見識過咖啡拉花的朋友們多半會對咖啡師的技藝贊嘆不已。白色的熱牛奶沖進深褐色的濃縮咖啡里面，隨著咖啡師的手腕輕點，拿鐵表面便蕩漾出如心似葉的圖案。這事太有情調(diào)，太浪漫了。
【咖啡師制作葉形拉花（圖片來自 travellercoffee.pixnet.net）】咖啡拉花（latte art）主要分為兩種，一種是拉花（free pour)，在往濃縮咖啡（espresso) 中傾倒熱牛奶的同時“拉”出圖案；另一種則是雕花 (etching），是牛奶和咖啡混合之后，在頂部用巧克力醬和牙簽等輔助用品直接在拿鐵表面的泡沫上“雕”圖。拉花和雕花兩者比較，前者更加奇妙，而后者花樣更全。這是因為在雕花時，拿鐵表面的泡沫具有一定的穩(wěn)定性，能夠支撐巧克力醬、焦糖漿之類的有顏色的醬料，不但給咖啡師以更多時間，勾畫、構(gòu)圖也有了更大的自由。而拉花的奇妙之處則在于圖案是在調(diào)制拿鐵的過程當中形成的。拉花的奧妙，資深的咖啡師或許會從如何制取濃縮咖啡和熱牛奶泡沫談起。不過，從物理上來說，咖啡拉花是怎么一回事呢？這個咱得從表面劑談起。表面劑，或者叫做表面活性劑，是一類非常廣泛的物質(zhì)，在日常生活中隨處可見。洗衣粉、洗碗液靠它去油除污，小朋友靠它吹泡泡，沒有它，包括牛奶在內(nèi)的很多飲料都不會是我們看到的樣子。在食品工業(yè)里面應(yīng)用的時候，表面劑有時也被稱做乳化劑（參考閱讀“起云劑”來了，飲料還能喝嗎》[1]）。表面劑一般是同時具有親水部分和疏水部分的有機小分子。典型的表面劑有著下圖這樣的結(jié)構(gòu)：有一個可以親水的極性基團腦袋（B里面的圓球），還有一根或者多根長長的尾巴，這是喜歡溶解在油等非極性介質(zhì)里面的憎水基團部分（一般是長一點的碳鏈）。很多讀者在中學里都學過，構(gòu)成生物體細胞膜的磷脂分子也具有這樣的結(jié)構(gòu)，它有兩條憎水的尾巴，也可以作為表面劑。值得說明的是，這個表面劑的形象不應(yīng)該和我們常說的“小蝌蚪”們混起來。
【表面劑的典型分子結(jié)構(gòu)】如果我們在水里面加入一些表面劑，那么由于憎水的尾巴不喜歡和水挨在一起，如果尾巴和尾巴挨在一起，用親水的腦袋把水和尾巴隔離開來，那么整個系統(tǒng)的能量就會更低一些。就像下圖顯示的一樣，這可以形成各種各樣的結(jié)構(gòu)：可以是親水腦袋包裹著憎水尾巴的小球狀的膠束（Micelle）或者膠囊形狀，也可以是兩層表面劑分子包裹成球狀的（下圖中的Liposome），或者雙層的分子形成的平面膜等等。這個體系據(jù)信與生命最初形成的過程有關(guān)，即從混合有包括原始RNA或者DNA在內(nèi)的多種有機分子的原生湯里面是如何形成一個個的原始細胞的[2]。
?【表面劑在水里形成的幾種結(jié)構(gòu)。圖片來自維基百科-膠束（Micelle），已漢化。】表面劑的一個重要特性就是可以讓原本不能相混合的兩種液體或者一種液體和一種固體粉末混合起來，形成乳濁液或者膠體。比如說，水和油就可以通過加入一些表面劑形成乳濁液。根據(jù)水和油的比例不同，形成的結(jié)構(gòu)可以是油包水，可以是水包油，也可以是油水分層的多層結(jié)構(gòu)，而表面劑就在水和油的界面上，保證著系統(tǒng)的穩(wěn)定。這個特性的一個重要應(yīng)用就是洗去衣物上的油污。
【表面劑和它在洗滌、制作泡沫里面的應(yīng)用】蛋白質(zhì)里面一般同時具有親水和憎水的基團，因此很多蛋白質(zhì)都可以起到表面劑的作用。西餐里面的蛋黃醬是一種主要由植物油、蛋、檸檬汁或者醋以及其他調(diào)味料制成的調(diào)味醬，其中蛋里面的蛋白質(zhì)就起到了表面劑的作用，把植物油和水混合起來。牛奶是一種天然的乳濁液體，其中含有的蛋白質(zhì)也會把牛奶里的脂肪包裹著，懸浮在水里面。倘若通過外力等手段將這個體系破壞，就可以收集脂肪得到黃油，收集蛋白質(zhì)得到奶酪（參考閱讀《黃油，高熱量的美味要不要？》和《牛奶如何變奶酪？》[3]）。表面劑也可以用來穩(wěn)定空氣和水的界面，簡單點來說，就是可以用來吹泡泡。當很多的小氣泡聚在一起，而它們之間的水流走的時候，它們就會互相接觸，形成多面體的結(jié)構(gòu)：泡沫。這時候，憎水的尾巴暴露在空氣里面，而親水的腦袋扎在一薄層水里面，表面劑的存在降低了空氣和水的表面張力，使得這種泡沫的結(jié)構(gòu)可以存在一段時間，讓小孩子享受吹泡泡的樂趣，讓攝影師拍下它們的身影，讓科學家們可以研究它們的性質(zhì)，也讓咖啡師得以制作咖啡拉花。
【肥皂水里面含有表面劑，可以幫助穩(wěn)定水和空氣的界面，形成泡泡。感謝科學松鼠會的資深熱心攝影師瘦駝提供圖片?！恐谱骺Х壤ǖ谋永锩嬉确糯蟾湃莘e三分之一的濃縮咖啡（Espresso）。這是一種口感強烈的咖啡，用接近沸騰的熱水以高壓沖過細研后壓實的咖啡粉就能得到[4]。在濃縮咖啡的表面飄著一層紅棕色的泡沫狀的咖啡脂（crema），這層咖啡脂是咖啡里面的脂肪成分以及氣體形成的泡沫，而起到表面劑作用的是咖啡里的蛋白質(zhì)，以及細胞膜的磷脂分子等物質(zhì)。
【獲取濃縮咖啡時得到的咖啡脂。圖片來自維基[4]】咖啡脂的體積一般要占到濃縮咖啡的10%以上，而其中，氣體的體積含量大概能占到咖啡脂的一半。在光學顯微鏡下觀察咖啡脂的結(jié)構(gòu)，可以看出里面包含有氣泡、脂肪顆粒（一般小于10個微米）以及一些固體的顆粒（咖啡豆細胞壁的碎片之類）[5]。別小看了這層咖啡脂，咖啡脂的存在往往被當作濃縮咖啡質(zhì)量的標志，不止如此，咖啡脂本身也正是形成咖啡拉花的一個重要因素。
【光學顯微鏡下觀察到的咖啡脂。圖片來自資料[5]。】在咖啡拉花的制作過程中，倒入濃縮咖啡的熱牛奶經(jīng)過了預先的處理。有了牛奶里的蛋白質(zhì)當表面劑，再通過攪拌等手段，熱牛奶的表面形成了一層牛奶和空氣混合出來的泡沫（microfoam）[6]。（如何讓牛奶的泡沫起的又多又持久也是科學研究的一項內(nèi)容，可參閱《實驗室手記之卡布奇諾的泡泡》等文[7]）。在混合熱牛奶和濃縮咖啡的過程中，兩種泡沫被混合在一起：一種是空氣和牛奶混合的泡沫，一種是濃縮咖啡表面的脂肪、氣體和濃縮咖啡混合的咖啡脂泡沫。這兩種泡沫都相對穩(wěn)定，咖啡脂的泡沫一般可以維持 10 分鐘左右 [5] ，牛奶和空氣形成的泡沫也可以維持數(shù)分鐘之久 [8] 。這兩種泡沫混在一起之后，由于它們的顆粒都較大（微米級別），又擠在一起，顆粒的擴散過程是很慢的，在沒有攪拌的情況下，兩種泡沫之間混合的速度會很慢，因此，泡沫之間的界限會在很長時間內(nèi)保持清晰。這樣，咖啡師傾倒牛奶時做出來的圖案可以保持足夠長的時間，以供顧客欣賞。
【咖啡拉花可以做出各種漂亮的圖案?！坑凶x者可能會問了，為什么非得泡沫混合在一起才行，不同顏色的液體混合在一起就不行嗎？當我們把牛奶倒入咖啡時，雖然這兩種液體內(nèi)部仍然存在著微米大小的顆粒，但是這些顆粒并沒有互相緊挨著，并且這類顆粒只占液體的很小一部分，即使它們不會立刻就互相均勻混合，但由于內(nèi)部液體的流動很不穩(wěn)定，兩種液體混合的界面也會因為擴散很快變得模糊起來，無法做成拉花的圖案。其實，除了咖啡拉花之外，表面劑在我們?nèi)粘Ｉ詈凸I(yè)生產(chǎn)中都有著非常重要的應(yīng)用。在我們洗衣服、洗碗的過程中，表面劑的憎水尾巴深入污漬內(nèi)部，親水的腦袋和水密切相連，在洗刷的運動下，將污漬包裹成懸浮的顆粒隨著水而去。在食品工業(yè)里面，表面劑被用來將不同的原料混合在一起，以獲得新的口味和性狀（比如前面提到的蛋黃醬）。而在工業(yè)生產(chǎn)里面，表面劑可以用來混合不同的原料，以利于化學反應(yīng)的發(fā)生；或者用來混合不同的材料，以方便后續(xù)的加工處理（比如油漆）。原文參考資料：1.科學松鼠會，云無心，《“起云劑”來了，飲料還能喝嗎》，http://songshuhui.net/archives/55755 2. S. Huebner et al., Lipid-DNA Complex Formation: Reorganization and Rupture of Lipid Vesicles in the Presence of DNA As Observed by Cryoelectron Microscopy, Biophysical Journal 76, 3158 (1999). 3. 科學松鼠會，少個螺絲，《黃油，高熱量的美味要不要？》和《牛奶如何變奶酪？》。4. 維基百科，Espresso, http://en.wikipedia.org/wiki/Espresso 5. Ernesto Illy and Luciano Navarini, Neglected Food Bubbles: The Espresso Coffee Foam, Food Biophysics 6, 335-3348 (2011). 6. 維基百科, Microfoam, http://en.wikipedia.org/wiki/Microfoam 7. 科學松鼠會，云無心，《實驗室手記之卡布奇諾的泡泡》及《實驗室手記之卡布奇諾的泡泡（續(xù)）》。8. Felix Sebba, Microfoams—An Unexploited Colloid System, Journal of Colloid and Interface Science 35, 643 (1971).
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