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Take Home Message
• 棉花糖的製作過程經歷了相變的過程。砂糖先被加熱融化，再由高速旋轉甩出細絲並迅速冷卻，重新凝固成固體，但分子排列已不同於原本的晶體結構。
• 棉花糖機的高轉速使液態糖在慣性作用下從細孔飛出，形成極細的糖絲。糖絲由於表面積大，能在空氣中瞬間散熱，快速凝固為非晶態固體。
• 根據物質的三相圖，可見沸騰、昇華以及臨界點與超臨界流體等物理概念，相變是自然界與工業應用的常見物理原理。

棉花糖的誕生

棉花糖（cotton candy）的確和天邊雲彩神似，有時小販還將棉花糖上色，五顏七彩甚是好看！是大人小孩都愛的甜食。打從小就吃過看過的棉花糖，也有百來年的歷史，話說1897 年，美國牙醫摩里斯（William James Morrison）和糖果商莫頓（John C. Wharton）共同發明了棉花糖，又稱糖果絲（candy floss）。光聽名字就吸引小朋友，其實牙線的英文就叫dental floss，不知是因為牙醫發明了fairy floss（仙女絲），所以才將清潔牙齒的線喚為floss（牙線），還是因為職業的關係，將牙線的概念帶進了棉花糖？

圖一｜糖蔥和龍鬚糖都是經過反覆拉扯而成絲狀塊。由蔗糖製成的糖蔥質地較硬，麥芽糖製程的龍鬚糖則較為絲滑。（Richard Lai, public domain, Wikimedia Commons）

圖二｜棉花糖機由電子啟動裝置以及馬達帶動的旋轉碗所構成。（unsplash）

我們平常都認為糖果就該是一顆顆的固體狀甜食，即便在製作過程，從甘蔗、甜菜等原料，都是透過榨汁、熬煮等手續產生，當中沒有出現如仙女絲線般的階段。倒是糖蔥和龍鬚糖（圖一）是經過反覆拉扯成絲狀塊，蔗糖做的糖蔥較硬，麥芽糖做的龍鬚糖則千絲萬縷，較為絲滑，成團的龍鬚糖也些似雲彩。龍鬚糖的歷史可追朔到漢朝宮廷甜食，糖蔥則是小人物無奈的產物，相傳日治時期，臺灣產的蔗糖被運往日本，老百姓禁止食用甘蔗，於是便以砂糖加水熬煮，自製糖蔥作為替代。

說回棉花糖，它又是如何變成更加絲滑、更加像棉絮的中外甜食？摩里斯當時是將糖的顆粒加熱，並加以旋轉後產生，他們根據這套原理製成機器，在1904 年聖路易斯世博會（St. Louis World's Fair）上首次展示，當時稱為仙女絲。1905年，羅賓遜（Albert D. Robinson）申請了電動糖果旋轉機的專利，該機器由電子啟動器和馬達驅動的可旋轉碗組成（圖二），可有效保持加熱。此後棉花糖風行全世界，美國更將12月7日訂為全國棉花糖日（National Cotton Candy Day）。

轉出來的棉花糖

加熱和旋轉是棉花糖機的核心功能，作法通常是將顆粒糖（砂糖）從中間碗狀口放入，裡頭是個加熱器，將固體的顆粒糖融化成許多液滴狀的糖。由於中間的碗是在高速旋轉，基於旋轉的慣性原理，液滴糖會從四周許許多多的細孔噴出，在空氣中快速冷卻，重新凝固成細絲狀的固體糖，這時拿支小棍，適當地在周圍收集這些糖絲，就成了大大的棉花糖！

上述過程完全物理變化，糖從小顆粒的固體，加熱轉化成液滴，然後再冷卻成絲狀甜甜的固體，只有形態改變而已。此外還涉及物體的慣性運動概念，當顆粒糖掉到快速旋轉的碗，碗壁會帶動其快速旋轉，同時也限制顆粒糖向外飛出，這與月球繞地球運行的情形有些類似。月球以每秒將近一公里的速度繞著地球，受到萬有引力束縛，如果萬有引力突然消失，月球就依其慣性，沿著切線方向飛走。同樣情形，顆粒糖貼著碗壁旋轉，當受熱溶成的糖液經過碗壁上的細孔，就依其慣性向外飛出，形成細絲。

棉花糖有化學？

在這過程中，有沒有屬於化學的特性？這部分就牽涉到糖的化學成分。我們之前提到的糖蔥（蔗糖）和麥芽糖，雖然外型相異，兩者的化學式卻相同……【更多內容請閱讀科學月刊第677期】