“你好.”
将洋葱倒入炒锅中，接触热油时会发出声音。
“是洋葱，我加了一个洋葱。”
这是周星驰在电影《食神》中烹制“伤心迷魂饭”后的经典台词（图1）。
洋葱剥皮后，铸铁锅和热油共同产生并释放硫代丙醛-S-氧化物催泪因子[1]，为叉烧饭注入了生命力，让评委们惊叹不已。兴奋的。
图1。真可惜。
经过几千年的发展，中国菜早已在世界美食的巅峰中占有一席之地。厨师的“炒、炒、煮、炸”四种基本操作，全靠手中的炒锅。基于聚四氟乙烯的不粘锅已经存在多年，但聚四氟乙烯的脆性涂层无法承受剧烈的勺子，并且其疏水和疏油的表面可能会破坏任何油。 “用不粘锅永远不可能做出完美的炒面，”十多年来一直在重庆夜市卖地沟油炒面的摊主高晨曦说。我不知道如何使用不粘煎锅。 “涂层里有什么？”
1. 起源
好的中国铸铁锅不会粘住或生锈，即使使用多年，即使用大勺子擦洗或用刷子大力清洁，也会保持如新的状态。因此，夜市里的每个店主都把自己手中的铸铁锅视为宝贝。一系列具有宗教意义的“开伽玛”仪式在民间流传，它们或许就是解开谜团的关键。
新锅必须经过烹饪过程才能获得烹饪神的祝福，这赋予了铸铁锅神奇的表面特性。开锅的过程并不复杂；“开锅仪式”就是在铁锅表面涂上动物油脂，待其冷却，然后涂上油，再次加热。如图2(a)所示。成功打开的铁锅表面与涂有聚四氟乙烯的不粘锅表面相似，两者都是疏水性的，从而产生“不粘”效果（图2（b））。与疏油聚四氟乙烯涂层不粘锅不同，中国铸铁锅的表面可能会被油脂弄湿（图2（c））。油是烹饪过程中食物与热源进行热交换的反应介质，锅体必须完全被油渗透才能使食物受热均匀。铸铁锅煮沸后“亲油疏水”，这一点比不粘不粘锅要好得多。 这也是为什么世界上有传言不粘面包没那么好吃的原因。有大铁锅做饭的地方。
图2. (a) 中国铸铁锅中的煮沸过程。铁锅通过多次重复“涂动物油烘烤”的过程，使其具有亲油疏水性，与“疏油疏水”的不粘锅相比，可以让食物受热更均匀。更轻松。 (b) 铁锅与经450C 处理的水之间的接触角增加至117.6，产生疏水效果。 (c)不同温度下开锅，保证铁锅表面有良好的亲油性。温度。
生铁铸成的大铁锅为何被赋予如此神奇的性能？近日，重庆市沙坪坡区居民在国内英文杂志《Nano》上发表了在“煮锅”过程中学到的材料科学微观真相。从纳米科学的角度揭示了所谓的“烹饪的神圣祝福”[2]。
欲了解更多信息，请参阅https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2589965120300416。
2. 微观
一切宏观行为都是由其微观结构决定的。作者模拟了铁锅表面在不同温度（375、450、525、600）下的沸腾过程，并追踪了其表面的变化。如图3（a）所示，铁锅碎片在375和450煮沸后表面呈现黑色，并且随着“油脂燃烧”次数的增加，表面颜色变深。塔。而且更明亮。另一方面，如果将煮沸温度提高到525，铁锅表面很快就会生锈。使用扫描电子显微镜（SEM）可以进一步观察铁锅表面的形态变化。如图3(b)至(e)所示，新锅的表面是光滑的，但当锅在450打开时，表面逐渐形成许多直径约100 nm的纳米球。这些纳米球的主要成分可以通过XRD 来鉴定。这就解释了为什么铁锅开锅后表面会变得耐腐蚀——。这是因为铁锅在开锅过程中被氧化成稳定的Fe3O4纳米粒子。这些Fe3O4可以保护内部的Fe不被氧化。
图3.(a)铁锅碎片在不同温度下煮沸后的照片。 (b)-(e) 新锅和铁锅碎片在不同温度下开锅后的SEM图像。在450C 下开锅后，在375C 下，铁表面出现约100 nm 的纳米球。 C和525C表现出褶皱和香肠状的形态。 (f) 新锅和铁锅碎片在不同温度下煮沸后的XRD 图。
3.不粘
这些Fe3O4 纳米球是让您的铁锅食物不粘、嫩滑多汁的关键。如图4（a）所示，物体表面的微观结构可以使其在宏观尺度上具有（超）疏水性。然而，传统的Wenzel [3] 模型和Cassie-Baxter 模型[4] 很难做到这一点。我们将解释球形微观结构的机制。因此，作者利用解析和数值方法进一步分析了Fe3O4纳米球对铁锅表面接触角的贡献。如图4（d）所示，当铁锅表面的水量较大时，水润湿纳米球并滑入相邻的Fe3O4纳米球。这时，铁锅表面就变成了有锋利边缘的亲水表面。当水量减少时，水滴逐渐爬到Fe3O4纳米球的顶部，变成疏水表面，钝接触角为——；这种性质称为“条件疏水性”，条件疏水性在烹饪中非常重要。如图4(b)和4(c)所示，当食物刚刚放入油盘时，含有较多的水分。通过润湿铁锅表面，实现快速传热，快速将食物表面煮熟。随着食物逐渐失去水分，铁锅表面也变得不那么湿润。传热速度减慢，食物不会粘在一起，变得柔软多汁。这也是为什么米粉炒的米粉只能在极度翻转的铁锅里煮的原因。米粉是在铁锅里煮的，水分含量高，热容量低，表面光洁度较差。这会导致米粉容易烧焦并可能粘在锅上。
图4。（a）Wenzel模型和Cassie-Baxter模型可以解释具有圆柱形表面的材料的疏水性，但很难解释打开铁锅盖后的“条件疏水性”。 (b)-(d) 铁锅表面的Fe3O4 纳米球赋予其“条件疏水性”，使食物在烹饪后保持柔软多汁。
4. 运作原理
那么，在铁锅烧水的过程中，铁锅表面到底发生了什么，为什么会在表面生长出大量的Fe3O4纳米球呢？作者对Fe3O4纳米球的生长机理进行了研究。如图5(a)所示，动物油和动物油/铁锅系统在氧气气氛下的热重图显示，纯动物油随着温度的升高逐渐失重。当应用于铁锅表面时，失重率在390460范围内显着下降，失重曲线明显向上凸。这表明在此温度范围内，铁锅表面发生增重反应，动物油/铁锅系统的失重速度减慢。这种增重反应是铁被氧化成Fe3O4 的过程。
图5. (a) 动物油和动物油/铁锅系统的热重图。 (b)动物油分解和氧嵌入铁晶格的示意图，(c)铁原子配位行为的变化，(d)、(e)多种油应用后Fe3O4纳米球的生长机制。和燃烧过程。
在油挥发的同时，铁表面的氧化恰恰是Fe3O4纳米球形成的关键。如图5(b)所示，随着油脂的挥发，铁表面的氧浓度逐渐增加，当重新涂抹油脂时，氧原子逐渐嵌入铁晶格中，铁晶格被氧化膨胀。铁表面受油脂影响，铁表面氧蒸气压降低，氧原子向铁晶格外部移动，油脂逐渐蒸发。晶格中的氧原子重新嵌入，晶格再次膨胀。由于这种晶格的反复收缩和膨胀，如图5(d)和(e)所示，铁原子从4配位变为6配位，铁锅表面逐渐爆炸出大量的物质。铁原子生长。 Fe3O4纳米球——是烹饪过程中烹饪神圣加持背后的纳米科学真理。
5.未来
全氟骨架的不粘锅销往世界各地，但随着其制造和使用过程中产生的环境、安全等问题的日益凸显，人们对不粘锅的关注和疑虑越来越多。但勤劳勇敢的沙坪关人民并不担心在夜市吃到铁氟龙碎片。中国的铸铁锅有着几千年的历史，已经赋予了它最深厚的文化信誉。
“没有厨神，或者说人人都是厨神。”
参考文献[1] Fritsch RM, Keusgen M. 半胱氨酸亚砜在葱属植物中的出现及其分类学意义. (Alliaceae), 2006, 67(11): 1127-1135.
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0031942206001518
[2] 高成祥，杨娜，李春波，等，调味炒锅背后的纳米科学：上帝赐福在厨房，纳米材料科学，https://doi.org/10.1016/j.nanoms.2023.06.001
[3] Ishino C, Okumura K. 纹理化亲水表面的润湿转变，欧洲物理杂志E，2008，25(4): 415-424。
https://link.springer.com/content/pdf/10.1140/epje/i2007-10308-y。
[4] Marmur A. 疏水性粗糙表面上的润湿性： 是否不均匀，Langmuir, 2003, 19(20): 8343-8348。
https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/la0344682
