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第 28 卷第 15 期农 业 工 程 学 报Vol.28No.15 2762012 年8 月Transactions of the Chinese Society of Agricultural EngineeringAug. 2012 鸡蛋贮藏过程中品质变化的动力学模型 于滨 1，王喜波2 （1. 枣庄学院生命科学学院，枣庄 277160；2. 东北农业大学食品学院，哈尔滨 150030） 摘要：为研究鸡蛋贮藏过程中品质变化与贮藏期的相关性，采用动力学研究方法建立鸡蛋贮藏的预测模型。结果表明 鸡蛋质量和蛋黄系数随着贮藏时间的延长而降低，气室高度随贮藏时间的延长而增加。一级化学反应动力学模型和 Arrhenius 方程对鸡蛋质量、蛋黄系数和气室高度变化具有较高的拟合精度。动力学反应速率常数表明贮藏温度越高，鸡 蛋品质下降越明显。由预测模型所获得贮藏期预测值与实际值相对误差在 10%以内，该模型可预测鸡蛋质量、蛋黄系数 和气室高度在 535范围内的变化情况和鸡蛋的贮藏期,为鸡蛋的贮藏和销售提供参考。 关键词：动力学，模型，贮藏，鸡蛋，品质 doi：10.3969/j.issn.1002-6819.2012.15.044 中图分类号：S879.3文献标志码：A文章编号：1002-6819(2012)-15-0276-05 于滨，王喜波. 鸡蛋贮藏过程中品质变化的动力学模型J. 农业工程学报，2012，28(15)：276280. Yu Bin, Wang Xibo. Kinetics of quality change for eggs during storageJ. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2012, 28(15): 276280. (in Chinese with English abstract) 0引言 鸡蛋是人们膳食中最优质的蛋白质来源之一，含有 丰富的磷脂、矿物质和维生素等1。鸡蛋在贮藏过程中易 受微生物污染导致腐败变质2- 3，还会发生复杂的物理化 学和生理变化4， 从而影响其食用品质和作为功能性配料 在食品加工中应用。 因此， 国内外学者已经从贮藏条件5， 涂膜保鲜6- 7、辐照处理8等方面对鸡蛋的贮藏保鲜进行 研究。通过鸡蛋变质机理的研究可以了解鸡蛋品质变化 的规律，其品质变化也可以通过动力学模型得到很好反 映9， 因此有关食品贮藏期模型的研究是目前食品保鲜研 究的热点问题之一。近年来，国内外学者利用化学动力 学模型对肉制品10、蔬菜11、水果12等的品质变化进行 研究，并且预测其贮藏期，得到了较好的效果。关于鸡 蛋在贮藏过程中品质变化的动力学模型研究较少，仅有 基于回归方程拟合的模型13。本文以新鲜鸡蛋为材料， 研究不同贮藏温度下，鸡蛋质量、蛋黄系数和气室高度 的变化规律，开展鸡蛋品质随贮藏温度和时间变化的动 力学研究，并建立其贮藏期预测模型，为中型以上鸡蛋 生产和加工企业掌握鸡蛋贮藏过程中品质变化情况及其 贮藏期的预测提供参考。 收稿日期：2011- 10- 18修订日期：2012- 05- 28 基金项目：黑龙江省科技攻关计划（WC05B02） ，哈尔滨市青年科技创新人 才基金（2008RFQXN015） 作者简介：于滨（1980） ，讲师，博士，研究方向：主要从事农产品贮 藏与加工研究。枣庄枣庄学院生命科学学院，277160。 Email: 通信作者：王喜波（1975） ，副教授，博士，硕士研究生导师，研究方 向：食品科学与农产品加工。哈尔滨东北农业大学食品学院，150030。 Email: 1材料与方法 1.1材料 新鲜鸡蛋购自东北农业大学鸡场（2 d 内产的鲜蛋， 450 枚，鸡蛋平均质量（652）g，平均蛋黄系数为 0.58 0.01，平均气室高度为（1.70.2）mm）。 1.2仪器与设备 BP221S 型电子分析天平，北京赛多利斯仪器系统有 限公司；LHS- 150HC 型恒温恒湿培养箱, 上海一恒科学 仪器有限公司；游标卡尺（0.1 mm），上海台海工量具 有限公司；测定规尺（0.5 mm），自制。 1.3试验方法 1.3.1禽蛋的贮藏 挑选蛋壳洁净、大小适中的鸡蛋，剔除次劣蛋，依 据预试验结果，分别将 150 枚鸡蛋置于 5、20、35，相 对湿度为 65%的条件下，贮藏 30 d，在第 0、2、5、8、 11、14、17、20、25、30 天取样品测定相关品质指标。 1.3.2禽蛋品质测定方法 鸡蛋质量：随机抽取 10 枚鸡蛋，电子天平称量其总 质量，取平均值。 蛋黄系数：将蛋内容物全部倒入水平放置的平皿 内， 用游标卡尺测量蛋黄竖直方向最大厚度即为蛋黄高 度、 同时测定蛋黄直径 （以蛋黄与蛋清间的黄白交界为 线），蛋黄高与直径之比为蛋黄系数，取 10 枚鸡蛋的 平均值。 气室高度：将蛋的大头向上置于测定规尺半圆形切 口内，读出气室两端各落在规尺刻度线上的刻度数，求 10 枚鸡蛋的平均值，即为气室高度。 1.4数据分析 采用 Origin7.5 和 Excel 对试验数据进行分析处理。 第 15 期于滨等：鸡蛋贮藏过程中品质变化的动力学模型 277 2结果与分析 2.1反应级数的确定 化学反应动力学模型能够较好的反应和描述食品品 质的变化14- 15，大多数食品的品质变化都遵循零级或一 级反应动力学规律16。标准的零级和一级热力学反应方 程式分别为 Ct=C0-kt（1） lnCt=lnC0-kt（2） 式中，Ct为贮藏 t 时间(d)后某理化指标含量（鸡蛋质量， g；气室高度，mm）；C0为起始时刻某理化指标的含量 （鸡蛋质量，g；气室高度，mm）；k 为反应速率常数， d- 1；t 为贮藏时间，d。 图 13 分别是鸡蛋在不同温度贮藏过程中鸡蛋质 量、蛋黄系数和气室高度随时间的变化情况。分别对其 进行零级和一级反应动力学反应方程式拟合，拟合结果 标示于图 13 中。 图 1鸡蛋贮藏期间质量的变化 Fig.1Change of egg weight during storage 图 2鸡蛋贮藏期间蛋黄系数的变化 Fig.2Change of yolk index of egg during storage 鸡蛋质量是评价鸡蛋新鲜度的一个重要指标，鸡蛋 质量的降低主要是由于蛋内水分蒸发的结果17。从图 1 中可以看出，10 枚试样的质量初始值为 635639 g，在 5条件下鸡蛋质量损失较小， 20和 35条件下贮藏失 重率明显增加，35贮藏 30 d，鸡蛋质量降至 489 g，主 要是由于鸡蛋中水分以蒸汽的形式散发出去，这主要与 贮藏温度和湿度有关18- 19。此外鸡蛋质量的减少还与壳 膜和蛋清中成分、蛋壳多孔率和蛋壳厚度有关17。从图 1 可以看出 0 级和 1 级动力学拟合方程的决定系数 R2都处 于较高的水平，结合有关文献20，本研究中采用一级反 应动力学方程对贮藏期间鸡蛋质量的变化进行表征。 从图2中可以看出， 蛋黄系数的初始值为0.570.59， 5条件下，蛋黄系数变化较小，在 35条件下，蛋黄系 数明显降低，且在贮藏初期，下降速度较快。随着贮藏 时间和温度的增加，蛋黄膜强度降低，蛋黄形状变得扁 平，蛋黄系数降低。蛋清的水样化降低了蛋黄外的渗透 压，使蛋黄从蛋清中吸收水分，导致蛋黄膜破裂，形成 散黄蛋，在这一过程中水分转移速率与温度呈正相关21。 从动力学拟合方程的决定系数 R2可以判定，使用一级反 应动力学方程能更好的反映鸡蛋贮藏过程中蛋黄系数的 变化。 图 3鸡蛋贮藏期间气室高度的变化 Fig.3Change of air room height of egg during storage 气室是鸡蛋在产出后由于温度降低导致内容物体积 收缩所造成的。在贮藏过程中蛋内水分不断蒸发，使蛋 内容物体积缩小，气室容积变大，因此也可以采用气室 高度来衡量鸡蛋的新鲜程度22。从图 3 中可以看出，气 室高度的初始值在1.52.0 mm， 随着温度和时间的增加， 气室高度不断增大，在 35条件下，贮藏 30 d，气室高 度超过 15.0 mm。 从拟合方程的决定系数可以看出一级的 决定系数略高于零级的决定系数，因此本研究中采用一 级动力学方程对贮藏期间气室高度的变化进行研究。 2.2动力学参数的确定 2.2.1反应速率常数的确定 以上试验结果已经确定鸡蛋贮藏过程中鸡蛋质量、 蛋黄系数、气室高度均可以采用一级反应动力学方程， 因此对其取自然对数，然后再与贮藏时间线性拟合，拟 合方程的斜率即为反应速率常数。从表 1 中可以看出随 着贮藏温度的增加，鸡蛋品质下降速率也随之增加。以 蛋黄系数为例， 5条件下， 反应速率常数仅为 0.0072 d- 1， 而在 35时达到 0.0490 d- 1，由此可见低温贮藏可以有效 的降低鸡蛋反应速率，保证鸡蛋品质。 农业工程学报2012 年 278 表 1不同贮藏温度鸡蛋品质变化动力学反应速率常数 Table 1Kinetics reaction rate constants of egg quality at different temperatures 反应速率常数/d- 1 温度/ 鸡蛋质量蛋黄系数气室高度 50.00110.00720.0393 150.00220.01810.0503 200.00430.02820.0582 250.00430.03510.0605 350.00830.04900.0685 2.2.2反应活化能的确定 阿仑尼乌斯（Arrhenius）方程可用来描述温度依赖 型反应速率常数： / 0 Ea RT KKe（3） 对式（3）取自然对数得 0 ln/lnKEa RTK（4） 式中，T 为绝对温度，K；K0为方程常数；Ea 为活化能， J/mol；R 为气体常数，8.314；K 为速率常数。 对表 1 中所得的速率常数取负自然对数，然后再与 绝对温度的倒数进行线性拟合，即可绘制出鸡蛋贮藏过 程中品质变化的 Arrhenius 图（图 4）。从图 4 中可以看 出贮藏温度（绝对温度的倒数）和鸡蛋质量、蛋黄系数、 气室高度适合 Arrhenius 方程式。活化能可以通过方程的 斜率乘以 8.314 得到，K0可以通过方程的截距获得。 注：y1、y2、y3分别为鸡蛋质量、蛋黄系数和气室高度在鸡蛋贮藏期内变化 的阿仑尼乌斯（Arrhenius）方程取自然对数值，公式（4）；x1、x2、x3为分别 为鸡蛋质量、蛋黄系数和气室高度在鸡蛋贮藏期内的绝对温度的倒数，1/K。 图 4鸡蛋品质变化的 Arrhenius 图 Fig.4Arrhenius plots for change of egg quality 2.3鸡蛋品质预测模型的建立 食品贮藏期预测模型可以从感官和食用安全的角 度预测食品保质期， 使食品品质保持在消费者可接受范 围22。根据相关文献报道23- 24，一级反应动力学方程所 反映的食品贮藏期模型如式（5）所示。 / 00 (lnln)/ Ea RT t tCCKe（5） 根据此模型，将试验中所得的活化能（Ea）及 Arrhenius 方程常数（K0） 代入式 （5） 可以得出鸡蛋质量、 蛋黄系数及气室高度的预测模型。 48180/ 0 (ln)/(1302766) RT t tCCe 鸡蛋质量 （6） 46040/ 0 (ln)/(3798056) RT t tCCe 蛋黄系数 （7） 13270/ 0 (ln)/(13) RT t tCCe 气室高度 （8） 2.3鸡蛋品质预测模型的验证 将鸡蛋在 10、30贮藏条件下，用该贮藏温度下的 贮藏期测值验证贮藏期预测模型，根据 SB/T 10277- 1997 鲜鸡蛋 标准关于鲜度的指标进行比较， 将鲜度指标 （鸡 蛋质量、蛋黄系数、气室高度）超过三级鲜度时作为贮 藏期终点，比较结果见表 2。由表 2 可得出，应用本研究 建立的贮藏期预测模型所获得预测贮藏期与实际贮藏期 相对误差 10%，这说明贮藏期预测模型可应用于不同温 度鸡蛋的贮藏和销售。 表 2鸡蛋贮藏期预测模型的验证 Table 2Validation of predictive model of egg shelf life 贮藏期/d 品质指标温度/ 预测值实测值 相对误差/% 10108999.09 鸡蛋质量 3029303.33 1083795.06 蛋黄系数 3015147.14 1068646.25 气室高度 3024254.00 3结论 1）在 535范围内，鸡蛋贮藏过程中，鸡蛋质量、 蛋黄系数随贮藏时间的延长而不断降低，气室高度不断 增加，且变化遵循一级反应动力学和 Arrhenius 方程式。 反应速率常数表明，贮藏温度越高，鸡蛋品质下降越明 显。 2）根据确定的鸡蛋质量、蛋黄系数和气室高度的贮 存期预测模型系数，得到 Arrhenius 方程和一级化学反应 动力学方程决定系数均大于 0.9，具有较高的拟合精度。 本试验建立的鸡蛋贮藏期预测模型所获得贮藏期预测值 与实际值的相对误差在 10%以内。可根据鸡蛋质量、蛋 黄系数及气室高度在 535范围内， 对鸡蛋的剩余贮藏 期进行预测。 试验表明贮藏温度是造成鸡蛋品质变化的主要影响 因素。预测模型能够应用于鸡蛋贮藏环节，作为品质及 贮藏期预测评估的理论依据，可根据产品的实际质量要 求，选择合适的贮藏温度，为实际工业化生产和销售提 供指导。 参考文献 1Stadelman W J, Cotterill O J. 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