Применение метода термического анализа для исследования куриных яиц

Размещено на http://www.allbest.ru/

Применение метода термического анализа для исследования куриных яиц

Ахметова Алия Азатовна

Белопухов Сергей Леонидович

Аннотация

Методом термического анализа исследован химический состав белков и желтков куриных яиц из 10 регионов страны. По данным опытов за три года исследований показано, что с использованием разработанных методик в белке и желтке куриных яиц можно определить содержание воды, золы и до 4-х органических макрокомпонентов в течение 1 часа с учетом времени на подготовку проб. Макро-компоненты могут быть охарактеризованы по температуре экзо- или эндотермического эффекта, что рекомендуется для использования этого показателя при идентификации куриных яиц по району их происхождения, а также по качеству кормления кур. Рассчитанные по данным термоанализа величины энергии активации для каждого из компонентов, находящихся в составе белка и желтка, и данный показатель также можно использовать для характеристики индивидуальных компонентов яйца различных производителей из разных регионов и оценки их энергетической и питательной ценности.

Введение

На сегодняшний день наиболее развитой отраслью животноводства в России считается птицеводство, которое удовлетворяет потребности населения в натуральных отечественных продуктах питания с повышенным содержанием белка. По данным Росптицесоюза отечественные птицефабрики произвели за 2010 год 41 млрд. штук яиц, что на 7% процентов больше, чем за предыдущие три года. В связи с реализацией Концепции развития птицеводства в России (20132020 гг.) производство пищевых яиц должно возрасти к концу периода до 50 млрд. шт. [1].

Куриное яйцо - является ценнейшим пищевым продуктом и входит в рацион большинства людей разных возрастных категорий. Усвояемость компонентов яйца составляет 9698% [2]. Экспертами установлено, что человеку в неделю необходимо съедать 1218 яиц, так как яйца оказывают регулирующее действие на организм человека [3]. Птичье яйцо - уникальный по содержанию питательных веществ, продукт. В связи с тем, что птенец развивается вне организма матери, сбалансированный набор необходимых питательных веществ, готовых к усвоению, способствует поддержанию иммунного статуса организма в течение эмбрионального и постнатального периода. химический белок яйцо

Яйца разных видов и категорий птиц различаются как по химическому составу, так и по морфологическому строению. К факторам, оказывающим влияние на химический состав, можно отнести следующие:

Ш биологические особенности - вид, порода, возраст, состояние здоровья;

Ш тип кормления - энергетическая ценность и качество кормов, введение в рацион добавок и витаминных кормов;

Ш условия содержания - среда, температурный, влажностный и световой режимы, стрессфакторы;

Ш хранение и переработка яиц - сроки и условия хранения, техника и технология переработки, извлечение определенных компонентов яйца специальными методами.

Контроль качества продукции птицеводства с точки зрения химического состава куриного яйца - это практически важная задача, поскольку поступающие в организм химические компоненты переходят из яиц. Яйцо состоит из трех составных частей - белка, желтка и скорлупы. На долю белка приходится 63 %, желтка - 27.5 % и скорлупы - 9.5 %. Что касается химического состава, протеины распространены по всему яйцу, но главным образом в белке [4]. Именно в белке куриного яйца оптимально сбалансированы незаменимые аминокислоты [5]. Пищевые куриные яйца являются источником необходимых нутриентов [6]. Скорлупа представлена минеральными соединениями, в частности диоксидом кальция (94%), диоксидом магния (1.5%) и соединениями фосфора (0.5%). В качестве связующих минеральных компонентов в скорлупе содержатся органические вещества (до 4%). Протеины скорлупы, в основном коллаген, служат неотъемлемой составляющей для отложения минеральных солей в процессе яйцеобразования.

В белке яйца содержится до 87% воды с растворенными в ней питательными веществами и витаминами. Органические соединения белка представлены, главным образом протеинами - овальбумин, глобулины, лизоцим и др. (до 11.5%), в меньшей степени липидами, углеводородами и минеральными солями. Протеин белка содержит все незаменимые аминокислоты, а также большую часть заменимых. Углеводы белка - гликоген, глюкоза; минеральные соединения - кальций, фосфор, натрий, сера, железо, калий и магний. В яичном белке обнаружены витамины группы В, Е, К и D, а также значительное количество ферментов, играющих немаловажную роль в распаде белков для усвоения их эмбрионом; и, наконец, лизоцим. Лизоцим обладает антибактериальными свойствами, что обусловливает его широкое применение в зубных пастах, ополаскивателях, жевательных резинках. Он подавляет размножение бактерий, вызывающих пародонтоз, и предотвращает инфекции слизистой оболочки рта. Помимо этого, лизоцим обладает антивирусной активностью, эффективен для профилактики ряда заболеваний кожи, в частности герпеса и оспы птиц, а также против ВИЧинфекции человека. Эффективность химиотерапии повышается при использовании лизоцима, что обусловлено противоопухолевой активностью [4].

Желток яйца примерно на 45% состоит из воды и на 55% из сухого вещества. Сухое вещество включает органические соединения (протеины, липиды и углеводы) - 98% и минеральные вещества - 2%. Больше всего в желтке липидов, значительно меньше в нем протеинов, углеводов и неорганических соединений. Жиры желтка делятся на собственно жиры, фосфолипиды и стеролы. Протеины желтка - это ововителлин и оволиветин. Помимо этого, желток богат витаминами - А, В 1, В 2, В 3, В 6, В 5, В 7, В 12, D и E; ферментами (амилаза, протеиназа и др.) и пигментами - каротиноидами [5, 6]. Липиды желтка обладают ценными питательными и терапевтическими свойствами. Холестерин - важный компонент клеточных мембран, необходимый для роста молодого организма. Он является предшественником желчных кислот и ряда гормонов, включая половые.

Доказано улучшение физиологических функций у лиц пожилого возраста, связанное с применением смесей из липидов желтка. Фосфолипиды влияют на регуляцию уровня холестерина в плазме крови и снижают абсорбцию холестерина через слизистую оболочку пищеварительного тракта.

Таким образом, в белке куриного яйца присутствуют главным образом простые протеины, состоящие только из аминокислот. Основная их часть - легкопереваримые и усвояемые глобулины и альбумины. Протеины желтка - это сложные белкипротеиды, в состав которых кроме аминокислот входят фосфорная кислота, углеводы и липиды. Сложные белки по питательности и функциональным свойствам превосходят простые, но немного хуже усваиваются. Помимо протеидов желтка, полезны фосфолипиды, которые сокращают уровень холестерина [4]. Куриные яйца различаются по входящим в их состав органическим соединениям, которые обладают полезными питательными и лечебными свойствами. Например, встречаются яйца, обогащенные селеном, йодом, каротином, витаминами, аминокислотами [5, 6].

Содержание тех или иных соединений может варьировать в зависимости от рациона и профилактических иммунизаций. Органический состав яйца подвергается тщательному изучению с помощью различных методов для выявления неизвестных свойств химических соединений, что в будущем позволит разработать рекомендации для сбалансированного питания людей, предупреждения и лечения распространенных заболеваний.

Стандартными методами исследования куриного яйца, согласно ГОСТ Р 521212003, являются: визуальная оценка чистоты и плотности; органолептическая оценка запаха; определение массы яиц путем взвешивания; определение состояния воздушной камеры, ее высоты, состояние и положение желтка и целостности скорлупы просвечиванием на овоскопе [20].

В настоящее время основным методом анализа сельскохозяйственной продукции являяется химический анализ, однако его выполнение требует больших временных и материальных затрат. Поэтому использование в контроле качества продукции современных экспрессных физикохимических методов является перспективным направлением. И в этом случае особенно важно провести предварительные исследования методического характера.

Существует ограниченное количество информации по применению физикохимических методов анализа для исследования различных объектов. При этом появилось новое современное оборудование в области термического анализа, которое позволяет быстро и с высокой точностью определить макрокомпонентный состав в различных биологических объектах, например, гречихе, белом люпине, конопле, льне долгунце, льне масличном, гречихе, пшенице, ячмене и др. объектах. В исследованиях, проведенных Белопуховым С.Л. и соавт. был определен качественный и количественный состав, как зерна, так и биологическая масса растения [719]. Одним из положительных моментов в применении метода термохимического анализа является возможность оценки макрокомпонентов биологических объектов с учетом энергии активации каждого из них, а соответственно и оценка энергетической ценности каждого из анализируемых образцов.

Цель настоящего исследования состояла в оценке возможности применения термохимического анализа для исследования химического состава куриных яиц из различных регионов страны и оценка их энергетической ценности.

Экспериментальная часть

Экспериментальная часть исследований выполнена в 20122014 гг. на кафедре физической и органической химии РГАУМСХА имени К.А. Тимирязева и Учебнонаучном центре коллективного пользования "Сервисная лаборатория комплексного анализа химических соединений" (аттестат акредитации испытательного центра № РОСС RU.0001.516875, действителен до 16/10/2016). Исследования проведены на термоаналитическом комплексе, по методике, ранее описанной в работах Белопухова С.Л., Калабашкиной Е.В., Шатиловой Т.И. и др. [8, 12, 1517].

Объектом исследования служили 10 сортов яиц. Образец №1 Тюменская область, №2 Выборгская область, №3 Ставропольский край, №4 Московская область, поселок Старая Руза; №5 Московская область, Павловский Посад, №6 Коломна; №7 Ивановская область; №8 Тверская область; №9 Тамбовская область; №10 Республика Азербайджан, г. Баку.

Результаты и их обсуждение

На рисунке приведены характерные термограммы желтка и белка образца №7.

Из данных табл. 1 следует, что в желтках согласно термическому анализу содержатся от 2х (образцы №1, 2, 5, 8, 9, 10) до 4х различных органических макрокомпонентов (образец №7). В образцах №2, №5, №9 наблюдается максимальная температура экзоэффекта 398400 єС. В образцах №3, №6 и №7 - минимальная температура экзоэффекта - 260285 єС. Увеличение температуры экзотермического эффекта, вероятно, свидетельствует об увеличении молекулярной массы, или степени полимеризации данного компонента, о присутствии термически более устойчивых макрокомпонентов. Для 2го органического макрокомпонента максимальная температура экзоэффекта характерна для образцов № 6, 7, 8 и 10 (500580 єС), минимальная для образцов № 1, 4 (520535 єС). Для образцов № 3 и 6 имеется небольшой пик при температуре 260265 єС, при этом концентрация данного компонента составляет 44.4 % масc. Содержание воды во всех образцах желтков находится на уровне 3.74 % масc. (табл. 2).

При исследовании белков также наблюдается несколько пиков на кривых ДТГ, характеризующих наличие до 4х органических компонентов. Для всех образцов, кроме образца №9 имеется компонент с температурой термического разложения 310312 єС с концентрацией 3.84.5 % масc. Для образца №9 температура максимума пика находится еще ниже предыдущих и составляет 297 єС, а концентрация этого компонента 4.0 % масc. В высокотемпературной области наблюдаются экзоэффекты при температурах от 490 до 605 єС, концентрация компонента 4.7 % маcс. (табл. 2). Максимальный экзоэффект характерен для образца №5, минимальный - для образца №1 - 490 єС с концентрацией 4.2 % масc.

Рисунок. Термограммы образца №7: а) - желток, б) - белок

Для каждого из исследуемых компонентов были рассчитаны энергии активации (Еакт) для желтков и белков (табл. 3).

Табл. 3. Энергия активации компонентов желтка и белка, кДж/моль

* числитель - желток, знаменатель - белок

Еакт воды для желтков выше Еакт для белков в среднем на 1525 кДж/моль превышает такие значения для белков, что свидетельствует о более прочных связях воды в желтках. Изученные органические компоненты для изученных образцов имеют значения энергии активации (Еакт) от 50 до 360 кДж/моль в желтках, и от 53 до 820 кДж/моль для белков, что, по нашему мнению, является индивидуальной характеристикой каждого из образцов.

Выводы

1. Метод термоанализа позволяет количественно определить в белке и желтке куриных яиц содержание воды, золы и до 4х органических макрокомпонентов. Макрокомпоненты могут быть охарактеризованы по температуре экзо или эндотермического эффекта.

2. Метод термоанализа может быть использован для идентификации куриных яиц по району их происхождения, а также по качеству кормления кур. Показано, что в отличие от других физикохимических методов анализа, применяемых в настоящее время для определения химического состава яиц, качественный и количественный состав белков и желтков методом термоанализа может быть получен в течение 1 часа с учетом времени на пробоподготовку, что значительно ускоряет получение показателей качества продукции.

3. По величине энергии активации для каждого из компонентов, находящихся в составе белка и желтка, можно охарактеризовать индивидуальные компоненты яйца различных производителей из различных регионов, и оценить их энергетическую и питательную ценность.

Литература

1. Фисинин, В.И. Птицеводство России 2010 - итоги года и перспективы развития. Ценовик. 2011. №2. С.69.

2. Середа Т.И., Дерхо М.А. Влияние репродуктивного периода на безопасность куриного яйца. Аграрный вестник Урала. 2010. Т.69. №3. С.6567.

3. Фисинин В.И., Данкверт С.А., Холманов А.М., Осадчая О.Ю. Птицеводство стран мира в конце ХХ века. М.: МСХ РФ (ВНИТИП, ВИЖ). 2005. 344с.

4. Величко О. Актуальные исследования в области расширенного применения компонентов куриных яиц. Птицеводство. 2009. №11. С.3236.

5. Штеле, А.Л. Куриное яйцо и мясо бройлеров - основной источник полноценного белка. Достижения науки и техники АПК. 2006. №8. С.3941.

6. Штеле А.Л., Филатов А.И. Качества пищевых куриных яиц различной массы и моделирование их энергетической ценности. Известия ТСХА. 2012. №6. С.165175.

7. Белопухов С.Л., Дмитревская И.И., Жевнеров А.В., Волков А.Ю. Микроэлементный состав льняного масла. Достижения науки и техники АПК. 2011. №7. С.5456.

8. Калабашкина Е.В., Белопухов С.Л. Термохимический анализ льняного волокна. Бутлеровские сообщения, 2011. Т.28. №20. С.1114.

9. Белопухов С.Л., Гришина Е.А. Исследование химического состава и ростстимулирующего действия экстрактов из гумифицированной льняной костры. Известия ВУЗов. Прикладная химия и биотехнология. 2012. №1(2). С.97103.

10. Белопухов С.Л., Калабашкина Е.В., Дмитревская И.И. Исследование накопления тяжелых металлов в продукции льноводства. Известия ВУЗов. Прикладная химия и биотехнология. 2012. №1(2). С.162165.

11. Прусакова Л.Д., Мишина О.С., Белопухов С.Л. Циркон и карвитол - биорегуляторы, влияющие на химический состав и качество зерна гречихи. Агрохимия. 2013. №5. С.4550.

12. Белопухов С.Л., Цыгуткин А.С., Штеле А.Л. Применение термоанализа для изучения зерна белого люпина. Достижения науки и техники АПК. 2013. №4. С.5658.

13. Белопухов С.Л., Дмитревская И.И., Лабок В.Г., Кулемкин Ю.В., Толмачев Г.П. Исследование химического состава семян и волокна Cannabis sativa L. Бутлеровские сообщения. 2012. Т.31. №7. С.124128.

14. Белопухов, С.Л., Жевнеров А.В., Калабашкина Е.В., Дмитревская И.И. Определение микроэлементного состава продукции льноводства. Бутлеровские сообщения. 2012. Т.32. №10. С.7275.

15. Гришина Е.А., Белопухов С.Л. Исследование волокна льнадолгунца, выращенного с применением экстрактов из гумифицированной льняной костры. Бутлеровские сообщения. 2013. Т.34. №4. С.157162.

16. Гришина Е.А. Белопухов С.Л., Цыгуткин А.С. Термодинамика и кинетика прорастания семян белого люпина. Бутлеровские сообщения. 2013. Т.34. №4. С.152156.

17. Карпиленко Г.П., Белопухов С.Л., Витол И.С., Гаврилина О.В, Шатилова Т.И., Семко В.Т. Препаратфиторегулятор "Новосил" и его влияние на белковопротеиназный комплекс пивоваренного ячменя. Бутлеровские сообщения. 2013. Т.35. №9. С.7883.

18. Белопухов С.Л., Шатилова Т.И., Гаврилина О.В., Витол И.С., Карпиленко Г.П. Фиторегулятор "Лариксин" и показатели качества зерновых культур. Достижения науки и техники АПК. 2013. №9. С.3435.

19. Кошкин, Е.И., Андреева И.В., Белопухов С.Л. Оценка фиторемедиационного потенциала сортов ярового рапса (Brassica napus l.) в условиях загрязнения тяжелыми металлами дерновоподзолистой почвы. Агрохимия. 2014. №8. С.7987.

Размещено на Allbest.ru