Скорлупа: Важный фактор качества в современной птицеводческой отрасли
Скорлупа: Важный фактор качества в современной птицеводческой отрасли
Яичная скорлупа — это сложная и важная структура, обеспечивающая целостность яйца. Её изучение охватывает биологические, структурные и продуктивные аспекты, имеющие ключевое значение для повышения качества и безопасности пищевых продуктов. В данном тексте анализируются процессы её образования, состав и технологическая эволюция в современной птицеводческой отрасли.
Значение яйца в питании и эволюция его производства
Куриное яйцо, будь то столовое или яичное, является основным источником белка во многих странах мира. Более века исследования активизировались, чтобы понять, как формируется яйцо, оптимизировать его производство и улучшить его качество.
Благодаря внедрению новых молекулярных технологий был достигнут прогресс в понимании биологических процессов, участвующих в формировании яйцеклетки, и специфических функций каждого из её компонентов.
Исторически люди использовали яйца в пищу, но лишь в последнее время их пищевой и промышленный потенциал начал в полной мере раскрываться.
В начале 20-го века куры достигали половой зрелости в возрасте от шести до девяти месяцев и несли от 100 до 180 яиц в год.
Позже стало возможным увеличить массу яиц без увеличения веса птицы. Начиная с 1995 года, растущий спрос на жидкие яичные продукты и требования к сертифицированному качеству побудили генетические компании включить технологические свойства, связанные с белком, в свои селекционные программы.
Структурный состав яичной скорлупы
Куриная яичная скорлупа представляет собой высокоупорядоченную поликристаллическую структуру и была впервые описана фон Натузиусом (1821-1899). По сути, скорлупа куриного яйца состоит из шести слоев, включая:
Кальцит (карбонат кальция) является основным минеральным компонентом, организованным с высокой степенью кристаллической ориентации, что придает скорлупе исключительную механическую прочность, с пределом прочности на разрыв 35 Н при средней толщине 0,33 мм.
Внутренняя и внешняя аллантоисные мембраны образуют два самых внутренних слоя. Внутренняя зона кальцифицированной части скорлупы состоит из неправильных конусов или сосцевидных выступов, кончики которых пронизаны волокнами внешней мембраны.
Палисадный слой, образующий самую толстую часть кальцифицированной скорлупы, простирается за пределы сросшихся оснований сосцевидного слоя и заканчивается тонким вертикальным кристаллическим слоем, где кристаллы кристаллита выровнены перпендикулярно поверхности скорлупы.
Самый наружный слой скорлупы, кутикула, представляет собой органический слой, отложенный на поверхности вертикального кристаллического слоя. Внутри скорлупы находится тонкая пленка кристаллов гидроксиапатита, а также большая часть поверхностных пигментов.
Все птичьи яичные скорлупы имеют один и тот же минеральный компонент — карбонат кальция (CaCO3) в тригональной форме, известной как кальцит, наиболее стабильную полиморфную форму при комнатной температуре.
Кристаллы кальцита внутри скорлупы имеют преимущественную ориентацию, при этом ось С стремится быть перпендикулярной поверхности скорлупы в ее верхней части.
Высокая степень контроля над размером, формой и ориентацией кристаллов обуславливает ее уникальную ультраструктуру и механические свойства, такие как прочность на растяжение 35 Н при толщине 0,33 мм.
Образование яичной скорлупы в яйцеводе
Толщина, форма, размер и структурные элементы яичной скорлупы, а также характеристики пористой системы различаются у разных видов; однако общая структура в основном одинакова у всех птиц.
Яичная скорлупа образуется при температуре тела в замкнутом пространстве дистального сегмента яйцевода в бесклеточной маточной жидкости, перенасыщенной кальцием и бикарбонатом, концентрация которых в 80-120 раз превышает произведение растворимости кальцита. Эта среда содержит органические предшественники матрикса скорлупы.
Карбонат кальция спонтанно осаждается в виде кальцита под действием органических компонентов. Начальный рост кристаллов происходит в специфических зародышевых центрах в мембранах наружного слоя, состоящего из органических агрегатов, а затем продолжается с образованием сосцевидного слоя. Впоследствии сосцевидные структуры сливаются, образуя основание палисадного слоя, где могут продолжать расти только кристаллы, перпендикулярные поверхности.
Роль белков и ультраструктуры кристаллов
Анизотропный рост кристаллов кальцита контролируется компонентами органического матрикса, особенно белками овокаликсины и овоклеидины, которые были всесторонне изучены, и была продемонстрирована их роль в формировании яичной скорлупы.
Рисунок 1. Изображение, полученное с помощью сканирующей электронной микроскопии, показывает ориентацию и рост кристаллов кальцита.
Толщина является важным фактором механической прочности, но также важны структурная организация, микроструктура и кристаллографическая ориентация. Ультраструктура скорлупы регулярна, состоящая из кальцита как единственной полиморфной формы, образующей поликристаллическую керамику.
Сосцевидные конусы состоят из мелких кристаллов без предпочтительной ориентации, в то время как в палисадном слое (толщиной приблизительно 200 микрометров) кристаллы увеличиваются в размере и вытягиваются вдоль оси c кальцита. Их боковой размер увеличивается от 20 микрометров до приблизительно 80 микрометров. Наноиндентационные испытания показывают уменьшение твердости и модуля упругости от поверхности к центру.
Метаболизм кальция при формировании скорлупы
Метаболизм кальция, связанный с формированием яйца, является крайне динамичным, поскольку в скорлуповой железе нет предварительного запаса кальция. Кальций поступает из ионизированного кальция в крови, обеспечивая необходимые 2 г в день для формирования скорлупы, что представляет собой значительную метаболическую нагрузку для птицы весом менее 2 кг.
Этот кальций поступает через кишечное всасывание и мобилизацию костной ткани из-за десинхронизации между дневным потреблением и ночным формированием скорлупы. У птиц в качестве резервуара кальция используется костный мозг, который составляет 12% от общего количества кальция в костях. Его формирование индуцируется эстрогеном и тестостероном за две недели до яйцекладки.
Рисунок 2. Приблизительная схема метаболизма кальция.
Во время формирования скорлупы резорбция костного мозга увеличивается в девять раз, но активность остеобластов также удваивается для ее обновления.
Роль органического матрицы в качестве скорлупы
Органический матрикс играет решающую роль в формировании скорлупы и её механических свойствах. Он содержит белки и протеогликаны, обладающие сродством к кальцию, например, содержащие кератансульфат или дерматансульфат. Белки маточной жидкости также обладают этим сродством, что подтверждается электрофорезом.
Растворимая органическая фракция скорлупы и маточной жидкости модулирует осаждение карбоната кальция в зависимости от дозы.
Прочность скорлупы и коммерческие факторы
В коммерческих условиях факторами, вызывающими повреждение яиц, могут быть ударные или раздавливающие силы. Оба типа сил демонстрируют значительную взаимосвязь между толщиной скорлупы и процентом треснувших яиц. Однако толщина оказывает лишь частичное влияние.
Разброс толщины скорлупы больше между полюсами, чем в зависимости от широты, поэтому яйца легче трескаются вдоль своей продольной оси. Сделан вывод, что более широкий полюс обладает большей ударопрочностью, чем более узкий, и что эта ударопрочность варьируется в зависимости от породы птиц.
Повреждение скорлупы представляет собой постоянный экономический ущерб для птицеводческой отрасли. Понимание прочности яиц от момента откладки до попадания к потребителю имеет решающее значение.
Качество скорлупы является ключевым фактором безопасности пищевых продуктов, и его поддержание в течение длительных производственных циклов (до 100 недель) представляет собой серьезную проблему для отрасли.
Значение яйца в питании и эволюция его производства
Куриное яйцо, будь то столовое или яичное, является основным источником белка во многих странах мира. Более века исследования активизировались, чтобы понять, как формируется яйцо, оптимизировать его производство и улучшить его качество.
Благодаря внедрению новых молекулярных технологий был достигнут прогресс в понимании биологических процессов, участвующих в формировании яйцеклетки, и специфических функций каждого из её компонентов.
Исторически люди использовали яйца в пищу, но лишь в последнее время их пищевой и промышленный потенциал начал в полной мере раскрываться.
В начале 20-го века куры достигали половой зрелости в возрасте от шести до девяти месяцев и несли от 100 до 180 яиц в год.
Позже стало возможным увеличить массу яиц без увеличения веса птицы. Начиная с 1995 года, растущий спрос на жидкие яичные продукты и требования к сертифицированному качеству побудили генетические компании включить технологические свойства, связанные с белком, в свои селекционные программы.
Структурный состав яичной скорлупы
Куриная яичная скорлупа представляет собой высокоупорядоченную поликристаллическую структуру и была впервые описана фон Натузиусом (1821-1899). По сути, скорлупа куриного яйца состоит из шести слоев, включая:
Кальцит (карбонат кальция) является основным минеральным компонентом, организованным с высокой степенью кристаллической ориентации, что придает скорлупе исключительную механическую прочность, с пределом прочности на разрыв 35 Н при средней толщине 0,33 мм.
Внутренняя и внешняя аллантоисные мембраны образуют два самых внутренних слоя. Внутренняя зона кальцифицированной части скорлупы состоит из неправильных конусов или сосцевидных выступов, кончики которых пронизаны волокнами внешней мембраны.
Палисадный слой, образующий самую толстую часть кальцифицированной скорлупы, простирается за пределы сросшихся оснований сосцевидного слоя и заканчивается тонким вертикальным кристаллическим слоем, где кристаллы кристаллита выровнены перпендикулярно поверхности скорлупы.
Самый наружный слой скорлупы, кутикула, представляет собой органический слой, отложенный на поверхности вертикального кристаллического слоя. Внутри скорлупы находится тонкая пленка кристаллов гидроксиапатита, а также большая часть поверхностных пигментов.
Все птичьи яичные скорлупы имеют один и тот же минеральный компонент — карбонат кальция (CaCO3) в тригональной форме, известной как кальцит, наиболее стабильную полиморфную форму при комнатной температуре.
Кристаллы кальцита внутри скорлупы имеют преимущественную ориентацию, при этом ось С стремится быть перпендикулярной поверхности скорлупы в ее верхней части.
Высокая степень контроля над размером, формой и ориентацией кристаллов обуславливает ее уникальную ультраструктуру и механические свойства, такие как прочность на растяжение 35 Н при толщине 0,33 мм.
Образование яичной скорлупы в яйцеводе
Толщина, форма, размер и структурные элементы яичной скорлупы, а также характеристики пористой системы различаются у разных видов; однако общая структура в основном одинакова у всех птиц.
Яичная скорлупа образуется при температуре тела в замкнутом пространстве дистального сегмента яйцевода в бесклеточной маточной жидкости, перенасыщенной кальцием и бикарбонатом, концентрация которых в 80-120 раз превышает произведение растворимости кальцита. Эта среда содержит органические предшественники матрикса скорлупы.
Карбонат кальция спонтанно осаждается в виде кальцита под действием органических компонентов. Начальный рост кристаллов происходит в специфических зародышевых центрах в мембранах наружного слоя, состоящего из органических агрегатов, а затем продолжается с образованием сосцевидного слоя. Впоследствии сосцевидные структуры сливаются, образуя основание палисадного слоя, где могут продолжать расти только кристаллы, перпендикулярные поверхности.
Роль белков и ультраструктуры кристаллов
Анизотропный рост кристаллов кальцита контролируется компонентами органического матрикса, особенно белками овокаликсины и овоклеидины, которые были всесторонне изучены, и была продемонстрирована их роль в формировании яичной скорлупы.
Рисунок 1. Изображение, полученное с помощью сканирующей электронной микроскопии, показывает ориентацию и рост кристаллов кальцита.
Толщина является важным фактором механической прочности, но также важны структурная организация, микроструктура и кристаллографическая ориентация. Ультраструктура скорлупы регулярна, состоящая из кальцита как единственной полиморфной формы, образующей поликристаллическую керамику.
Сосцевидные конусы состоят из мелких кристаллов без предпочтительной ориентации, в то время как в палисадном слое (толщиной приблизительно 200 микрометров) кристаллы увеличиваются в размере и вытягиваются вдоль оси c кальцита. Их боковой размер увеличивается от 20 микрометров до приблизительно 80 микрометров. Наноиндентационные испытания показывают уменьшение твердости и модуля упругости от поверхности к центру.
Метаболизм кальция при формировании скорлупы
Метаболизм кальция, связанный с формированием яйца, является крайне динамичным, поскольку в скорлуповой железе нет предварительного запаса кальция. Кальций поступает из ионизированного кальция в крови, обеспечивая необходимые 2 г в день для формирования скорлупы, что представляет собой значительную метаболическую нагрузку для птицы весом менее 2 кг.
Этот кальций поступает через кишечное всасывание и мобилизацию костной ткани из-за десинхронизации между дневным потреблением и ночным формированием скорлупы. У птиц в качестве резервуара кальция используется костный мозг, который составляет 12% от общего количества кальция в костях. Его формирование индуцируется эстрогеном и тестостероном за две недели до яйцекладки.
Рисунок 2. Приблизительная схема метаболизма кальция.
Во время формирования скорлупы резорбция костного мозга увеличивается в девять раз, но активность остеобластов также удваивается для ее обновления.
Роль органического матрицы в качестве скорлупы
Органический матрикс играет решающую роль в формировании скорлупы и её механических свойствах. Он содержит белки и протеогликаны, обладающие сродством к кальцию, например, содержащие кератансульфат или дерматансульфат. Белки маточной жидкости также обладают этим сродством, что подтверждается электрофорезом.
Растворимая органическая фракция скорлупы и маточной жидкости модулирует осаждение карбоната кальция в зависимости от дозы.
Прочность скорлупы и коммерческие факторы
В коммерческих условиях факторами, вызывающими повреждение яиц, могут быть ударные или раздавливающие силы. Оба типа сил демонстрируют значительную взаимосвязь между толщиной скорлупы и процентом треснувших яиц. Однако толщина оказывает лишь частичное влияние.
Разброс толщины скорлупы больше между полюсами, чем в зависимости от широты, поэтому яйца легче трескаются вдоль своей продольной оси. Сделан вывод, что более широкий полюс обладает большей ударопрочностью, чем более узкий, и что эта ударопрочность варьируется в зависимости от породы птиц.
Повреждение скорлупы представляет собой постоянный экономический ущерб для птицеводческой отрасли. Понимание прочности яиц от момента откладки до попадания к потребителю имеет решающее значение.
Качество скорлупы является ключевым фактором безопасности пищевых продуктов, и его поддержание в течение длительных производственных циклов (до 100 недель) представляет собой серьезную проблему для отрасли.
Источник: https://avinews.com
