Khoa học cứng và ẩm thực cao cấp
Các nhà nghiên cứu ẩm thực phân tử kết hợp giữa protein và polyme / Nghiên cứu mới của Max Planck được công bố
Một nhà vật lý tại Viện Nghiên cứu Polymer Max Planck ở Mainz đã kết hợp khéo léo nghiên cứu của mình về vật chất mềm với nấu ăn như một môn khoa học. Đối với “nhà ẩm thực phân tử” Thomas A. Vilgis, nhà bếp trở thành phòng thí nghiệm. Số mới nhất của MaxPlanck Research (4/2003) đã đến thăm Vilgis và mô tả điều gì sẽ xảy ra khi “khoa học cứng” gặp “ẩm thực cao cấp”.Tại sao nấu thịt thì mềm nhưng đun lâu quá thì lại dai? Điều gì xảy ra khi bạn đánh lòng trắng trứng hoặc làm sạch bơ? Các nhà khoa học tự gọi mình là “nhà nghiên cứu ẩm thực phân tử” giải quyết những câu hỏi như thế này về tính chất hóa học và vật lý của món nướng, nước sốt và bánh pudding. Thomas Vilgis cũng tính mình trong số đó. Tại Viện Nghiên cứu Polymer Max Planck ở Mainz, ông nghiên cứu các tính chất của polyme, polyme sinh học và các vật liệu phức tạp mà chúng có thể chế tạo.
Hình 1: Hình ảnh hiển vi của lòng trắng trứng cho thấy rõ thành bọt khí có cấu trúc giống như bánh sandwich: các lớp protein hoạt động bề mặt tiếp xúc trực tiếp với không khí, với pha nước được nhúng vào giữa.
Hình ảnh: MPI cho Nghiên cứu Polymer
Nhũ tương, huyền phù, bọt, gel, màng sinh học hoặc sợi bao gồm các phân tử rất lớn. Các phân tử này, thường là các polyme, ảnh hưởng lẫn nhau trên nhiều thang kích thước: từ nanomet (một phần tỷ mét) đến micromet hoặc thậm chí milimét. Điều này mang lại cho tất cả các vật liệu này những đặc tính phức tạp và đồng thời đặc trưng. Đó là lý do tại sao các nhà khoa học ngày nay tóm tắt nó bằng thuật ngữ chung là "vật chất mềm", tượng trưng cho một lĩnh vực nghiên cứu đa dạng và rất năng động. Vật chất mềm bao gồm tất cả các vật liệu sinh học - ngoại trừ các chất khoáng sinh học trong xương và răng - và do đó tất cả mọi thứ chúng ta ăn.
Ví dụ, một cách tiếp cận thú vị để nấu ăn xuất phát từ quan điểm về protein. Những polyme sinh học này là những phân tử lớn được tạo thành từ hàng nghìn nguyên tử. Trong cơ thể sống, chúng đóng vai trò trung tâm trong hầu hết các quá trình sinh hóa. Điều quan trọng là các phân tử này có thể thay đổi hình dạng - và do đó cũng thay đổi chức năng sinh học của chúng: một số protein có thể chuyển đổi giữa hình dạng gấp giống như chiếc lá và hình xoắn ốc. Theo kiến thức hiện nay, những quá trình như vậy thậm chí còn gây ra các bệnh về não như BSE.
Hình 2: Hình dạng của phân tử mô hình protein “không được bọc” một phần ở các độ phóng đại khác nhau. Bên trái: Độ phóng đại cao nhất cho thấy cấu trúc chính với các nguyên tử riêng lẻ chỉ cách nhau 0,1 đến 0,2 nanomet (một phần tỷ mét). Ở đây bạn có thể thấy các axit amin tạo thành các khối xây dựng cơ bản để tạo thành protein. Chức năng của protein và cấu trúc bậc hai của nó (ở giữa) phụ thuộc vào thứ tự của chúng: Cấu trúc này có thể bao gồm nhiều phần tử khác nhau như cấu trúc xoắn ốc hoặc cấu trúc tấm. Cấu trúc bậc hai cuối cùng trở nên vướng víu để tạo thành cấu trúc bậc ba hình cầu, hình cầu của toàn bộ phân tử, có hoạt tính sinh học (phải).
Hình ảnh: Helmut Rohrer
Ví dụ, Thomas A. Vilgis và các đồng nghiệp của ông đang phát triển các mô hình toán học mới để hiểu rõ hơn về cách thức hoạt động của kháng thể và enzyme. Là chất xúc tác, enzyme đẩy nhanh các phản ứng sinh hóa trong cơ thể, giúp thực hiện nhiều chức năng sống. Tuy nhiên, một số enzyme cũng có thể hỗ trợ nấu ăn, chẳng hạn như “chất làm mềm thịt”. Để đảm bảo mô sinh học đồng thời khỏe mạnh và đàn hồi, các sợi collagen chạy qua nó. Những sợi polymer sinh học này bao gồm một chuỗi xoắn ba phân tử rất ổn định - làm cho thịt sống trở nên dai. Làm nóng hoặc tiếp xúc với một số enzyme, ví dụ như từ nước ép dứa hoặc quả sung tươi, có thể biến đổi collagen: các chuỗi xoắn ba hòa tan và các polyme liên kết với nhau tạo thành một mạng lưới không gian lỏng lẻo. Điều này tạo ra một loại gel và thịt trở nên mềm.
Nhà bếp cung cấp nhiều loại vật liệu phức tạp - và do đó có rất nhiều thức ăn cho sự tò mò khoa học của các nhà ẩm thực phân tử. Ví dụ, các bề mặt rất thú vị: Trong thực phẩm, chúng thường bao gồm một lớp protein có trật tự chỉ dày vài nanomet. Ví dụ, các lớp như vậy có thể kết nối các giọt nước và chất béo mà nếu không sẽ đẩy nhau. Điều này tạo ra các nhũ tương như sữa và bơ. Các bề mặt phân tử cũng giúp bọt khí trong bọt có đủ độ ổn định. Để làm được điều này, các phân tử protein hiện diện dưới dạng những quả bóng trong lòng trắng trứng, trước tiên phải được "mở gói": việc này được thực hiện bằng cách đánh bằng máy đánh trứng. Lòng trắng trứng trong suốt chuyển sang màu trắng đục. Các phân tử protein biến đổi giờ đây có thể bao bọc các phân tử nước của trứng trong các màng mịn giống như bánh sandwich. Những màng này tạo thành lớp vỏ ổn định xung quanh bọt khí trong bọt trứng. Điều đáng kinh ngạc là một thiết bị thô sơ như cái đánh trứng lại có thể thay đổi hình dạng của các phân tử có kích thước chỉ vài nanomet. Công nghệ nano có truyền thống lâu đời trong nhà bếp!
MaxPlanck Research 4/2003 hiện đã được xuất bản. Tạp chí dày 76 trang cung cấp những thông tin thú vị và dễ hiểu từ các viện của Hiệp hội Max Planck. Trọng tâm của vấn đề này là "Chân trời quang học": Kính hiển vi đã 400 năm tuổi - và vẫn chưa được khai thác triệt để. Trải nghiệm những phương pháp phức tạp mà các nhà khoa học sử dụng ngày nay để du hành vào thế giới của những điều nhỏ nhất và rất nhỏ cũng như những hiểu biết sâu sắc tuyệt vời mà họ thu được trong quá trình này. Bài luận đặt câu hỏi “Trí thông minh cần bao nhiêu bộ não?”, chuyên mục Nghiên cứu & Xã hội (“Trò chơi số - ảo tưởng về sự chắc chắn”) đi sâu vào nguyên nhân dẫn đến sai sót trong suy nghĩ, phán đoán sai lầm và những kiến thức trực tiếp dành riêng cho các mô hình về tác động của hóa chất môi trường. Các bài viết khác trong số này: "Người giao tiếp vĩ đại" (nhân kỷ niệm 100 năm ngày sinh của Konrad Lorenz) và "SUSY với dòng Benedictines" (một cuộc gặp gỡ bất thường của các nhà vật lý ở tu viện Maria Laach).
MaxPlanckResearch được xuất bản bốn lần một năm. Tạp chí khoa học có thể được đăng ký tại văn phòng báo chí của Hiệp hội Max Planck hoặc thông qua mẫu web của chúng tôi. Việc đăng ký là miễn phí.
Liên kết liên quan:
[1] Nghiên cứu của MaxPlanck trên Internet: http://www.mpg.de/
tác phẩm gốc:
N. Lee, TA Vilgis - Quang phổ lực chuỗi đơn - đọc trình tự các mô hình protein HP - Eur.Phys. J.B 28, 415 (2002)
N. Lee, TA Vilgis - Sự hấp phụ ưu tiên của protein mô hình phân cực kỵ nước trên các bề mặt có hoa văn - Phys. Rev E 67, 050901 (2003)
E. Jarkova, N. Lee, TA Vilgis - Hành vi sưng tấy của gel lưỡng tính phản ứng - J. Chem.Phys. 119, 3541 (2003)
Nguồn: Mainz [mpg]
