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      硼,元素符号B,位于元素周期表中第二周期,第三主族,是一种重要的非金属元素。由于硼对氧具有极强的亲和力,因此自然界中没有游离态的硼,而总是以化合物的形式存在。直到1808年英国化学家戴维和法国化学家盖·吕萨克、泰纳各自获得单质硼,但是他们得到的纯度均不高,大约在60%左右;直到1909年美国化学家温特劳布才制出了纯净的硼单质。   硼是一种典型的亲石元素,在各种成因、不同类型的岩石中都有存在。从大地构造来看,全球硼矿基本集中在环太平洋和地中海构造带内,世界上的硼资源主要分布在土耳其、美国、俄罗斯、智利和中国。    图1全球硼资源的分布情况   根据化学组成不同,可以将硼矿分成三类:硼硅酸盐矿物、硼铝硅酸盐矿物和碱金属及碱土金属的硼酸盐矿物。其中硼硅酸盐矿物主要有硅钙硼石和赛黄晶;硼铝硅酸盐矿物主要有电气石和斧石,但以上两类硼矿均不适宜进行工业开采,目前主要进行工业开发利用的是碱金属及碱土金属的硼酸盐矿物简称为硼酸盐矿物。硼酸盐矿物多达100多种,但能够作为工业硼资源开发利用的仅有10余种,其中典型的有天然硼砂、遂安石、硼镁石、硬硼钙石、天然硼酸、钠硼解石、柱硼镁石。      图2硼矿石的分类   人类对硼的利用十分久远,早在公元前200年就有古埃及使用硼砂焊接黄金的记载,明朝李时珍在《本草纲目》中明确记载硼砂具有消炎化瘀的作用。如今硼及硼化物更是作为一种重要的化工原料,广泛应用于建材、轻工、冶金、机械、医药、农业、核工业等行业。目前已发现硼的用途已超过300多种,其中玻璃、陶瓷、洗涤剂是最主要的用途,约占世界硼消费量的四分之三。   图3硼的应用  硼酸盐、硼化物是搪瓷、陶瓷、玻璃的重要组分,与未添加硼化物的玻璃陶瓷相比,含硼玻璃具有更好的耐热耐磨耐腐蚀性,光泽度明显提高,硼硅玻璃其良好的性能已得到世界各界的认可,被广泛应用于太阳能、化工及医药包装等行业。    硼是高等植物特有的必需元素,它能够与游离状态的糖结合,使糖容易跨越质膜,促进糖的运输,对植物的生殖过程有重要的影响,与花粉形成、花粉管萌发和受精有密切关系。硼元素供应充足,植物籽粒饱满,根系良好;然而植物缺硼时症状差异较大,其共同特点是花发育不全、根系不发达、生长点死亡,导致产品和产量下降,甚至颗粒无收。  图4缺硼的农作物(图片来源于网络)   实际上硼不仅仅是高等植物,也是高等动物所必须的元素。虽然目前关于硼的生理功能还未确定,但有研究表明硼对动物机体的代谢和骨骼发育、脑功能、免疫功能有着重大的影响。人体中也含有微量硼元素,在抗骨质疏松、抗炎症、抗肿瘤、降血脂等方面具有微妙作用,但如果人体长期接触大量含硼物质则会造成中毒。   由于硼及硼化合物的特殊性质,如质轻、阻燃、耐热、高硬、高强、耐磨及催化性质,在现代科学技术中,发挥了重要作用。他们已经登上了现代工业的舞台,在国民经济部门中有着广泛的应用。硼在自然界有两种稳定的同位素,其中的10B在核工业中有着特殊的用途,可用于控制和反应速度,也可用于核反应堆的防护材料。近年来核用硼酸等含硼材料的研究已成为一个较热的研究方向。  基于硼酸盐结构的多样性,各类无机含硼化合物、有机含硼化合物、卤化硼及难熔硼化合物的合成与结构特征的研究报道越来越多,带来了硼酸盐应用研究热点,未来硼酸盐的应用领域将会越来越广泛,硼的多用性必将会表现的越来越优异。

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  在地球上,只要把种子埋在土壤里,为它浇水,有合适的温度和阳光,它就能萌发。那么,在太空里种植是什么感受呢?请听中国科学院上海技术物理研究所研究员郑伟波在SELF格致论道讲坛上讲述在太空培养动植物的经历。  我们未来有一天去太空旅行或者太空移民的时候会遇到什么问题?会遇到食物的问题,还有健康的问题。  如果是短期太空旅行的话,食物可以由地面运上去;长期的太空旅行,就要考虑在太空种植各种植物,培养各种动物,满足人对食物的需求。  太空指地球大气层以外的宇宙空间。太空是真空环境,没有空气,宇宙辐射很强,同时还处于失重状态,和地球有很大的不同。如何在太空培养动植物呢?我们有机会在“天宫二号”“实践十号”和“天舟一号”上开展了一些生命实验。  我先介绍一下在太空中种植植物。植物生长需要阳光、空气和水,而太空中没有空气,也没有水,需要从地球运上去。我们在“天宫二号”上种植了拟南芥和水稻,目的是研究微重力环境对植物生命节律的影响。  实验的具体流程是这样的:火箭发射前,我们把生物样品拟南芥和水稻的种子放进一个装置里,再放到“天宫二号”上,随“天宫二号”发射入轨。在轨时,我们通过地面遥控启动实验,并让实验按照我们的要求开展。返回前,再把整个实验“冻结”起来,避免地面环境影响实验结果。  在“天宫二号”上,水稻和拟南芥被放在植物培养箱中,体积只有300mm×300mm×400mm大小。  水稻和拟南芥要培养一年,而从地面带上去的水,每一个培养单元只有半瓶矿泉水的量,300毫升左右,远远不够。于是,我们想到模仿地球大气圈的水循环:地表水蒸腾,升入空中遇冷形成雨水,再落回地面。但是,在太空中构建水循环缺少一个环节,因为太空中是失重环境,水形成后无法落回土壤。于是我们利用毛细现象,把搜集到的水通过毛细管再送回土壤。这样的水循环过程可以满足植物一年的全生命周期的培养需求。  在地球上,种子埋在土壤里,为它浇水,有合适的温度和阳光,它就能萌发。但在太空中操作就非常复杂,因为太空中水和空气很难分离,水难以落进土壤,土壤里的空气也出不来,加多少水更不好控制。种子萌发有两个条件:一是能够被水浸润,能够吸胀;二是能呼吸,种子如果全部浸没在水中,会被淹死。如何在太空中满足这两个条件,一直困扰着我们。  后来我们想了一个办法,把水注入土壤后,通过毛细现象把水引走,让种子露出来呼吸,通过这种方式让种子萌发。因为地球存在重力,这种方法很难在地球上验证。但通过我们的摸索,并请力学专家进行计算,有了一定把握,可以去太空试一下。  2016年9月15日,拟南芥和水稻种子随“天宫二号”发射入轨,8天之后太空实验启动。我们那时心里是忐忑不安的,种子究竟能不能萌发,心里没有底。  实验启动5天后,拟南芥种子冒出一个小芽。20天后,水稻的小芽也顶着一颗硕大的水珠冒了出来。那时我们真的非常开心,一颗悬着的心终于放了下来。  太空环境对植物有很多影响。比如,太空植物的花骨朵像满天星一样,比地球上的植物多很多。再比如,拟南芥在地球上一般只有四五十天的寿命,而“天宫二号”上的拟南芥在太空中生长了400多天,寿命长得多。科学家正在对这些现象作进一步的分析。  除了植物栽培,我们还在太空中进行了细胞、胚胎的培养。  胚胎由受精卵多次分裂而成,是生命的起点。胚胎的体外培养比细胞培养复杂,因为它更敏感,对环境的要求更高。在地球上,胚胎可以完成从分裂到着床、长出后代的过程,但没有人知道太空中哺乳动物的早期发育过程能否完成。科学家想知道答案,因为今后无论是人类还是其他动物,胚胎发育是进行长期太空旅行所必然要经历的过程。  实验是怎么做的呢?首先要构建一个适合胚胎发育的、类似于小鼠母体子宫的环境。这个环境非常苛刻,美国和日本科学家也做过类似实验,但没有成功。而我们最终做成了,这在世界上是第一次,而且我们把胚胎在太空中的整个发育过程用显微图像记录下来,对科学研究非常有帮助。  这个实验证明,太空中能够完成小鼠早期的胚胎发育。我们将太空中发育的囊胚植入小鼠母体,结果真的生出了小老鼠。  我们在“实践十号”卫星上还开展了其他一些实验研究,放置了家蚕培养箱、植物培养箱、高级植物培养箱等。  地球虽然是人类的家园,但我们终将要走出地球,跨向宇宙。所以,我们还将会继续开展多种多样的太空生命探索研究,为人类的太空旅行做好准备。

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  大猩猩在镜头前是什么样的?近日,一项新研究显示,不同种类的猿反应不同,甚至同一种猿的个体之间反应也有差别。但有一点自始至终不变:猿类肯定注意到了这些摄像机,它们会戳一戳摄像机,盯着看一看,偶尔还想咬一咬。相关论文近日发表于《当代生物学》。  研究人员在非洲各地猿类聚居的森林中布置了远程摄像机设备,并从其自动拍摄的视频中观察野生猿类对这些陌生物体的反应。“我们的目标是观察黑猩猩、倭黑猩猩和大猩猩对野外陌生物体的反应,主要是希望确定研究设备的存在,比如远程摄像机,是否对它们的行为有影响。”德国马普学会进化人类学研究所灵长类动物学家AmmieKalan说。  结果显示,大猩猩总体来说对摄像机缺乏兴趣,它们几乎没有注意到摄像机的存在,大体上摄像机也没对它们造成什么困扰。然而,倭黑猩猩似乎更容易受到摄像机的困扰,它们不愿接近摄像机,并且会主动与摄像机保持距离。  此外,同一物种内的个体对摄像机的反应也不同。例如,生活在人类活动较多地区(如研究地点附近)的猿类,会对不熟悉的事物变得不敏感,并对未来的此类遭遇淡然处之。而同一物种中接触陌生或新事物较少的个体,可能对摄像机更感兴趣。  猿类年龄也会带来类似的影响。“年幼的猿类会更多地探索这些摄像机,盯着摄像机的时间更长。”Kalan称,“就像人类的孩子一样,它们需要获得更多信息,了解周围的环境。好奇是它们了解周围的一种方式。”  研究人员表示,猿类所表现出的反应范围以及物种间甚至单一物种内的复杂差异都表明,科学家有必要考虑动物在其自然栖息地出现不熟悉的监测设备时会作出何种反应。  “当试图收集准确的监测数据时,物种内部和物种之间对不熟悉事物的行为差异可能会导致问题产生。为了减少这种影响,应考虑为野生动物留出一段熟悉期,以便其适应这些新事物。”Kalan说。  尽管有复杂性存在,使用远程摄像机监测野生动物的种群仍然是最有用的选择之一。“我认为从行为灵活性的角度考虑野生动物对这些新技术的反应是非常有趣的。我希望更多研究人员在做监测调查的同时,也研究一下动物对新奇事物的反应。”Kalan说。

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  今年是农历的猪年,作为十二生肖中的成员,大家对猪并不陌生。早在两千年前,《诗经·小雅·渐渐之石》就有对猪的描写,“有豕白蹢,烝涉波矣”,这里描述了将帅们行军打仗在路上遇到一群野猪。《诗经·大雅·公刘》中的“执豕于牢,酌之用匏”则描写的是家猪。  家猪由野猪驯化而来,广泛栖息于亚洲、欧洲及非洲北部,全球共有27个亚种,中国有5个亚种(另有文献表明6个)。家猪虽然和野猪是同根同源,不过经过人类的驯化后,家猪和野猪的行为有着诸多的不同。  野猪的“通勤”范围,可以有一个丰台区这么大  野猪有自己的活动范围,就是以巢为中心的地盘,在动物学上称之为家域。野猪的家域非常大,野猪东北亚种的家域可达50-300平方公里。目前北京的丰台区面积是306平方公里,也就是说,野猪的日常“通勤”范围,可以有一个丰台区这么大。  野猪的家域还会随着季节的变化而变化。冬季野猪的家域最小为50平方公里,春季面积最大为300多平方公里。  春季是雄性发情期,家域面积会明显增加。而且初春时节,积雪尚未融化,地面的食物比较稀疏,野猪需要扩大活动范围来获取足够的能量,家域也会随之增加。到了冬天,野猪为了维持身体能量的平衡,需要减少活动量,因而家域也会变小。  野猪的家域也会“因猪而异”。  一般来说,雌野猪的家域面积远远大于雄野猪,尤其是在冬季的时候,雌性野猪的家域面积约是雄性的10倍多。  按理说,雄野猪个头大、长得快,吃的也多,应该雄野猪的家域要大于雌野猪,但为什么结果正好相反呢?这其中的奥妙在于,相比于雄猪,雌猪更喜欢“扎堆”生活,所以需要更大的家域面积来养活这么多猪。  此外,亚成体作为野猪的二代,也就是“青少年猪”,它们的家域面积大小和家族的关系比较大,如果家族的家域大,这些亚成体的家域也大,反之亦然。  野猪的家域虽大,但并不是什么地方都适合休息。野猪对于卧息地的选择非常讲究,它们对隐蔽性要求比较高,尤其是远离人为干扰。在人类活动密集的地方可以看到它们觅食的痕迹,却很少发现野猪卧息的痕迹。在舒适性上,野猪倾向于选择阳坡平缓的地方,回避陡坡。  在动物界有一个“最优秀觅食理论”:动物倾向于选择食物丰富和捕食风险低的环境。野猪经常生活在树和草比较少的地方,这些地方植物的地下根茎和各种营养果实可能更为丰富,且易于挖掘,同时也便于逃跑。  人以类聚,猪以“活动”群分  一般情况下,科学家根据野猪的体型、毛色、獠牙,作为区分雌雄、成幼的标准。  成年雄猪体型大,具备獠牙,其实它的獠牙就是犬齿过于发达漏出嘴外。雄猪性情孤僻,常常独自活动。成年雌猪体型比雄性略小,看不到獠牙。亚成体体型体重一半小于80公斤,看不到獠牙。幼猪身体背部有淡黄色和褐色相见的纵向条纹。  根据野外野猪的活动特征,可以把野猪分为以下几个群体:  1)“寂寞孤独体”:这部分个体多为“一猪吃饱全家不饿”,它们多为雄猪,单独活动、到处游荡,只有在发情期的时候回到群体寻找配偶进行交配,之后继续离开群体单独活动。  2)“亲密母子群”:由一头猪妈妈带着几头小猪组成,大小约为2-7头,在每年的4-12月份比较常见。  3)“年少轻狂群”(亚成体群):一般为3-4头,多为亚成体,也就是“青少年猪”,有时也有小猪加入。猪妈妈生娃后为了更好地照顾新生儿,便会离开原来的母子群。离开妈妈的这些“青少年猪”就独自活动。  4)一雄一雌“伴侣群”:这种情况多在发情期交配季节,可以见到一雄一雌野猪在一起。  5)一雄多雌“后宫群”:由一头雄野猪和两头或两头以上的雌野猪组成。  6)男女老幼“混合群”:由一雌一雄和野猪和亚成体以及幼体组成。多是临时组成的群体。  野猪的日常生活“丰富多彩”  野猪白天活动夜晚休息,活动时间大于休息时间,雄性野猪的日活动量大于雌性。家族野猪“猪多力量大”,它们的觅食效率远远超过独自觅食的野猪,每天的活动量比独自生活的“孤独猪”要少。  平日里看着家猪总是吃了睡、睡了吃,但是野猪们的日常生活就丰富得多,有站立、走动、跑动、采食、饮水、修饰、发情、拱土和坐着休息等等。  野猪的修饰行为是指,通过树干等物体来摩擦自己身体。野猪除了睡觉外,还会坐着休息,来恢复精神体力。  不同季节野猪的活动不同,在春天,野猪喜欢走走、停停,找吃的;在夏天,野猪喜欢走走、跑跑、停停,找吃的;在秋天,野猪除了走走、停停,找吃的,还要发情和交配;到了冬天,野猪又在走走、停停,找吃的。  在发情交配季节,单独活动的雄野猪减少,活动更加频繁,口吐白沫,到处追寻雌野猪。发情雄野猪相遇时常常通过发出粗大的威胁叫声、咬牙、拌嘴、竖起颈背部的鬃毛等行为来争配,有时发生激烈的追逐和打斗,用嘴咬对方的头颈部、四肢。交配后,雄野猪便离开雌野猪单独活动,雌野猪则仍与原来的幼野猪生活在一起。  小心,野猪可能会伤人  野猪是森林生态系统中不可或缺的一员。野猪是顶级食肉动物的重要食物,其还可以分解动物的尸体,加速自然界物质循环。此外,野猪擦树及地上打滚等行为有利于植物种子扩散,拱地可疏松土壤、分散植物繁殖芽体,增加区域植物物种多样性,积极促进植物再生和生长。  但是,近年来随着野猪种群数量的快速增长,其危害成为一个社会问题。  野猪对于人类的危害主要体现在几个方面:1)危害庄稼,尤其是破坏玉米;2)野猪在一定程度上会破坏森林和草地;3)伤害人类和家畜,民间有“一猪二熊三老虎”的说法,在野外野猪虽然胆小,但其“战斗力”不容小觑,尤其是成年的雄猪,其长长的獠牙有时令老虎为之却步。  野猪的危害归根结底还是人类惹的祸,人类的过度扩张,比如偷猎、砍伐、开矿、修路、旅游开发、过度放牧等,造成动物栖息地破碎化,顶级掠食动物数量濒危,野猪在自然界失去天敌的制衡,再加上野猪生存能力、繁衍能力极强,于是扩张起来。  作者:赵序茅动物生态与保护生物学院重点实验室

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  RonaldKoes或许从未想到,对为何有的矮牵牛花是红色,有的却是蓝色的探寻之旅,会将其带到美国加州的柠檬园。不过,这位荷兰阿姆斯特丹大学的遗传学家因此解答了一个长期存在的问题:为何一些柠檬是甜的,另一些却很酸?秘密在于一种让细胞酸性更强的强大分子泵。  由于酸性严重破坏细胞的功能,因此植物细胞会将质子——带电的氢原子泵入液泡,从而将酸性物质同细胞其他部分隔离。不过,这种酸性对于很多东西来说是必需的。例如,矮牵牛花的花朵细胞需要高浓度质子以便将花瓣“染红”,否则花瓣呈蓝色。在柑橘类水果中,这些质子触发人类的酸味味蕾:质子越多,水果尝起来越酸。  2014年,Koes团队在红色矮牵牛花的细胞中发现了一种新的液泡泵。它曾被认为仅存在于外层细胞膜中。这种液泡泵更加强大,能将足够多的质子一起泵入液泡,从而使矮牵牛花的花朵保持红色。Koes和同事想知道,相同的液泡泵是否在诸如柠檬等酸性水果中也很活跃。  美国加州大学河滨分校遗传学家和植物育种家MikealRoose将十几个甜的和酸的柠檬、橘子、柚子和莱檬品种样本寄给Koes团队。研究人员分析了每种水果的DNA,并且测量了两个基因的活性。这两个基因编码了产生强大分子泵的一对蛋白质。研究发现,它们在酸的植物中非常“忙碌”,但在甜的植物中并非如此。Koes和同事在日前出版的《自然—通讯》杂志上报告了这一成果。  研究人员认为,当基因不活跃时,分子泵也不会产生,因此氢离子不会累积。这让水果变得更甜。在不同的水果品种中,经过几千年的培养,分子泵被多次打开关闭,而这通常由改变两个基因如何被调控的育种实现。类似的过程可能在花朵中发挥作用,使其颜色变得更红或者更蓝。事实上,和甜水果相比,酸水果的花往往更紫。这归因于其保留红色色素的能力。

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  巧克力是一种深受人们喜爱的甜食。尤其是情人节、圣诞节及各种纪念日,在为爱人、亲人、朋友准备礼物时,首选的就是最能表达爱意的巧克力了。最能表达爱意的巧克力(图片来自网络)  巧克力的历史可以追溯到数千年前,它的前身是南美洲土著人制作的一种苦涩、带香味的提神饮料,经历了悠长而复杂的发展过程才有了现今如此美味的巧克力。  如果有人说巧克力的美味与粒子加速器相关,你可能会感到惊奇和疑惑,可科学家们说这是真的。  在美国能源部主办的Symmetry电子期刊上,有篇文章的第一句就是这样写的:如果你的心上人在情人节送给你一盒巧克力,别忘了你还应该感谢粒子加速器,是它给了巧克力美味。 Symmetry上题为Chocolatàlaparticleaccelerator的文章   巧克力的起源  一些历史学家认为巧克力至少已存在了约2000年,但也可能更古老些。1996年出版了一本名为《巧克力的真实历史》(TheTrueHistoryofChocolate)的书,作者(SophieD.Coe、MichaelD.Coe)对巧克力的起源及发展史作了仔细研究后提出了自己的观点:  关于巧克力的故事最早应可追溯到3000年甚至4000年前。那时,墨西哥及中美洲茂密的热带雨林里生长着一种可可树,当地土著人发现这种树的果实(可可豆荚)里面的“可可豆”(每个果荚里约有30-40颗)干燥后会散发出很独特的香味。他们将可可豆发酵、晒干、烘烤、碾碎,再加上些胡椒、香草、树汁和水制成一种味道苦涩但带有特殊香味的“可可饮料(Cacahuatl)”,这种饮料具有能使人迅速恢复体力和精力的神奇功能。1996年出版的TheTrueHistoryofChocolate(图片来自网络)可可树、可可果及果荚中的可可豆(图片来自网络)  15世纪,随着西班牙对中美洲的征服,可可饮料被引入西班牙,制作技术进行了改良,用糖、肉桂和蜂蜜等替换了原先的胡椒和树汁,可可饮料不再那么苦涩且保留了原来的香味。最初,这种饮料只有王室和贵族才能享用,后来才逐渐在咖啡馆里流行起来。  当时,从中美洲收购来的可可豆先要进行烘焙,然后去皮碾碎为“可可粒”——这是制作可可饮料的原料。经营可可饮料的商家将可可粒与各种配料一起烹制后才能产出可可饮料。西班牙商人拉斯科(Lascaux)一直为此烦恼着、探索着。终于,他找到一种方法能将可可粒研磨加热后浓缩成液态的“可可浆”,可可浆冷却后会结成硬块——称为“巧克力特尔(Chocolatl)”。商家只要取一小块巧克力特尔用水冲泡调制后即可成为可可饮料。巧克力特尔也可直接放入嘴里吃,这可以算是最原始的巧克力了。  精明的西班牙人因经营可可饮料和巧克力特尔盈利颇丰,他们对配方严加保密,直至约一百年后相关配方才陆续传入意大利、英国、法国等国。因受制作技术所限,当时的可可饮料及巧克力特尔的口味其实还很不尽人意。  1828年,荷兰的范·豪尔顿(VanHouten)发明了“脱脂”技术。他使用一种螺旋压力机成功地将可可豆中的脂肪(可可脂)分离出去,脱脂后剩下的可可粉经碱化处理后可使冲泡出来的可可饮料味道更加醇厚。豪尔顿生产的可可粉被称为“荷兰可可”。脱脂后剩下的可可粉与分离出来的可可脂(图片来自网络)  1847年,英国的约瑟夫·弗莱(JosephFry)有了新的发现:如果在荷兰可可中按比例加入熔融的可可脂,这样的巧克力浆冷却后制成的固态巧克力就变得不那么粗糙易碎了,巧克力的质量得以大大提高。  1879年,瑞士的鲁道夫·林特(RudolpheLindt)发明了“精炼”技术:用能更精细研磨的机器(可可粉颗粒可研磨得小于20微米),根据所需品种的要求在不同温度下(例如:牛奶巧克力约49℃,而黑巧克力约82℃)将加入可可脂的巧克力浆持续研磨几小时甚至几天,精炼后再冷却成型的巧克力品质有了新的飞跃,口感柔滑细腻,入口即化。巧克力的精炼(图片来自网络)   令人头疼的巧克力反霜  不过,巧克力精炼后的冷却成型过程并不像一般人想象的那样简单。  巧克力中的可可脂由多种脂肪酸构成,其中98%为甘三酯,其他成分包括游离脂肪酸、甘二酯、单甘酯、生育酚和磷脂等。可可脂具有多形态结晶的神奇特性,随着温度的不同它竟有六种不同的结晶状态(编号I至VI),每种结晶状态对应不同的熔点:结晶I的熔点17℃,而结晶VI的熔点为36℃。编号越低的结晶状态越不稳定,因结晶V的熔点正好为34℃,室温时是固态,进入人口即能美妙融化,使人得到味觉上的美妙享受。  巧克力制造还需要通过复杂的“调温”工艺,设法让巧克力中尽可能多的可可脂处于结晶V的完美状态,且尽可能地均匀分布。但因结晶V并不是可可脂最稳定的状态,储存过程中一不小心它就会向最稳定的结晶VI状态转化(此时,巧克力表面被蒙上一层白霜,称为反霜)。正常巧克力(左)与反霜的巧克力(右)(图片来自网络)  反霜的巧克力虽然仍可食用(对人体无害),但它却失去了原来的醇厚香味和口感,吃起来令人“味同嚼蜡”。巧克力的最佳食用期限因此被限制在很短的时间内,如何克服巧克力的反霜已成为令巧克力厂家极为头疼的问题。但是,直至20世纪末,科学家们还不很了解可可脂的晶体结构究竟是什么样的,因而对如何避免巧克力反霜仍束手无策。  荷兰阿姆斯特丹大学的一个研究团队对此问题产生了浓厚的兴趣,他们利用欧洲同步辐射光源ESRF(EuropeanSynchrotronRadiationFacility)提供的实验条件,从分子结构的层次开展如何从根本上避免巧克力上形成反霜的研究。   同步辐射光源助力揭秘反霜机理  同步辐射光源是基于粒子加速器的大型科研设施,同步辐射光源帮助物理学、化学、地质科学、材料科学等多个学科的科学家探索原来人类无法想象的物质细微结构,迄今为止,世界上90%的生物大分子:蛋白质、ADN、ARN、核糖体、核小体或者病毒都是借助同步辐射光了解的。  ESRF是欧洲12个国家共同投资建造的,是世界上首座第三代高能同步辐射光源。它拥有40余条光束线站,为用户提供高亮度、高精度的光源,研究内容涉及生物分子、纳米结构、聚合体等物理、化学、材料科学、生物、医学、地理和地质考古等多个重要领域。 位于法国格勒诺布尔的ESRF鸟瞰图 ESRF的光束线分布示意图  这个来自荷兰的研究团队在ESRF实验站上用“X射线粉末衍射技术”首次确定了可可脂三种主要单不饱和型甘油三酯中的一种——SOS的晶体结构(约占可可脂的25%,在可可脂的结晶过程中起着重要作用),成功构建了可可脂结晶V的结构模型,为在分子水平上更好地理解巧克力反霜现象的机理打下了基础。这一成果有助于更好地了解可可脂的熔化行为和更好地控制生产过程。  2004年9月该研究团队在JournalofPhysicalChemistryB期刊上发表文章,描述了可可脂成分的结构以及最常见可可脂的晶体结构。研究团队的勒内·佩沙尔(RenePeschar)指出:在一般实验室无法得到这样的结果,真的需要这样一个同步加速器设施。这是因为ESRF产生的X射线强度比常规X射线源要高上千倍到百万倍,而所需样品的体积却可小几个数量级。在ESRF上进行X射线粉末衍射实验极大地提高了晶体衍射分辨率,并能在短至数秒甚至微秒时间内进行三维结构的研究。ESRF的确是该项研究取得成功的关键。 研究团队在JournalofPhysicalChemistryB上发表的文章 研究团队在RadiationPhysics&Chemistry上发表的文章  该项研究成果对巧克力产业产生了直接的影响。基于该研究团队几年来在ESRF上得到的实验数据,参与合作研究的荷兰机械制造公司(该公司所在地区厂商所加工的可可豆占世界总产量的20%以上)获得了一种改进巧克力制造方法的专利,并进行了20→400→1000公斤/小时规模的巧克力生产测试,取得了稳定的成效。该专利技术可使制造的巧克力不发生反霜,还能不断提高巧克力的质感、口感和外观。 各种美味的巧克力(图片来自网络)  所以,当你尝到口味日臻完美的巧克力时,别忘了向粒子加速器表示致意!

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