核心概念
物理學
氣體
植物科學
食品科學
引言
你喜歡爆米花嗎？它不僅是一種美味的零食，而且看著它在鍋裡爆開也很有趣。它為什麼會那樣做？是什麼讓小的玉米粒跳到空中並改變外觀？ 標誌性的爆裂聲從何而來，並且每顆玉米都會爆開嗎？關於這種簡單的零食有很多很好的問題。在這個活動中，你將進行一些爆米花科學——甚至可以享用你的成果！
背景
有許多玉米品種與爆米花大相徑庭，它們不僅僅是我們吃的甜玉米的幹籽粒。爆米花實際上是一種特殊的玉米品種，它是唯一能爆開的玉米。爆米花的關鍵在於其籽粒的獨特設計。最重要的是，它的籽粒由一個非常堅硬、大多無孔的外殼組成，稱為果皮。在籽粒內部，不僅有新玉米植物的種子，還有水和軟澱粉顆粒，它們在種子發芽時充當種子的食物來源。儘管爆米花已經存在數千年了，但科學家們直到最近才解開了爆裂聲背後的秘密以及爆米花爆裂的詳細機制。
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爆米花爆開的原因是其籽粒內部的水分。如果籽粒被加熱到足夠高的溫度，這些水就會轉化為蒸汽。由於堅硬且大多無孔的外殼，蒸汽無處可去，導致籽粒內部壓力積聚。一旦壓力足夠高，溫度達到約 180 攝氏度（355 華氏度），籽粒外殼就會爆裂，爆米花就會翻過來。爆米花特有的稠度和白色-微黃色泡沫狀外觀來自爆米花籽粒內部的澱粉。在高溫下，澱粉會發生糊化，然後在籽粒快速爆裂時膨脹。一旦冷卻下來，我們所知的爆米花固化薄片就形成了。標誌性的爆裂聲並非如最初認為的那樣源於外殼的破裂，而是源於籽粒破裂後蒸汽的釋放。
有許多不同的方法可以製作完美的爆米花，包括製作不同的爆米花形狀，但如果籽粒不符合特定要求，所有的努力都將失敗：理想的爆米花籽粒具有約 14% 的最佳含水量，並在約 180 攝氏度的溫度下爆開。評估爆米花質量的一種常用方法是其“爆開率”，你可以透過計算加熱時爆開的籽粒數量與剩餘未爆開的籽粒數量來計算。你還可以透過測量籽粒膨脹來評估爆米花質量，這意味著爆開的爆米花薄片有多大。在這個活動中檢查你的爆米花籽粒的質量，並準備好發出一些爆裂聲！
材料
成人幫手
爐子
帶蓋的鍋
植物油
帶蓋的耐熱碗
烤箱手套
茶匙
未爆開的爆米花（至少 70 顆籽粒）
鋒利的刀
三個小的圓柱形玻璃杯
可以測量 0.1 克增量的秤（可選）
水（可選）
準備工作
準備三堆爆米花，每堆 20 顆籽粒。
請成人幫手用鋒利的刀小心地撬開一堆 20 顆籽粒的外殼。最好的方法是在籽粒尖端的較軟的白色部分切一個深口。籽粒應保持完整（不要分成碎片），但外殼應破裂。
將烤箱設定為 350 華氏度。將一堆 20 顆未破裂的爆米花籽粒放入耐熱碗中，然後在烤箱中放置約 30 分鐘。取出時使用烤箱手套。之後讓它們冷卻至室溫。當籽粒從烤箱中取出時，它們看起來如何？籽粒的外觀是否發生了變化？
保持最後一堆籽粒原樣。
在成人的幫助下，將鍋放在爐子上，並在鍋中加入兩茶匙植物油。
開啟爐子並將其設定為高溫。（確保在沒有成人監督的情況下永遠不要在爐子上操作。）
將三顆額外的爆米花籽粒（不是來自你的三堆）放入鍋中，蓋上蓋子，等待它們爆開。你可以在中間稍微晃動一下鍋，以防止籽粒燒焦。
步驟
一旦三顆籽粒爆開，用勺子取出它們，並將熱量調低至中等。將一堆 20 顆普通的、未經處理的爆米花籽粒放入鍋中，並輕輕晃動使其所有籽粒都沾上油。將鍋蓋傾斜放在鍋上，以便蒸汽逸出，但注意不要讓熱油濺出鍋外。
等待最多兩分鐘，直到所有籽粒都爆開或爆裂停止。兩分鐘後，將鍋從爐子上移開，並取出所有 20 顆籽粒。現在把它們放在一邊——不要吃它們！小心——你可能需要等待它們冷卻後才能計數。有多少籽粒爆開了？薄片的大小是多少？它們是大還是小？它們是什麼顏色的？它們是深色、棕色還是黃色？爆裂聲是否非常響亮？
將鍋從爐子上移開，並在必要時補充植物油。再次，加入三顆普通的爆米花籽粒（不是來自你的那一堆），等待它們全部爆開。在繼續之前，將它們從鍋中取出。
現在，取出那堆破裂的爆米花籽粒（你用刀切開的），然後將它們放入鍋中。輕輕晃動鍋，並在鍋蓋傾斜的情況下保持中等熱度。
讓鍋在爐子上放置兩分鐘，在中間稍微晃動一下，並觀察會發生什麼。兩分鐘後，將鍋從爐子上移開，並評估你的爆裂結果。所有爆米花籽粒都爆開了嗎？這種爆開的爆米花與上一批相比看起來如何？你注意到有什麼不同嗎？這次的薄片有多大？
重複這些三個步驟，但這次使用你之前在烤箱中加熱過的 20 顆爆米花籽粒。爆開兩分鐘後，它們看起來如何？是否有未爆開的籽粒？與其它爆米花相比，你是否注意到有任何大小或顏色差異？如果有差異，你認為原因是什麼？
取三個小的圓柱形玻璃杯，並在每個玻璃杯中裝入不同批次的 20 顆爆開的爆米花籽粒（普通的、破裂的和預熱的）。它們應該都包含相同數量的爆開的籽粒。將它們彼此相鄰放置，以便你可以評估爆米花薄片的不同體積。所有的玻璃杯都裝到相同的高度嗎？哪種爆米花籽粒膨脹得最多？哪種最小？你能解釋一下這些差異嗎？
最後，你可以品嚐一下來自每一堆爆米花的爆米花。哪種爆米花最好吃？哪種比另一種更耐嚼或更脆？
額外：測試找到理想的爆米花爆裂溫度。將烤箱設定為 180–190 攝氏度（355–375 華氏度），並將帶有蓋子的耐熱碗放入 20 顆普通的爆米花籽粒。偶爾晃動碗，並等待足夠長的時間，使爆米花開始爆開。在爆裂減慢並停止後，使用烤箱手套將碗從烤箱中取出，並計算爆開的籽粒數量。所有的籽粒都爆開了嗎？重複相同的實驗，但這次將烤箱設定為約 170 攝氏度（335 華氏度）。等待與在 180–190 攝氏度時爆開籽粒所用的時間完全相同的時間，然後將爆米花從烤箱中取出。在較低溫度下有多少籽粒爆開？你能從你的結果中推斷出關於最佳爆裂溫度的什麼資訊？
額外：除了預熱爆米花籽粒之外，再取 20 顆籽粒並在水中浸泡幾個小時，然後在之後晾乾。由於籽粒在浸泡過程中會吸收一些水分，你將增加籽粒內部的水分百分比。用這些籽粒重複爆裂過程。它們會爆開嗎？與其它爆米花籽粒相比，它們有多少爆開了？它們的薄片大小是否相同或更大/更小？
額外：理想的爆米花籽粒包含約 14% 的水分。你可以在爆開之前和之後透過稱量它們的重量（加上油和鍋）來估計籽粒中的水分含量。從重量差異中，你可以計算出在爆裂過程中作為蒸汽損失的水量。是否接近 14%？你的測量如何改進？
觀察和結果
你得到了一些漂亮的蓬鬆爆米花了嗎？用你爆開的普通爆米花，你應該從所有籽粒中得到一些大的蓬鬆薄片。一旦它們在鍋中達到合適的溫度，並且籽粒內部的蒸汽壓力足夠高，它們就會爆裂開並跳到空中，產生漂亮的爆米花。讓所有籽粒爆開甚至可能不需要兩分鐘。但是，如果你爆開你之前切開和破裂的籽粒，結果應該會有所不同。兩分鐘後，你可能仍然有一些未爆開的籽粒，而且爆開的籽粒也沒有那麼大。破裂的籽粒產生較小的薄片，因為當你損壞籽粒的外殼時，加熱過程中產生的水蒸氣很容易透過裂縫逸出。因此，籽粒內部積聚的壓力較小，這使其要麼根本不爆開，要麼在爆開後減小薄片尺寸。
您在烤箱中預熱的最後一批爆米花應該呈現類似的結果。在加熱過程中，玉米粒的顏色可能發生了變化，從黃色變成棕色。與普通爆米花粒相比，薄片的大小也應該更小。由於玉米粒的外殼不是完全防水的，在低溫下預熱 30 分鐘會導致玉米粒內部的一些水分蒸發。它沒有產生足夠的水蒸氣壓力來使外殼爆裂，而是水透過外殼上的微小孔隙逸出。由於水分含量降低，與爆裂過程中的普通玉米粒相比，預熱的玉米粒內部無法建立那麼高的壓力，這最終導致爆米花粒更小。如果玉米粒中的水分百分比太低，玉米粒根本不會爆裂，因為沒有足夠的壓力累積。
在活動結束時，您將玉米粒放入玻璃杯後，應該很容易看到爆米花的大小和體積差異。儘管您放入的爆裂玉米粒數量完全相同，但裝有普通爆米花的玻璃杯應該比其他玻璃杯高得多——再次證明了這些“理想”的玉米粒爆裂和膨脹效果更好。
清理
清洗所有餐具。務必讓鍋中的油冷卻後再向其中加水。您可以吃掉並分享所有爆裂的爆米花。
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