为什么如此美味？食品化学家揭开牛奶在咖啡中的隐秘作用

为什么如此美味？食品化学家揭开牛奶在咖啡中的隐秘作用根据发表在《美国化学学会食品科学与技术》（ACSFoodScience&Technology）上的研究，牛奶和浓咖啡的漩涡--杯子里的一场小风暴--并不会影响牛奶蛋白质的动态变化。研究人员进行了详细的分子分析，探索牛奶蛋白和咖啡因分子在水和咖啡中的行为方式。他们发现，牛奶蛋白的分子结构得以保留，从而确保它们在日常咖啡中保持天然质地和风味。将牛奶倒入咖啡中会导致蛋白质与从烘焙研磨的咖啡豆中提取的化合物发生相互作用（如结合或排斥），从而改变蛋白质的口感和消化方式。牛奶蛋白质还有可能影响人体对咖啡因的吸收或生物利用率。为了揭开这些谜团，托比亚斯-魏德纳和法妮-玛德扎罗娃使用二维红外光谱研究了牛奶蛋白在咖啡饮料中的分子结构和动力学。他们评估了由商店购买的全脂（3.5%）牛奶、含有牛奶和咖啡因的水溶液以及手工制作的卡布奇诺组成的日益复杂的混合物。他们发现，牛奶蛋白质的折叠并没有因为这些饮料中咖啡因的存在而受到影响，即使是卡布奇诺，其中也含有从咖啡渣中提取的成分，如绿原酸。此外，虽然之前的研究报告称咖啡因会减缓水分子的运动，但这项研究并未显示咖啡因对牛奶蛋白质的流动性或动力学有实质性影响。研究人员表示，这些实验结果为影响含牛奶成分的咖啡饮料的质地、风味和营养特性的某些成分提供了有用的分子图谱，可用于未来饮料的工程设计。编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1434499.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1434499.htm

3分钟内煮出冷泡咖啡？超声波让这成为可能

3分钟内煮出冷泡咖啡？超声波让这成为可能访问：Saily-使用eSIM实现手机全球数据漫游安全可靠源自NordVPN我们一直在寻找更快捷的方法来冲泡咖啡。但冷泡咖啡需要将咖啡粉浸泡在水中24小时（或更长时间）。浓缩后的咖啡可以说是一种真正的感官享受，但谁愿意等那么久呢？早在2022年，德国研究人员就利用脉冲激光将冷冲泡时间缩短到了几分钟--但就我们所知，这种方法还没有走出研究实验室。现在，一个澳大利亚团队利用与现成咖啡机相连的超声波装置，实现了类似的快速冷饮时间。新南威尔士大学（UNSW）的工程师开发的"专利声波传输系统"通过一个喇叭将38.8千赫的声波集中到Breville意大利浓缩咖啡机的滤网上，将咖啡篮变成一个强大的超声波反应器。超声波有效地加快了冷萃过程，从咖啡中萃取出油脂、风味和香气，所需的时间与制作一杯热气腾腾的意式浓缩咖啡差不多。研究论文的通讯作者、新南威尔士大学的弗朗西斯科-特鲁希略博士解释说："由于声空化作用，超声波加速了萃取过程。当声波气泡在磨碎的咖啡附近塌陷时，它们会产生微射流，其力量足以使咖啡渣凹陷和破裂，从而加强了对咖啡香气和味道的萃取。而且这种加速度是非常明显的--我们将通常需要12到24小时的时间缩短到了不到三分钟。"此外，研究人员还发现，咖啡筐中的装载量越小，萃取率和咖啡因浓度就越高。虽然只需一分钟就能得到香浓的咖啡，但将超声波爆破时间延长到三分钟，就能得到一杯更好的咖啡，虽然苦味会更重一些。昆士兰大学品尝小组对来自新南威尔士大学团队冷酿酒实验的样品进行了香气、质地、风味和回味方面的评估梅根-波普/昆士兰大学在进行口味测试时，新南威尔士大学的研究人员将一些样品送到昆士兰大学的同事那里，对香气、质地、风味和回味进行评估。昆士兰感官科学家和风味化学家HeatherSmyth教授指出："我们训练有素的感官小组品尝证明，我们可以在冲泡一杯热特浓咖啡的时间内，获得与传统冷饮或特浓咖啡非常相似的口感。"特鲁希略博士补充说："我们能够证明，这可以适用于现有的意式浓缩咖啡机，"他说，这项技术也可以用来加快茶叶的冲泡速度。"我们对开发这项技术感到非常兴奋，已经生产咖啡机的公司也可以使用这项技术，这样消费者就可以在家里享受3分钟的超声波冷冲泡咖啡了。"详细介绍该项目的论文已发表在《超声声化学》杂志上。下面的视频有更多内容。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1430297.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1430297.htm

科学家运用咖啡显著提高燃料电池的效率

科学家运用咖啡显著提高燃料电池的效率在全球努力摒弃化石燃料的过程中，燃料电池成为一种无碳排放的显著能源。这些电池由阳极和阴极组成，并由电解质隔开，直接将燃料的化学能转化为电能。燃料被送入阳极，氧化剂（通常是空气中的氧气）被送入阴极。在氢燃料电池中，氢在阳极发生氧化，产生氢离子和电子。离子通过电解质移动到阴极，电子则流经外部电路，产生电能。在阴极，氧气与氢离子和电子结合，产生水作为唯一的副产品。然而，水的存在会影响燃料电池的性能。它与铂（Pt）催化剂发生反应，在电极上形成一层氢氧化铂（PtOH），阻碍了氧还原反应（ORR）的有效催化，导致能量损失。为了保持高效运行，燃料电池需要较高的铂负载，这大大增加了燃料电池的成本。但新的研究发现，咖啡因通过提高氧还原反应的活性可以改善燃料电池的性能。咖啡因在定义明确的铂单晶电极上的吸附结构，以及咖啡因改性前（蓝色条）和改性后（橙色条）燃料电池空气电极的活性。资料来源：千叶大学教授NagahiroHoshi在最近发表于《通讯化学》（CommunicationsChemistry）杂志上的一项研究中，NagahiroHoshi教授与日本千叶大学工程研究生院的MasashiNakamura、RyutaKubo和RuiSuzuki发现，在某些铂电极中添加咖啡因可以提高ORR的活性。这一发现有可能减少对铂的需求，使燃料电池更经济、更高效。Hoshi教授说："咖啡因是咖啡中含有的化学物质之一，在原子排列呈六角形结构的定义明确的铂电极上，它能将燃料电池反应的活性提高11倍。"咖啡因对铂电极的影响为了评估咖啡因对ORR的影响，研究人员测量了通过浸入含有咖啡因的电解质中的铂电极的电流。这些铂电极的表面原子按特定方向排列，即(111)、(110)和(100)。随着电解液中咖啡因浓度的增加，电极的ORR活性明显提高。咖啡因存在时会吸附在电极表面，有效阻止氢吸附和氧化铂在电极上的形成。然而，咖啡因的作用取决于电极表面铂原子的取向。当咖啡因摩尔浓度为1×10-6时，Pt(111)和Pt(110)上的ORR活性分别增加了11倍和2.5倍，而对Pt(100)没有明显影响。为了理解这种差异，研究人员使用红外反射吸收光谱法研究了咖啡因在电极表面的分子取向。他们发现，咖啡因在铂(111)和铂(110)表面被吸收时，其分子平面垂直于表面。然而，在铂(100)表面，立体阻碍导致咖啡因的分子平面相对于电极表面倾斜。"Pt(111)和Pt(110)的ORR活性提高是由于PtOH覆盖率降低和吸附的咖啡因的立体阻碍降低。相反，对于Pt(100)，PtOH减少的效果被吸附的咖啡因的立体阻碍抵消，因此咖啡因不会影响ORR活性，"Hoshi教授解释说。与寿命有限的电池不同，燃料电池只要提供燃料就能发电，因此适用于各种应用，包括车辆、建筑物和太空任务。所提出的方法有望改进燃料电池的设计，并使其得到广泛应用。编译自/scitechdaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1423920.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1423920.htm

科学家成功在溶液中产生慢速电子

科学家成功在溶液中产生慢速电子在这里，两个电子短暂地结合成一个被溶剂分子包围的电子（红色）。该电子无法更精确地定位。其中一个电子随后将离开这一区域。资料来源：HartwegS等人，《科学2023》苏黎世联邦理工学院教授露丝-西格诺雷尔（RuthSignorell）领导的研究人员在对介电子进行实验时，意外地发现了一种产生慢速电子的新工艺。这些电子可用于引发某些化学反应。压电子是不稳定的。它们会在不到万亿分之一秒的时间内再次分裂成两个电子。研究人员能够证明，其中一个电子保持原位，而另一个电子--能量低，因此速度相对较慢--则移动开来。这种新方法的特别之处在于，它允许研究人员控制这种电子的动能，从而控制其速度。压电子占据空腔首先：为了产生电子，研究人员将钠溶解在（液态）氨中，并将溶液暴露在紫外线下。紫外线照射会使氨分子中的电子与钠原子中的电子结合，从而形成一个介子。该电子短暂占据溶液中的一个微小空腔。研究人员设法证明，当该电子破裂时，其中一个电子会以所使用的紫外线波长决定的速度移动。Signorell说："紫外光的部分能量已经转移到了电子上。"苏黎世联邦理工学院的研究人员与德国弗莱堡大学、法国SOLEIL同步加速器和美国奥本大学的研究人员合作完成了这项工作。检查反应和辐射损伤由于多种原因，这种低动能电子非常有趣。其一是慢速电子会对人体组织造成辐射损伤。例如，X射线或放射性会在人体组织中形成移动电子。然后它们会附着在DNA分子上并引发化学反应。在实验室中更容易产生这种慢速电子将有助于研究人员更好地研究导致辐射损伤的机制。但人体并不是化合物接受自由电子后引发化学反应的唯一场所。合成可的松和其他类固醇的生产就是一个例子。利用紫外光这种相对简单的方法直接在溶液中产生慢速电子，并控制电子的能量，将使将来更好地研究这些反应变得更加容易。化学家甚至有可能对反应进行优化，例如利用紫外光增加电子的动能。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1371621.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1371621.htm

科学家开发出突破性微型光纤激光器 更锐利、更小巧、更智能

科学家开发出突破性微型光纤激光器更锐利、更小巧、更智能基于氮化硅光子集成电路的全封装混合集成铒激光器的光学图像，可提供光纤激光器相干性和以前无法实现的频率可调谐性。资料来源：AndreaBancora和YangLiu（洛桑联邦理工学院）光纤激光器使用掺杂稀土元素（铒、镱、钕等）的光纤作为光增益源（产生激光的部分）。光纤激光器能发出高质量的光束，输出功率高，效率高，维护成本低，经久耐用，而且体积通常比气体激光器小。光纤激光器也是低相位噪声的"黄金标准"，这意味着它们的光束可以长期保持稳定。尽管如此，人们对芯片级光纤激光器微型化的需求仍在不断增长。基于铒的光纤激光器尤其令人感兴趣，因为它们符合保持激光器高相干性和稳定性的所有要求。但是，要实现光纤激光器的微型化，就必须在小尺度上保持其性能。现在，EPFL的刘洋博士和TobiasKippenberg教授领导的科学家们制造出了首台芯片集成的掺铒波导激光器，其性能接近光纤激光器，将宽波长可调谐性与芯片级光子集成的实用性相结合。这一突破发表在《自然-光子学》（NaturePhotonics）上。制造芯片级激光器研究人员采用最先进的制造工艺开发出了芯片级铒激光器。他们首先在超低损耗氮化硅光子集成电路的基础上构建了一个一米长的片上光腔（一组提供光反馈的反射镜）。刘博士说："尽管芯片尺寸小巧，但我们却能将激光腔设计成米级长度，这要归功于这些微oring谐振器的集成，它们能在不增大设备物理尺寸的情况下有效延长光路。"然后，研究小组在电路中植入高浓度铒离子，选择性地产生激光所需的有源增益介质。最后，他们将电路与III-V族半导体泵浦激光器集成，以激发铒离子，使其发光并产生激光束。基于掺铒光子集成电路的混合集成激光器的光学图像，该激光器具有光纤激光相干性和以前无法实现的频率可调谐性。资料来源：YangLiu（洛桑联邦理工学院）为了完善激光器的性能并实现精确的波长控制，研究人员设计了一种创新的腔内设计，其特点是基于微孔的Vernier过滤器，这是一种可以选择特定光频的光学过滤器。滤波器可在很大范围内对激光波长进行动态调整，从而使其在各种应用中都能发挥作用。这种设计支持稳定的单模激光，其内在线宽仅为50Hz，非常窄，令人印象深刻。它还具有显著的边模抑制功能--激光器能够以单一、稳定的频率发光，同时将其他频率（"边模"）的强度降至最低。这确保了高精度应用在整个光谱范围内的"干净"和稳定输出。这种芯片级铒光纤激光器的输出功率超过10mW，边模抑制比超过70dB，性能优于许多传统系统。它还具有非常窄的线宽，这意味着它发出的光非常纯净和稳定，这对于传感、陀螺仪、激光雷达和光学频率计量等相干应用非常重要。基于微光的Vernier滤波器使激光器在C波段和L波段（用于电信的波长范围）内具有40nm的宽波长可调谐性，在调谐和低光谱尖刺指标（"尖刺"是不需要的频率）方面都超越了传统光纤激光器，同时与当前的半导体制造工艺保持兼容。将铒光纤激光器微型化并集成到芯片级设备中可降低其总体成本，使其可用于电信、医疗诊断和消费电子等领域的便携式高度集成系统。它还可以缩小光学技术在其他各种应用中的规模，如激光雷达、微波光子学、光频合成和自由空间通信。"这种新型掺铒集成激光器的应用领域几乎是无限的，"Liu说。编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1434644.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1434644.htm

科学家首次实现用激光束引导闪电

科学家首次实现用激光束引导闪电闪电是能量最大的自然事件之一，在几分之一秒内释放出数百万伏的电压。这当然可以是破坏性的，破坏建筑物，切断电源，引发火灾并造成人员伤亡。几个世纪以来，我们对雷击的最好防御是避雷针，这是一根简单的金属棒，连接在高大的建筑物上，吸引电力并引导它安全地落到地面上。但它们的范围有限--一根10米（33英尺）的避雷针只能保护其周围10米的区域。要保护像机场或风力发电场这样大的建筑物，就需要不可想象的大型避雷针。现在，欧洲的研究人员已经展示了一个更有效的新系统。激光避雷针（LLR），顾名思义，就是在暴风雨期间将激光射入云层，以形成一条阻力最小的路径，让电流流过。而且它可以比避雷针延伸得更远。该研究论文的最后一位作者Jean-PierreWolf说："当非常高功率的激光脉冲被发射到大气中时，在光束内形成非常强烈的光丝。这些丝状物使空气中的氮和氧分子电离，然后释放出自由电子来移动。这种被电离的空气，称为'等离子体'，成为一种电导体。"为了证明这一概念，科学家们开发了一个新的激光系统，其平均功率为1千瓦，每秒脉冲约1000次，同时每个脉冲释放出一焦耳的能量。这套系统被安装在瑞士阿尔卑斯山最高的山峰Säntis的山顶上，靠近一座每年吸引约100次雷击的塔。2021年6月至9月间，该团队在席卷该地区的风暴中测试了该系统。激光被射入塔顶附近的天空，试图在雷电到达塔的常规避雷针之前将其哄骗到光束上。在那个夏天，当激光器被打开时，有四次闪电击中了塔楼，果然它可以使闪电弯曲。根据激光避雷针的实验数据建立的模型，可以清楚地看到闪电在到达塔楼之前跟随激光束一段时间。沃尔夫说："我们从第一个激光闪电事件中发现，放电可以在到达塔楼之前跟随光束近60米（197英尺），从而使保护面的半径从120米增加到180米（394英尺到590英尺）。"使用激光作为避雷针的想法已经存在了很长时间，并在实验室实验中显示出了前景，但该团队说这是第一次在现实世界中展示。其他科学家提出，石墨烯牵引光束可以做得更好，但这需要更复杂的设置。该团队说，LLR项目的最终目标是使用激光将10米长的避雷针的影响扩大500米（1640英尺）。该研究发表在《自然-光子学》杂志上。该团队在下面的视频中描述了这项工作。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1339597.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1339597.htm