麵包為什麼會膨脹？
― 做出氣泡不難，難的是不讓它跑掉
揉好的麵團，是沉甸甸的一塊。幾個小時後體積會變成兩倍以上，烤過之後又再大上一圈，切開來還布滿了細密的小孔。並不是因為灌進了空氣。而是麵團內部產生了氣體。不過，真正困難的不是產生氣體，而是把它留住、不讓它跑掉。
不管是吐司還是法國麵包，切開後都密密麻麻布滿細孔。用手指按下去會凹陷，放開又會彈回來。
這些孔洞裡，裝的是什麼呢？大家常以為是空氣，其實不是。揉麵時並沒有刻意把空氣揉進去。
孔洞的真面目，是在麵團裡新產生出來的氣體。製造它的是叫做酵母（Yeast）的微生物，它會吃掉麵團裡的糖分，排出二氧化碳。
不過，光是這樣的話，啤酒或汽水裡也在發生同樣的事。麵包特別的地方，在於那些氣泡能留下來、不會逃走。
分解小麥裡的糖分，排出二氧化碳與酒精。麵包香氣的一部分，正是這種酒精的味道。
小麥裡的蛋白質會形成像橡膠一樣的網狀結構。這張網會伸展開來，包住氣泡並撐住它。
只是單純產生氣體的話，方法其實有很多種。真正困難的是第2點，那是只有小麥才能辦到的事。接下來依序說明。
氣體本身，其實產生得綽綽有餘
酵母會分解麵團裡的糖分，排出二氧化碳與酒精。經過麵包店門口聞到的那股微微酸甜的香氣，有一部分就是這種酒精的味道（烘烤後大多會揮發掉）。
產生的量有多少呢？大約2小匙的糖，就能產生接近兩瓶1.5公升寶特瓶份量的二氧化碳。詳細計算放在最後的摺疊區塊，但結論是比讓麵團膨脹所需的量多出5倍以上。
也就是說，氣體足夠，而且綽綽有餘。即便如此，用小麥粉以外的粉做麵包，卻還是很難膨脹。問題並不在產生氣體這一端。
難的是不讓它跑掉。
只有小麥才能形成的「網」
小麥粉加水揉捏後，粉裡的兩種蛋白質會相連，形成網狀結構。這張網拉開時會變薄延展，放手後又會縮回去，性質就像橡皮氣球。
正因為有這張網，氣體才能以氣泡的形式被包住，一邊撐開一邊讓整個麵團膨脹。如果沒有這張網，氣體只會從表面逸散出去，麵團不會膨脹。
用米粉或蕎麥粉做麵包之所以困難，是因為缺少能形成這張網的蛋白質，或者含量很少。就算產生了氣體，也留不住。與其說是「會膨脹的粉」，不如說是「能留住氣泡的粉」。
而揉麵這道工序，就是為了培養這張網。只是攪拌均勻，蛋白質是不會相連的。透過反覆施力延展，網狀結構才會一點一點地組織起來。
或許有點意外，但氣體幾乎不可能在什麼都沒有的地方直接形成氣泡。需要有一個極小的縫隙作為起點。
在麵包裡，這個起點是揉麵時捲入、小到肉眼看不見的氣泡。酵母排出的二氧化碳，會先溶入麵團，然後聚集到這些小氣泡裡，一點一點地變大。
也就是說，麵包孔洞的數量，幾乎在揉麵階段就已經決定了。不是之後才冒出新的氣泡，而是既有的氣泡在長大。麵團的處理方式會改變麵包的質地，原因就在這裡。
同樣的現象，在火山的岩漿或碳酸飲料裡也會發生。「溶在裡面的氣體，藉由某個契機變成氣泡」，機制完全相同。
膨脹幅度最大的，是烘烤最初的幾分鐘
發酵完成的麵團放進烤箱後，還會再大上一圈。可以說，正是這最後的膨脹決定了麵包的形狀。
原因有3個，彼此疊加在一起。
溫度升高後活動力一口氣加快，大量排出二氧化碳。不過超過50℃左右就會失去活性。
這才是最大的力量。就算只有一點點水，變成水蒸氣後體積會膨脹約1700倍。
第3個原因，是原本就存在的氣體本身因受熱而膨脹。單是從30℃升到100℃，體積就會增加約2成。
實際計算後會發現，水蒸氣的貢獻，其實比發酵產生的二氧化碳還要大。雖然大家常說「讓麵包膨脹的是酵母」，但最後那一把勁，其實是水在出力。
接著，骨架會在恰到好處的時機凝固下來。澱粉吸水後凝固，蛋白質網狀結構受熱後固定。就在膨脹到極限的那一刻，形狀被凍結了下來。剛出爐的麵包放涼後不會縮小，原因就在這裡。
揉麵過程中或餅乾麵團，有時會讓人忍不住想捏一小口嘗嘗。並不建議這麼做。
原因不只是雞蛋。未經加熱的小麥粉本身也需要注意。小麥粉從田裡到裝袋都沒有經過加熱，偶爾會殘留可能引起食物中毒的菌。請把它當作必須加熱後才安全的食材。
小孩子幫忙做菜時，最好事先提醒他們不要把麵團放進嘴裡，也不要用摸過麵團的手碰嘴巴。
在廚房就能確認的實驗
- 在寶特瓶（500 mL）裡加入溫水200 mL、糖2小匙、乾酵母（Dry Yeast）1小匙，輕輕搖晃混合
- 瓶口套上洩了氣的氣球
- 放在溫暖的地方（約30℃），靜置15〜30分鐘
- 氣球會漸漸膨脹起來。這就是酵母排出的二氧化碳
- 同時準備一瓶沒有加酵母的對照組，效果會更清楚
第5點是這個觀察的關鍵。「會不會只是因為加溫才膨脹？」這個疑慮，可以自己排除。請不要蓋緊瓶蓋，一定要用氣球留出洩壓的出口。密閉的話會累積壓力，非常危險。水溫也不要太高（超過60℃酵母會死亡，無法膨脹）。實驗結束後請倒入水槽並仔細清洗。
總結
麵包會膨脹，是因為酵母吃掉糖分、排出二氧化碳，而小麥蛋白質形成的網狀結構把它包住、不讓它跑掉。氣體其實產生得綽綽有餘，真正困難的是留住它，而這一點只有小麥才能辦到。接著在烘烤時，水變成水蒸氣做出最後一把推力，也正好在這個時候骨架凝固定型。
讓麵包膨脹的是酵母，
但決定形狀的，是網狀結構與水。
想了解更多 ― 用語、數值，以及與教科書的關聯從國中理科到目前仍在研究中的課題，都明確標示屬於哪個程度
- 國中國中理科課程範圍
- 高中高中「化學基礎」「生物基礎」課程範圍
- 高中＋高中「化學」「生物」，或教科書中屬於進階、專欄性質的內容
- 大學高中不會教的大學專業科目（食品科學）內容
- 研究中即使在大學裡也還不算「定論」、研究者目前仍在調查中的課題
國中用語：與麵包相關的詞彙
- 酵母（Yeast）：分解糖分、排出二氧化碳與酒精的微生物。和黴菌、菇類屬於同一類。
- 酒精發酵：不使用氧氣來分解糖分的作用。麵包、清酒、啤酒都共通。
- 麩質（Gluten）：小麥的兩種蛋白質經加水揉捏後形成的網狀結構，就是本文所說的「網」。
- 糊化：澱粉因水與熱而凝固的現象。煮飯時米飯變軟，也是同樣的原理。
- 泡打粉（Baking Powder）：不靠微生物，而是靠化學反應直接產生二氧化碳的粉末。不需要花時間等待。
高中用公式驗證：糖能產生多少氣體
本文提到「氣體其實產生得綽綽有餘」。到底多出多少，可以用計算求出來。
C₆H₁₂O₆ → 2C₂H₅OH ＋ 2CO₂
| C₆H₁₂O₆ 葡萄糖 | 每 1 mol 為 180 g |
| C₂H₅OH 乙醇 | 每 1 mol 為 46 g |
| CO₂ 二氧化碳 | 每 1 mol 為 44 g |
讀法是「糖為1的話，會產生2份的乙醇與2份的二氧化碳」。順便確認一下重量是否吻合。
| 生成乙醇的重量 | 2 × 46 ＝ 92 g |
| 生成二氧化碳的重量 | 2 × 44 ＝ 88 g |
| 合計（應該等於原本的糖） | 92 ＋ 88 ＝ 180 g |
吻合了。糖並不是消失了，只是分成了氣體與液體。
| 使用的糖 | 10 g（約2小匙） |
| 換算成 mol | 10 ÷ 180 ≒ 0.056 mol |
| 二氧化碳是它的2倍 | 0.056 × 2 ＝ 0.112 mol |
| 氣體 1 mol 的體積 | 約 24 L |
| 產生的二氧化碳 | 0.112 × 24 ≒ 2.7 L |
2.7公升。接近兩瓶1.5公升的寶特瓶。只用2小匙的糖，就能產生這麼多。
那麼，實際需要多少呢？500 g的麵團要膨脹成兩倍，只需要增加約0.5公升就夠了。
| 能產生的量 | 2.7 L |
| 所需的量 | 0.5 L |
| 餘裕 | 2.7 ÷ 0.5 ≒ 5.4 倍 |
多出5倍以上。所以「氣體不夠、麵團不膨脹」這種情況，基本上不會發生。膨脹不起來的原因，大多出在留住氣體的那一端。
※ 實際上並非所有糖都會被分解，有一部分也會用於酵母自身的增殖。而且砂糖（蔗糖）要先分解才能被利用。以上計算僅用於估算上限。
把烤箱裡最後的膨脹拆成3部分來估算。
| 甲）水變成水蒸氣的部分 | 假設麵團中100 g的水，有5%變成水蒸氣 |
| 變成水蒸氣的水重量 | 100 × 0.05 ＝ 5 g |
| 體積約膨脹1700倍，所以 | 5 × 1700 ＝ 8500 mL |
| 換算成公升 | 8500 ÷ 1000 ＝ 8.5 L |
| 乙）原有氣體受熱膨脹的部分 | 從30℃（303 K）升到100℃（373 K） |
| 膨脹比例 | 373 ÷ 303 ≒ 1.23 倍 |
②算出的二氧化碳為2.7 L，甲產生的水蒸氣為8.5 L。水蒸氣多出3倍以上。
雖然常說「讓麵包膨脹的是酵母」，但就量而言，最後那一把勁其實是水在出力。酵母的工作，主要在於烘烤前先鋪好細緻氣泡的基礎。
順帶一提，「水變成水蒸氣後體積約膨脹1700倍」這個數字，和天婦羅油裡滴進水的那篇文章裡出現的數字相同。廚房裡讓麵包膨脹的力量，和噴出火柱的力量，其實是同一種現象。差別只在於是被留住，還是一口氣噴發出來。
※ 蒸發比例、麵團含水量、烘烤溫度都會因條件而有很大差異。以上僅為估算哪個因素影響較大的概算。
高中＋為什麼會「恰到好處」地凝固
烘烤過程中，麵團內部按順序發生著各種不同的變化。正是這個順序，決定了麵包的形狀。
- 40〜50℃左右：酵母的活動達到最旺盛，之後便失去活性
- 60℃前後：澱粉吸水後開始凝固（糊化）
- 70℃以上：蛋白質網狀結構受熱凝固，不再能伸展
- 100℃前後：水變成水蒸氣，撐開力道達到最強
- 140℃以上（僅限表面）：烤色與香氣就此形成
撐開力道達到最大，與骨架凝固定型，幾乎在同一時間發生。如果凝固得太早，麵團會在完全膨脹之前就停住。如果太晚，則會失去支撐而塌陷。
如果把烤到一半的麵包提早從烤箱取出，有時會整個消風塌陷。原因就在於骨架還沒完全凝固。
此外，溫度越高，二氧化碳就越難溶在水裡。原本溶在麵團水分裡的二氧化碳，會因受熱被逼出來、加入氣泡之中。這也對最後的膨脹有貢獻。這和壓力鍋那篇文章是同樣的道理，能溶解的量會隨條件而改變。
大學麵團既不是固體，也不是液體
麵團具有一種中間性質：按下去會變形（像液體），放開後又會稍微彈回來（像固體）。有一個學科專門處理這類性質，會分別測量「能伸展多少」與「能彈回多少」，把麵團的好壞轉換成數值來評估。
困難的地方在於，這個性質會隨時間改變。剛揉好的當下，和靜置一段時間後，會變成完全不同的東西。而且變化的速度，還會因溫度、含水量、粉的種類而不同。就算「配方相同」，也不會做出「相同的麵團」。
氣泡這一側也有問題。大氣泡會吸收小氣泡，讓自己變得更大。放著不管的話，氣泡大小會參差不齊，做出有大孔洞的麵包。在適當時機把麵團摺疊、排氣，其實有重新讓氣泡大小趨於一致的作用。
研究中就算配方相同，也做不出相同的麵包
- 麩質網狀結構究竟如何組成，在分子層次上還無法完全解釋清楚。兩種蛋白質是如何纏繞在一起、哪些鍵結在起作用，雖然已有大致的圖像，但據稱「揉麵會讓筋度變強」這件事，還沒能用分子層次的語言完整追蹤到底。
- 可重現性，至今仍是課題。小麥是農產品，產地、品種、當年的天候都會改變蛋白質的量與品質。工廠雖然每次都會測量並調整配方，但已知用來衡量粉的品質的指標本身，還不足以充分預測烘烤成果。
- 天然酵母（酸種，Sourdough）的微生物平衡相當複雜。酵母菌與乳酸菌共存，彼此互相影響。即使從同一個菌種分出來，放在不同的環境中，組成也會改變。為什麼能夠穩定延續下去，研究仍在持續進行。
- 吃小麥後出現的身體不適，目前仍有部分尚在討論中。一方面有免疫機制已經明確的疾病，另一方面，對於不屬於這類疾病的症狀，究竟是麩質造成的，還是其他成分造成的，仍存在爭議。請不要自行判斷限制飲食，應諮詢醫療機構。
麵包是人類製作了數千年的食物。即便如此，「為什麼這種粉能順利膨脹」，目前仍無法從分子層次去預測。做了很久，和了解得很透徹，是兩回事。
與教科書的關聯（依程度分類）
| 程度 | 科目・單元 | 對應本文段落 |
|---|---|---|
| 國中 | 理科・生物與微生物／氣體 | 酵母的作用、二氧化碳 |
| 高中 | 化學基礎・化學反應式與物質的量 | 10 g糖能產生多少氣體的計算 |
| 高中 | 生物基礎・呼吸與發酵 | 酒精發酵 |
| 高中＋ | 化學・氣體定律／蛋白質變性 | 受熱膨脹、網狀結構凝固的順序 |
| 大學 | 食品科學・流變學 | 麵團的黏彈性、氣泡粗大化 |
| 研究中 | 穀物科學（未解決課題） | 麩質形成、可重現性、微生物平衡 |
| ― | 食品安全 | 不要食用生麵團 |
- 依據日本食品科学工学会（日本食品科學工學會）及製麵包相關教科書所做的製麵包工序解說。
- Cauvain, S. P. & Young, L. S., Technology of Breadmaking（製麵包技術的標準教科書）。
- Shewry, P. R. 等人，關於小麥蛋白質與麩質形成的一系列研究。
- De Vuyst, L. 等人，關於酸種（Sourdough）微生物群的研究。
- 厚生労働省（厚生勞動省）與消費者庁（消費者廳）針對加熱不足的小麥粉、雞蛋所發布的注意事項。
※ 產生的氣體量、蒸發的水分比例、各階段的溫度，會因配方與條件而有很大差異。本文所列為一般常見的參考數值。
※本文為一般大眾取向的科學解說。關於食品的處理方式，請依循厚生労働省（厚生勞動省）、消費者庁（消費者廳）等機構公布的資訊。有關食物過敏或飲食限制的判斷，請不要自行決定，應諮詢醫療機構。文中數值僅供理解原理之用。