一定会让您的晚餐客人惊叹的一种甜点是阿拉斯加烤的。这种经典的零食包括放在海绵蛋糕床上，覆盖有酥皮的冰淇淋。尽管甜点进入了热烤箱以焦糖蛋白酥皮，但内部的冰淇淋令人惊讶地冷冻。在这篇博客文章中，我们使用comsolMultiphysics®软件的传热模拟功能来了解烤制的阿拉斯加如何工作。
烤阿拉斯加：将冷热混合在一个甜点中
豪华的烤阿拉斯加是通过将冰淇淋放入馅饼菜或经典圆顶形状的碗中来制成的。然后，您用海绵蛋糕片覆盖冰淇淋，以形成甜点的底部。接下来，您将冰淇淋和海绵蛋糕倒置在扁平盘中，然后用蛋白酥皮（蛋清和糖搅拌到坚硬的泡沫）盖上冰淇淋，就好像您正在冻结蛋糕一样。整个甜点被放入一个非常热的烤箱中，足以使蛋白酥皮焦糖，但短足以防止冰淇淋融化。
经典的圆顶形烤阿拉斯加，冰淇淋周围有一层焦糖蛋白甜饼。
随着故事的发展，这个名字“烤阿拉斯加”于1867年在纽约市的德尔蒙诺科餐厅创造，以庆祝最近从俄罗斯帝国收购阿拉斯加。然而，阿拉斯加烤的真正起源一直在辩论。
烤阿拉斯加背后的物理学
即使将冰淇淋放在烤烤箱中，也可以通过利用泡沫成分的细胞结构（蛋白酥皮和海绵蛋糕）的绝缘性能来冷冻，即使将其放在热烤箱中。冰淇淋被酥皮和海绵蛋糕所包围，它们的热量非常差。这样可以防止烤箱中的强烈热量到达冰淇淋。
冰淇淋开始在约-3°C的情况下融化，因此必须在冰淇淋温度接近熔点之前将蛋白酥皮焦糖化。以下因素对冰淇淋的温度有最大的影响：
- 烤阿拉斯加组件的初始温度
- 烤箱的温度
- 烤箱中的时间
- 蛋白酥皮层的厚度
所有这些因素都可以使用烤阿拉斯加的Comsol多物理模型来模拟。这样的模拟可以洞悉每个因素的定量效果，以确保每次甜点在餐桌上取得成功。
使用comsolMultiphysics®分析烤阿拉斯加的热传递
对于我们烤阿拉斯加型号的几何形状，我们使用半个球体作为甜点的共同圆顶形状。几何形状包括底部的一层海绵蛋糕和一层覆盖圆顶冰淇淋的蛋白甜饼。蛋白酥皮层的厚度添加为参数，因此它很容易变化。厚度最初设置为2厘米。
出于相同的原因，烤箱温度也被添加为参数，最初设置为250°C。一些食谱要求烤箱温度约为220°C，烹饪时间约为8至10分钟，而其他食谱则使用较高的温度约为250°C，在烤箱中仅使用几分钟。我们的模拟将显示甜点是否如两种情况所预期出来。
我们使用时间依赖时间的传热模拟固体中的传热comsol多物理学中的接口。作为模拟的输入，我们需要为冰淇淋，蛋白酥皮和海绵蛋糕提供密度，导热率和热容量。此模拟中使用的值来自书籍厨房作为实验室：对食物和烹饪科学的思考，由Vega等编辑。
材料特性添加到三个材料节点分别分别为代表冰淇淋，酥皮和海绵蛋糕的几何形状中的域。从数据来看，蛋白酥皮和海绵蛋糕是同样差的热导体，这意味着它们都提供覆盖冰淇淋的充分隔热材料。
为了建模传热，固体中的传热界面使用各自材料中的材料特性。
冰淇淋的初始温度设置为-18°C（典型的冰柜温度），蛋白酥皮的8°C（如果使用已存储在冰箱中的鸡蛋）和20°C（室温）的蛋白含量为8°C（室温）海绵蛋糕。
对于边界条件，具有较大传热系数的热通量代表烤箱中影响阿拉斯加温度的对流热通量。
我们可以建立一项时间依赖的研究，以模拟从烤箱放入烤箱的那一刻到在那里停留12分钟的时间，这超出了大多数要求的要求食谱。此外，添加了完整的参数扫描，以分析改变蛋白酥皮层和烤箱温度的影响。下图显示了如何选择从这两个参数和时间的任何组合绘制温度分布。
选择蛋白酥皮层的厚度，烤箱温度以及完全参数时间依赖性模拟的时间。
作为模拟的主要结果，可以将整个烤制阿拉斯加的温度显示为音量图，如下所示。
4分钟后，烤制阿拉斯加内部的温度场（以摄氏度为单位），蛋白酥皮层为2 cm，烤箱温度为250°C。
接下来，我们使用横截面温度轮廓进行更定量的分析。作为该模型的扩展，我们还展示了一个示例，说明了如何改变最初的温度之一，以分析如果将冰淇淋解冻一会儿，然后将烤面包的阿拉斯加放入烤箱中。
烤阿拉斯加的冰淇淋会融化吗？
让我们考虑模拟中参数值的各种组合中的两种情况：
- 1厘米的蛋白甜饼层；在最低温度下，200°C；在4、8和12分钟之后
- 2厘米的蛋白甜饼层；在最高温度下，250°C；在4、8和12分钟之后
保持冰淇淋冷冻的标准是，即使冰淇淋靠近蛋白酥皮或海绵蛋糕，温度也保持在-3°C或更低。
酥皮层薄层和较低的温度
以下图显示了烘焙阿拉斯加中心的温度，其蛋白酥皮层为1 cm，在4、8和12分钟后从底部到顶部的烤箱温度为200°C。以下图使用切线3D数据集以评估从底部到顶部的中心线沿着中心线的温度。使用1D图组中的线图绘制温度。
四分钟（蓝色），八分钟（绿色）和十二分钟（红色）后，从底部到烘焙的阿拉斯加底部到顶部的温度剖面。
在下面的特写图中，其他直线代表冰淇淋熔点和蛋白冰奶油边框。这些行是使用额外的线图同一绘图组中的节点和两个定义级别的参数。
四分钟（蓝色），八分钟（绿色）和十二分钟（红色）后，温度朝着阿拉斯加烤面包的顶部朝着烤面包的顶部。冰淇淋熔点是虚线的黑线，垂直洋红色线表示蛋白冰奶油边框。八分钟后，冰淇淋的外部开始融化。
模拟表明冰淇淋在4分钟后完好无损，但是8分钟后，1厘米的蛋白酥皮层太薄，无法防止冰淇淋从外部熔化。如果我们要切换到2厘米层，如有必要，烤的阿拉斯加可以在烤箱中保留整整12分钟。
酥皮层厚和更高的温度
让我们切换到另一个参数解决方案，以查看如果将蛋白酥皮层提高到2 cm，将温度增加到250°C，会发生什么。以下图显示了朝着阿拉斯加烤制顶部的模拟结果。
四分钟（蓝色），八分钟（绿色）和十二分钟（红色）后，温度朝着阿拉斯加烤面包的顶部朝着烤面包的顶部。八分钟后，尽管烤箱较厚，冰淇淋的外部仍然冷冻，但由于蛋白酥皮层厚。
模拟表明，即使在8分钟后，冰淇淋也没有融化，这要归功于酥皮层较厚，从而使冰淇淋从高火中绝缘。您在烤阿拉斯加的多个食谱中发现的值为250°C和4至5分钟的烤箱时间，我们的Comsol多物理学模拟证实，冰淇淋应与这些烤箱时间和温度保持完整，并具有2-CM蛋白酥皮层。
使用略带解冻的冰淇淋
让我们考虑一下将冰淇淋从冰箱中取出一段时间的情况，有些面包师可能想做一些更容易地将其塑造成圆顶。如果我们以2 cm的蛋白酥皮层和250°C的烤箱温度重新融合了盒子的模拟，但是初始冰淇淋温度为-10°C而不是-18°C，则我们得到以下结果。
两分钟（蓝色），四分钟（绿色）和八分钟（红色）后，温度朝着阿拉斯加烤面包的顶部朝着烤面包的顶部。四分钟后，冰淇淋已经开始融化。
如预期的那样，冰淇淋中较高的温度使其达到熔点的速度更快，因此保持冰淇淋尽可能冷非常重要。在这种情况下，它已经在大约三分钟后开始融化，因此，如果您不快速处理阿拉斯加烤制，那么到达餐桌的时间可能会稍微融化。
随时待命？
总而言之，这些模拟表明，如果您将蛋白酥皮层保持足够厚，烘烤时间相当短，冰淇淋冷，您应该能够在外面搭配焦糖蛋白酥皮和美味的冷冻冰淇淋制作甜点在内部。反过来，这种经典的甜点将通过对热力学定律的明显蔑视，继续给晚餐客人留下深刻的印象。
使用Comsol多物理学，我们可以证明，热绝缘的蛋白酥皮和海绵蛋糕的层可以防止烤箱的强烈热量融化冰淇淋，从而制造出完美的烘焙阿拉斯加。BonAppétit！
食物物理学的更多资源
- 在Comsol博客上查看以下食物物理博客文章：乐动体育赛事播报
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