗？与其它爆米花籽粒相比，它们有多少爆开了？它们的薄片大小是否相同或更大/更小？
额外：理想的爆米花籽粒包含约 14% 的水分。你可以在爆开之前和之后通过称量它们的重量（加上油和锅）来估计籽粒中的水分含量。从重量差异中，你可以计算出在爆裂过程中作为蒸汽损失的水量。是否接近 14%？你的测量如何改进？
观察和结果
你得到了一些漂亮的蓬松爆米花了吗？用你爆开的普通爆米花，你应该从所有籽粒中得到一些大的蓬松薄片。一旦它们在锅中达到合适的温度，并且籽粒内部的蒸汽压力足够高，它们就会爆裂开并跳到空中，产生漂亮的爆米花。让所有籽粒爆开甚至可能不需要两分钟。但是，如果你爆开你之前切开和破裂的籽粒，结果应该会有所不同。两分钟后，你可能仍然有一些未爆开的籽粒，而且爆开的籽粒也没有那么大。破裂的籽粒产生较小的薄片，因为当你损坏籽粒的外壳时，加热过程中产生的水蒸气很容易通过裂缝逸出。因此，籽粒内部积聚的压力较小，这使其要么根本不爆开，要么在爆开后减小薄片尺寸。
您在烤箱中预热的最后一批爆米花应该呈现类似的结果。在加热过程中，玉米粒的颜色可能发生了变化，从黄色变成棕色。与普通爆米花粒相比，薄片的大小也应该更小。由于玉米粒的外壳不是完全防水的，在低温下预热 30 分钟会导致玉米粒内部的一些水分蒸发。它没有产生足够的水蒸气压力来使外壳爆裂，而是水通过外壳上的微小孔隙逸出。由于水分含量降低，与爆裂过程中的普通玉米粒相比，预热的玉米粒内部无法建立那么高的压力，这最终导致爆米花粒更小。如果玉米粒中的水分百分比太低，玉米粒根本不会爆裂，因为没有足够的压力累积。
在活动结束时，您将玉米粒放入玻璃杯后，应该很容易看到爆米花的大小和体积差异。尽管您放入的爆裂玉米粒数量完全相同，但装有普通爆米花的玻璃杯应该比其他玻璃杯高得多——再次证明了这些“理想”的玉米粒爆裂和膨胀效果更好。
清理
清洗所有餐具。务必让锅中的油冷却后再向其中加水。您可以吃掉并分享所有爆裂的爆米花。
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