涂膜高蝦青素含量雞蛋的貯藏品質(zhì)衰變動(dòng)力學(xué)研究

胡云峰,陳亞楠,陳君然*,胡穎

1(天津科技大學(xué) 食品科學(xué)與工程學(xué)院,天津,300450)2(天津市經(jīng)濟(jì)貿(mào)易學(xué)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(chǎn)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(qū)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(fā)生腐敗變質(zhì)。涂膜保鮮可在雞蛋的表面形成一層保護(hù)性薄膜,抑制雞蛋的呼吸運(yùn)動(dòng),抵御微生物的入侵,延緩水分的蒸發(fā),從而延長鮮蛋保質(zhì)期[3]。普魯蘭多糖是一種水溶性黏質(zhì)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(yīng)用在農(nóng)產(chǎn)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(gòu)建雞蛋的貨架期預(yù)測(cè)模型。王晶[7]研究了殼聚糖及其復(fù)合涂膜對(duì)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(zhì)的變化以及貨架期的預(yù)測(cè),所得模型可有效預(yù)測(cè)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(dòng)力學(xué),并建立了貨架期預(yù)測(cè)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(yàn)以普魯蘭涂膜的蝦青素雞蛋為研究對(duì)象,分析測(cè)定了不同貯藏溫度下雞蛋各品質(zhì)指標(biāo)的變化情況,并通過數(shù)據(jù)擬合建立品質(zhì)衰變動(dòng)力學(xué)模型與貨架期預(yù)測(cè)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(nóng)業(yè)發(fā)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(chǎn)出的新鮮雞蛋。普魯蘭多糖,中科鴻基生物技術(shù)有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

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

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 雞蛋涂膜處理

用蒸餾水配制7%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的普魯蘭多糖溶液,攪拌均勻后加入冰乙酸調(diào)節(jié)溶液pH至5.0～5.6,然后再加入2%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))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(huán)境中,定期進(jìn)行指標(biāo)的測(cè)定。

1.3.2 測(cè)定指標(biāo)與方法

蛋重:用精度為0.001 g的天平測(cè)定雞蛋質(zhì)量;

哈夫單位:用游標(biāo)卡尺(精度0.2 mm)測(cè)量雞蛋的濃蛋白高度,雞蛋的哈夫單位值計(jì)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(zhì)量,g。

氣室直徑:照蛋燈照射雞蛋的鈍端處,用游標(biāo)卡尺測(cè)量雞蛋鈍端處的最大直徑;

蛋清pH:用pH計(jì)測(cè)定雞蛋在貯藏期間的蛋清pH值;

蛋黃系數(shù):將雞蛋內(nèi)容物放止平整操作臺(tái),用游標(biāo)卡尺測(cè)量雞蛋的蛋黃高度(cm)和蛋黃直徑(cm),計(jì)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(jìn)行稱重。計(jì)算如公式(3)所示:

(3)

蝦青素含量的測(cè)定:參照張泳等[13]的方法。

1.4 動(dòng)力學(xué)模型的建立與驗(yàn)證

1.4.1 雞蛋各指標(biāo)數(shù)據(jù)擬合分析

選用公式(4)和公式(5)所對(duì)應(yīng)的零級(jí)反應(yīng)方程和一級(jí)反應(yīng)方程,將各品質(zhì)指標(biāo)所得的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合,分析比較擬合方程的R2,根據(jù)R2的大小確定相關(guān)指標(biāo)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(shí)的指標(biāo)值;Y0為蝦青素雞蛋初始指標(biāo)值;k為反應(yīng)速率常數(shù),t為貯藏時(shí)間,d。

1.4.2 品質(zhì)衰變模型的確定

不同溫度下的反應(yīng)速率常數(shù)一般適用于Arrhenius方程式[公式(6)],因此采用此方程對(duì)反應(yīng)速率常數(shù)k進(jìn)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(zhì)變化預(yù)測(cè)模型。

(6)

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

(7)

(8)

1.4.3 貨架期預(yù)測(cè)模型的建立

將各品質(zhì)指標(biāo)與哈夫單位進(jìn)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(guān)鍵指標(biāo),然后根據(jù)此指標(biāo)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(yù)測(cè)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(zhì)衰變動(dòng)力學(xué)模型與貨架期預(yù)測(cè)模型的驗(yàn)證

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

(10)

式中:n,試驗(yàn)次數(shù);Qi,試驗(yàn)值;Pi,預(yù)測(cè)值。

(11)

1.5 數(shù)據(jù)處理

用Excel進(jìn)行數(shù)據(jù)整理及相關(guān)數(shù)據(jù)的擬合與計(jì)算,應(yīng)用SPSS統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行相關(guān)性分析,驗(yàn)證模型的合理性。

2 結(jié)果與分析

2.1 普魯蘭涂膜高蝦青素含量雞蛋的質(zhì)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(zhì)量均隨貯藏時(shí)間的延長而不斷降低。在35 ℃的貯藏條件下,雞蛋的質(zhì)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(shí),質(zhì)量下降了14.2%;在25 ℃的貯藏條件下,貯藏末期第28天時(shí),質(zhì)量下降了14.9%。可見隨著貯藏溫度升高,雞蛋質(zhì)量減輕,與貯藏溫度呈負(fù)相關(guān)。

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(shí)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(shí)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(gè)貯藏過程中,不同溫度下雞蛋的哈夫單位均呈下降趨勢(shì)。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(shí),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(shù)變化情況

不同貯藏溫度條件下,普魯蘭涂膜對(duì)蝦青素雞蛋蛋黃系數(shù)的影響見圖4。隨著貯藏時(shí)間的延長和溫度的升高,雞蛋的蛋黃系數(shù)逐漸下降。35 ℃的貯藏條件下,貯藏至第20天,蛋黃系數(shù)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(shí)蛋黃系數(shù)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(shù)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(shù)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(shí)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(shí)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(shí)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(duì)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(shí),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(shí)濃蛋白比例為26.5%;15 ℃的貯藏條件下,貯藏至第32天時(shí)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(shí)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(shí),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(shí),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(zhì)衰變動(dòng)力學(xué)模型的建立與驗(yàn)證

2.8.1 雞蛋各指標(biāo)數(shù)據(jù)擬合分析

將試驗(yàn)獲得的各品質(zhì)指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合,得到對(duì)應(yīng)的零級(jí)和一級(jí)動(dòng)力學(xué)回歸速率常數(shù)k和決定系數(shù)R2。結(jié)果如表1所示。由表1中∑R2可知,蝦青素雞蛋質(zhì)量的一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型優(yōu)于零級(jí)動(dòng)力學(xué)模型,氣室直徑、哈夫單位、蛋黃系數(shù)、蛋清pH、濃蛋白比例和蝦青素含量的零級(jí)動(dòng)力學(xué)模型優(yōu)于一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型。

表1 零級(jí)和一級(jí)動(dòng)力學(xué)回歸速率常數(shù)k和決定系數(shù)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(zhì)衰變模型的確定

由于隨機(jī)因素等影響,各指標(biāo)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(yàn)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(biāo)的速率常數(shù)k與溫度之間的關(guān)系符合Arrhenius方程,因此采用Arrhenius方程對(duì)反應(yīng)速率常數(shù)k進(jìn)行擬合,擬合參數(shù)如表2所示。表2中決定系數(shù)R2值均在0.95以上,可見速率常數(shù)k對(duì)Arrhenius方程的擬合精度較高,由表2中參數(shù)得到各指標(biāo)的衰變動(dòng)力學(xué)方程,具體方程見表3。

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

表3 品質(zhì)衰變動(dòng)力學(xué)方程Table 3 Quality decay dynamic equation

2.8.3 品質(zhì)衰變動(dòng)力學(xué)模型的驗(yàn)證

采用模型建立溫度區(qū)間內(nèi)的20 ℃(293.15 K)貯藏條件,對(duì)各方程的預(yù)測(cè)值與普魯蘭涂膜蝦青素雞蛋的各指標(biāo)實(shí)測(cè)值進(jìn)行比較。比較結(jié)果如表4所示。由表4可知,各動(dòng)力學(xué)模型的平均絕對(duì)誤差百分比均在5%以下,說明各動(dòng)力學(xué)方程的實(shí)際預(yù)測(cè)精度較高。

表4 動(dòng)力學(xué)方程的平均絕對(duì)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(yàn)蛋品新鮮度的指標(biāo),其大小與雞蛋質(zhì)量和蛋白高度有關(guān),表征蛋白質(zhì)量的好壞[14]。高蝦青素雞蛋對(duì)蝦青素進(jìn)行了強(qiáng)化,因此重點(diǎn)建立以蝦青素含量為關(guān)鍵因子的貨架期預(yù)測(cè)模型,對(duì)蝦青素含量、蛋黃系數(shù)、蛋清pH等指標(biāo)分別與哈夫單位進(jìn)行了相關(guān)性分析。由表5可知,蝦青素含量與哈夫單位的相關(guān)系數(shù)為0.976,稍低于蛋清pH值,但高于其他各指標(biāo),因此可以選用蝦青素含量為指標(biāo)來預(yù)測(cè)雞蛋的貨架期。

表5 各指標(biāo)與哈夫單位的相關(guān)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(jí)動(dòng)力學(xué)模型方程代入公式(9)即可得到如公式(12)所示貨架期預(yù)測(cè)模型:

(12)

式中:Y0為各溫度下蝦青素涂膜雞蛋貨架期終點(diǎn)時(shí)所對(duì)應(yīng)的蝦青素含量。

結(jié)合實(shí)際感官品質(zhì)變化,測(cè)得不同溫度下雞蛋貨架期終點(diǎn)的哈夫單位值,結(jié)果如表6所示,并以此哈夫單位值確定出雞蛋架期終點(diǎn)時(shí)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(diǎn)蝦青素含量Table 6 Astaxanthin content at end of shelf life

2.8.5 貨架期模型的驗(yàn)證

新選定建立模型所在溫度范圍內(nèi)的20 ℃貯藏條件作為驗(yàn)證條件,測(cè)定雞蛋的實(shí)際貨架品質(zhì)對(duì)獲得的貨架期方程進(jìn)行驗(yàn)證,表7為貨架期方程的預(yù)測(cè)值與實(shí)際測(cè)試值的對(duì)比情況。相對(duì)誤差為6.8%,小于10%,說明該方程預(yù)測(cè)精度較高,可用于普魯蘭涂膜蝦青素雞蛋的貨架期預(yù)測(cè)。

表7 貨架期方程的相對(duì)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(guān),貯藏時(shí)間越長,溫度越高,水分蒸發(fā)的越多從而雞蛋質(zhì)量就越小[15]。不同溫度下普魯蘭涂膜蝦青素雞蛋質(zhì)量均隨貯藏時(shí)間的延長而不斷降低,且溫度越高質(zhì)量下降越快,此結(jié)果與薛艷蓉等[16]得出的質(zhì)量指標(biāo)隨著貯藏時(shí)間的延長而逐漸下降結(jié)果一致。隨著貯藏時(shí)間延長,雞蛋內(nèi)水分會(huì)通過蛋殼的氣孔蒸發(fā),導(dǎo)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(jié)果一致。哈夫單位隨著貯藏溫度的升高和時(shí)間的延長逐漸降低,下降速度與貯藏溫度和時(shí)間呈正相關(guān)。李龍等[6]通過對(duì)貯藏在4、10、16、37 ℃條件下雞蛋(伊莎褐殼蛋雞)的品質(zhì)變化規(guī)律進(jìn)行研究,結(jié)果發(fā)現(xiàn)雞蛋的哈氏單位下降速度為37 ℃>16 ℃>10 ℃>4 ℃,與本試驗(yàn)結(jié)果一致。高含量蝦青素雞蛋的蛋黃系數(shù)隨貯藏時(shí)間延長和溫度的升高而逐漸下降,這主要是因?yàn)殡S著時(shí)間延長和溫度升高,蛋黃膜的強(qiáng)度變?nèi)?蛋黃形狀變得更加扁平,蛋黃系數(shù)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(shí)間的延長而上升。吉小鳳等[19]對(duì)鮮雞蛋在貯藏過程中蛋清pH與貯藏溫度的關(guān)系進(jìn)行了研究,與本試驗(yàn)結(jié)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(zhì)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(duì)潔蛋濃蛋白比例的影響,試驗(yàn)結(jié)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(yàn)研究結(jié)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(fù)相關(guān)。孔慶龍等[22]研究了雨生紅球藻微囊粉中蝦青素在軟糖產(chǎn)品中的穩(wěn)定性,結(jié)果表明高溫對(duì)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(yàn)結(jié)果一致。

影響雞蛋貨架期的主要因素有溫度、運(yùn)輸中的振動(dòng)及微生物的侵染等[23]。本試驗(yàn)對(duì)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(biāo)建立動(dòng)力學(xué)模型,選取與哈夫單位相關(guān)性最強(qiáng)的蛋清pH指標(biāo)構(gòu)建涂膜高蝦青素含量雞蛋的貨架期模型。NEMATINIA等[24]通過計(jì)算機(jī)視覺系統(tǒng)來評(píng)估貯藏期間的雞蛋新鮮度,并選出最佳的預(yù)測(cè)方法。劉鈺等[25]以不同涂膜方式的雞蛋為研究對(duì)象,測(cè)定雞蛋失重率、蛋黃指數(shù)等品質(zhì)指標(biāo)的變化規(guī)律,建立動(dòng)力學(xué)模型。

4 結(jié)論

隨著貯藏時(shí)間的延長,涂膜高蝦青素含量雞蛋的質(zhì)量、哈夫單位、蛋黃系數(shù)、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(duì)于普魯蘭涂膜蝦青素雞蛋的品質(zhì)劣變具有促進(jìn)作用。結(jié)合化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程與Arrhenius方程,獲得各指標(biāo)的品質(zhì)衰變預(yù)測(cè)方程,經(jīng)驗(yàn)證各動(dòng)力學(xué)方程的平均絕對(duì)誤差百分比均在5%以下,實(shí)際預(yù)測(cè)精度較高。蝦青素含量與哈夫單位的相關(guān)性較強(qiáng),相關(guān)系數(shù)為0.976,可以采用蝦青素含量為標(biāo)準(zhǔn)建立普魯蘭涂膜蝦青素雞蛋的貨架期預(yù)測(cè)模型。經(jīng)過驗(yàn)證,模型的相對(duì)誤差低于10%,該模型可以很好地預(yù)測(cè)普魯蘭涂膜蝦青素雞蛋在15～35 ℃的貨架期。