科学研究 - 大阪工业大学、在酸性环境中破裂并释放气体的球泡与肉桂包裹的可食用球泡

大阪工业大学的研究团队成功开发出一种在碱性环境中稳定存在，在酸性环境中则会破裂并释放内部气体的“气体弹珠”（gas marble）球泡。这种球泡是通过让聚合物颗粒吸附在取代传统的表面活性剂的水膜上制成的。研究团队利用这种方法还开发了一种使用肉桂颗粒的球泡。将这种球泡应用在蛋糕等食品中，即可在咬下得同时享受食物的口感和声音。据称该技术还有望应用于化妆品香氛开发等领域。

大阪工业大学工学部应用化学科的藤井秀司教授（界面胶体化学与聚合物化学专业）率领的研究团队一直在致力于研究各种球泡，此前他们曾发现，球泡的稳定性会随着表示氢离子浓度的pH值和温度等条件而变化。

在研究过程中，研究团队一直在探索用微粒子稳定球泡的方法。洗涤剂中含有表面活性剂分子就是用来稳定肥皂泡，但表面活性剂具有可能引发过敏反应的问题。为此，藤井教授想到了一种通过调节pH值可与水相溶的特殊的碱性聚苯乙烯颗粒，使用这种颗粒来覆盖肥皂泡表面的水膜。

研究成果示意图。环境呈酸性时，聚合物颗粒从球泡表面脱离，内部的空气逸出（供图：大阪工业大学）

首先，研究人员在培养皿中注入水，然后撒上干燥的聚苯乙烯颗粒，使水面被颗粒所覆盖。接着，像在鱼缸中注入空气那样向水中输送空气，气泡就会浮到被颗粒覆盖的水面上。当这些气泡运动经过覆盖着颗粒的水面时，就形成了球状的气体弹珠。这种聚苯乙烯颗粒具有可通过pH值来控制其表面亲水性与疏水性的特性。当pH值为3～4（酸性）时，气体弹珠会瞬间破裂并释放内部空气，而在pH值为9～10（碱性）时，气体弹珠可以保持2小时左右的稳定状态。

气体弹珠从形成到破裂花费的时间。环境酸性越强，气泡破裂得越快。如果环境接近碱性，气泡则可以长时间保持（供图：大阪工业大学的藤井秀司教授）

研究团队用电子显微镜对气体弹珠的表面结构进行了观察，发现弹珠上有聚苯乙烯粒子聚集在一起之处，也有单层附着之处，由此气体弹珠的表面呈现出凹凸不平的构造。聚合物颗粒覆盖在气体弹珠表面，所以能够在水面和固体上滚动，实现了“水陆两用”。

藤井教授认为这种机制也可以用于为食品增香，遂制作了一种可食用的球泡。当使用肉桂颗粒作为稳定剂时，即使水分蒸发后球泡仍能保持球形不破裂，可长期保存。研究人员尝试将牛奶、豆浆、咖啡代替水作为液体制作球泡，结果显示，无论哪种液体制成的球泡都能够长时间保持球状。尤其是用牛奶制作的球泡很结实，咬下时会发出酥脆的声音，能既享受肉桂香气，又感受到特殊口感，“香味兼具”。

藤井教授等实际开发的可食用球泡。球泡借由肉桂颗粒实现了稳定（供图：大阪工业大学）

藤井教授表示“空气不易导热，所以该技术或许也能应用于隔热材料等。今后计划继续研究使用什么样的颗粒可以稳定球泡，并开发出按照温度、光线、压力的变化而破裂的球泡。”据称，研究团队正在考虑将该技术应用于化妆品和护发用品等。

以上两项研究均得到了日本学术振兴会的科学研究费的资助。有关酸性环境的球泡的研究成果已于6月25日发表在德国科学期刊《Advanced Science》电子版上，大阪工业大学于7月10日发布了相关成果报告。有关肉桂颗粒球泡的研究成果已于8月6日发表在德国科学期刊《Advanced Functional Materials》的电子版上，大阪工业大学于8月21日发布了相关消息。

日文：JST Science Portal 编辑部
中文：JST客观日本编辑部

日语原文

【论文信息】
期刊：Advanced Science
论文：Stimulus-Responsive Gas Marbles as an Amphibious Carrier for Gaseous Materials
DOI：10.1002/advs.202404728
期刊：Advanced Functional Materials
论文：Cinnamon Particle-Stabilized Gas Marbles: A Novel Approach for Enhanced Stability and Versatile Applications
DOI：10.1002/adfm.202409926