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有沒有不破的泡沫

科學松鼠會_96
・2013/01/09 ・2075字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 481 ・五年級

吹肥皂泡大概是多數小朋友喜歡的活動。本來是無色的液體,吹成泡沫就變得五顏六色。有的很快就破了,有的卻可以「存活」很長時間,甚至掉到了頭上都不會立刻破開。這,是為什麼呢?有沒有辦法讓泡沫永遠不破呢?

水之所以形成泡泡,其中的「表面活性劑」居功至偉。表面活性劑是一類結構特別的分子,一頭喜歡水(稱為「親水端」),一頭喜歡空氣(叫做「疏水端」)。當我們吹出一個泡泡,構成泡泡的水膜就形成了兩個表面,外面與大氣相連,而裡面則與泡泡內的空氣相接。水中的表面活性劑會很快地跑到空氣和水的表 面上,親水端呆在水中,疏水端伸到空氣裡。在兩個表面上各自堆積了一層表面活性劑,就像兩層磚牆一樣。「磚牆」的中間,就是一層水。一個泡泡,就是由表面 活性劑組成的雙層「磚牆」夾著一層水組成。

跟普通磚牆不一樣的是,其中的水是流動的。所謂水往低處走,水膜中的水也不例外。流動的結果,泡泡頂端的水越來越少,下面的水越來越多,水膜就變得 上面薄下面厚,就像物理實驗的棱鏡一樣。而且,因為那兩層「磚牆」不堅固,很容易受到周圍空氣的擾動而改變厚度。當光線穿過這樣的一個「水棱鏡」,就被分解成各色的光,還會發生光學上的「干涉」現象,於是我們就看到了五顏六色的泡泡。

隨著泡泡上方水膜中的水逐漸流走,水膜越來越薄。這時候如果遇到一點擾動,水膜就破開了,泡泡也就「爆炸」了。

所以,要想泡泡「存活」得更久,一種方式就是讓膜中的水流得慢一些。水流的速度跟水的粘度密切相關。越粘的液體,就會流得越慢。增加粘度的物質叫做「增稠劑」。所以,在肥皂水中加入增稠劑之後,吹出的泡泡就能存活得更久

另一種則是讓兩層「磚牆」更加堅固,不容易破裂。一般的表面活性劑是小分子,到了水和空氣的表面也是「有組織,無紀律」,一盤散沙,所以容易破裂。如果是一些大分子,比如蛋白質也具有親水和疏水的部位,也可以跑到表面上。到了表面之後,不同分子之間還會「手拉手、肩並肩」,形成堅固地城牆。受到 外界的擾動,也可以互相支援,從而不容易破裂。

不過,蛋白質分子個頭太大,從水中跑到表面上的速度比較慢。如果用蛋白質水來吹泡泡的話,還等不及蛋白質分子們跑到表面上形成「分子牆」,泡泡就已經破了。

雖然這樣的蛋白質水溶液用來吹泡泡不是個好主意,它們在飲料中卻可以大顯身手。有一種咖啡叫「卡布其諾」,表面上有一層泡沫。這層泡沫需要在相當長的時間內——至少在喝完的這段時間裡——保持著潔白細膩的外觀,所以表面活性劑產生的那種大而短命的泡沫就派不上用場。實際上用的是牛奶,其中的牛奶蛋白 具有很好的表面活性。當高溫的水蒸氣通入牛奶中,就產生了細密的泡泡。牛奶蛋白的分子在高溫下伸展開來,到了空氣和水的表面上,更容易互相連接起來,形成穩定的「城牆」,使得泡泡很難破裂。

比卡布其諾的泡沫更加穩定的是打發奶油。打發奶油是用奶油形成的泡沫。只是因為泡泡太細小,憑肉眼難以看出它跟通常的泡沫有相似之處。除了其中的蛋 白質可以形成穩定的「磚牆」外,奶油中的水含量很低,液體的粘度很大。被打發起來之後,「牆」中的水流動極為緩慢,過了很長的時間水膜還是那麼厚。此外, 奶油中有大量的脂肪顆粒,在「打發」過程中,這些顆粒接觸的地方互相融合 ,形成了像糖葫蘆那樣的連接狀態;而且一個接一個,形成了「糖葫蘆網」,把產生的泡泡固定在其中,就更增加了不同的泡泡接觸融合的難度。一方面是泡泡被隔開難以變薄,另一方面是水膜兩側的「牆」非常穩固,所以奶油的泡沫比起卡布其諾的泡沫來,簡直可以用「長壽」來形容。

跟打發奶油相比,冰淇淋更是登峰造極。除了奶油中的泡泡難以破裂的那些因素,冰淇淋在攪拌降溫的過程中還會形成大量的小冰粒。這些冰渣也有助於把泡 泡和脂肪可以「支撐起來」,不許它們互相靠近,所以也就可以存活下去。不過,冰淇淋的這種「長壽」狀態只能在冷凍條件下存在。一旦溫度升高,冰粒融化,形成「糖葫蘆網」的脂肪顆粒也會徹底融合,就無法再凍回去了。明白了這些過程,也就不難理解為什麼冰淇淋一旦化了,再凍上之後口感也完全不同。

所有液體的泡沫都注定要破滅,除非它們在破滅之前被「固化」下來。在食物中,最經典的例子是蛋糕。蛋糕的「蜂窩」來自於雞蛋白形成的泡沫。這樣的泡沫被混合到蛋糕的其他原料中,然後送入烤爐。泡沫水膜中的液體往下流,周圍的溫度迅速升高。雞蛋白有個很特別的地方,是極為怕熱——達到六十多度,它們就頂不住「化作了山脈」。在烤蛋糕的時候,蛋白泡沫中的水還來不及流下,就已經隨著蛋白變成了固體,永遠失去了流動的能力。

有很多其他的蛋白質也可以產生很好的泡沫。但常見的食用蛋白中,沒有哪種可以像雞蛋白(或者鴨蛋鵝蛋等各種鳥蛋的蛋白),在很低的溫度下就會固化。 其他的蛋白產生了很好的泡沫,送進去了烤爐,卻極為頑強——泡泡們都已經四零八落,它們卻還沒有變成固體,也就無法支撐起蛋糕的綿軟結構。所以,那些「無蛋蛋糕」,只能通過加入其他成膠的成分,讓泡沫們在覆滅之前,變成固體而永垂不朽。

轉載自 科學松鼠會,作者:

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科學松鼠會_96
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科學松鼠會是中國一個致力於在大眾文化層面傳播科學的非營利機構,成立於2008年4月。松鼠會匯聚了當代最優秀的一批華語青年科學傳播者,旨在「剝開科學的堅果,幫助人們領略科學之美妙」。願景:讓科學流行起來;價值觀:嚴謹有容,獨立客觀

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【2022 年搞笑諾貝爾醫學獎】吃冰淇淋對抗化療後口腔黏膜破損、潰瘍的副作用
miss9_96
・2022/09/20 ・2894字 ・閱讀時間約 6 分鐘

國小高年級科普文,素養閱讀就從今天就開始!!

吃冰!降低化療副作用!

超實用!2022 年的搞笑諾貝爾醫學獎,對許多人很重要、而且簡單到可以自己玩的研究,那就是——「吃冰淇淋,對抗化療副作用![1]

吃冰淇淋居然可以對抗化療副作用!圖/Pixabay

痛苦的化療副作用——口腔黏膜潰瘍

化學治療(俗稱化療)是癌症病友常經歷的療程;療程會將藥物打進體內,以期殺死惡性腫瘤細胞。然而,病人普遍對化療充滿畏懼,因為會有許多副作用,包含脫髮、嘔吐、不能吃生魚片等。而其中,最讓人擔心的副作用就是「口腔潰瘍」

高濃度的化學藥物,會破壞各處的黏膜,包含口腔、腸道等,進而造成口腔潰瘍(或稱口腔破、口腔炎)。我們手指被紙割傷就已經很痛了,想像一下、嘴巴裡都是被劃破的傷口,而且牙齒、舌頭還不停地磨擦,那種痛苦會有多難受~

輕微的口腔潰瘍,使病人疼痛不適、對後續治療產生畏懼。嚴重的口腔破,甚至無法吃飯、營養不良;患者必須住院多週、將營養品打入血管裡(腸外營養),必須綁在病床上多日、手上插著點滴、強烈地干擾正常生活[2]。最嚴重的情況下,可能需注射鴉片類麻醉藥來緩解疼痛。而且破損的口腔黏膜容易被細菌入侵,使癌友出現感染、敗血症的風險[3];因此對癌友來說,化療後的口腔潰瘍,是個需認真預防的議題。

高濃度的化學藥物,會破壞各處的黏膜,包含口腔、腸道等,進而造成口腔潰瘍(或稱口腔破、口腔炎)。圖/Pixabay

目前,對抗口腔潰瘍的策略有:抗菌劑沖洗、抗發炎藥物、雷射,以及 2022 年搞笑諾貝爾醫學獎的主題——冷凍療法(cryotherapy)[2]

吃冰!讓你的口腔好健康

化療、為什麼會造成口腔潰瘍呢?

劇毒藥物循環全身時,血管豐富的口腔黏膜也會被灌注藥物;當黏膜累積過高的毒藥後,許多黏膜細胞會死亡、進而口腔破損。

而冷凍療法的原理很簡單,就是讓口腔血管因冷收縮、減少毒藥在黏膜裡的灌注量、進而舒緩口腔破損的程度[2, 3]。2015 年的文獻回顧發現,口腔冷凍療法有效降低嚴重口腔炎的發生率[2]。因此該療法也被國際癌症支持性照護學會暨口腔腫瘤國際協會(MASCC/ISOO)所認證且建議,可有效減少化療後口腔潰瘍的副作用 [2]

而醫院常用的冷凍口腔之儀器,是讓患者「含著低溫的醫療器材(由矽膠、鹽水袋組成)」(圖 1),但此器材不見得舒服,病人的接受度通常不高

於是,有感於含著「不好吃」的醫材之痛苦,波蘭科學家想到:「都是讓嘴巴冰冰的,那幹嘛不直接吃冰呢?」(爽啦~救世的科學家)。於是在 2021 年發表研究,探討「吃冰,能否對抗化療副作用?」的議題 [3]

某醫療用冷凍口腔醫材之外型、使用方法。圖/Chemomouthpiece

募集病友一起吃冰淇淋

團隊徵得了 74 名預計接受高劑量化療的病友(藥物為 melphalan/威克瘤。化療目的是殺死骨髓細胞,病因包含、但不限於骨髓癌),分為「吃冰」和「不吃冰」兩組。

吃冰組有 52 人,從化療藥物打進體內的「同時」、就開始吃冰淇淋。研究沒說明冰淇淋的品牌、口味,或好不好吃(只知道是醫院餐廳裡買到的冰)。病人吃多少不受限制、愛吃多少都 OK,只被要求吃的時候,「慢慢吃、讓冰淇淋在嘴裡融化好好享受以研究為藉口的幸福感)」。

之後評估受試者是否出現口腔潰瘍,若有、則以常見毒性分級(CTCAE, Common Terminology Criteria for Adverse Events)5.0 版分級:輕微(1 級)、中級(2 級)、嚴重(3 級)、致命(4 級),或死亡(5 級)。

化療期間吃冰真的能減少口腔潰瘍的發生率嗎?

結果發現,「化療期間吃冰淇淋」可減少口腔潰瘍的發生率:吃冰組約三成發生口腔炎(52 人裡出現 15 名,28.85 %),將近六成的對照組病患有口腔破損(22 人裡有 13 名,59.09 %)(圖 1、表 1)。

化療後,發生口腔潰瘍的比例。圖/參考文獻 3、表格由本文作者重新繪製。

而且,「化療期間吃冰淇淋」可降低口腔潰瘍「嚴重、致命」的發生率(圖 2、表 1)。吃冰組無人出現「致命」等級的口腔炎、對照組有 1 名患者(4.55 %);在「嚴重」等級裡,吃冰組有 2 人(3.85 %)、對照組有 3 人(13.64 %)。

化療後,若發生口腔潰瘍、其各嚴重度的發生率。圖/參考文獻 3、表格由本文作者重新繪製。

不論在「降低發生」、或「避免重症」的層面上,「爽爽吃冰」都展現了極高的保護效果

口腔炎嚴重程度冰淇淋冷凍療法(52 人)對照組(22 人)
無發生37(71.15 %)9(40.91 %)
1 級11(21.15 %)4(18.18 %)
2 級2(3.85 %)5(22.73 %)
3 級2(3.85 %)3(13.64 %)
4 級0(0 %)1(4.55 %)
表1:受試者口腔潰瘍之統計。表/參考文獻 3

研究結論和限制

須注意,此研究僅針對「高濃度的 melphalan/威克瘤」靜脈注射療法;換言之,吃冰療法能否降低其他化療藥的副作用,尚未可知(但歡迎嘗試分享)。

此篇研究顯示,「打化療、同時吃冰」能有效減少口腔潰瘍的副作用。這可比含著矽膠好吃多了,而且病人的接受度更高!此幸福的研究,不僅榮獲 2022 年搞笑諾貝爾醫學獎的殊榮,更是癌友的福音。趕快把此文拿給您的醫師看看,問問「打化療時、能不能同時順便吃冰淇淋」囉

趕快把此文拿給您的醫師看看,問問打化療時、能不能同時順便吃冰淇淋。圖/Pixabay

搞笑諾貝爾獎不僅僅是搞笑,還很實用

「大笑之後,發人深省」、是搞笑諾貝爾獎的頒獎標準之一。筆者之親人近期確認罹患惡性腫瘤、甫接受化療,故感受甚深。此研究僅管看似搞笑,但真的能帶給人類幸福。願所有癌友和家屬勇敢面對、平安順心。

更多有趣的研究,請到【2022 搞笑諾貝爾獎】

參考文獻

  1. Ig® Nobel Prize Winners. Improbable Research.
  2. Li Wang , Zhenyang Gu. et. al. (2015) Efficacy of Oral Cryotherapy on Oral Mucositis Prevention in Patients with Hematological Malignancies Undergoing Hematopoietic Stem Cell Transplantation: A Meta-Analysis of Randomized Controlled Trials. PLoS ONE. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0128763
  3. Marcin Jasiński, Martyna Maciejewska. et. al. (2021) Ice-cream used as cryotherapy during high-dose melphalan conditioning reduces oral mucositis after autologous hematopoietic stem cell transplantation. Scientific Reports. https://doi.org/10.1038/s41598-021-02002-x
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miss9_96
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蔣維倫。很喜歡貓貓。曾意外地收集到台、清、交三間學校的畢業證書。泛科學作家、科學月刊作家、故事作家、udn鳴人堂作家、前國衛院衛生福利政策研究學者。 商業邀稿:miss9ch@gmail.com 文章作品:http://pansci.asia/archives/author/miss9

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GODIVA 冰淇淋為何會殘留「環氧乙烷」?吃下肚會怎樣嗎?
Evelyn 食品技師_96
・2021/12/30 ・3813字 ・閱讀時間約 7 分鐘

國小高年級科普文,素養閱讀就從今天就開始!!

才剛踏入聖誕節慶的季節,知名高級巧克力品牌 GODIVA 日前卻爆發冰淇淋含致癌物的食安危機!衛生福利部食品藥物管理署(以下簡稱食藥署)於 2021 年 12 月 10 日公告,因接獲歐盟食品及飼料快速預警系統(RASFF)通報,GODIVA 有 6 款自法國輸入的冰淇淋產品中,所使用到的「刺槐豆膠」檢出農藥環氧乙烷(ethylene oxide)殘留不符合歐盟標準,我國標準為不得檢出,故全數下架回收。

相信身為巧克力控或冰淇淋控的讀者們,得知這個消息時一定非常震驚又難以接受,因為這批環氧乙烷超標的冰淇淋產品從 2020 年開始輸入販售至今,大多數有問題的產品消費者早已吃下肚了。

但話說回來,究竟「環氧乙烷」是什麼可怕的化學物質呢?吃下去對人體健康有什麼影響?又為什麼會出現在冰淇淋產品裡呢?就讓我們繼續往下看吧。

環氧乙烷有多毒?對人體有什麼影響?

環氧乙烷是一種易燃氣體,化學式為 C2H4O,主要用作製造抗凍劑、聚酯或其他工業用的化學物質,它也用於醫療設備及相關用品的消毒。

環氧乙烷化學結構。圖/Wikipedia

在一些國家如印度、加拿大和美國,環氧乙烷被允許在農業上用作燻蒸劑來殺死害蟲、細菌(包含內孢子)、黴菌及真菌,因具高揮發的特性,環氧乙烷會自行分解到空氣中,殘留在食物是很微量的。然而由於環氧乙烷具有致突變性和致癌性的科學證據,歐盟是禁止將其用作殺蟲劑,在臺灣也是禁用的農藥。

依據環保署毒物及化學物質局提供的「環氧乙烷災害防救手冊」,工人間歇性暴露高於 700 ppm 的環氧乙烷 2 個月後,會出現味覺和嗅覺暫時性遲鈍、頭痛、噁心、嘔吐、昏睡、記憶及思維紊亂、口齒不清、吞嚥困難、面肌和四肢無力等。

而在勞動部職業安全衛生署的「環氧乙烷中毒之認定參考指引」提到,人若短時間內暴露在空氣中高濃度(呼吸或皮膚接觸)的環氧乙烷,會對呼吸道、眼睛黏膜產生刺激,或產生腸道相關症狀。相關研究也指出,長期接觸環氧乙烷的女性工作者,易造成自發性流產。此外,長期暴露環氧乙烷的工作人員易罹患血液與淋巴癌。因此國際癌症研究中心(International Agency for Research on Cancer , IARC)將環氧乙烷列為第一級致癌物[註1]

請先別太慌張,通常最容易暴露到環氧乙烷的機會,是在製造或使用環氧乙烷的地方(例如工廠、醫院或農場)工作的工人(呼吸或皮膚接觸)。一般地區的空氣中就算能測出微量的環氧乙烷,也都是低於會造成健康問題的濃度。

另外,臺灣勞工作業環境空氣中有害物容許濃度標準規定,環氧乙烷的工作場所中 8 小時日時量平均容許濃度為 1 ppm,1.8 mg/m3,這部份勞動部是有在為民眾職業安全衛生做把關喔!

環氧乙烷的食安問題,早在去年歐洲就先爆發

去年 2020 年 9 月,歐洲就先發現印度產芝麻中環氧乙烷殘留量超標,而緊急發出通報,使歐盟展開大規模的監測,導致許多不同類型的產品被回收下架,如麵包、醬汁或其他含有芝麻的食物等,整個歐洲包括奧地利、芬蘭、法國、德國、愛爾蘭、義大利等近 20 個國家皆受到波及,造成很大的經濟損失。

而歐盟也對刺槐豆膠(屬於食品添加物的安定劑)相關製品進行檢查,發現許多冰淇淋皆有使用到環氧乙烷殘留量超標的刺槐豆膠,故也面臨全面下架的慘況。像今年 8 月,雀巢的 Milkybar 和 Nuii 雪糕就有數批就是因此而下架回收[7]

Ceratonia silqua 的豆仁及豆莢;刺槐豆膠是由 Ceratonia silqua 抽取製成的水溶性植物膠 。圖/維基百科

根據歐盟的報告推測,是農場端將刺槐豆仁或刺槐豆莢進行殺菌燻蒸時,施作的環氧乙烷劑量過高,來不及揮發到空氣中導致殘留量過高,大大影響了所有的下游端。

那環氧乙烷到冰淇淋的殘留量到底高不高呢?

淺談冰淇淋的製造流程及食品添加物作用原理

在換算環氧乙烷到冰淇淋殘留量有多少前,可以先簡單認識冰淇淋的加工流程。首先將原料乳與各種配料,包括醣類、乳化劑、安定劑、香料或色素等混合,接著過濾、均質及殺菌後,再將混合完成的霜料置於冷藏環境下陳化[註2],最後進行攪凍。

攪凍即是在攝氏-2~-8 度的凍結庫攪拌,同時將空氣打入霜料中,霜料的體積就會逐漸膨脹。攪凍完成後,立刻降低溫度至攝氏-18 度以下以硬化組織,就可以拿去販售囉!而霜淇淋與冰淇淋最大的差異,就是它省略了「硬化」這個步驟,所以質地相對比較柔軟。

此外製作冰淇淋最重要的是,要避免形成「大冰晶」生成,因為它是造成沙沙不良口感的主要來源。而牛乳是冰淇淋最重要的原料之一,其富含的乳脂肪可提供乳香味,使冰淇淋保有滑順的口感,也能夠干擾小冰晶結合形成大冰晶。

安定劑就是指膠體,一般常用植物膠(如刺槐豆膠)或羧甲基纖維素(carboxymethyl cellulose;CMC),可防止大冰晶形成,增加冰淇淋黏度、硬度並保持形狀;乳化劑如脂肪酸甘油酯(Mono-and Diglycerides;MDG),則有安定脂肪小球,使氣泡穩定的作用。

或是直接使用乳化安定劑(或稱穩定劑),就是膠體和乳化劑按冰淇淋適用的比例配製好的複方食品添加物。這些食品添加物可避免製作時出現油水分離的情況發生,使終產品的狀態更穩定,在室溫下也不會那麼快融化。

故從微觀的角度來看,冰淇淋是個很複雜的系統,有氣泡、冰晶、蛋白、膠體、乳化劑和脂肪球等,相輔相成結合在一起。 

冰淇淋攪凍前後的微觀結構示意圖。
左圖為尚未攪凍的冰淇淋,乳清蛋白、酪蛋白膠束和乳化安定劑皆會競爭吸附在結冰晶的脂肪球上,且脂肪球大小不一。右方為經過攪凍打入空氣的冰淇淋,除了出現分佈均勻的氣泡外,冰晶與脂肪球已分開,且皆變細小、大小均一。部分聚集的脂肪球、蛋白質和乳化劑皆吸附在氣泡的表面,氣泡透過它們而連接在一起,以產生滑順、蓬鬆的口感。

殘留在刺槐豆膠的環氧乙烷,製作到冰淇淋的時候還剩多少?

回過頭來看,冰淇淋之所以要加安定劑刺槐豆膠(locust bean gum),就是避免冰淇淋在冷凍的期間產生冰晶或乳糖結晶,維持冰淇淋形狀,還能提供蓬鬆、綿密的口感,添加量多在 0.1~0.5%。

刺槐豆膠是由 Ceratonia silqua 種子的胚乳抽取精製而成的水溶性植物膠,在食品業中常作為一種天然的增稠劑使用,還很常用在糖果、巧克力、加工肉品(熱狗、香腸)、調味奶、果凍或蛋糕等。

根據歐盟法規規定,刺槐豆膠的環氧乙烷殘留量標準是訂「最大殘留容許量」 (maximal residue level; MRL) 0.1 mg/kg,是指人在吃這個劑量下,該食品即使吃一輩子也都不會造成健康問題。

而這次歐盟在刺槐豆膠中檢測到的環氧乙烷殘留量大多落在 0.4~1.1 mg/kg,換算至最終的冰淇淋產品,環氧乙烷頂多只有 0.005 mg/kg,也就是十億分之五,以一杯 GODIVA 冰淇淋有 80 g 重換算,一杯冰最多含 0.0004 mg 的環氧乙烷,且這還沒有把加工過程中的耗損算進去。

雖然環氧乙烷是第 1 級致癌物,但如此趨近於零的劑量,對我們人體產生危害的機率微乎其微,所以即使你今天是不小心吃到有問題的冰淇淋消費者,也不需要擔憂會致癌喔!

註解

註 1:IARC 將致癌物分為四個等級,分別為第 1 級、2 級(又細分為 2A 及 2B 級)、3 級和 4 級致癌物,其中第 1 級代表確認為人類致癌物。

註 2:陳化(aging),在低於攝氏 5 度環境下放置 4~28 小時,使脂肪固化,安定劑充分吸收水分,增加霜料的黏性及平順感,讓口感更細緻。

參考資料

  1. 衛生福利部食品藥物管理署,2021。有關歐盟食品和飼料快速預警系統(RASFF)通報,自法國輸入「黑巧克力碎牛奶巧克力冰淇淋」、「比利時黑巧克力冰淇淋」、「黑巧克力草莓冰淇淋」、「香草味可可冰淇淋」、「黑巧克力碎焦糖咖啡冰淇淋」及「巧克力起司蛋糕冰淇淋」六項產品,使用之穩定劑(刺槐豆膠)檢出含環氧乙烷(ethylene oxide)殘留不符合歐盟標準。食品藥物消費者專區。
  2. 香港商歌帝梵亞洲有限公司台灣分公司,2021。關於 GODIVA 杯裝冰淇淋進一步聲明。 GODIVA Chocolatier(Asia) Facebook 粉絲專頁。
  3. 徐如欣,2021。環氧乙烷。國家環境毒物研究中心。
  4. 行政院環境保護署毒物及化學物質局,2021。環氧乙烷。毒災防救管理資訊系統。
  5. 食力 foodNEXT,2021。Godiva 六品項冰淇淋因含「環氧乙烷 」而下架回收!推測可能因用於滅菌導致殘留
  6. Bessaire, T., Stroheker, T., Eriksen, B., Mujahid, C., Hammel, Y. A., Varela, J., Delatour, T., Panchaud, A., Mottier, P. and Stadler, R. H. 2021. Analysis of ethylene oxide in ice creams manufactured with contaminated carob bean gum (E410). Food Additives & Contaminants: Part A, 38: 2116-2127.
  7. Hayley, Halpin. 2021. Batches of Nestlé Milkybar and Nuii ice creams recalled over presence of unauthorised pesticide.
  8. Goff, H. D. 2016. Milk proteins in ice cream. Advanced Dairy Chemistry. New York: Springer.
  9. 陳建元,2018。食用食物添加物 (五版)。臺中市:華格那出版有限公司。
  10. 黃國青,2012。「殘留容許量」(MRL)與「安全攝取量」(ADI)指標不同結果方向一致。行政院農業委員會動植物防疫檢疫局。
  11. 陳永煌,2016。環氧乙烷(Ethylene Oxide)中毒之認定基準。勞動部職業安全衛生署。
Evelyn 食品技師_96
14 篇文章 ・ 12 位粉絲
一名食品技師兼研發專員,對食品科學充滿熱忱。有鑒於近年發生許多食安風暴,大眾對於食品安全的關注越來越高,網路上卻充斥著不實資訊或謠言。希望能貢獻微薄之力寫些文章,讓更多人有機會認識食品科學的正確知識!想獲得更多食品營養資訊可追蹤作者的粉絲專頁喔!https://www.facebook.com/profile.php?id=100066016756421

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好奇心讓你登上《科學》封面!泡泡為什麼會破,把它放顛倒再戳破就知道了
linjunJR_96
・2020/09/21 ・1895字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 520 ・七年級

圖/OLIVER MCRAE/BOSTON UNIVERSITY

在火山口的岩漿中、在玻璃工廠的熔爐中,也在居家裝潢的油漆桶中。液體表面的泡泡隨處可見,如果以上都沒見過(編按:到底有多少人會親眼看過火山岩漿啦!)那總該玩過吹泡泡遊戲吧,那你有想過為什麼泡泡會破掉嗎?

泡泡會塌陷過去以為是重力,最新研究發現是表面張力

過去科學家認為,泡泡會塌陷主要因素是「重力」,但最新一期《科學》(Science)期刊上有篇研究指出,我們多年來對這些現象的解釋其實並不正確,其實「表面張力」才是主要原因。

當水面的泡泡破裂,泡泡薄膜的形狀還來不及有任何改變,便已經被兇猛的表面張力拉回水面下,整個過程只需幾毫秒。不過濃稠(黏滯係數高)的泡泡可不一樣,光是破裂可以花費整整 1 秒鐘,過程中還出現奇特的皺褶。

黏性泡泡破裂過程。圖/OLIVER MCRAE/BOSTON UNIVERSITY

上方動畫中濃稠泡泡是用矽油吹製,其黏滯係數是水的一百萬倍。當泡泡上方被刺破,整顆泡泡像是洩了氣一樣向下塌陷,而破洞的大小卻幾乎維持不變。這項觀察讓過去的物理學家認為,主宰塌陷過程的是向下的地球重力。

把泡泡倒過來,發現塌陷速度沒有比正著放還慢

不過這個結論讓波士頓大學的工程學家詹姆士柏德(James Bird)十分不滿意。為什麼重力只對黏稠的液體才算重要呢?然而用理論打嘴砲誰都會,要在實驗上做出結果來才算數。為此,他設計出了絕妙的驗證方法:把重力倒過來。

矽油的黏稠度夠高,讓實驗團隊能夠把整個容器倒過來,並進行同樣的戳泡泡實驗。如果泡泡塌陷真的是因為被重力向下拉,那麼將重力方向倒過來應該會讓泡泡塌陷的較慢。

可是錄影結果和原本泡泡破裂的過程十分相似:頂端的破洞慢慢打開,泡泡快速向液體表面塌陷。接著,實驗團隊還讓裝置轉了90度,讓重力向泡泡的側邊拉。不論重力指向哪個方向,影像分析的結果都沒有顯著的差異,這表示主宰塌陷過程的並非重力。

A. T. Oratis et al., Science 369, 685 (2020)

原版的重力向下實驗在 20 幾年前就有人做過。「那時候會認為重力是主因其實也情有可原,因為泡泡薄膜被戳破時看起來就像是在下落。」論文的共同作者亞歷山卓奧拉蒂斯(Alexandros Oratis)說道。不過進一步的計算顯示,對一顆直徑 1 公分的泡泡來說,作用在薄膜上的表面張力比重力大了幾十倍,而他們的實驗也證實了這個結果。

泡泡塌陷的皺褶怎麼來的?其實是諸多力量較勁結果

表面張力顧名思義,就是隨時想要讓液體表面繃緊;也就是說,讓液體表面盡量保持在平整的狀態。當泡泡在液體表面形成,表面張力想要將凸起的泡泡薄膜向下拉,這時泡泡內外的氣壓差便負責平衡這股向下的力。如果我們戳破泡泡,造成內外的氣壓相同,泡泡薄膜便向下塌陷。

不過如果表面張力這麼強大,那麼泡泡塌陷的後期為什麼會出現這些皺褶呢?

當壓縮力夠大,凌駕想把液面拉平的表面張力,就會出現表面皺褶。圖/A. T. Oratis et al., Science 369, 685 (2020)

比起完好的半球狀泡泡,破掉的扁塌泡泡表面積較小。當表面張力快速的將破掉的薄膜往下拉,接近周圍的薄膜受到強烈的壓縮力。如果壓縮力夠大,凌駕了想要把液面拉平的表面張力,便會出現表面的皺褶。小小的泡泡能展現出這麼美麗的物理現象,原來是背後諸多力量相互較勁的綜合結果。

OLIVER MCRAE/BOSTON UNIVERSITY

這份研究用「顛覆性」的實驗方法,打破了舊有的認知,登上了《科學》期刊的封面。再度顯示科學家最重要的維生工具不是紙筆或試管,而是源源不絕的好奇心與想像力。

參考資料

  • 責任編輯:YP
linjunJR_96
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清大理工男。不喜歡算數學。喜歡電影、龐克、和翻譯小說。不知道該把科普當興趣還是專長,但總之先做再說。