МЕТОДИКА ОЦІНКИ ЯКІСНИХ ТА МОРФОЛОГІЧНИХ ПОКАЗНИКІВ ШКАРАЛУПИ КУРЯЧИХ ЯЄЦЬ НА ОСНОВІ ФІЗИКО-ГЕОМЕТРИЧНОГО ПІДХОДУ В ТЕРМОХІМІЧНОМУ АНАЛІЗІ

Ключові слова: технологія, біотехнологічні дослідження, якість, шкаралупа

Анотація

В роботі представлені результати оцінки показників якості та морфологічних особливостей шкаралупи курячих яєць як біонанокомпозитних захисних бар’єрних структур на основі фізико-геометричного підходу в термохімічному аналізі. Зважаючи на це, метою нашого дослідження була розробка методу оцінки якості яєчної шкаралупи на основі комплексу «мас-спектрометр – високовакуумна електрична піч – ПК». Цей метод надає можливість оцінити морфологічні і нерозривно пов’язані з ними механічні та міцнісні параметри за допомогою термодесорбційного аналізу (ТДС). Метод визначення щільності та мікроструктури шарів кальциту (СаСО3) як базового інгредієнту шкаралупи пташиних яєць включає дослідження кінетичних параметрів вуглекислого газу (СО2; m/z 44 а.о.м.) із зразка шкаралупи масою 0,5-5 мкг, який знаходиться у вакуумі в кварцовій пробірці при поступовому підвищенні температури (від 25 до 950 оС). Вимірювання кількості СО2 проводиться методом газової мас-спектрометрії (мас-спектрометр МХ-7304А (SELMI, Суми, Україна) з подальшою комп’ютерної обробкою отриманої термограми (крива інтенсивності піку в мас-спектрі, котрий обумовлений іонами СО2, яка тісно корелює з кількістю вуглекислого газу, що утворюється в реакції термічної деструкції кальциту). Теоретичною основою нашого дослідження є роботи N. Koga, котрий ввів термін фізико-геометричний підхід в термохімії, що демонструє, зокрема пряму залежність форми та інтенсивності піків іонів на термограмах, які відповідають певним компонентам газової суміші, що утворюються при нагріванні твердофазових структур при високих температурах і термічному розкладанні цих структур. Більш того, крім змін форми та інтенсивності піків, відбуваються зрушення цих піків на температурній шкалі, які корелюють з морфологічними та міцнісними характеристиками твердофазових структур. Проведений аналіз методом ТДС та електронної мікроскопії (ЕМ) шкаралупи яєць курей трьох груп – 1 – контроль, 2 – яйця з кальцитними наростами, 3 – яйця, шкаралупі яких притаманна хаотична кристалічна структура та мікро- і макродефекти і встановлена наявність прямого зв’язку між формами термограм, характерних для шкаралупи зазначених яєць. Створена бібліотека типових термограм шкаралупи, на основі яких можна проводити визначення якісних та морфологічних особливостей шкаралупи яєць курей.

Посилання

1. Athanasiadou Dimitra, Jiang Wenge, Goldbaum Dina, Saleem Aroba, Basu Kaustuv, Pacella Michael S.,. Böhm Corinna F, Chromik Richard R., Hincke Maxwell T., Rodríguez-Navarro Alejandro B., Vali Hojatollah, Wolf Stephan E., Gray Jeffrey J., Bui Khanh Huy, Mckee Marc D. (2018) Nanostructure, osteopontin, and mechanical properties of calcitic avian eggshell. Sci Adv. Mar 30;4(3) doi: 10.1126/sciadv.aar3219.
2. Arzate-Vázquez, I. Méndez-Méndez, J.V. Flores-Johnson, E.A. Nicolás-Bermúdez, J. Chanona-Pérez, J.J. Santiago-Cortés, E. (2019) “Study of the porosity of calcified chicken eggshell using atomic force microscopy and image processing,” Micron 118 pp. 50-57. https://doi.org/10.1016/j.micron.2018.12.008.
3. Bain, M.M. (1990) Eggshell strength: a mechanical/ultrastructural evaluation.-Ph.D Thesis, University of Glasgow.-42 p.
4. Berardinelli, A. Donati, V. Giunchi, A. Guarnieri, A. Ragni, L. (2003) Effects of Transport Vibrations on Quality Indices of Shell Eggs. Biosystems Engineering. 86, 495–502.
5. Bordunova O. H. (2015) Vyvchennia vplyvu nehatyvnykh chynnykiv dovkillia na fazovyi sklad biokeramichnykh shariv shkaralupy kuriachykh yaiets [Study of the influence of negative environmental factors on the phase composition of bioceramic layers of chicken egg shells] Visnyk Sumskoho natsionalnoho ahrarnoho universytetu : naukovyi zhurnal. – Ser. "Tvarynnytstvo" / Sumskyi natsionalnyi ahrarnyi universytet. – Sumy : SNAU, Vyp. 2 (27). – S. 96-101. (in Ukrainian).
6. Bordunova O.H., Chernyavsʹka T.O., Chivanov V.D. (2007). Prohnozuvannya yakosti inkubatsiynykh yayetsʹ [Forecasting the quality of hatching eggs]. Visnyk ahrarnoyi nauky, №6, 53-58 (in Ukrainian).
7. Bordunova O. et al., (2020) Study of the Correlations Between the Dynamics of Thermal Destruction and the Morphological Parameters of Biogenic Calcites by the Method of Thermoprogrammed Desorption Mass Spectrometry (TPD-MS), in. Microstructure and Properties of Micro-and Nanoscale Materials, Films, and Coatings (NAP 2019). A. Pogrebnjak and O. Bondar, Eds. Springer, Singapore, 2020, pp. 37-50. Springer Proceedings in Physics Volume 240, Pages 37 – 50, 2020 9th IEEE International Conference on Nanomaterials: Applications and Properties, NAP 2019 Odesa, Ukraine. doi: 10.1007/978-981-15-1742-6_5
8. Bordunova O. et al., (2020) “The Study of Micro-and Nanostructure Characteristics of Ostrich (Struthio camelus) Eggshell by the Method of Temperature-Programmable Mass Spectrometry,” in. 2020 IEEE 10th International Conference Nanomaterials: Applications & Properties (NAP). IEE, , pp. 02IT02-1-02IT02-5 https://doi.org/ 10.1109/NAP51477.2020.9309559.
9. Borodai V.P. ta in. (2006) Tekhnolohiia vyrobnytstva produktsii ptakhivnytstva. [Poultry production technology]. Vinnytsia: Nova Knyha, S. 206–240. (in Ukrainian).
10. Chien Y.-C., Hincke M.T., Gautron J., Vali H. (2008). Ultrastructural matrix-mineral relationships and localization of osteopontin in avian eggshell, and effects of osteopontin on calcite growth in vitro. J. Struct. Biol.- – V.163.-P.84-99.
11. Chiang, P.-L.; Tseng, Y.-C.; Wu, H.-J.; Tsao, S.-H.; Wu, S.-P.; Wang, W.-C.; Hsieh, H.-I.; Juang, J.-Y. (2021) Elastic Moduli of Avian Eggshell. Biology, 10, 989. https://doi.org/10.3390/biology10100989
12. Cui, Z. Xue, Y. Xiao, L. Tingting Wang. (2013) Effect of particle size on activation energy for thermal decomposition of nano-CaCO3. J. Comput. Theor. Nanos., 10(3): 569-572.
13. Danilchenko S. et al., (2016) “The Study of Thermal Decomposition of Natural Calcium Carbonate by the Temperature-programmed Mass Spectrometry Technique,” J. Nano- Electron. Phys., vol. 8, 4(1) 10/1, cc. 04031(3сс) doi: 10.21272/jnep.8(4(1).04031.
14. Dolbanosova Rimma V., Samokhina Yevgeniya A., Loboda Valeriy B., Bordunova Olga G., Shchepetilnikov Yuriy O., Chernyavska Тatyana. О. (2021). A New Method for Determining the Quality of Bionanocomposite Layers of Chicken Eggshells. Proceedings of the 2021 IEEE 11th Internationa Conferenceon Nanomaterials: Applications&Properties (NAP-2021) 1. 37-50. DOI: 10.1109/NAP51885.2021.9568392
15. Fathi, M. M., A. Zein El-Dein, S. A. El-Safty, and L. M. Radwan. (2007). Using scanning electron microscopy to detect the ultrastructural variations in eggshell quality of Fayoumi and Dandarawi chicken breeds. Int. J. Poult. Sci. 6:236–241.
16. Furushima Yoshitomo, Hata Mikio, Ohkawa Tomohiro, Yoshimoto Shigeru, Kimura Kazuo, Kato Fumiaki, Nakadaurushima Masaru. (2022) Development of deconvolution analysis on the temperature programmed desorption mass spectrometry. Chemical Thermodynamics and Thermal Analysis. Volume 5, March, 100029. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ctta.2021.100029
17. Gautron, J. Dombre, C. Nau, F. Feidt, C. Guillier L. (2022) Review: Production factors affecting the quality of chicken table eggs and egg products in Europe. Animal. Volume 16, Supplement 1, February, 100425 https://doi.org/10.1016/j.animal.2021.100425
18. Hotova Gabriela, Slovak Vaclav. (2016) Quantitative TG-MS analysis of evolved gases during the thermal decomposition of carbon containing solids. Thermochimica Acta Volume 632, 20 May, P. 23–28.
19. Hester, P. (2017) Egg Innovations and Strategies for Improvements, San Diego, CA: Elsevier Inc. 625 p.
20. Karkach P. M.,. Kostiuk M. M, Mashkin Yu. O. (2021) Korektsiia norm kaltsiiu vprodovzh doby v hodivli kureinesuchok. [Correction of calcium levels during the day in the feeding of laying hens.]. Tekhnolohiia vyrobnytstva i pererobky produktsii tvarynnytstva: zbirnyk naukovykh prats .- Bila Tserkva: BNAU, .- № 1 (164) .- S. 42-47. (in Ukrainian). https://doi: 10.33245/2310-9289-2021-164-1-42-47.
21. Koga N., (2018) “Physico-Geometric Approach to the Kinetics of Overlapping Solid-State Reactions,” in. Handbook of Thermal Analysis and Calorimetry. Recent Advances, Techniques and Applications, vol. 6, S. Vyazovkin and N. Koga, Eds. Elsevier B.V., pp.213 252.
22. Koga N.et al., (2013). Physico-Geometrical Kinetics of Solid-State Reactions in an Undergraduate Thermal Analysis Laboratory J. Chem. Educ. 2014, 91, 2, 239–245 23, https://doi.org/10.1021/ed400330t
23. Kovalenko A., Stepanenko I. (2008). Yakist shkaralupy yaiets i shliakhy yii polipshennia. [The quality of egg shells and ways to improve it]. Efektyvne ptakhivnytstvo. № 2. S. 33–37. (in Ukrainian).
24. Ketta Mohamed, Tůmová Eva, Englmaierová Michaela, Chodová Darina (2020) Combined Effect of Genotype, Housing System, and Calcium on Performance and Eggshell Quality of Laying Hens. Animals . 10(11), 2120; https://doi.org/10.3390/ani10112120
25. Ketta, M. and Tumova, E. (2016) “Eggshell structure, measurements, and quality-affecting factors in laying hens: a review,” Czech J. Anim. Sci., vol. 61, pp. 299-309.
26. Lazarus, A. Florijn, H. and Reis, P. (2012) “Geometry-Induced Rigidity in Nonspherical Pressurized Elastic Shells,” Phys. Rev. Lett., vol. 109, no. 14, pp. 1–5, Oct.
27. Linhai Yue, Miao Shui, Zhude Xu. (2000) The crystal structure of ultra-fine CaCO3 and its thermal decomposition. Journal of Chemical Engineering of Chinese Universities, , 21(10): 1555-1559.
28. Liu R, Chen J, Guo F, J. Yun, Z. (2003) Shen Kinetics and mechanism of decomposition of nano-sized calcium carbonate under non-isothermal condition. Chin. J. Chem. Eng., , 11(3): 302-306.
29. Liubenko O.I. Kryvyi V.V. Ivanov I.V. (2019) Vplyv yakosti kormiv na yaiechnu produktyvnist kurei-nesuchok v umovakh vyrobnytstva filii «Chornobaivske» pryvatnoho aktsionernoho tovarystva «Ahrokholdynh Avanhard» [Influence of feed quality on egg productivity of laying hens in the conditions of production of Chornobayivske branch of Agroholding Avangard private joint-stock company]. Tavriiskyi naukovyi visnyk: Naukovyi zhurnal. Vyp. 109. Chastyna 2. – Kherson: Vydavnychyi dim «Helvetyka»,. 83- 88. (in Ukrainian). DOI https://doi.org/10.32851/2226-0099.2019.109-2.13
30. Leeson, S., and J. D. Summers. (2001). Nutrition of the Chicken. 4th ed. University Books, Guelph, ON, (Canada).
31. Maciel, M. P., Saraiva, E. P. Aguiar, E. F. Ribeiro, P. A. Passos, D. P. and Silva. J. B. (2010). Effect of using organic microminerals on performance and external quality of eggs of commercial laying hens at the end of laying. R. Bras. Zootec. 39:344–348.
32. Martinez I, Grasa G, Murillo R, Arias B, Abanades J C. (2012) Kinetics of calcination of partially carbonated particles in a Ca-looping system for CO2 capture. Energy Fuels, 26(2): 1432-1440.
33. Materazzia S., Curini R. (2001) The coupling of mass spectrometry with thermoanalytical instruments: applications of evolved gas analysis. Applied Spectroscopy Reviews Volume 36, Issue 2-3, 169-180.
34. Podstrieshnyi O., Kovalenko H. (2007) Kharakterystyka yakosti inkubatsiinykh yaiets kurei krosiv „Khaiseks bilyi” i Khaiseks korychnevyi”. [Characteristics of the quality of hatching eggs of chickens of crosses "Highsex white" and Hysex brown]. Suchasne ptakhivnytstvo.. № 10–11. S. 8–12. (in Ukrainian).
35. Pokrovskiy V.A (1995) Temperature-programmed mass spectrometry of biomolecules in surface chemistry studies. Rapid Commun. MassSpectrometry. –. – V. 9. – P. 588–591.
36. Roberts, J. R. (2004). Factors affecting egg internal quality and egg shell quality in laying hens. Jpn. Poult. Sci. 41:161–177
37. Samokhina Ye. A. (2015) Vplyv biotychnykh i abiotychnykh chynnykiv dovkillia na yaiechnu produktyvnist ta riven rezystentnosti kurei riznykh porid ta krosiv [Influence of biotic and abiotic environmental factors on egg productivity and the level of resistance of chickens of different breeds and crosses]. Visnyk Zhytomyrskoho natsionalnoho ahroekolohichnoho universytetu. – Zhytomyr : ZhNAU,. – № 2 (52). – T. 3. – S. 152-158. (in Ukrainian).
38. Shiping Bai, Gu Jin, Delong Li, Xuemei Ding, Jianping Wang, Keying Zhang, Qiufeng Zeng, Fengjie Ji and Junmei Zhao (2017). Dietary organic trace minerals level influences eggshell quality and minerals retention in hens. Annals of Animal Science; Kraków Тоm 17, Изд. 2, Pages 503-515: DOI:10.1515/aoas-2016-0074
39. Solomon, S. E. (2010). The eggshell: Strength, structure and function. Br. Poult. Sci. 51:52–59
40. Shangqing Lu, Sufang Wu (2015) Advances in calcium carbonate thermal decomposition CIESC Journal››, Vol. 66 ›› Issue (8): 2895-2902.doi: 10.11949/j.issn.0438-1157.20150670
41. Stanmore B R, Gilot P. (2005) Review—calcination and carbonation of limestone during thermal cycling for CO2 sequestration. Fuel Process. Technol., , 86(16): 1707-1743.
42. Sossidou, E. N. Elson, H.А. (2009) Hens’ welfare to egg quality: a European perspective World's Poultry Science Journal, Vol. 65, Issue 4, , Pages. 709 – 718 doi: https://doi.org/10.1017/S0043933909000488
43. Stefanello C., Santos T. C., Murakami A. E., Martins E. N., Carneiro T. C. (2014). Productive performance, eggshell quality, and eggshell ultrastructure of laying hens fed diets supplemented with organic trace minerals. Poultry Science. Volume 93, Issue 1, Pages 104-113. DOI:10.3382/ps.2013-03190
44. Tsuboi Y. and Koga N. (2018) “Thermal Decomposition of Biomineralized Calcium Carbonate: Correlation between the Thermal Behavior and Structural Characteristics of Avian Eggshell,” ACS Sustainable Chem. Eng., vol. 6, (4), pp. 5283–5295.
45. Wang, S. Cui, Z. Xia, X. Xue, Y. (2014). Size-dependent decomposition temperature of nanoparticles: a theoretical and experimental study. Phys. B: Condens. Matter. 454: 175-178.
46. Weipeng Lai, et al., (2007) Effect of particle size on properties of chemical reaction thermodynamics of nanosystems Journal of Physical Chemistry, 23(4): 508-512.
47. Zhaonan Yu. (1997) The experimental study of CaCO3 decomposition. Journal of Thermal Energy and Power Engineering, , 12(4): 278-280.
Опубліковано
2024-07-23
Як цитувати
Петренко, Г. О., & Бордунова, О. Г. (2024). МЕТОДИКА ОЦІНКИ ЯКІСНИХ ТА МОРФОЛОГІЧНИХ ПОКАЗНИКІВ ШКАРАЛУПИ КУРЯЧИХ ЯЄЦЬ НА ОСНОВІ ФІЗИКО-ГЕОМЕТРИЧНОГО ПІДХОДУ В ТЕРМОХІМІЧНОМУ АНАЛІЗІ. Вісник Сумського національного аграрного університету. Серія: Тваринництво, (2), 91-97. https://doi.org/10.32782/bsnau.lvst.2024.2.13

Статті цього автора (авторів), які найбільше читають