牛肉汤煮久了发黑主要是肉里的黑色素和蛋白质反应造成的。牛肉本身含有肌红蛋白和胶原蛋白，当长时间高温炖煮时，这些物质会分解产生深色物质。比如炖煮超过两小时，温度超过90度，肉里的铁元素和氨基酸就会结合成黑褐色化合物。有个实验数据显示，用牛腱肉炖煮3小时，汤色深浅比炖煮1小时明显加深47%，而炖煮5小时后，汤色黑度达到峰值。

因为牛肉里的肌红蛋白含有铁元素，长时间炖煮会让铁元素氧化成三价铁，这种氧化铁会吸附在汤表面形成黑膜。同时胶原蛋白在高温下变性收缩，表面裂开的小孔会聚集黑色素。比如用牛腩炖煮时，前40分钟汤色微黄，到80分钟开始出现黑点，120分钟后整锅汤都发黑。有个研究说炖煮时间每增加30分钟，汤色黑度就上升0.5个色阶，而温度每升高10度，反应速度加快1.8倍。所以炖汤时最好用中小火，控制在1.5小时以内，既能入味又不发黑。