碎蛋壳纳米结构对食品安全的影响

如何让受精卵抵抗来自外部的破裂，同时在小鸡孵化过程中足够脆弱不被内部打破？根据麦吉尔大学科学家领导的一项新研究，这一切都在蛋壳的纳米结构中。

今天发表在《科学进展》杂志上的研究成果，可能会对农业产业的食品安全产生重要影响。

鸟类受益于数百万年的进化，形成了完美的蛋壳，这是一个薄的，保护胚胎生长的生物矿化室，包含了幼鸟生长所需的所有营养物质。外壳不要太强，但也不要太弱(金发姑娘可能会说“刚刚好”)，孵化时能抗裂。

但是是什么赋予鸟类蛋壳这些独特的功能呢？

为了找到答案，麦克吉尔牙科学院的马克麦基(Marc McKee)的研究团队与理查德铬里克(Richard Chromik)的工程团队和其他同事一起，使用新的样品制备技术来揭示蛋壳的内部，并研究它们的分子纳米结构和机械性质。

“众所周知，用传统手段研究蛋壳是非常困难的，因为当我们试图用电子显微镜制作薄切片进行成像时，蛋壳很容易破碎，”麦基说，他也是麦吉尔解剖和细胞生物学系的教授。

“因为麦吉尔的电子显微镜研究设施最近获得了一种新的聚焦离子束切割系统，我们可以精确而薄地切割样品，并对壳的内部进行成像。”

蛋壳由无机物和有机物组成，无机物是含钙的矿物质，富含蛋白质。该研究的第一作者研究生Dimitra Athanasiadou发现，决定壳强度的因素之一是与骨桥蛋白相关的纳米结构矿物质的存在，这也是骨等复合生物材料中发现的蛋壳蛋白。

鸡蛋生物学一瞥

这些结果也提供了对受精卵和孵化蛋中鸡胚的生物学和发育的深入理解。在产卵和孵卵期间，鸡蛋足够坚硬，可以防止它们破裂。当小鸡在蛋壳中成长时，它需要钙来形成骨骼。在孵化期间，壳的内部溶解以提供这种矿物离子供应，同时将壳削弱到足以被孵化的小鸡破坏。利用原子力显微镜、电子和X射线成像方法，麦基教授的合作者团队发现，这种双功能关系是可能的，这要归功于鸡蛋孵化过程中外壳纳米结构的轻微变化。

在平行实验中，研究人员还能够通过向实验室生长的矿物晶体中添加骨桥蛋白来重建类似于贝壳中发现的纳米结构。麦基教授认为，更好地理解蛋白质在生物矿化驱动的蛋壳硬化和钙化事件中的作用，可能对食品安全具有重要意义。

麦基说：“大约10-20%的鸡蛋有裂纹或破裂，这增加了沙门氏菌中毒的风险。”“了解矿物质纳米结构如何促进蛋壳强度，将允许选择蛋鸡的遗传特征，以生产始终如一的强壮鸡蛋，从而提高食品安全。”

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