涂膜高蝦青素含量雞蛋的貯藏品質衰變動力學研究

胡云峰,陳亞楠,陳君然*,胡穎

1(天津科技大學 食品科學與工程學院,天津,300450)2(天津市經濟貿易學校,天津,300450)

蝦青素作為一種有效的功能性飼料添加劑,將其添加到蛋雞的日糧中后,其所產雞蛋與普通雞蛋相比,在蛋黃顏色和哈夫單位等方面具有較大區別,得到明顯改善[1],其抗氧化能力也得到較大提高[2]。但在貯藏過程中,高蝦青素含量雞蛋同普通雞蛋一樣,容易遭到微生物的侵染,發生腐敗變質。涂膜保鮮可在雞蛋的表面形成一層保護性薄膜,抑制雞蛋的呼吸運動,抵御微生物的入侵,延緩水分的蒸發,從而延長鮮蛋保質期[3]。普魯蘭多糖是一種水溶性黏質多糖,具有良好的成膜性、阻氣性、可塑性和黏性,易溶于水并且無毒無害,能夠抑制食品中真菌的生長,因此被廣泛的應用在農產品保鮮中[4-5]。李龍等[6]研究雞蛋在貯藏過程中的新鮮度變化,構建雞蛋的貨架期預測模型。王晶[7]研究了殼聚糖及其復合涂膜對雞蛋的保鮮效果。王杰等[8]研究了鮮切馬鈴薯在貯藏流通過程中品質的變化以及貨架期的預測,所得模型可有效預測鮮切馬鈴薯在4～10 ℃的貨架期。張利蘋[9]研究了基于H2S的可視涂膜雞蛋衰變動力學,并建立了貨架期預測模型。為研究普魯蘭涂膜后的高蝦青素含量雞蛋的貯藏衰變情況,并為高蝦青素含量雞蛋的貯藏和銷售提供參考,本試驗以普魯蘭涂膜的蝦青素雞蛋為研究對象,分析測定了不同貯藏溫度下雞蛋各品質指標的變化情況,并通過數據擬合建立品質衰變動力學模型與貨架期預測方程。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

蝦青素雞蛋采自天津五谷香農業發展有限公司,為40周齡蛋雞飼喂含有商品蝦青0.8 g/kg(有效蝦青素含量為40 mg/kg)的日糧3周后產出的新鮮雞蛋。普魯蘭多糖,中科鴻基生物技術有限公司。

1.2 儀器與設備

PL203/01電子分析天平,特勒-托利多儀器上海有限公司;游標卡尺,天津精密儀器廠;MP522型pH計,上海理達儀器;TU-1810紫外分光光光度計,北京普析通用儀器有限責任公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 雞蛋涂膜處理

用蒸餾水配制7%(質量分數)的普魯蘭多糖溶液,攪拌均勻后加入冰乙酸調節溶液pH至5.0～5.6,然后再加入2%(質量分數)的甘油,即可獲得涂膜劑[10]。將雞蛋完全浸入涂膜液中8 s,取出自然晾干后將其分別貯藏在15、25、35 ℃的環境中,定期進行指標的測定。

1.3.2 測定指標與方法

蛋重:用精度為0.001 g的天平測定雞蛋質量;

哈夫單位:用游標卡尺(精度0.2 mm)測量雞蛋的濃蛋白高度,雞蛋的哈夫單位值計算如公式(1)所示[11]:

Hu=100lg(H+7.57-1.7W0.37)

(1)

式中:Hu為雞蛋的哈夫單位值;H為濃蛋白高度,mm;W為雞蛋質量,g。

氣室直徑:照蛋燈照射雞蛋的鈍端處,用游標卡尺測量雞蛋鈍端處的最大直徑;

蛋清pH:用pH計測定雞蛋在貯藏期間的蛋清pH值;

蛋黃系數:將雞蛋內容物放止平整操作臺,用游標卡尺測量雞蛋的蛋黃高度(cm)和蛋黃直徑(cm),計算如公式(2)所示:

(2)

濃蛋白比例[12]:用40目篩子過濾全部蛋清,未濾過的為濃蛋白,將濃蛋白進行稱重。計算如公式(3)所示:

(3)

蝦青素含量的測定:參照張泳等[13]的方法。

1.4 動力學模型的建立與驗證

1.4.1 雞蛋各指標數據擬合分析

選用公式(4)和公式(5)所對應的零級反應方程和一級反應方程,將各品質指標所得的試驗數據進行擬合,分析比較擬合方程的R2,根據R2的大小確定相關指標的最適擬合方程。

Yt=Y0-kt

(4)

Yt=Y0×exp(-kt)

(5)

式中:Yt為蝦青素雞蛋貯藏td時的指標值;Y0為蝦青素雞蛋初始指標值;k為反應速率常數,t為貯藏時間,d。

1.4.2 品質衰變模型的確定

不同溫度下的反應速率常數一般適用于Arrhenius方程式[公式(6)],因此采用此方程對反應速率常數k進行擬合后代入公式(4)和公式(5)就可以得到如公式(7)和公式(8)的品質變化預測模型。

(6)

式中:k為速率常數;A為指前因子;Ea為活化能,kJ/(mol·K);T為絕對溫度,開爾文K;Rg為摩爾氣體常數,8.314 G/(moL·K)。

(7)

(8)

1.4.3 貨架期預測模型的建立

將各品質指標與哈夫單位進行皮爾遜分析,通過皮爾遜分析確定可替代哈夫單位指示蝦青素雞蛋新鮮度的關鍵指標,然后根據此指標在貯藏期間的變化來建立普魯蘭涂膜蝦青素雞蛋的貨架期預測模型。如公式(9)所示:

(9)

式中:SL代表貨架期(shelf-life, SL)。

1.4.4 品質衰變動力學模型與貨架期預測模型的驗證

選用貯藏在20 ℃條件下的普魯蘭涂膜蝦青素雞蛋進行品質衰變動力學模型與貨期模型的驗證。品質衰變動力學模型的驗證采用平均絕對誤差百分比,如公式(10)所示,貨架期模型的驗證采用相對誤差,如公式(11)所示:

(10)

式中:n,試驗次數;Qi,試驗值;Pi,預測值。

(11)

1.5 數據處理

用Excel進行數據整理及相關數據的擬合與計算,應用SPSS統計軟件進行相關性分析,驗證模型的合理性。

2 結果與分析

2.1 普魯蘭涂膜高蝦青素含量雞蛋的質量變化情況

由圖1可知不同溫度下普魯蘭涂膜蝦青素雞蛋質量均隨貯藏時間的延長而不斷降低。在35 ℃的貯藏條件下,雞蛋的質量從最初的55.03 g下降到貯藏末期第20天的46.73 g,下降了15.1%;在15 ℃的貯藏條件下,到貯藏末期第32天時,質量下降了14.2%;在25 ℃的貯藏條件下,貯藏末期第28天時,質量下降了14.9%?？梢婋S著貯藏溫度升高,雞蛋質量減輕,與貯藏溫度呈負相關。

圖1 普魯蘭涂膜高蝦青素含量雞蛋的蛋重變化Fig.1 Changes in egg weight of pullulan-coated eggs with high astaxanthin content

2.2 普魯蘭涂膜高蝦青素含量雞蛋的氣室直徑變化情況

由圖2可知,35 ℃的貯藏條件下,雞蛋的氣室直徑從18.88 mm增大到第20天的30.82 mm,增加了63.0%;在25 ℃的貯藏條件下,貯藏至第28天時雞蛋的氣室直徑增加到29.79 mm,增加了57.80%;在15 ℃的貯藏條件下,貯藏至第32天時雞蛋的氣室直徑增加到28.76 mm,增加了52.3%,這說明低溫條件下,氣室直徑增大得更加緩慢。

圖2 普魯蘭涂膜高蝦青素含量雞蛋的氣室直徑變化Fig.2 Changes in air cell diameter of pullulan-coated eggs with high astaxanthin content

2.3 普魯蘭涂膜高蝦青素含量雞蛋的哈夫單位變化情況

由圖3可知在整個貯藏過程中,不同溫度下雞蛋的哈夫單位均呈下降趨勢。在35 ℃條件下貯藏的雞蛋哈夫單位下降更加明顯,從84.41下降到47.57,下降了44%;而在25、15 ℃條件下分別貯藏至28 d和32 d 時,哈夫單位值分別為53.71、59.53。說明雞蛋在低溫條件下貯藏,能夠減緩哈夫單位的下降速度。

圖3 普魯蘭涂膜高蝦青素含量雞蛋的哈夫單位變化Fig.3 Changes in Haugh units of pullulan-coated eggs with high astaxanthin content

2.4 普魯蘭涂膜高蝦青素含量雞蛋的蛋黃系數變化情況

不同貯藏溫度條件下,普魯蘭涂膜對蝦青素雞蛋蛋黃系數的影響見圖4。隨著貯藏時間的延長和溫度的升高,雞蛋的蛋黃系數逐漸下降。35 ℃的貯藏條件下,貯藏至第20天,蛋黃系數從0.45下降到了0.20,下降了56.5%;在25 ℃的貯藏條件下,貯藏至第28天時蛋黃系數下降到了0.26,下降了42.9%;15 ℃的貯藏條件下貯藏第32天,蛋黃系數下降到0.30,下降了33.8%。

圖4 普魯蘭涂膜高蝦青素含量雞蛋的蛋黃系數變化Fig.4 Changes in yolk coefficient of pullulan-coated eggs with high astaxanthin content

2.5 普魯蘭涂膜高蝦青素含量雞蛋的蛋清pH變化情況

由圖5可知隨著溫度升高和貯藏時間延長,蛋清的pH值均逐漸上升。在15 ℃的貯藏條件下,蛋清的pH值從貯藏初期的7.69上升至第32天的8.98,上升了16.8%;在25 ℃的貯藏條件下,貯藏至第28天時蛋清的pH為9.08,與初始值相比上升了17.2%;35 ℃的貯藏條件下,貯藏至第20天時蛋清的pH為9.13,上升了18.3%。

圖5 普魯蘭涂膜高蝦青素含量雞蛋的蛋清pH的變化Fig.5 Changesin egg white pH of pullulan-coated eggs with high astaxanthin content

2.6 普魯蘭涂膜高蝦青素含量雞蛋的濃蛋白比例變化情況

圖6為不同貯藏溫度條件下普魯蘭涂膜對蝦青素雞蛋濃蛋白比例的影響。在35 ℃的貯藏條件下,貯藏至第20天時,蝦青素雞蛋濃蛋白比例為22.7%;25 ℃的貯藏條件下,貯藏至第28天時濃蛋白比例為26.5%;15 ℃的貯藏條件下,貯藏至第32天時濃蛋白比例為32.8%。

圖6 普魯蘭涂膜高蝦青素含量雞蛋的濃蛋白比例變化Fig.6 Change in concentrated protein ratio of pullulan-coated eggs with high astaxanthin content

2.7 普魯蘭涂膜高蝦青素含量雞蛋的蝦青素含量變化情況

由圖7可知不同溫度下普魯蘭涂膜后雞蛋中蝦青素含量均隨貯藏時間的延長而不斷降低。在35 ℃的貯藏條件下,蝦青素含量從最初的29.8 μg/g下降到貯藏末期第20天的21.1 μg/g,下降了29.2%;在15 ℃的貯藏條件下,到貯藏末期第32天時,蝦青素含量下降了23.6%;在25 ℃的貯藏條件下,到貯藏末期第28天時,蝦青素含量下降了26.7%。

圖7 普魯蘭涂膜高蝦青素含量雞蛋的蝦青素含量變化Fig.7 Changes in astaxanthin content of pullulan-coated eggs with high astaxanthin content

2.8 品質衰變動力學模型的建立與驗證

2.8.1 雞蛋各指標數據擬合分析

將試驗獲得的各品質指標數據進行擬合,得到對應的零級和一級動力學回歸速率常數k和決定系數R2。結果如表1所示。由表1中∑R2可知,蝦青素雞蛋質量的一級動力學模型優于零級動力學模型,氣室直徑、哈夫單位、蛋黃系數、蛋清pH、濃蛋白比例和蝦青素含量的零級動力學模型優于一級動力學模型。

表1 零級和一級動力學回歸速率常數k和決定系數R2Table 1 Zero-order and first-order dynamic regression rate constant k and coefficient of determination R2

2.8.2 Arrhenius方程與品質衰變模型的確定

由于隨機因素等影響,各指標在不同溫度下擬合所得的初始值Y0具有一定差異,因此,本試驗以各溫度下所得的Y0值的平均值作為方程的最終值。各指標的速率常數k與溫度之間的關系符合Arrhenius方程,因此采用Arrhenius方程對反應速率常數k進行擬合,擬合參數如表2所示。表2中決定系數R2值均在0.95以上,可見速率常數k對Arrhenius方程的擬合精度較高,由表2中參數得到各指標的衰變動力學方程,具體方程見表3。

表2 k值的Arrhenius公式參數Table 2 Arrhenius formula parameters for k values

表3 品質衰變動力學方程Table 3 Quality decay dynamic equation

2.8.3 品質衰變動力學模型的驗證

采用模型建立溫度區間內的20 ℃(293.15 K)貯藏條件,對各方程的預測值與普魯蘭涂膜蝦青素雞蛋的各指標實測值進行比較。比較結果如表4所示。由表4可知,各動力學模型的平均絕對誤差百分比均在5%以下,說明各動力學方程的實際預測精度較高。

表4 動力學方程的平均絕對誤差 單位:%

2.8.4 貨架期模型的建立

目前國際上常用哈夫單位值作為檢驗蛋品新鮮度的指標,其大小與雞蛋質量和蛋白高度有關,表征蛋白質量的好壞[14]。高蝦青素雞蛋對蝦青素進行了強化,因此重點建立以蝦青素含量為關鍵因子的貨架期預測模型,對蝦青素含量、蛋黃系數、蛋清pH等指標分別與哈夫單位進行了相關性分析。由表5可知,蝦青素含量與哈夫單位的相關系數為0.976,稍低于蛋清pH值,但高于其他各指標,因此可以選用蝦青素含量為指標來預測雞蛋的貨架期。

表5 各指標與哈夫單位的相關性分析Table 5 Correlation analysis between each index and Hough unit

將表5中蝦青素含量的零級動力學模型方程代入公式(9)即可得到如公式(12)所示貨架期預測模型:

(12)

式中:Y0為各溫度下蝦青素涂膜雞蛋貨架期終點時所對應的蝦青素含量。

結合實際感官品質變化,測得不同溫度下雞蛋貨架期終點的哈夫單位值,結果如表6所示,并以此哈夫單位值確定出雞蛋架期終點時的蝦青素含量,將蝦青素含量均值代入公式(12)獲得最終貨架期方程。

表6 貨架期終點蝦青素含量Table 6 Astaxanthin content at end of shelf life

2.8.5 貨架期模型的驗證

新選定建立模型所在溫度范圍內的20 ℃貯藏條件作為驗證條件,測定雞蛋的實際貨架品質對獲得的貨架期方程進行驗證,表7為貨架期方程的預測值與實際測試值的對比情況。相對誤差為6.8%,小于10%,說明該方程預測精度較高,可用于普魯蘭涂膜蝦青素雞蛋的貨架期預測。

表7 貨架期方程的相對誤差Table 7 Relative error of shelf life equation

3 討論

貯藏過程中蛋重的變化與雞蛋水分的散失有關,貯藏時間越長,溫度越高,水分蒸發的越多從而雞蛋質量就越小[15]。不同溫度下普魯蘭涂膜蝦青素雞蛋質量均隨貯藏時間的延長而不斷降低,且溫度越高質量下降越快,此結果與薛艷蓉等[16]得出的質量指標隨著貯藏時間的延長而逐漸下降結果一致。隨著貯藏時間延長,雞蛋內水分會通過蛋殼的氣孔蒸發,導致氣室不斷增大。低溫條件下,氣室直徑增大得到延緩,這與饒玨睿等[17]的研究結果一致。哈夫單位隨著貯藏溫度的升高和時間的延長逐漸降低,下降速度與貯藏溫度和時間呈正相關。李龍等[6]通過對貯藏在4、10、16、37 ℃條件下雞蛋(伊莎褐殼蛋雞)的品質變化規律進行研究,結果發現雞蛋的哈氏單位下降速度為37 ℃>16 ℃>10 ℃>4 ℃,與本試驗結果一致。高含量蝦青素雞蛋的蛋黃系數隨貯藏時間延長和溫度的升高而逐漸下降,這主要是因為隨著時間延長和溫度升高,蛋黃膜的強度變弱,蛋黃形狀變得更加扁平,蛋黃系數因而降低[18]。

在不同的貯藏溫度(15、25、35 ℃)條件下,雞蛋的蛋清pH值也隨著貯藏時間的延長而上升。吉小鳳等[19]對鮮雞蛋在貯藏過程中蛋清pH與貯藏溫度的關系進行了研究,與本試驗結果一致。雞蛋的蛋白包括濃蛋白與稀蛋白2種,濃蛋白比例越高且蛋白的濃度越高,蛋白的品質就越高,雞蛋的新鮮度則越高[20]。唐麗媛等[21]研究了不同貯藏溫度對潔蛋濃蛋白比例的影響,試驗結果表明貯藏溫度越高,濃蛋白比例的下降速率越快,與本試驗研究結果一致。隨著貯藏溫度升高,雞蛋蝦青素含量降低速率越快,與貯藏溫度呈負相關?？讘c龍等[22]研究了雨生紅球藻微囊粉中蝦青素在軟糖產品中的穩定性,結果表明高溫對蝦青素含量的影響最大,溫度越高蝦青素保留量越少,與本試驗結果一致。

影響雞蛋貨架期的主要因素有溫度、運輸中的振動及微生物的侵染等[23]。本試驗對涂膜高蝦青素含量雞蛋的哈夫單位、氣室直徑與蝦青素含量等指標建立動力學模型,選取與哈夫單位相關性最強的蛋清pH指標構建涂膜高蝦青素含量雞蛋的貨架期模型。NEMATINIA等[24]通過計算機視覺系統來評估貯藏期間的雞蛋新鮮度,并選出最佳的預測方法。劉鈺等[25]以不同涂膜方式的雞蛋為研究對象,測定雞蛋失重率、蛋黃指數等品質指標的變化規律,建立動力學模型。

4 結論

隨著貯藏時間的延長,涂膜高蝦青素含量雞蛋的質量、哈夫單位、蛋黃系數、濃蛋白比例和蝦青素含量不斷降低,氣室直徑和蛋清pH不斷升高,溫度對于普魯蘭涂膜蝦青素雞蛋的品質劣變具有促進作用。結合化學反應動力學方程與Arrhenius方程,獲得各指標的品質衰變預測方程,經驗證各動力學方程的平均絕對誤差百分比均在5%以下,實際預測精度較高。蝦青素含量與哈夫單位的相關性較強,相關系數為0.976,可以采用蝦青素含量為標準建立普魯蘭涂膜蝦青素雞蛋的貨架期預測模型。經過驗證,模型的相對誤差低于10%,該模型可以很好地預測普魯蘭涂膜蝦青素雞蛋在15～35 ℃的貨架期。