运输后贮藏过程中鸡蛋品质变化的研究

尤子牵,李冰雁,贾 飞,刘 毅,李兴民,*

(1.华商国际工程有限公司,北京 100069;2.中国农业大学食品科学与营养工程学院,北京 100083)

鸡蛋具有丰富的营养价值,是良好的膳食营养来源,它也是医药、化妆品等产业的重要原材料。自1985年以来,我国禽蛋总产量始终位居全球第一,占世界禽蛋总量的40%左右。禽蛋产业也一直是我国国民经济中非常重要的一项产业。根据国家统计局网站数据,2018年以鸡蛋为主的禽蛋产量达到3128万吨,同比增长了1.02%。

目前我国鸡蛋的生产交易方式主要包括“批发市场+农户”、“公司+农户”和“产销一体化”,占到市场总交易量的80%以上[1]。这说明国内大部分蛋鸡养殖场规模较小,抵抗风险能力差,通常需要长途运输来解决供需不平衡、淡旺季变化的问题。由于运输距离、时间的延长,受环境温湿度、运输振动、冲击撞击等多个因素的影响,鸡蛋品质大大降低,破损率明显提高,约为11%～14%[2]。鸡蛋破损后将会污染其他鸡蛋,使鸡蛋更容易被微生物侵染[3]。尤其是营养价值高或具有特殊功效的柴鸡蛋、土鸡蛋等品种,破损后将产生较大的经济损失[4]。

目前鸡蛋的运输方式主要是公路运输。公路运输的振动环境是一种宽带低频随机振动,具有低量值、长时间的特性[5],会对鸡蛋造成疲劳损伤,影响鸡蛋的品质。目前国内外针对鸡蛋保鲜技术和包装方式的研究已有很多,但较少有研究运输中随机振动所产生的疲劳损伤对贮藏期间鸡蛋品质的影响。Adams等[6]研究发现,哈夫单位在贮藏期间的变化受运输振动的影响,车厢内部鸡蛋摆放位置的不同同样会显著影响到哈夫单位,这可能与车厢不同部位温度、空气成分、振动强度等因素有关。Paine[7]建立了鸡蛋受外力破损的实验方法,内容包括振动、撞击和跌落,在此基础上Panda等[8]对鸡蛋进行振动、撞击和跌落的危险实验后,发现除破损鸡蛋外,未破损鸡蛋的蛋白质和蛋黄品质均有所下降。

本文采用实际运输的方法对鸡蛋进行运输后,在实验室室温条件下进行贮藏,并对贮藏期间鸡蛋各项理化指标进行测定,包括失重率、哈夫单位、蛋黄指数、蛋清pH和蛋黄膜强度,评估贮藏期内鸡蛋新鲜度水平,为今后深入研究振动对鸡蛋贮藏期间品质变化影响及其相关机理和禽蛋产业的发展提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

产后24 h内的新鲜鸡蛋 罗曼粉鸡生产,由北京利马福来商贸有限公司的蛋鸡养殖场提供。

DT-178A三轴振动记录仪 深圳华盛昌科技实业股份有限公司;184-HIUSB温湿度记录仪 德图仪表(深圳)有限公司;AY220电子天平 日本岛津技迩有限公司;数显游标卡尺(0～200 mm,精度0.02 mm) 邦克工具(美国)国际企业集团公司;FA25超细匀浆器 上海FLUKO流体机械制造有限公司;PH211台式酸度计 意大利哈纳科仪公司;CT3-4500质构分析仪 美国博勒飞公司。

1.2 实验方法

1.2.1 运输过程 本次实验所用鸡蛋均取自河北省承德市滦平县三岔口村的一家蛋鸡养殖场,该场所养殖蛋鸡为罗曼粉鸡。所有鸡蛋均为当天所产新鲜鸡蛋。鸡蛋被分为对照组和实验组,它们具体的包装方式见图1。对照组鸡蛋选择轿车进行运输,包装方式选择泡沫纸箱;实验组鸡蛋放入蛋托内再叠放在塑料筐内,塑料筐依次堆在厢式货车的车厢中。运输路程全程约161.7 km,共用时约2.5 h。整个运输过程路线:养殖场→取鸡蛋装车(安装三轴振动记录仪和温湿度记录仪)→松曹路→大广高速→北五环路→奥林西路→科荟路→食品学院。

图1 对照组(A)和实验组(B)鸡蛋包装方式

1.2.2 振动强度监测点 使用三轴振动记录仪测定运输过程中的振动加速度。图2为厢式货车车厢的立体图,其中x轴是车辆前进方向,y轴平行于地面垂直于车辆前进方向,z轴垂直于地面。周然[9]研究发现车辆在行驶中,车厢中前下、前上、后下、后上为4个振动强度最显著的位置。因此,在图2中选出深色4处位置为振动强度监测点。三轴振动记录仪采集数据频率为6 s一次,频率范围0～60 Hz,导出的数据为三个轴向的加速度,其单位为“g”,1 g=9.8 m/s2。车厢内还分别安置了温湿度记录仪,记录运输过程中包装和车厢内部温度、湿度变化情况,频率为1次/min。温湿度记录仪直接导出运输过程中温、湿度变化情况的折线图。所有记录设备均在运输开始时启动,运输结束后立即停止记录并导出数据。

图2 厢式货车车厢图

1.2.3 鸡蛋预处理及分组 所有鸡蛋运送到实验室后进行筛选,剔除产生裂纹或破损的鸡蛋,挑选出蛋壳干净完好、蛋形指数适中、蛋重在(65±5) g范围的鸡蛋,依次编号并记录蛋重。根据运输和包装方式的不同,鸡蛋分为对照组和实验组。其中对照组为轿车运输、泡沫包装的鸡蛋,实验组共有四组,根据鸡蛋在车厢中不同的位置,分为前下组、前上组、后下组和后上组。所有鸡蛋均放置于室温状态下,每天记录温湿度变化情况。分别于取样当天、贮藏期7、14、21、28 d时从对照组鸡蛋中随机选择10枚鸡蛋,测定鸡蛋失重率、哈夫单位、蛋黄指数、蛋清pH和蛋黄膜强度。

1.2.4 鸡蛋失重率的测定 鸡蛋的失重率即鸡蛋在贮藏后重量损失的比重,使用电子天平测得鸡蛋贮藏前后的质量并计算。计算方式如下:失重率(%)=(初始重量-贮藏后重量)/初始重量×100。

1.2.5 哈夫单位的测定 对鸡蛋进行称重,磕开蛋壳将内容物全部轻倒入玻璃平皿中,在蛋黄周围的浓厚蛋白处避开系带选取三个等距离位置,用数显游标卡尺测得其高度并计算蛋白高度平均值。哈夫单位的计算公式如下:

HU=100×lg[H+7.57-1.7×(M0.37)]

式中,HU为哈夫单位;H为蛋白高度,mm;M为鸡蛋重量,g。哈夫单位是美国、加拿大等欧美国家常作为对生鲜鸡蛋进行品质分级的标准,被国际公认为评判鸡蛋新鲜度的重要理化指标之一[10]。美国农业部(USDA)以哈夫单位为基础制定了鸡蛋品质分级的标准:AA(HU≥72),A(60～72),B(31～60)和C(HU<31)。本实验将哈夫单位作为评判鸡蛋新鲜度的重要指标之一。

1.2.6 蛋黄指数的测定 磕开蛋壳,使用蛋黄分离器分离鸡蛋内容物,将蛋黄置于玻璃平皿上,使用数显游标卡尺测量蛋黄的高度H和蛋黄的直径D。计算公式如下:

1.2.7 蛋清pH的测定 将分离得到的蛋清倒入离心管中,用匀浆机以10000 r/min的转速将蛋清均质3 s,随后用台式酸度计测定蛋清的pH。

1.2.8 蛋黄膜强度的测定 蛋黄膜强度使用质构仪进行测定。将鸡蛋磕破后去除蛋清,将蛋黄置于过滤纸上。用Brookfield质构仪(CT3-4500)进行蛋黄膜强度的测定。选择直径50.8 mm的圆柱形探头(TA25/1000),测定模式选择压缩,测试速度为0.5 mm/s,等待时间0 s,触发点负载2.0 g。将蛋黄置于测试台上,开始测定,并记录蛋黄膜破裂瞬间的作用力的值,单位为g。

1.3 数据处理

在所有实验中,每项指标均测定3组平行值,实验结果以平均值±标准差(SD)的方式表示。实验数据统计分析采用Origin 8数据分析软件进行单因素方差(one-way ANOVA)分析,并采取多重比较法,在显著性水平α=0.05下进行分析,P<0.05代表显著性差异。

2 结果与分析

2.1 运输过程中不同位置的温湿度变化情况

鸡蛋运输过程中车厢环境中温度和湿度的情况也会影响鸡蛋的品质。图3是整个运输过程中车厢内部温度和湿度的变化情况。图中黄色曲线为温度变化情况,在运输过程中温度整体呈先下降后上升的趋势。有研究发现车厢内部温度在小范围内波动属正常现象[11],这说明车厢内温度要显著低于环境中的温度,在运输过程中,由于车厢内部封闭,空气流动缓慢,鸡蛋呼吸作用散发的热量加上鸡蛋振动与空气摩擦产生的热量堆积使得车厢内气温缓慢上升。对比实验组,对照组气温上升更快、温度更高,这与对照组采用的泡沫包装散热性差有关。图中蓝色曲线为湿度变化情况,在运输过程中较为稳定,无明显趋势。

图3 对照组(A)和实验组(B)运输过程中温湿度变化情况

2.2 车厢内不同位置的振动强度

图4为运输过程中对照组和实验组各组的加速度变化波形图谱。波形表示加速度的大小,数值的正负表示加速度的方向,波形偏离0越多说明加速度越大,振动强度越大。从图4中可以看出X轴和Y轴的加速度基本在0 g上下浮动,而Z轴的加速度绝对值基本在1 g以上,因此可知Z轴方向的数值的绝对值要明显高于X轴和Y轴的数值绝对值。波形图在整个运输过程中会存在个别异常点,这在运输初期和末期出现更为频繁,这与运输路况有直接联系。由于实验选用的鸡蛋取自村子中的养殖场,乡村道路路况较差,车辆颠簸相对严重;运输至学校附近,由于学校内存在多处减速带,车辆也会存在较为严重的颠簸。运输过程中偶尔的异常值可能与地面不平整、存在障碍物有关[12]。有研究发现车辆在匀速行驶中,来自车厢底板的激振能量相对较小,但当车辆遇到障碍物时,则会在垂直于地面方向产生1～3 g甚至更高的加速度[13]。

图4 运输过程中对照组和实验组不同部位振动强度(波形图)

对运输过程中不同组三个方向的振动强度数据进行处理,取绝对值后剔除个别极其异常的点后,计算得到平均值。从图5中可以比较明显看出,X轴和Y轴各组中部分组间加速度平均值不存在明显差异,Z轴中对照组和实验组各组振动强度由小到大的排序依次是:对照组<前下<前上<后下<后上。在Z轴方向上对照组、前下组、前上组、后下组和后上组的加速度数值分别为(1.231±0.104)、(1.243±0.258)、(1.387±0.135)、(1.410±0.178)和(1.560±0.230) g。Z轴,也就是垂直于地面的方向,在同组内,Z轴加速度与X轴和Y轴存在显著差异(P<0.05),说明垂直地面方向的振动强度最大,这与前人研究结果一致[9,14]。各实验组振动强度的不同说明车厢中不同位置振动强度不同。Barchi等[11]使用卡车在高速公路上运输枇杷果,并实时监测车厢内加速度情况,发现车厢内不同位置加速度并不相同。同样的,董雪临[15]使用厢式货车在北京市内运输三种鲜切蔬菜,经过监测发现车厢内不同位置振动强度不同,振动强度由弱至强分别是前下、后下、前上和后上四个位置,和本实验结果大致相似。有研究发现,以鸡蛋塑料筐为代表的散装箱,在叠摞的情况下,运输中由底部到上方的振动强度是逐渐放大的[16-18],本实验中振动强度后上>后下、前上>前下,与此结论相符。

图5 运输过程中对照组和实验组不同部分三轴向振动强度(平均值)

一般情况下,运输过程中鸡蛋受到的损伤主要分为两种:一种是由距离冲击带来的损伤,通常表现为鸡蛋蛋壳裂纹、破裂甚至鸡蛋整个破碎,这在鸡蛋运输中是较常见的情况,但可以通过改善、更换更好的包装材料来避免碰撞,这在本实验中不予讨论;另一种就是由运输中长时的随机振动而产生的疲劳损伤,这种损伤一般会影响到鸡蛋内部的组织结构,因此在鸡蛋贮藏期间可能给鸡蛋带来不可挽回的损伤。

2.3 贮藏期间鸡蛋失重率变化

实验用鸡蛋全部放在常温环境贮藏,每天定时对环境温湿度进行测定,实验期间常温条件温度约为28～31 ℃,湿度约为50%～70%。贮藏期间鸡蛋失重率变化曲线如图6所示。

图6 常温贮藏条件下鸡蛋失重率变化曲线

由图6曲线的变化趋势可知,常温贮藏条件下,随着贮藏时间的延长,鸡蛋的失重率逐渐增大,各组间失重率差值也在逐渐增大。但到21 d时,各组之间仍不存在显著性差异(P>0.05)。相比于对照组,实验组失重率更高,且随着振动强度增大而增大。

鸡蛋在贮藏期间的质量损失与鸡蛋呼吸作用有关。鸡蛋的呼吸作用是产后鸡蛋非常重要的生理活动[19]。呼吸强度是鸡蛋生命存在的标志,也是影响鸡蛋贮藏期间品质变化的关键因素之一。影响鸡蛋呼吸强度的因素包括温度、湿度、空气组成、鸡蛋品种等,其中温度是影响鸡蛋呼吸强度最重要的因素[20]。由于蛋壳表面存在诸多气孔,鸡蛋呼吸作用产生的CO2和水分通过气孔逸出[21-22]。研究发现,25 ℃贮藏的鸡蛋在第3 d时,失重率出现了显著性差异(P<0.05),在第6 d时差异极显著(P<0.01)[20],与本实验结果相同。不同的振动强度也会对鸡蛋失重率产生影响。长时的随机振动带来的剪切应力可能造成鸡蛋蛋清蛋白中蛋白结构变化,同时蛋白的变性导致蛋清蛋白持水性的下降,水分散失更快。但由于本次实验中各组振动强度差别不大且运输时间较短,实验结果并不特别明显。

2.4 贮藏期间哈夫单位变化

图7是鸡蛋贮藏期间哈夫单位变化图。从图7中可以看出,随着贮藏时间延长,鸡蛋哈夫单位逐渐降低。常温贮藏各组在7 d已经处于B级,14 d时处于C级,已不可作为壳蛋食用。常温贮藏的各处理组之间存在一定差异,其中后上组鸡蛋哈夫单位下降尤其明显,21 d时与对照组存在显著差异(P<0.05)。

图7 常温贮藏条件下鸡蛋哈夫单位变化曲线

从实验结果中可知,运输中的振动会影响鸡蛋贮藏期间品质的变化,不同的振动强度会对贮藏期间鸡蛋哈夫单位值产生不同影响。鸡蛋贮藏期间哈夫单位下降主要与贮藏过程中发生的一系列复杂的生化反应有关,其中包括蛋白质氧化、脂质氧化、脂肪酸组成变化和蛋白质构象变化等[23]。

2.5 贮藏期间蛋黄指数的变化

同哈夫单位一样,蛋黄指数也是一个常用来评判鸡蛋新鲜度的指标。图8是贮藏期间蛋黄指数变化情况。在贮藏期间蛋黄指数逐渐下降。常温贮藏各组之间差异不大,21 d时各实验组均已存在部分散黄现象。

图8 常温贮藏条件下鸡蛋蛋黄指数变化曲线

2.6 贮藏期间蛋清pH的变化

图9是贮藏期间鸡蛋蛋清pH变化情况。在贮藏期间,常温各组pH呈上升后下降的趋势。蛋清pH的变化主要是与蛋清中各种酶和微生物有关。蛋白质分解产生的碱性物质导致鸡蛋pH的上升。常温贮藏的鸡蛋在贮藏0～7 d时,哈夫单位迅速降低,蛋白水解伴随着pH的迅速升高。随后由于高pH抑制了蛋清中酶的活性,碱性物质的产生速度减慢,且鸡蛋呼吸作用产生CO2溶解于蛋清,使得pH略微下降。贮藏各组中,对照组pH上升缓慢且贮藏后期未出现明显下降,说明对照组由于振动强度较低,蛋白质水解较少,产生的碱性物质也更少;后上组在贮藏期间pH上升更快,14 d时达到9.49,与其他实验组相比存在显著差异(P<0.05),这说明振动强度的增大会使得贮藏期间蛋清pH明显上升。

图9 常温贮藏条件下鸡蛋蛋清pH变化曲线

2.7 贮藏期间蛋黄膜强度的变化

鸡蛋在经过运输尤其是长途运输后,贮藏期间常常会出现散黄、泻黄现象,影响鸡蛋的品质。这些现象出现可能与蛋黄膜的破损有关。可见蛋黄膜的强度对鸡蛋加工、生产、销售是非常重要的。一方面,蛋黄膜的完好可以保证蛋清和蛋黄的分离,这无论是在食品工业还是在制药、化妆品等行业内都是非常重要的一项应用。Wang等[24]研究发现蛋黄污染是降低鸡蛋蛋清蛋白起泡性的主要因素,在蛋清中仅仅加入0.022%的蛋黄就可以导致蛋清起泡性和发泡速度显著降低。除去蛋清的蛋黄可以被用作乳化剂或增稠剂,还可用于生产蛋黄酱、布丁等食品[25]。

蛋黄膜(Vitelline membrane,VM)是鸡蛋内部的一种主要由蛋白质组成的多层膜。它也是蛋黄的一部分。蛋黄膜分为两层,其中内层(Inner layer,IL)排卵前在卵巢内部就已经形成,而外层(Outer layer,OL)则是在排卵过程中在输卵管中发育而成[26-27]。蛋黄膜的双层结构对鸡的繁殖具有重要的意义,它能够令卵黄维持球形,确保蛋清不会污染蛋黄,防止细菌的侵染,同时在系带的结合下保证蛋黄位于鸡蛋的中部,不会因碰到蛋壳而破损。

蛋黄膜强度(Vitelline membrane strength,VMS)反映蛋黄膜对外力的承受程度。关于蛋黄膜强度的研究较少。Caudill等[28]研究发现蛋黄膜的强度主要与鸡蛋处理条件和贮藏方式及时间有关。产后鸡蛋在贮藏过程中,蛋黄膜的结构逐渐松动使得其抵抗外力的抵抗力下降,贮藏温度越高其强度下降速度越快。Kato等[29]研究发现由于鸡蛋内CO2的散失,蛋清pH增加使得连接糖蛋白和碳水化合物的o-糖苷键的断裂以及卵黏蛋白-溶菌酶复合物的分解,所以蛋黄膜强度下降。Trziszka等[30]研究发现贮藏期间蛋黄膜强度下降与蛋清蛋黄之间渗透压变化有关,随贮藏时间增加,蛋清中水分在渗透压作用下渗入蛋黄内,造成蛋黄膜的延伸,弹性下降,更容易破裂。蛋黄膜强度同哈夫单位、蛋黄指数等指标一样,都是评价鸡蛋新鲜度的指标,有研究发现,将贮藏一段时间鸡蛋的蛋黄膜强度于哈夫单位、蛋黄指数做相关性分析后证明其显著相关[31]。图10中可看出,常温贮藏各组随贮藏时间的延长蛋黄膜强度逐渐下降,且对照组与其他各实验组存在显著差异(P<0.05)。在实验组中,随振动强度的增大,贮藏期间蛋黄膜强度值越低。

图10 常温贮藏条件下鸡蛋蛋黄膜强度变化曲线

3 结论

本研究使用轿车和厢式货车对鸡蛋进行实际运输,随后在实验室室温环境下贮藏,定期测定哈夫单位、pH、蛋黄指数等新鲜度指标,旨在研究不同的振动强度对鸡蛋相关品质的影响,为实际生产中的鸡蛋运输情况提供理论支持。在实际运输过程中,轿车的振动强度低于厢式货车中任一位置的振动强度。厢式货车4个不同位置的振动强度大小的整体趋势为:前下<前上<后下<后上。任意测定位置在运输过程中三个轴向的加速度,垂直于地面方向的加速度明显强于平行于地面方向。通过失重率、哈夫单位、蛋黄指数、蛋清pH和蛋黄膜强度等指标的测定,可以发现鸡蛋新鲜度在贮藏期间不断下降,其中振动强度大的组各项理化指标变化幅度更大,说明运输过程中振动强度越大,对鸡蛋贮藏期内的品质影响越大。本研究通过实际运输研究了运输振动对鸡蛋贮藏过程中品质的影响,为今后深入研究振动对鸡蛋贮藏期间品质变化机理和禽蛋产业的发展提供参考。