巧克力是一種深受人們喜愛的甜食。尤其是情人節(jié)、圣誕節(jié)及各種紀(jì)念日，在為愛人、親人、朋友準(zhǔn)備禮物時(shí)，首選的就是最能表達(dá)愛意的巧克力了。

最能表達(dá)愛意的巧克力（圖片來自網(wǎng)絡(luò)）

　　巧克力的歷史可以追溯到數(shù)千年前，它的前身是南美洲土著人制作的一種苦澀、帶香味的提神飲料，經(jīng)歷了悠長而復(fù)雜的發(fā)展過程才有了現(xiàn)今如此美味的巧克力。

　　如果有人說巧克力的美味與粒子加速器相關(guān)，你可能會(huì)感到驚奇和疑惑，可科學(xué)家們說這是真的。

　　在美國能源部主辦的 Symmetry 電子期刊上，有篇文章的第一句就是這樣寫的：如果你的心上人在情人節(jié)送給你一盒巧克力，別忘了你還應(yīng)該感謝粒子加速器，是它給了巧克力美味。

Symmetry 上題為“Chocolatà la particle accelerator”的文章 

　　巧克力的起源

　　一些歷史學(xué)家認(rèn)為巧克力至少已存在了約2000年，但也可能更古老些。1996年出版了一本名為《巧克力的真實(shí)歷史（The True History of Chocolate）》的書，作者（Sophie D. Coe、Michael D. Coe）對(duì)巧克力的起源及發(fā)展史作了仔細(xì)研究后提出了自己的觀點(diǎn)：

　　關(guān)于巧克力的故事最早應(yīng)可追溯到3000年甚至4000年前。那時(shí)，墨西哥及中美洲茂密的熱帶雨林里生長著一種可可樹，當(dāng)?shù)赝林税l(fā)現(xiàn)這種樹的果實(shí)（可可豆莢）里面的“可可豆”（每個(gè)果莢里約有30-40顆）干燥后會(huì)散發(fā)出很獨(dú)特的香味。他們將可可豆發(fā)酵、曬干、烘烤、碾碎，再加上些胡椒、香草、樹汁和水制成一種味道苦澀但帶有特殊香味的“可可飲料（Cacahuatl）”，這種飲料具有能使人迅速恢復(fù)體力和精力的神奇功能。

1996年出版的“The TrueHistory of Chocolate”(圖片來自網(wǎng)絡(luò))

可可樹、可可果及果莢中的可可豆(圖片來自網(wǎng)絡(luò))

　　15世紀(jì)，隨著西班牙對(duì)中美洲的征服，可可飲料被引入西班牙，制作技術(shù)進(jìn)行了改良，用糖、肉桂和蜂蜜等替換了原先的胡椒和樹汁，可可飲料不再那么苦澀且保留了原來的香味。最初，這種飲料只有王室和貴族才能享用，后來才逐漸在咖啡館里流行起來。

　　當(dāng)時(shí)，從中美洲收購來的可可豆先要進(jìn)行烘焙，然后去皮碾碎為“可可粒”——這是制作可可飲料的原料。經(jīng)營可可飲料的商家將可可粒與各種配料一起烹制后才能產(chǎn)出可可飲料。西班牙商人拉斯科（Lascaux）一直為此煩惱著、探索著。終于，他找到一種方法能將可可粒研磨加熱后濃縮成液態(tài)的“可可漿”，可可漿冷卻后會(huì)結(jié)成硬塊——稱為“巧克力特爾（Chocolatl）”。商家只要取一小塊巧克力特爾用水沖泡調(diào)制后即可成為可可飲料。巧克力特爾也可直接放入嘴里吃，這可以算是最原始的巧克力了。

　　精明的西班牙人因經(jīng)營可可飲料和巧克力特爾盈利頗豐，他們對(duì)配方嚴(yán)加保密，直至約一百年后相關(guān)配方才陸續(xù)傳入意大利、英國、法國等國。因受制作技術(shù)所限，當(dāng)時(shí)的可可飲料及巧克力特爾的口味其實(shí)還很不盡人意。

　　1828年，荷蘭的范·豪爾頓（Van Houten）發(fā)明了“脫脂”技術(shù)。他使用一種螺旋壓力機(jī)成功地將可可豆中的脂肪（可可脂）分離出去，脫脂后剩下的可可粉經(jīng)堿化處理后可使沖泡出來的可可飲料味道更加醇厚。豪爾頓生產(chǎn)的可可粉被稱為“荷蘭可可”。

脫脂后剩下的可可粉與分離出來的可可脂(圖片來自網(wǎng)絡(luò))

　　1847年，英國的約瑟夫·弗萊（Joseph Fry）有了新的發(fā)現(xiàn)：如果在荷蘭可可中按比例加入熔融的可可脂，這樣的巧克力漿冷卻后制成的固態(tài)巧克力就變得不那么粗糙易碎了，巧克力的質(zhì)量得以大大提高。

　　1879年，瑞士的魯?shù)婪颉ち痔兀≧udolphe Lindt）發(fā)明了“精煉”技術(shù)：用能更精細(xì)研磨的機(jī)器（可可粉顆?？裳心サ眯∮?0微米），根據(jù)所需品種的要求在不同溫度下（例如：牛奶巧克力約49℃，而黑巧克力約82℃）將加入可可脂的巧克力漿持續(xù)研磨幾小時(shí)甚至幾天，精煉后再冷卻成型的巧克力品質(zhì)有了新的飛躍，口感柔滑細(xì)膩，入口即化。

巧克力的精煉(圖片來自網(wǎng)絡(luò)) 

　　令人頭疼的巧克力反霜

　　不過，巧克力精煉后的冷卻成型過程并不像一般人想象的那樣簡單。

　　巧克力中的可可脂由多種脂肪酸構(gòu)成，其中98%為甘三酯，其它成分包括游離脂肪酸、甘二酯、單甘酯、生育酚和磷脂等?？煽芍哂卸嘈螒B(tài)結(jié)晶的神奇特性，隨著溫度的不同它竟有六種不同的結(jié)晶狀態(tài)（編號(hào)I至VI），每種結(jié)晶狀態(tài)對(duì)應(yīng)不同的熔點(diǎn)：結(jié)晶I 的熔點(diǎn)17℃，而結(jié)晶VI的熔點(diǎn)為36℃。編號(hào)越低的結(jié)晶狀態(tài)越不穩(wěn)定，因結(jié)晶V的熔點(diǎn)正好為34℃，室溫時(shí)是固態(tài)，進(jìn)入人口即能美妙融化，使人得到味覺上的美妙享受。

　　巧克力制造還需要通過復(fù)雜的“調(diào)溫”工藝，設(shè)法讓巧克力中盡可能多的可可脂處于結(jié)晶V的完美狀態(tài)，且盡可能地均勻分布。但因結(jié)晶V并不是可可脂最穩(wěn)定的狀態(tài)，儲(chǔ)存過程中一不小心它就會(huì)向最穩(wěn)定的結(jié)晶VI狀態(tài)轉(zhuǎn)化（此時(shí)，巧克力表面被蒙上一層白霜，稱為反霜）。

正常巧克力(左)與反霜的巧克力(右)(圖片來自網(wǎng)絡(luò))

　　反霜的巧克力雖然仍可食用（對(duì)人體無害），但它卻失去了原來的醇厚香味和口感，吃起來令人“味同嚼蠟”。巧克力的最佳食用期限因此被限制在很短的時(shí)間內(nèi)，如何克服巧克力的反霜已成為令巧克力廠家極為頭疼的問題。但是，直至20世紀(jì)末，科學(xué)家們還不很了解可可脂的晶體結(jié)構(gòu)究竟是什么樣的，因而對(duì)如何避免巧克力反霜仍束手無策。

　　荷蘭阿姆斯特丹大學(xué)的一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)對(duì)此問題產(chǎn)生了濃厚的興趣，他們利用歐洲同步輻射光源ESRF（European SynchrotronRadiation Facility）提供的實(shí)驗(yàn)條件，從分子結(jié)構(gòu)的層次開展如何從根本上避免巧克力上形成反霜的研究。 

　　同步輻射光源助力揭秘反霜機(jī)理

　　同步輻射光源是基于粒子加速器的大型科研設(shè)施，同步輻射光源幫助物理學(xué)、化學(xué)、地質(zhì)科學(xué)、材料科學(xué)等多個(gè)學(xué)科的科學(xué)家探索原來人類無法想象的物質(zhì)細(xì)微結(jié)構(gòu)，迄今為止，世界上90%的生物大分子：蛋白質(zhì)、ADN、ARN、核糖體、核小體或者病毒都是借助同步輻射光了解的。

　　ESRF是歐洲12個(gè)國家共同投資建造的，是世界上首座第三代高能同步輻射光源。它擁有40余條光束線站，為用戶提供高亮度、高精度的光源，研究內(nèi)容涉及生物分子、納米結(jié)構(gòu)、聚合體等物理、化學(xué)、材料科學(xué)、生物、醫(yī)學(xué)、地理和地質(zhì)考古等多個(gè)重要領(lǐng)域。

位于法國格勒諾布爾的ESRF鳥瞰圖

ESRF的光束線分布示意圖

　　這個(gè)來自荷蘭的研究團(tuán)隊(duì)在ESRF實(shí)驗(yàn)站上用“X射線粉末衍射技術(shù)”首次確定了可可脂三種主要單不飽和型甘油三酯中的一種——SOS的晶體結(jié)構(gòu)（約占可可脂的25%，在可可脂的結(jié)晶過程中起著重要作用），成功構(gòu)建了可可脂結(jié)晶V的結(jié)構(gòu)模型，為在分子水平上更好地理解巧克力反霜現(xiàn)象的機(jī)理打下了基礎(chǔ)。這一成果有助于更好地了解可可脂的熔化行為和更好地控制生產(chǎn)過程。

　　2004年9月該研究團(tuán)隊(duì)在 Journal of Physical Chemistry B 期刊上發(fā)表文章，描述了可可脂成分的結(jié)構(gòu)以及最常見可可脂的晶體結(jié)構(gòu)。研究團(tuán)隊(duì)的勒內(nèi)·佩沙爾（RenePeschar）指出：在一般實(shí)驗(yàn)室無法得到這樣的結(jié)果，真的需要這樣一個(gè)同步加速器設(shè)施。這是因?yàn)镋SRF產(chǎn)生的X射線強(qiáng)度比常規(guī)X射線源要高上千倍到百萬倍，而所需樣品的體積卻可小幾個(gè)數(shù)量級(jí)。在ESRF上進(jìn)行X射線粉末衍射實(shí)驗(yàn)極大地提高了晶體衍射分辨率，并能在短至數(shù)秒甚至微秒時(shí)間內(nèi)進(jìn)行三維結(jié)構(gòu)的研究。ESRF的確是該項(xiàng)研究取得成功的關(guān)鍵。

研究團(tuán)隊(duì)在 Journal of Physical Chemistry B 上發(fā)表的文章

研究團(tuán)隊(duì)在 Radiation Physics &Chemistry 上發(fā)表的文章

　　該項(xiàng)研究成果對(duì)巧克力產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生了直接的影響。基于該研究團(tuán)隊(duì)幾年來在ESRF上得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，參與合作研究的荷蘭機(jī)械制造公司（該公司所在地區(qū)廠商所加工的可可豆占世界總產(chǎn)量的20%以上）獲得了一種改進(jìn)巧克力制造方法的專利，并進(jìn)行了20→400→1000公斤/小時(shí)規(guī)模的巧克力生產(chǎn)測試，取得了穩(wěn)定的成效。該專利技術(shù)可使制造的巧克力不發(fā)生反霜，還能不斷提高巧克力的質(zhì)感、口感和外觀。

各種美味的巧克力（圖片來自網(wǎng)絡(luò)）

　　所以，當(dāng)你嘗到口味日臻完美的巧克力時(shí)，別忘了向粒子加速器表示致意！

參考資料：

　　1、Chocolat à la particleaccelerator

　　https://www.symmetrymagazine.org/breaking/2011/02/14/chocolat-a-la-particle-accelerator

　　2、Structureof chocolate unravelled by synchrotron radiation

　　https://phys.org/news/2004-09-chocolate-unravelled-synchrotron.html

　　3、The True History of Chocolate

　　https://www.streetdirectory.com/food_editorials/snacks/chocolates/the_true_history_of_chocolate.html

　　4、Structureof chocolate unravelled at the ESRF

　　http://www.esrf.eu/news/general-old/general-2004/chocolate/index_html

　　5、Structure of ChocolateClarified with Synchrotron Powder Diffraction Data

　　http://www.esrf.eu/UsersAndScience/Publications/Highlights/2004/SCM/SCM8/

　　6、Chocoholics receive an SOS

　　http://www.spectroscopynow.com/details/ezine/sepspec12196ezine/Chocoholics-receive-an-SOS.html?&tzcheck=1

　　7、A Brief History ofChocolate

　　https://www.smithsonianmag.com/arts-culture/a-brief-history-of-chocolate-21860917/

　　8、History of Chocolate:Where does chocolate come from?

　　https://quatr.us/south-america/chocolate-come-south-america.htm

　　9、歐洲同步輻射光源ESRF

　　http://www.zionarts.cn/kxcb/zmsys/201107/t20110711_3307252.html

　　10、巧克力是誰發(fā)明的

　　http://help.3g.163.com/16/0223/15/BGH4LPHL00964K99.html

　　11、巧克力：從可可豆到舌尖上的美味

　　https://wenku.baidu.com/view/0220a99fdbef5ef7ba0d4a7302768e9951e76eb1.html

　　12、巧克力為什么要調(diào)溫

　　https://www.sohu.com/a/168260337_177810