当物理学家爱上意大利面：一碗Cacio e Pepe里的科学奥秘

一年一度的诺贝尔奖在前不久已经揭晓，大家对物理学奖、化学奖、医学奖都耳熟能详，但或许不知道的是，还有一种诺奖也同样值得我们关注：搞笑诺贝尔奖。

这个奖项的宗旨是先让人笑，再让人思考，专门表彰那些乍看之下有些离经叛道，但细想起来却充满智慧的科学研究。2025年，该奖颁给了一群意大利科学家，他们用专业知识破解了厨房里令人头疼的问题上：如何做出完美的Cacio e Pepe（奶酪黑胡椒意面）。

如果你曾经尝试过制作Cacio e Pepe，你就会明白这道菜有多邪门。配料表很简单：面条、佩科里诺奶酪、黑胡椒、煮面水。就这四样东西。但这道来自罗马的传统菜肴，是厨师的噩梦。无数人满怀信心地开始，把煮好的面条和磨碎的奶酪混在一起，加入煮面水，然后灾难发生了。原本丝滑如奶油的酱汁，瞬间变成了一团团橡皮糖般的块状物，奶酪和水完全分离。

这就是奥地利科技学院的博士后研究员Fabrizio Olmeda面临的困境。作为一个意大利人，他热爱为朋友们烹饪传统菜肴。但每次做Cacio e Pepe，他都在与那些讨厌的奶酪团块作斗争。

终于有一天，他受够了。于是，一个不同寻常的研究项目诞生了。

我们先来理解一个关键概念：相分离。相，可以简单理解为状态。往一杯水里倒入食用油，油和水最终总会分成两层，油浮在上面，水沉在下面。这就是最经典的相分离现象。用物理学的语言来说，相分离就是原本混合在一起的物质，自发地分离成两个或多个不同的相（状态）。相分离通常由两个因素驱动：一是物质之间的不合群，就像油和水天生不相容，二是温度、浓度等外部条件的变化。

他把那种奶酪结成大块的失败状态，命名为马苏里拉相。而问题正是出在温度上。奶酪本身就是一个由蛋白质网络包裹着脂肪和水的稳定固体乳浊液，当温度适中时，这些蛋白质分子在水中相安无事，形成均匀的混合物。但一旦温度超过，蛋白质分子就会发生变性，蛋白质的结构发生了不可逆的改变。

变性后的蛋白质分子相互吸引、聚集在一起，形成越来越大的团块。最终，酱汁分成两个世界：一边是挤在一起的蛋白质大团（马苏里拉相），另一边是几乎不含奶酪的清水。

这就暴露了制作中的一个核心矛盾，我们可以称之为温度陷阱。奶酪开始结块的温度远低于它完全融化成顺滑酱汁所需的温度。厨师需要把奶酪融化，于是持续加热。但当他们终于看到奶酪融化时，其内部的蛋白质早已越过了结块危险区温度，变得油水分离、惨不忍睹。这正是物理学家们通过严谨实验量化出的烹饪难题。

那么，如何才能安全地跨越这个温度陷阱呢？科学家们通过系统性地测试大量样品，发现了一个被传统厨师直觉感知却从未被量化的秘密：淀粉。厨师早就注意到一个现象：用煮过面的水比用纯净水更容易成功。只是没人知道为什么，也没人知道需要多少淀粉才够。

当面条在沸水中翻滚时，它会向水中释放淀粉分子。这些淀粉分子并不是简单地溶解，它们在加热过程中会发生糊化，膨胀并形成一个三维的网络结构。形成一个微观的保护网络，物理性地隔离了奶酪蛋白，阻止它们抱团结块。

更重要的是，淀粉网络提前建立了一个稳定的框架。即使温度上升到65°C以上，即使蛋白质发生变性，这个框架依然能限制它们的活动范围，防止形成系统级的大块聚集。

当所有实验数据汇总后，一幅清晰的图景浮现出来。

这张图的横轴是淀粉浓度百分比，纵轴是温度。每个点代表一个样品，颜色代表奶酪团块的大小。

相图揭示了三个关键区域，我们可以看到在淀粉浓度2-4%的右侧区域，大部分是一片平静的蓝色。也就意味着即使温度升到70°C以上，酱汁依然更大程度地保持了丝滑均匀。

好了，分析到这里，结尾就可以为大家附上科学版的Cacio e Pepe配方了：

配料：

意大利面（tonnarelli最佳）：300克

佩科里诺罗马诺奶酪（磨碎）：200克

玉米或土豆淀粉：5克

水：150克

新鲜研磨黑胡椒：适量

步骤：

将5克淀粉与150克水混合，加热搅拌至变得粘稠透明（糊化），然后冷却至室温

用搅拌机将淀粉凝胶与磨碎的奶酪混合均匀，加入黑胡椒

在轻盐水中煮面至al dente，保留一些煮面水

沥干面条后冷却约1分钟（量大可更久），避免过热破坏酱汁

将面条与酱汁混合，用煮面水调整浓度，快速拌匀

撒上额外的奶酪和胡椒，趁热享用

科学保证：这个配方中淀粉含量位于相图的安全区。即使你的厨房温度控制不够精准，酱汁也不会轻易崩溃。而且它可以重新加热——这是传统方法无法做到的。

参考文献

Bartolucci, G., et al. (2025). "Phase behavior of Cacio e Pepe sauce." Physics of Fluids, 37(4), 044122. DOI: 10.1063/5.0255841

本文为科普中国·创作培育计划扶持作品

出品丨科普中国科普部

监制丨中国科学技术出版社有限公司、北京中科星河文化传媒有限公司

作者丨蔡文垂 中国科学院大学博士研究生 中国光学学会会员

审核丨陶宁 中科院生物物理研究所副研究员、中国生物物理学会会员