運輸后貯藏過程中雞蛋品質變化的研究

尤子牽,李冰雁,賈 飛,劉 毅,李興民,*

(1.華商國際工程有限公司,北京 100069;2.中國農業大學食品科學與營養工程學院,北京 100083)

雞蛋具有豐富的營養價值,是良好的膳食營養來源,它也是醫藥、化妝品等產業的重要原材料。自1985年以來,我國禽蛋總產量始終位居全球第一,占世界禽蛋總量的40%左右。禽蛋產業也一直是我國國民經濟中非常重要的一項產業。根據國家統計局網站數據,2018年以雞蛋為主的禽蛋產量達到3128萬噸,同比增長了1.02%。

目前我國雞蛋的生產交易方式主要包括“批發市場+農戶”、“公司+農戶”和“產銷一體化”,占到市場總交易量的80%以上[1]。這說明國內大部分蛋雞養殖場規模較小,抵抗風險能力差,通常需要長途運輸來解決供需不平衡、淡旺季變化的問題。由于運輸距離、時間的延長,受環境溫濕度、運輸振動、沖擊撞擊等多個因素的影響,雞蛋品質大大降低,破損率明顯提高,約為11%～14%[2]。雞蛋破損后將會污染其他雞蛋,使雞蛋更容易被微生物侵染[3]。尤其是營養價值高或具有特殊功效的柴雞蛋、土雞蛋等品種,破損后將產生較大的經濟損失[4]。

目前雞蛋的運輸方式主要是公路運輸。公路運輸的振動環境是一種寬帶低頻隨機振動,具有低量值、長時間的特性[5],會對雞蛋造成疲勞損傷,影響雞蛋的品質。目前國內外針對雞蛋保鮮技術和包裝方式的研究已有很多,但較少有研究運輸中隨機振動所產生的疲勞損傷對貯藏期間雞蛋品質的影響。Adams等[6]研究發現,哈夫單位在貯藏期間的變化受運輸振動的影響,車廂內部雞蛋擺放位置的不同同樣會顯著影響到哈夫單位,這可能與車廂不同部位溫度、空氣成分、振動強度等因素有關。Paine[7]建立了雞蛋受外力破損的實驗方法,內容包括振動、撞擊和跌落,在此基礎上Panda等[8]對雞蛋進行振動、撞擊和跌落的危險實驗后,發現除破損雞蛋外,未破損雞蛋的蛋白質和蛋黃品質均有所下降。

本文采用實際運輸的方法對雞蛋進行運輸后,在實驗室室溫條件下進行貯藏,并對貯藏期間雞蛋各項理化指標進行測定,包括失重率、哈夫單位、蛋黃指數、蛋清pH和蛋黃膜強度,評估貯藏期內雞蛋新鮮度水平,為今后深入研究振動對雞蛋貯藏期間品質變化影響及其相關機理和禽蛋產業的發展提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

產后24 h內的新鮮雞蛋 羅曼粉雞生產,由北京利馬福來商貿有限公司的蛋雞養殖場提供。

DT-178A三軸振動記錄儀 深圳華盛昌科技實業股份有限公司;184-HIUSB溫濕度記錄儀 德圖儀表(深圳)有限公司;AY220電子天平 日本島津技邇有限公司;數顯游標卡尺(0～200 mm,精度0.02 mm) 邦克工具(美國)國際企業集團公司;FA25超細勻漿器 上海FLUKO流體機械制造有限公司;PH211臺式酸度計 意大利哈納科儀公司;CT3-4500質構分析儀 美國博勒飛公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 運輸過程 本次實驗所用雞蛋均取自河北省承德市灤平縣三岔口村的一家蛋雞養殖場,該場所養殖蛋雞為羅曼粉雞。所有雞蛋均為當天所產新鮮雞蛋。雞蛋被分為對照組和實驗組,它們具體的包裝方式見圖1。對照組雞蛋選擇轎車進行運輸,包裝方式選擇泡沫紙箱;實驗組雞蛋放入蛋托內再疊放在塑料筐內,塑料筐依次堆在廂式貨車的車廂中。運輸路程全程約161.7 km,共用時約2.5 h。整個運輸過程路線:養殖場→取雞蛋裝車(安裝三軸振動記錄儀和溫濕度記錄儀)→松曹路→大廣高速→北五環路→奧林西路→科薈路→食品學院。

圖1 對照組(A)和實驗組(B)雞蛋包裝方式

1.2.2 振動強度監測點 使用三軸振動記錄儀測定運輸過程中的振動加速度。圖2為廂式貨車車廂的立體圖,其中x軸是車輛前進方向,y軸平行于地面垂直于車輛前進方向,z軸垂直于地面。周然[9]研究發現車輛在行駛中,車廂中前下、前上、后下、后上為4個振動強度最顯著的位置。因此,在圖2中選出深色4處位置為振動強度監測點。三軸振動記錄儀采集數據頻率為6 s一次,頻率范圍0～60 Hz,導出的數據為三個軸向的加速度,其單位為“g”,1 g=9.8 m/s2。車廂內還分別安置了溫濕度記錄儀,記錄運輸過程中包裝和車廂內部溫度、濕度變化情況,頻率為1次/min。溫濕度記錄儀直接導出運輸過程中溫、濕度變化情況的折線圖。所有記錄設備均在運輸開始時啟動,運輸結束后立即停止記錄并導出數據。

圖2 廂式貨車車廂圖

1.2.3 雞蛋預處理及分組 所有雞蛋運送到實驗室后進行篩選,剔除產生裂紋或破損的雞蛋,挑選出蛋殼干凈完好、蛋形指數適中、蛋重在(65±5) g范圍的雞蛋,依次編號并記錄蛋重。根據運輸和包裝方式的不同,雞蛋分為對照組和實驗組。其中對照組為轎車運輸、泡沫包裝的雞蛋,實驗組共有四組,根據雞蛋在車廂中不同的位置,分為前下組、前上組、后下組和后上組。所有雞蛋均放置于室溫狀態下,每天記錄溫濕度變化情況。分別于取樣當天、貯藏期7、14、21、28 d時從對照組雞蛋中隨機選擇10枚雞蛋,測定雞蛋失重率、哈夫單位、蛋黃指數、蛋清pH和蛋黃膜強度。

1.2.4 雞蛋失重率的測定 雞蛋的失重率即雞蛋在貯藏后重量損失的比重,使用電子天平測得雞蛋貯藏前后的質量并計算。計算方式如下:失重率(%)=(初始重量-貯藏后重量)/初始重量×100。

1.2.5 哈夫單位的測定 對雞蛋進行稱重,磕開蛋殼將內容物全部輕倒入玻璃平皿中,在蛋黃周圍的濃厚蛋白處避開系帶選取三個等距離位置,用數顯游標卡尺測得其高度并計算蛋白高度平均值。哈夫單位的計算公式如下:

HU=100×lg[H+7.57-1.7×(M0.37)]

式中,HU為哈夫單位;H為蛋白高度,mm;M為雞蛋重量,g。哈夫單位是美國、加拿大等歐美國家常作為對生鮮雞蛋進行品質分級的標準,被國際公認為評判雞蛋新鮮度的重要理化指標之一[10]。美國農業部(USDA)以哈夫單位為基礎制定了雞蛋品質分級的標準:AA(HU≥72),A(60～72),B(31～60)和C(HU<31)。本實驗將哈夫單位作為評判雞蛋新鮮度的重要指標之一。

1.2.6 蛋黃指數的測定 磕開蛋殼,使用蛋黃分離器分離雞蛋內容物,將蛋黃置于玻璃平皿上,使用數顯游標卡尺測量蛋黃的高度H和蛋黃的直徑D。計算公式如下:

1.2.7 蛋清pH的測定 將分離得到的蛋清倒入離心管中,用勻漿機以10000 r/min的轉速將蛋清均質3 s,隨后用臺式酸度計測定蛋清的pH。

1.2.8 蛋黃膜強度的測定 蛋黃膜強度使用質構儀進行測定。將雞蛋磕破后去除蛋清,將蛋黃置于過濾紙上。用Brookfield質構儀(CT3-4500)進行蛋黃膜強度的測定。選擇直徑50.8 mm的圓柱形探頭(TA25/1000),測定模式選擇壓縮,測試速度為0.5 mm/s,等待時間0 s,觸發點負載2.0 g。將蛋黃置于測試臺上,開始測定,并記錄蛋黃膜破裂瞬間的作用力的值,單位為g。

1.3 數據處理

在所有實驗中,每項指標均測定3組平行值,實驗結果以平均值±標準差(SD)的方式表示。實驗數據統計分析采用Origin 8數據分析軟件進行單因素方差(one-way ANOVA)分析,并采取多重比較法,在顯著性水平α=0.05下進行分析,P<0.05代表顯著性差異。

2 結果與分析

2.1 運輸過程中不同位置的溫濕度變化情況

雞蛋運輸過程中車廂環境中溫度和濕度的情況也會影響雞蛋的品質。圖3是整個運輸過程中車廂內部溫度和濕度的變化情況。圖中黃色曲線為溫度變化情況,在運輸過程中溫度整體呈先下降后上升的趨勢。有研究發現車廂內部溫度在小范圍內波動屬正常現象[11],這說明車廂內溫度要顯著低于環境中的溫度,在運輸過程中,由于車廂內部封閉,空氣流動緩慢,雞蛋呼吸作用散發的熱量加上雞蛋振動與空氣摩擦產生的熱量堆積使得車廂內氣溫緩慢上升。對比實驗組,對照組氣溫上升更快、溫度更高,這與對照組采用的泡沫包裝散熱性差有關。圖中藍色曲線為濕度變化情況,在運輸過程中較為穩定,無明顯趨勢。

圖3 對照組(A)和實驗組(B)運輸過程中溫濕度變化情況

2.2 車廂內不同位置的振動強度

圖4為運輸過程中對照組和實驗組各組的加速度變化波形圖譜。波形表示加速度的大小,數值的正負表示加速度的方向,波形偏離0越多說明加速度越大,振動強度越大。從圖4中可以看出X軸和Y軸的加速度基本在0 g上下浮動,而Z軸的加速度絕對值基本在1 g以上,因此可知Z軸方向的數值的絕對值要明顯高于X軸和Y軸的數值絕對值。波形圖在整個運輸過程中會存在個別異常點,這在運輸初期和末期出現更為頻繁,這與運輸路況有直接聯系。由于實驗選用的雞蛋取自村子中的養殖場,鄉村道路路況較差,車輛顛簸相對嚴重;運輸至學校附近,由于學校內存在多處減速帶,車輛也會存在較為嚴重的顛簸。運輸過程中偶爾的異常值可能與地面不平整、存在障礙物有關[12]。有研究發現車輛在勻速行駛中,來自車廂底板的激振能量相對較小,但當車輛遇到障礙物時,則會在垂直于地面方向產生1～3 g甚至更高的加速度[13]。

圖4 運輸過程中對照組和實驗組不同部位振動強度(波形圖)

對運輸過程中不同組三個方向的振動強度數據進行處理,取絕對值后剔除個別極其異常的點后,計算得到平均值。從圖5中可以比較明顯看出,X軸和Y軸各組中部分組間加速度平均值不存在明顯差異,Z軸中對照組和實驗組各組振動強度由小到大的排序依次是:對照組<前下<前上<后下<后上。在Z軸方向上對照組、前下組、前上組、后下組和后上組的加速度數值分別為(1.231±0.104)、(1.243±0.258)、(1.387±0.135)、(1.410±0.178)和(1.560±0.230) g。Z軸,也就是垂直于地面的方向,在同組內,Z軸加速度與X軸和Y軸存在顯著差異(P<0.05),說明垂直地面方向的振動強度最大,這與前人研究結果一致[9,14]。各實驗組振動強度的不同說明車廂中不同位置振動強度不同。Barchi等[11]使用卡車在高速公路上運輸枇杷果,并實時監測車廂內加速度情況,發現車廂內不同位置加速度并不相同。同樣的,董雪臨[15]使用廂式貨車在北京市內運輸三種鮮切蔬菜,經過監測發現車廂內不同位置振動強度不同,振動強度由弱至強分別是前下、后下、前上和后上四個位置,和本實驗結果大致相似。有研究發現,以雞蛋塑料筐為代表的散裝箱,在疊摞的情況下,運輸中由底部到上方的振動強度是逐漸放大的[16-18],本實驗中振動強度后上>后下、前上>前下,與此結論相符。

圖5 運輸過程中對照組和實驗組不同部分三軸向振動強度(平均值)

一般情況下,運輸過程中雞蛋受到的損傷主要分為兩種:一種是由距離沖擊帶來的損傷,通常表現為雞蛋蛋殼裂紋、破裂甚至雞蛋整個破碎,這在雞蛋運輸中是較常見的情況,但可以通過改善、更換更好的包裝材料來避免碰撞,這在本實驗中不予討論;另一種就是由運輸中長時的隨機振動而產生的疲勞損傷,這種損傷一般會影響到雞蛋內部的組織結構,因此在雞蛋貯藏期間可能給雞蛋帶來不可挽回的損傷。

2.3 貯藏期間雞蛋失重率變化

實驗用雞蛋全部放在常溫環境貯藏,每天定時對環境溫濕度進行測定,實驗期間常溫條件溫度約為28～31 ℃,濕度約為50%～70%。貯藏期間雞蛋失重率變化曲線如圖6所示。

圖6 常溫貯藏條件下雞蛋失重率變化曲線

由圖6曲線的變化趨勢可知,常溫貯藏條件下,隨著貯藏時間的延長,雞蛋的失重率逐漸增大,各組間失重率差值也在逐漸增大。但到21 d時,各組之間仍不存在顯著性差異(P>0.05)。相比于對照組,實驗組失重率更高,且隨著振動強度增大而增大。

雞蛋在貯藏期間的質量損失與雞蛋呼吸作用有關。雞蛋的呼吸作用是產后雞蛋非常重要的生理活動[19]。呼吸強度是雞蛋生命存在的標志,也是影響雞蛋貯藏期間品質變化的關鍵因素之一。影響雞蛋呼吸強度的因素包括溫度、濕度、空氣組成、雞蛋品種等,其中溫度是影響雞蛋呼吸強度最重要的因素[20]。由于蛋殼表面存在諸多氣孔,雞蛋呼吸作用產生的CO2和水分通過氣孔逸出[21-22]。研究發現,25 ℃貯藏的雞蛋在第3 d時,失重率出現了顯著性差異(P<0.05),在第6 d時差異極顯著(P<0.01)[20],與本實驗結果相同。不同的振動強度也會對雞蛋失重率產生影響。長時的隨機振動帶來的剪切應力可能造成雞蛋蛋清蛋白中蛋白結構變化,同時蛋白的變性導致蛋清蛋白持水性的下降,水分散失更快。但由于本次實驗中各組振動強度差別不大且運輸時間較短,實驗結果并不特別明顯。

2.4 貯藏期間哈夫單位變化

圖7是雞蛋貯藏期間哈夫單位變化圖。從圖7中可以看出,隨著貯藏時間延長,雞蛋哈夫單位逐漸降低。常溫貯藏各組在7 d已經處于B級,14 d時處于C級,已不可作為殼蛋食用。常溫貯藏的各處理組之間存在一定差異,其中后上組雞蛋哈夫單位下降尤其明顯,21 d時與對照組存在顯著差異(P<0.05)。

圖7 常溫貯藏條件下雞蛋哈夫單位變化曲線

從實驗結果中可知,運輸中的振動會影響雞蛋貯藏期間品質的變化,不同的振動強度會對貯藏期間雞蛋哈夫單位值產生不同影響。雞蛋貯藏期間哈夫單位下降主要與貯藏過程中發生的一系列復雜的生化反應有關,其中包括蛋白質氧化、脂質氧化、脂肪酸組成變化和蛋白質構象變化等[23]。

2.5 貯藏期間蛋黃指數的變化

同哈夫單位一樣,蛋黃指數也是一個常用來評判雞蛋新鮮度的指標。圖8是貯藏期間蛋黃指數變化情況。在貯藏期間蛋黃指數逐漸下降。常溫貯藏各組之間差異不大,21 d時各實驗組均已存在部分散黃現象。

圖8 常溫貯藏條件下雞蛋蛋黃指數變化曲線

2.6 貯藏期間蛋清pH的變化

圖9是貯藏期間雞蛋蛋清pH變化情況。在貯藏期間,常溫各組pH呈上升后下降的趨勢。蛋清pH的變化主要是與蛋清中各種酶和微生物有關。蛋白質分解產生的堿性物質導致雞蛋pH的上升。常溫貯藏的雞蛋在貯藏0～7 d時,哈夫單位迅速降低,蛋白水解伴隨著pH的迅速升高。隨后由于高pH抑制了蛋清中酶的活性,堿性物質的產生速度減慢,且雞蛋呼吸作用產生CO2溶解于蛋清,使得pH略微下降。貯藏各組中,對照組pH上升緩慢且貯藏后期未出現明顯下降,說明對照組由于振動強度較低,蛋白質水解較少,產生的堿性物質也更少;后上組在貯藏期間pH上升更快,14 d時達到9.49,與其他實驗組相比存在顯著差異(P<0.05),這說明振動強度的增大會使得貯藏期間蛋清pH明顯上升。

圖9 常溫貯藏條件下雞蛋蛋清pH變化曲線

2.7 貯藏期間蛋黃膜強度的變化

雞蛋在經過運輸尤其是長途運輸后,貯藏期間常常會出現散黃、瀉黃現象,影響雞蛋的品質。這些現象出現可能與蛋黃膜的破損有關?？梢姷包S膜的強度對雞蛋加工、生產、銷售是非常重要的。一方面,蛋黃膜的完好可以保證蛋清和蛋黃的分離,這無論是在食品工業還是在制藥、化妝品等行業內都是非常重要的一項應用。Wang等[24]研究發現蛋黃污染是降低雞蛋蛋清蛋白起泡性的主要因素,在蛋清中僅僅加入0.022%的蛋黃就可以導致蛋清起泡性和發泡速度顯著降低。除去蛋清的蛋黃可以被用作乳化劑或增稠劑,還可用于生產蛋黃醬、布丁等食品[25]。

蛋黃膜(Vitelline membrane,VM)是雞蛋內部的一種主要由蛋白質組成的多層膜。它也是蛋黃的一部分。蛋黃膜分為兩層,其中內層(Inner layer,IL)排卵前在卵巢內部就已經形成,而外層(Outer layer,OL)則是在排卵過程中在輸卵管中發育而成[26-27]。蛋黃膜的雙層結構對雞的繁殖具有重要的意義,它能夠令卵黃維持球形,確保蛋清不會污染蛋黃,防止細菌的侵染,同時在系帶的結合下保證蛋黃位于雞蛋的中部,不會因碰到蛋殼而破損。

蛋黃膜強度(Vitelline membrane strength,VMS)反映蛋黃膜對外力的承受程度。關于蛋黃膜強度的研究較少。Caudill等[28]研究發現蛋黃膜的強度主要與雞蛋處理條件和貯藏方式及時間有關。產后雞蛋在貯藏過程中,蛋黃膜的結構逐漸松動使得其抵抗外力的抵抗力下降,貯藏溫度越高其強度下降速度越快。Kato等[29]研究發現由于雞蛋內CO2的散失,蛋清pH增加使得連接糖蛋白和碳水化合物的o-糖苷鍵的斷裂以及卵黏蛋白-溶菌酶復合物的分解,所以蛋黃膜強度下降。Trziszka等[30]研究發現貯藏期間蛋黃膜強度下降與蛋清蛋黃之間滲透壓變化有關,隨貯藏時間增加,蛋清中水分在滲透壓作用下滲入蛋黃內,造成蛋黃膜的延伸,彈性下降,更容易破裂。蛋黃膜強度同哈夫單位、蛋黃指數等指標一樣,都是評價雞蛋新鮮度的指標,有研究發現,將貯藏一段時間雞蛋的蛋黃膜強度于哈夫單位、蛋黃指數做相關性分析后證明其顯著相關[31]。圖10中可看出,常溫貯藏各組隨貯藏時間的延長蛋黃膜強度逐漸下降,且對照組與其他各實驗組存在顯著差異(P<0.05)。在實驗組中,隨振動強度的增大,貯藏期間蛋黃膜強度值越低。

圖10 常溫貯藏條件下雞蛋蛋黃膜強度變化曲線

3 結論

本研究使用轎車和廂式貨車對雞蛋進行實際運輸,隨后在實驗室室溫環境下貯藏,定期測定哈夫單位、pH、蛋黃指數等新鮮度指標,旨在研究不同的振動強度對雞蛋相關品質的影響,為實際生產中的雞蛋運輸情況提供理論支持。在實際運輸過程中,轎車的振動強度低于廂式貨車中任一位置的振動強度。廂式貨車4個不同位置的振動強度大小的整體趨勢為:前下<前上<后下<后上。任意測定位置在運輸過程中三個軸向的加速度,垂直于地面方向的加速度明顯強于平行于地面方向。通過失重率、哈夫單位、蛋黃指數、蛋清pH和蛋黃膜強度等指標的測定,可以發現雞蛋新鮮度在貯藏期間不斷下降,其中振動強度大的組各項理化指標變化幅度更大,說明運輸過程中振動強度越大,對雞蛋貯藏期內的品質影響越大。本研究通過實際運輸研究了運輸振動對雞蛋貯藏過程中品質的影響,為今后深入研究振動對雞蛋貯藏期間品質變化機理和禽蛋產業的發展提供參考。