Quả trứng trong chùm tia X: Một cái nhìn vào điều diễn ra với quả trứng khi nấu

Một nhóm nghiên cứu sử dụng nguồn tia X ở máy gia tốc PETRA III ở DESY để phân tích những thay đổi về cấu trúc trên một quả trứng khi nấu trên bếp.

Trung tâm máy gia tốc DESY. Nguồn: DESY

Công trình này đã tiết lộ cách các protein trong lòng trắng trứng gà dãn nở ra và liên kết với nhau để hình thành một cấu trúc rắn khi được gia nhiệt. Phương pháp sáng tạo của họ có thể được ngành công nghiệp thực phẩm quan tâm cũng như được lĩnh vực nghiên cứu rộng lớn hơn đặt chú ý về cách phân tích protein.

Nhóm hợp tác với sự tham gia hai nhóm nghiên cứu, một do giáo sư Frank Schreiber từ trường đại học Tübingen và một do giáo sư Christian Gutt từ trường đại học Siegen dẫn dắt, với các nhà khoa học ở DESY và Trung tâm XFEL châu Âu đã nêu kết quả nghiên cứu trong hai bài báo trên tạp chí Physical Review Letters, một là “Kinetics of Network Formation and Heterogeneous Dynamics of an Egg White Gel Revealed by Coherent X-Ray Scattering”.

Các quả trứng là một trong những loại nguyên liệu thực phẩm đầy linh hoạt. Nó có thể xuất hiện dưới hình thức sệt sệt như keo hoặc kem bọt nhưng cũng có thể nhanh chóng trở nên tương đối rắn chắc hoặc mềm mạng dạng nhũ tương. Tại ở mức 80 độ C, lòng trắng trứng sẽ trở nên đậm đặc và chuyển màu trắng đục. Điều này xảy ra là bởi các protein trong lòng trắng trứng hình thành mộ cấu trúc dạng mạng. Việc nghiên cứu về cấu trúc phân tử chính xác của lòng trắng trứng cần có bức xạ năng lượng như các tia X, vốn có thể xuyên qua phần lòng trắng trứng đã chín đục và có một bước sóng không dài hơn các cấu trúc đang được xem xét.

Kiểm soát nhiệt

“Để hiểu về sự tiến hóa của cấu trúc một cách chi tiết, anh phải nghiên cứu hiện tượng này ở cấp độ vi mô”, tiến sĩ Nafisa Begam, tác giả thứ nhất của nghiên cứu đầu tiên, một người được học bổng của Quỹ Alexander von Humboldt trong nhóm nghiên cứu của Schreiber, nói. Các nhà khoa học đã sử dụng quang phổ tương quan photon tia X (XPCS) với một hình học cụ thể cho phép họ xác định được cấu trúc và động lực học của các protein trong lòng trắng trứng.

Với thí nghiệm thực hiện trên đường tia P10 tại PETRA III, các nhà khoa học sử dụng một quả trứng gà mua từ siêu thị gần đó và lọc lòng trắng trứng vào một ống thạch anh với đường kính là 1,5 mi li mét. “Bên trong, lòng trắng trứng được gia nhiệt với sự kiểm soát cẩn thận trong khi chúng tôi thực hiện các phép phân tích với sự hỗ trợ của tia X”, đồng tác giả Fabian Westermeier ở DESY nói. “Chùm tia X được mở rộng với kích thước 0,1 – 0,1 mi li mét để giữ cho liều bức xạ ở dưới ngưỡng có thể phá hủy các cấu trúc protein”.

Khi được gia nhiệt, lòng trắng trứng gà chuyển từ một chất gel trong suốt thành một mạng lưới trắng đục. Nguồn. University of Tübingen

Sự hình thành mạng theo cấp số nhân trong quả trứng ba phút

Các phép đo đạc tiết lộ động lực học của protein trong lòng trắng trứng vượt quá một thời gian khoảng một phần tư giờ. Trong suốt ba phút đầu tiên, mạng protein này lớn lên theo cấp số nhân, sau khoảng năm phút thì chạm đến một trạng thái ổn định mà tại đó không đường liên kết protein nào được hình thành. Cũng tại thời điểm đó, kích thước mắt lưới trung bình vào khoảng 0,4 micro mét (phần trăm của một mi li mét).

Trong nghiên cứu thứ hai, nhóm nghiên cứu sử dụng kỹ thuật quang phổ tương quan photon tia X để tìm hiểu việc tự tổ chức của các dung dịch protein thành những miền có nồng độ protein cao và thấp, như một ví dụ về sự hình thành cấu trúc trong sinh học tế bào. Trong quá trình này, chúng có thể tuân theo động lực học phụ thuộc nhiệt độ. “Tại các mức mật độ protein cao, tính cơ động giảm, vốn chậm đi để chờ sự tách pha. Đây là điều quan trọng cho động lực học đặc biệt của hệ này”, tác giả thứ nhất Anita Girelli của nhóm nghiên cứu do Schreiber dẫn dắt cho biết.

Các nghiên cứu này do Bộ Giáo dục và nghiên cứu Đức (BMBF) tài trợ. Nó không chỉ tiết lộ những chi tiết mới về sự thay đổi cấu trúc xuất hiện trong lòng trắng trứng mà con chứng minh ý tưởng của thực nghiệm, vốn có thể hữu dụng với nhiều ví dụ khác, như được thể hiện ới ngiên cứu thứ hai. “Việc áp dụng thành công quang phổ tương quan photon tia X mở ra một cách mới để nghiên cứu động lực học của phân tử sinh học, điều này rất cần thiết để chúng ta hiểu về chúng một cách đúng đắn”, Schreiber bình luận.

Thanh Phương tổng hợp

Nguồn: https://phys.org/news/2021-03-egg-x-ray-peek-cook.html

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.126.098001