不同家禽蛋壳结构及其成分研究

唐徐华，林 君，杨海明，杨 芷，王志跃,

（1.扬州大学动物科学与技术学院，江苏 扬州 225009；2.扬州大学农业科技发展研究院，江苏 扬州 225009）

0 引言

【研究意义】蛋品质是衡量家禽生产性能的重要指标。从生物学意义上来说，禽类胚胎在蛋壳内发育时，都需要蛋壳的特定结构才能实现气体交换及水分蒸发[1]。蛋壳一方面为胚胎生长发育提供钙，另一方面具有一定的固定形态和抗压能力，提供了一个相对独立和稳定的内部环境，隔绝外部不利因素对禽蛋的侵害[2]；从经济意义上来说，品质好的蛋壳，既能够显著降低禽蛋在生产、运输、加工过程中由于蛋壳破损导致的经济损失，又能够提高种蛋的孵化率和经济效益[3]。【前人研究进展】蛋壳致密度是影响蛋壳质量的主要因素，而超微结构可直观反映蛋壳致密度。将蛋壳横切面在光学或电子显微镜下可以清楚地分辨出各层结构，通常认为蛋壳超微结构包含5 层，由内至外分别为蛋壳膜、乳突层、栅栏层、垂直晶体层和胶护膜[4]。目前，关于鸡蛋和鸭蛋蛋壳结构和成分的研究较多，对鹅蛋蛋壳的结构和成分却关注较少。陈金泉等[5]研究发现了鸭蛋壳外表面的裂纹比鸡蛋壳更粗、更深且更长，其气孔也更大、更深，且两种蛋壳表面晶体层的粗糙度、晶体形状及排列方式差异明显。蛋壳是蛋的重要保护部分，是晶体学与生物学结合的完美示例，不同家禽的禽蛋在形态、物理特征、蛋壳质量等方面存在差异。蒋晶晶等[6]研究发现了尽管不同家禽之间蛋壳厚度整齐性具有多样性、个性化特征，然而同种家禽之间却表现出了更强的趋同性。范佳英等[7]研究发现固始鹅蛋壳重量占蛋重的比例为12.32%，此测定结果显著高于鸡蛋，说明固始鹅蛋壳的厚度和致密度高。【本研究切入点】传统蛋壳质量评价体系多从结构属性考虑，主要测定指标包括蛋壳强度、蛋壳厚度、蛋形指数等。但近年来研究表明，蛋壳成分以及蛋壳结构也会影响蛋壳质量。【拟解决的关键问题】本试验选用鹅、鸡、鸭3种家禽蛋壳为研究材料，通过对鹅蛋蛋壳结构和成分与鸡蛋、鸭蛋蛋壳的比较，丰富人们对于鹅蛋蛋壳 结构和成分的认识。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验选取严格按照饲养标准管理的江南白鹅（无水池地面平养）、如皋黄鸡（笼养）和金定鸭（无水池地面平养）当天所产的蛋，随机选用表面洁净，蛋壳完整无破损，且形状和壳色符合品种标准 的蛋各30 枚用于试验。

1 .2 试验方法

1.2.1 蛋品质的测定 蛋形指数：用游标卡尺测量横径与纵径，通过计算得出蛋形指数（横径与纵径的比值）。

重量：首先用电子天平（精确至0.1 g）对每一枚禽蛋进行称重；将蛋打破，分离蛋黄、蛋清和蛋壳，将蛋壳清洗干净，用电子天平称量蛋壳的重量，计算出蛋壳比例。

蛋壳厚度：用螺旋测微仪从禽蛋的钝端、尖端和 赤道3 点测定厚度，取平均值作为蛋壳厚度。

1.2.2 蛋壳超微结构的观察与分析 取蛋壳内表面、外表面及禽蛋尖端、赤道以及钝端的横断面样品（0.5～1 cm2）洗净，晾干，喷金。在扫描电镜（Gemini SEM 300，Carl Zeiss 公 司，德 国）合 适 倍数视野下观察样品的超微结构。根据DUNN 等[8]的蛋壳模型测定蛋壳横截面的壳膜层、乳突层、栅栏层、垂直晶体层厚度并计算有效层厚度。有效层包含 栅栏层和晶体层。

1.2.3 蛋壳元素分析 用能谱仪（EDS）对上述样品进行能谱定量分析，可得到样品中C、O、Ca、Mg、Z n 元素所占比例。

1.3 数据统计分析

采用Excel 2007 建立数据库，使用SPSS 20.0 软件通过K-S （Kolmogorov-Smirnov）检验进行正态分布检验确认数据呈正态分布后进行单因素方差分析及相关性分析，LSD 法进行各组间多重比较，结果用 平均值±标准差表示。

2 结果与分析

2.1 不同禽蛋品质的比较

由表1 可见，蛋重、蛋壳重以及蛋壳厚度在鸡蛋、鸭蛋和鹅蛋之间均差异显著（P＜0.05），表现为鹅蛋＞鸭蛋＞鸡蛋；而鹅蛋蛋壳强度、蛋形指数和 壳重比例显著高于鸡蛋和鸭蛋（P＜0.05）。

表 1 3 种禽蛋蛋品质的比较Table 1 Quality of 3 kinds of poultry eggs

2.2 不同禽蛋蛋壳内、外表面的超微结构

不同禽蛋蛋壳内、外表面的电镜扫描结果见图1。由图可见，鹅蛋和鸭蛋蛋壳内表面的壳膜纤维较为密集且粗壮，主次较分明，纤维按层次呈直线状交错，且同一层次的纤维方向比较统一，纤维上的突起数量也更多，而鸡蛋蛋壳的壳膜纤维较为细小，分布均匀度差，其走向也杂乱无序，但纤维上的突起较鹅蛋和鸭蛋更大。

图1 禽蛋蛋壳内、外表面Fig. 1 Inner and outer surfaces of eggshell samples

鹅蛋和鸭蛋蛋壳外表面的裂纹较为均匀、密集且深，有首尾相接的趋势，几乎连接成网状，而鸡蛋蛋壳外表面较为平整，裂纹大小不一、稀少且浅。鹅蛋蛋壳外表面的气孔直径大且深，而鸡蛋和鸭 蛋外表面的气孔则较小。

2.3 不同禽蛋蛋壳横断面的超微结构

2.3.1 蛋壳横截面的超微结构 不同禽蛋蛋壳横截面的电镜扫描结果见图2。由图可见，禽蛋蛋壳横截面由内到外可分为壳膜、乳突层、栅栏层、垂直晶体层和胶护膜，各层结构比较清晰、排列紧密，但自外向里致密程度逐层降低[9]。鹅蛋蛋壳横断面较为坚实，整体结构致密，乳突层与蛋壳内表面壳膜层连接较紧密；鸡蛋和鸭蛋蛋壳横断面则较为松散，乳突层与蛋壳内表面纤维层连接不紧密，可见明显空隙。

图2 禽蛋蛋壳横截面Fig. 2 Cross-section view of eggshells

2.3.2 蛋壳横截面壳膜层的超微结构 不同禽蛋蛋壳横截面壳膜层的电镜扫描结果见图3。由图可见，鹅蛋和鸭蛋的壳膜层厚度更大且致密，纤维也更粗；鸡蛋壳膜层则厚度较小，纤维也较小。在蛋壳横截面中，壳膜层位于横截面最里层，分为内外两层，内层蛋壳膜与蛋清相接，较容易被手工去除，外层蛋壳膜则与乳突紧密嵌合在一起[10]。

图3 禽蛋蛋壳壳膜层Fig. 3 Membrane layer of eggshells

2.3.3 蛋壳横截面乳突层的超微结构 不同禽蛋蛋壳横截面乳突层的电镜扫描结果见图4。由图可见，鹅蛋蛋壳乳突层厚度更大，乳突比鸡蛋和鸭蛋的突起更高，形状更加复杂，结构也更加紧密；乳突层顶端的锥核（也称有机核心）及周边质地致密，与纤维层连接较好，乳突间隙相对较大。乳突层放大后，鹅蛋蛋壳的乳突层呈现规律的层状结构，较为平整，而鸡蛋和鸭蛋蛋壳的乳突层则有很多的气孔 ，较难分出层次。

图4 禽蛋蛋壳乳突层Fig. 4 Mammillary layer of eggshells

2.3.4 蛋壳横截面栅栏层的超微结构 不同禽蛋蛋壳横截面栅栏层的电镜扫描结果见图5。由图可见，鹅蛋蛋壳的栅栏层晶体呈颗粒状，单位空间内的柱状晶体数明显较多，晶体间的排列更加复杂而不规则；鸭蛋蛋壳的栅栏层是斜向排布，紧密度也较好，结构均匀；鸡蛋蛋壳的栅栏层为横向排布，均 匀度不佳，纹理较为模糊杂乱，结构缺乏立体感。

图5 禽蛋蛋壳栅栏层Fig. 5 Palisade layer of eggshells

2.3.5 蛋壳横截面垂直晶体层的超微结构图 不同禽蛋蛋壳横截面垂直晶体层的电镜扫描结果见图6。由图可见，鹅蛋蛋壳垂直晶体层结构致密、均匀且整齐；鸡蛋蛋壳垂直晶体层断面平整性略差，且质地松散，气孔明显易见；鸭蛋蛋壳垂直晶体层与胶护膜分层清晰可辨，晶体排布杂乱无章，均匀度最 差。

图6 禽蛋蛋壳晶体层Fig. 6 Crystal layer of eggshells

2.4 不同禽蛋蛋壳横断面结构层比较

由表2 可见，蛋壳栅栏层及有效层厚度在鸡蛋、鸭蛋和鹅蛋之间均差异显著（P＜0.05），表现为鹅蛋＞鸭蛋＞鸡蛋；其次，鹅蛋蛋壳的乳突层及晶体层厚度显著大于（P＜0.05）鸡蛋和鸭蛋蛋壳；而鹅蛋和鸭蛋蛋壳的壳膜层厚度显著大于（P＜0.05）鸡蛋蛋壳。鹅蛋和鸡蛋蛋壳的壳膜层所占比例显著小于（P＜0.05）鸭蛋蛋壳；鹅蛋和鸭蛋蛋壳的乳突层所占比例显著小于（P＜0.05）鸡蛋蛋壳；鹅蛋和鸭蛋蛋壳的栅栏层及有效层所占比例均显著大于（P＜0.05）鸡蛋蛋壳；而3 种禽蛋蛋壳的晶 体层所占比例均差异不显著。

表 2 3 种禽蛋蛋壳横断面各层厚度及占比Table 2 Thickness and proportion of eggshell layers in transverse section of poultry eggs

2.5 鹅蛋蛋壳强度、厚度与蛋壳结构相关性分析

由表3 可知，禽蛋蛋壳强度与栅栏层厚度、晶体层厚度以及有效层厚度均显著相关（P＜0.05），其中蛋壳强度与有效层厚度的相关性最强，其相关系数为0.603。

表3 鹅蛋蛋壳强度、厚度与蛋壳结构相关性Table 3 Correlation between strength, thickness, and structure of goose eggs

2.6 不同禽蛋蛋壳中元素的相对含量

由表4 可见，鹅蛋和鸭蛋蛋壳中只有镁的相对含量显著低于（P＜0.05）鸡蛋，而3 种禽蛋蛋壳中碳、氧、钙、锌的相对含量均差异不显著，相对含量 较高的元素均为氧、钙、碳。

表4 3 种禽蛋蛋壳元素相对含量Table 4 Relative contents of chemical elements in shells of poultry eggs

3 讨论

在传统禽蛋质量评价体系中，蛋重、蛋形指数、蛋壳强度、蛋壳厚度等是必测的几个关键指标。3 种家禽禽蛋品质的研究结果表明，3 种禽蛋蛋壳厚度的差异显著，但同一种禽蛋之间蛋壳厚度的差异并不显著，说明3 种禽蛋的蛋壳厚度一致性有趋同倾向，不论蛋壳绝对厚度如何，同一个蛋壳中厚度的相对变异相似。最后，3 种禽蛋的蛋壳强度差异显著，并且也表现为鹅蛋大于鸡蛋和鸭蛋；大量研究利用同一种禽蛋，证明了蛋壳破碎强度与蛋壳厚度密切相关[11]，本文3 种禽蛋的研究结论也说明了这种关系。

壳膜位于蛋壳的最里层，与蛋白直接相连，主要由粗细不等、纵横交错的蛋白质纤维构成，纤维平行于壳表面，方向各异，层叠交织形成了比较致密的网状结构。纤维上分布有大小形状各异的孔隙和很多颗粒状的突起[12]。比较鹅、鸡、鸭蛋蛋壳内表面的结构差异，可以发现鹅蛋蛋壳内表面壳膜层结构更紧密，主次分支清晰，层次分明，纤维上突起数量更多但较小。

蛋壳外表面由钙化基质构成，在蛋壳形成过程中，表层沉积了由蛋壳腺上皮细胞分泌的原卟啉、胆绿素等不同色素物质，从而呈现出褐、粉、白、绿等多种蛋壳颜色[13]。通过电镜观察，蛋壳外表面粗糙不平，有众多程度不一的龟背状裂纹、突起以及气孔。分别比较鹅、鸡、鸭蛋蛋壳外表面的结构差异，可以发现鹅蛋蛋壳外表面裂纹更为均匀、密集且深，气孔较另外两种禽蛋也更大。

蛋壳膜是由许多交织的含有多种胶原蛋白成分的纤维组成，构成壳膜的蛋白质纤维平行于蛋壳的表面，层叠盘绕，纵横交错，很难分出层次，蛋白质纤维的表面分布许多颗粒状突起。乳突层是整个蛋壳矿化层形成的基础，与蛋壳膜相接的柱状或圆锥状的矿化结构即是乳突，它起始于蛋壳膜上的成核位点。乳突呈不规则多角形，在大小形状上略有差异，乳突间隙有较大气孔；乳突中央部位上的锥核，方解石结晶以此为轴心以不同方式呈散射状沉积，在乳突上形成较大盘状、似花瓣状和不规则小块状乳突[14]。栅栏层紧贴乳突层，在各层中所占比例最大，是蛋壳的主体结构部分。栅栏层由致密堆叠的块柱状单元组成，密布大小、形状和深浅不一的气孔，是蛋壳中最致密且占比最高的一层。但它的结构是相对比较简单的，由晶体紧密结合在一起而构成。晶体之间的缝隙构成了贯穿内外的气孔，用于胚胎发育时内外气体的交换[15]。栅栏层外侧是垂直晶体层，它是栅栏层向外生长的延续，与栅栏层相比，它的晶体排列更为细密、有序，晶体的生长方向与蛋壳表面垂直[16]。

蛋壳超微结构与蛋壳的品质有关。RODRIGUEZNAVARRO 等[17]研究表明，蛋壳的超微结构对蛋壳品质具有决定性作用。目前有关超微结构不同层次对蛋壳质量影响的报道不一，有研究称，决定蛋壳质量的是栅栏层[18]。FATHI 等研究则发现，栅栏层和晶体层是构成蛋壳厚度的主要结构，栅栏层厚度占有效层厚度的2/3 以上，乳突层与蛋壳品质直接相关[19]。于曦等研究发现，乳突结构直接影响整个蛋壳的形成，蛋壳是从乳突结构开始钙化[20]。研究发现，乳头结构中乳头数量多的蛋壳硬度更低，乳头数量少反而更加坚硬，蛋壳不容易损坏[21]。而在本试验结果中可以看出，3 种禽蛋的蛋壳结构大体相同，但是紧密度等方面存在差异，分别比较鹅、鸡、鸭蛋蛋壳的横断面，发现鹅蛋蛋壳的横断面致密度和平整性都更好，乳突层与壳膜层联系也更加紧密；鹅蛋蛋壳栅栏层的厚度与所占比例均显著大于鸡蛋和鸭蛋，蛋壳强度与栅栏层厚度密切相关。由于蛋壳强度与蛋壳有效层厚度间呈较高的正相关关系，相关系数达到0.603，所以有效层厚度可能是决定蛋壳强度的主要因素。有研究表明，栅栏层决定蛋壳质量，栅栏层厚度与蛋壳强度呈正相关，这与本试验的结果也是相符的[22]。虽然蛋壳结构与蛋壳质量之间的关系、蛋壳各组成层对蛋壳质量所起的作用和影响还需要进一步的研究，但可以肯定的是蛋壳的超微结构致密性直接影响了蛋壳质量。

蛋壳中无机物质约占整个蛋壳质量的94%～97%（主要为碳酸钙），有机物仅占3%～6%。本试验所测蛋壳中均含较高的钙、氧、碳，这与前人报道相一致[23]。有研究认为蛋壳质量变差时，钙含量也随之降低。在本试验中不同强度禽蛋蛋壳元素相对含量差异并不显著，说明蛋壳质量并不完全取决于蛋壳钙及其他相关元素相对含量的高低，而应当结合蛋壳微观结构等物质属性观察来进行综合评判。