我們在廚房烘培時，可以觀察到一些相當有趣的化學現象。只要微妙地改變四種基本材料──麵粉、油脂、糖和蛋──料理時的化學特性，就能變出蓬鬆的蛋糕、有嚼勁的餅乾或千層派。一起來探討烹調食物時的化學變化。
膨鬆劑會產生氣泡，加熱時氣泡中的空氣會膨脹，讓蛋糕、麵包和舒芙蕾變得蓬鬆。這些氣泡可以藉由兩種物質產生，一是化學膨鬆劑（如發粉），二是蘇打粉。此兩種物質與水作用會形成二氧化碳氣體。這種反應速度很快，因此膨鬆劑的用量必須小心調整。放太多的話，氣泡會變得太大而脹破；太少的話，蛋糕混合材料的密度又會讓氣泡完全無法形成。
麵包酵母（又稱啤酒酵母菌）常用於製造慢發、增添風味的糕餅。酵母是一種真菌類的單細胞生物。首先，酵母菌會利用氧氣進行有氧呼吸，製造出二氧化碳氣泡。當氧氣耗盡，酵母菌便像釀啤酒的過程般，開始發酵並製造出酒精，不過在麵團裡形成的酒精都會在烤箱中蒸發。
製造氣泡很簡單，但要讓氣泡保持完整，就得在化學上多花心思了。做麵包最常用的材料是麵粉，麵粉內含澱粉顆粒，顆粒周遭則包圍著兩種重要的蛋白質：麥榖蛋白和榖膠蛋白。麥榖蛋白與水混合、揉捏後，會與榖膠蛋白交叉並連結成網絡，製造出有彈性的新蛋白質──「麩質」。麩質是一種「超級蛋白質」（或稱蛋白質複合物），特性很像橡皮筋，會形成有彈性的橋接物，能將澱粉分子相連。想做出蓬鬆的麵包，關鍵就在於製造出很多小型的彈性氣泡；麵團揉得越久、伸展得越多，麩質網絡就會越強韌。在麵粉中加蛋時，蛋扮演的角色類似麩質，也會提供蛋白質連結，幫助氣泡形成，並且讓蛋糕成形。
酥餅類糕點與麵包不同，需要酥脆的口感，所以麵包師傅會試著減少麩質的量，因為麩質會導致膠黏性。作法是先將奶油揉進麵粉裡，讓澱粉分子包覆一層油脂，避免麥榖蛋白和榖膠蛋白接觸到水分而產生作用。
烘焙食品的質地也可用糖改變。將糖與奶油一起攪拌，糖晶體銳利的邊緣就會讓小氣泡有機會形成，混合物於是呈現淡奶黃色。這些氣泡膨脹的作用就跟用膨鬆劑產生的氣泡一樣，可以使蛋糕口感鬆軟。融化的油脂則常用於製作質感較細緻的餅乾，因為油脂可減少氣泡在糖晶體旁形成的機會。
糖也會吸收空氣中的濕氣，大大影響糕餅的含水量。黑糖比白糖更容易吸水；細糖又比粗糖容易吸水。在食譜中嘗試不同種類的糖，成品的含水量與質地也會因此改變。
然而化學反應不只影響烘焙，也會決定肉類的味道。肉類約有70%的成份是水，其他組成大多為蛋白質和脂肪。不同部位的肉含有不同程度的膠原──一種表皮、肌腱和結締組織中的纖維蛋白。膠原含量越高，肉質就越韌。
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較昂貴的部位以及幼年動物的肉含有的膠原比較少，短時間內可煮熟。肌肉的肌凝蛋白在低溫（如50℃）時會變性（分解），開始交叉連結，並支撐肉類的結構，此時，蛋白質之間的水分子會開始減少，但肉仍柔軟多汁。到了60℃，肌肉裡的紅色素肌紅蛋白會變性，形成半血色質，讓熟紅肉顯現灰褐色。
若繼續加熱，膠原會皺縮，逼出水分，把原本多汁柔軟的肉變得乾澀嚼口。若持續升溫，例如至70℃，肉會變得更韌，且膠原會溶解成動物膠。肉的纖維雖然比較易碎，動物膠卻可充當潤滑劑，讓慢燉的肉質變軟，製造出「入口即化」的口感。
但加熱不是分解膠原的唯一方法，還有其他物理或化學方法可以軟化肉質。滷汁內常見的化學物質會干擾膠原纖維之間的連結，這些化學物質包括檸檬汁等酸性物質，或萃取自鳳梨的鳳梨酶等酵素。
廚房化學還有另一個很好的例子，就是「乳化」的過程。油和水不相容，但若要製造美乃滋和白醬，我們必須想辦法讓兩者可以融合。當油和水混合，油會浮在水上，而油水界面的表面張力很高。我們可以用機械力打破此張力，也就是搖動容器，讓油分解成越來越小的泡泡，散布在水中。然而這種乳化的成品（例如沙拉醬）只是暫時的，油和水不久又會分離。
美乃滋含有水樣蛋黃和脂狀奶油，兩者必須混合成均勻、白色的糊狀物，保持永久乳化。蛋黃裡有一種乳化劑稱為卵磷脂，可溶於脂肪和水。卵磷脂可在蛋黃和奶油之間形成橋接，讓美乃滋保持穩定的乳化狀態。白醬裡的麵粉也有類似功能，其細緻的粉末有助於結合奶油與液體。
食物的味道取決於揮發性成份的組合飄到空氣中與鼻腔感覺神經元的互動。每種食物可能含有數百種這類分子，但研究味道組合的科學家注意到，其中只要有一種分子相配，味道就可能很搭。他們利用這種方法設想許多全新、令人意外的食物組合（請見「奇怪的味道組合」）。
分子料理將烹調的科學提升到更高的境界。一群廚師和科學家純粹從物理與化學的角度看待食材，基於科學原理，一起尋找新的味道組合和烹調技巧。我們可以利用液態氮、注射器、離心機和超音波儀重新發明烹調方式。這個科學領域的始祖尼可拉斯．克提（Nicholas Kurti）說：「想到我們的文明就傷感，因為我們有能力（也已經）去測量金星上大氣的溫度，卻對舒芙蕾裡的狀況一無所知。」
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食物可以帶來快樂嗎？
人們常說想吃特定食物，或吃到某些食物會很開心。原因是人類演化後能從吃東西感到愉悅，這也會激勵我們在糧食短缺的時期，尋找高熱量食物。
人類大腦有種攝取脂肪和糖類的獎勵機制，亦即會釋出改善心情的神經傳導物，例如多巴胺和腦內啡。關於這點，研究最徹底的該算是巧克力，其含有苯乙胺，會影響身體類鴉片的分泌。
另外，所謂「慰藉食物」（comfort food）的作用比較屬心理層面，它帶來的愉悅感往往與視覺、氣味和味道有關，這些都會激起我們的懷舊情感。
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