二氧化碳濃度對雞蛋呼吸強度及品質的影響

馬逸霄　王巧華　王賢波　施行

摘 要 為了明確貯藏環境中二氧化碳（CO2）濃度對雞蛋品質的影響，將雞蛋貯藏在CO2濃度分別為 0.03%（空氣）、5%、10%和20%的貯藏箱內（分別記為A組、B組、C組和D組），探究CO2對雞蛋呼吸強度與新鮮度的影響，分析雞蛋品質各指標值與呼吸強度之間的灰色關聯度，為雞蛋的貯藏、運輸與保鮮提供理論支持。結果發現，B組、C組和D組雞蛋呼吸被抑制，呼吸強度較弱，A組呼吸強度隨貯藏時間延長而由強逐漸變弱; 哈夫單位和蛋黃指數下降速率為A組>B組>D組>C組，B組、C組和D組保質期均長于A組; 貯藏過程中，A組pH值高于另外3組; A組在第5天后出現菌落，另外3組均在15天后出現菌落，A組貯藏45天的菌落總數約為另外3組的60倍。研究表明，雞蛋在CO2濃度為5%、10%、15%的貯藏環境中，呼吸強度被抑制，有抑菌保鮮的效果; 通過灰色關聯度分析發現，哈夫單位、蛋黃指數和pH值與呼吸強度的關聯度較強，菌落數對呼吸強度影響較小; 對比各種貯藏效果發現， CO2濃度為10%與20%的貯藏組保鮮抑菌效果相近，均優于CO2濃度為5%與0.03%的貯藏組，結合經濟適用角度， 最適宜雞蛋貯藏保鮮的CO2濃度為10%。

關鍵詞 雞蛋; 貯藏; 保鮮; 二氧化碳; 呼吸強度

1 引 言

我國禽蛋產量高居世界首位，其中鮮蛋消費占總產量的90%[1]。目前，我國禽蛋產業存在生產主體規模不大、流通環節多[2]、無安全風險評估體系[3]等問題，每年因貯藏不當造成的損失高達30%，遠高于發達國家。鮮蛋上存在多種微生物，由此引起的食源性疾病也會對消費者食用安全造成危害[4]，因此， 鮮蛋貯藏問題是制約禽蛋產業發展的主要因素之一。雞蛋品質在貯運過程中受溫度、濕度、氣體環境等多因素的影響[5]。 目前，農產品主流貯運手段為冷鏈運輸[6]，但對于雞蛋，在冷藏后會造成低溫損傷，不利于后期銷售，相對于冷藏法，氣調貯藏對雞蛋保鮮效果更佳。

氣調貯藏多用于果蔬的貯藏保鮮。 Cefola等[7]探究了在0～20%濃度CO2的改良氛圍下葡萄的貯藏品質變化，結果發現， CO2濃度為10%時，可以保持葡萄的最佳感官和營養品質; Park等[8]發現使用密封包裝可以提高貯藏環境中CO2含量，減少氧氣含量，有利于減少冷害并延長西紅柿的保質期; Nasser等[9]發現茄子在4%O2+6%CO2的包裝中有最佳貯藏效果。有關雞蛋氣調保鮮的研究集中于60%以上的CO2濃度，如Xu等[10]研究發現采用60%～100%CO2濃度的氣調包裝雞蛋28天后仍保持AA級; Pasqual等[11]認為雞蛋成分的變化與CO2的吸收有關，且CO2濃度越高，對微生物的抑制作用越好[12]。 在實際生產生活中，若采用氣調包裝，則氣體比例需要精確調配， 并需要單獨包裝，導致成本較高，經濟適用性較差。

目前， 對果蔬的呼吸類型、貯藏品質已有較為深入的研究，雞蛋作為一個生命體，也具備呼吸特性，而關于雞蛋呼吸及其相關貯藏品質的研究鮮見報道。王嬌嬌等[13]發現貯藏環境中CO2濃度提升至1.5%以上，雞蛋的呼吸強度小于1 mg/（kg·h），CO2濃度大于3.0%之后，繼續提高CO2濃度，對于雞蛋呼吸的抑制效果不再顯著改善。黃群等[14]發現， CO2濃度大于5%對于S-卵白蛋白有顯著的抑制效果，繼續增加CO2濃度， 抑制效果無明顯改善。本研究基于上述研究與經濟適用性的考慮，調節貯藏環境中CO2濃度在5%～20%之間，通過對多盤無包裝雞蛋的貯藏，研究不同CO2濃度貯藏環境中雞蛋呼吸強度和品質指標的變化，為雞蛋運輸、保鮮提供必要數據。

2 實驗部分

2.1 儀器、試劑與材料

SY-1022呼吸測定儀（武漢鑫星科學儀器有限公司）; SPX智能型生化培養箱（寧波江南儀器廠）; CO2-80A-IR二氧化碳培養箱（上海丙林電子科技有限公司）; EA-01蛋品質分析儀（以色列奧卡食品科技有限公司）; 電子游標卡尺（上海美耐特實業有限公司）; MP511 pH計（上海三信儀表廠）; LS-100HD立式高壓蒸汽滅菌鍋（江陰濱江醫療設備有限公司）; DL-CJ-2NDⅠ 潔凈工作臺（北京東聯哈爾儀器制造有限公司）; SPX-25085-Ⅱ生化培養箱（上海新苗醫療器械制造有限公司）。

平板計數瓊脂（Plate count agar， PCA）培養基、無菌生理鹽水為國產試劑。雞蛋由湖北神丹健康有限公司提供，選取當日產雞蛋，為避免蛋重、蛋型大小等因素對雞蛋呼吸的影響[15，16]，選取蛋重在（52±3） g 范圍內，蛋形指數在1.30±0.05范圍內的京粉雞蛋600枚。

2.2 實驗方法

2.2.1 雞蛋貯藏方法 為減少雞蛋個體差異對實驗結果的影響，將600枚雞蛋隨機分為4組，每組150枚，分別放入CO2培養箱中，產蛋當天記為第0天，總貯藏期為45天。CO2培養箱內接CO2傳感器及溫濕度傳感器，保持箱內貯藏條件不變。控制貯藏溫度25℃，相對濕度65%，CO2濃度分別為0.03%（空氣）、5%、10%、20%，記為A組、B組、C組、D組。

2.2.2 雞蛋呼吸強度測定方法 參考文獻[15，16]的方法，使用呼吸測定儀對雞蛋在單位時間內釋放的CO2量綜合溫度系數進行計算，得出雞蛋呼吸強度，并將呼吸強度分為3個級別： 弱呼吸強度（0～1 mg/（kg·h））、中呼吸強度（1～3 mg/（kg·h））、強呼吸強度（3～5 mg/（kg·h））。本研究使用SY-1022呼吸測定儀檢測呼吸強度，將稱重后的雞蛋放入呼吸室中，記錄CO2初始濃度C0、溫度T0，0.5 h后記錄CO2實時濃度C、溫度T，根據公式（1）計算雞蛋呼吸強度Q。

式中： Q為呼吸強度（mg/（kg·h））; C為CO2最終濃度（mg/L）; C0為CO2初始濃度（mg/L）; T為最終溫度（℃）; T0為初始溫度（℃）; M為雞蛋質量（g）; t為測量時間（h）; V為呼吸室體積（L）。

2.2.3 雞蛋哈夫單位測定方法 將整蛋放置在多功能蛋品測試分析儀上部托盤測定雞蛋重量，待數據顯示后，打破放入內部托盤，自動觸發傳感器后，顯示重量、根據公式（2）計算得出哈夫單位（Haugh unit， Hu）：

式中： Hu為哈夫單位， h為蛋清高度， M為雞蛋質量。

2.2.4 雞蛋蛋黃指數測定方法 蛋品測試分析儀測試完后，分離蛋黃與蛋清，將蛋黃置于培養皿中，用游標卡尺測定蛋黃高度和蛋黃直徑，各測3次，取平均值為最終的蛋黃高度和蛋黃直徑，利用公式（3）計算得出蛋黃指數：

2.2.5 雞蛋pH值測定方法 將分離出的蛋清液置于50 mL燒杯內，用磁力攪拌儀攪拌均勻，用pH計測定蛋清液pH值3次，取平均值。

2.2.6 雞蛋內部菌落總數測定方法 選取菌落總數為微生物的檢測指標，按照國標GB4789.2-2016的方法（食品微生物學檢驗菌落總數測定[17]）對樣品雞蛋中菌落總數的含量進行測定。主要步驟為： 將雞蛋蛋殼表面潔凈，于無菌環境將蛋液倒入滅菌的燒杯中，保鮮膜封口后， 用磁力攪拌儀攪拌均勻。依次將均勻的蛋液進行10倍稀釋，吸取1 mL稀釋蛋液于無菌培養皿內，每個濃度做兩次重復。倒入適量瓊脂，待瓊脂凝固后，將平板翻轉，于36℃培養箱中保存48 h后計數。

2.3 數據處理

采用 SPSS 17.0對實驗數據進行統計分析，使用Origin軟件對實驗結果進行繪圖， 采用MATLAB軟件進行結果分析。

灰色關聯度[18]分析： 根據灰色系統理論將雞蛋呼吸強度與哈夫單位、蛋黃指數、pH值與蛋內菌落數等指標視為一個整體，構建灰色系統。設呼吸強度為參考數列X0，其它4個指標為比較數列X1、X2、X3、X4，利用公式計算得出參數Xi與呼吸強度X0的關聯系數εi（k）（公式（4））和各因素的關聯度（公式（5））：

式中： εi（k）為Xi對X0在k點的關聯系數; ρ為灰色分辨系數，取值范圍在0～1之間，本研究中ρ=0.5; mini minkX0（k）-Xi（k）為二級最小差的絕對值， maxi maxkX0（k）-Xi（k）為二級最大差的絕對值。

綜合評價： 利用Topsis法對雞蛋的貯藏效果進行評價。通過檢測貯藏45天后各組雞蛋的品質指標，與其最優解、最劣解的距離進行排序。首先將數據正向化，然后對各個指標進行歸一化處理，統一量綱，統一為n個評價對象，m個評價指標的標準化矩陣Z（公式（6）） 。分別定義各指標中最大值矩陣Z+（公式（7））與最小值矩陣（公式（8）） [19]。

計算評價對象與最大值的距離D+i（公式（9）） 和最小值的距離D-i（公式（10）） 。計算評價對象的得分Si （公式（11））并進行排序。Si取值在0～1之間，越接近1，其評價越高。

3 結果與討論

3.1 CO2濃度對雞蛋呼吸強度的影響

圖1為45天貯藏期間雞蛋呼吸強度的變化趨勢。A組為CO2濃度為0.03%（空氣）環境中貯藏的雞蛋，其呼吸強度變化整體呈下降趨勢。在第0天，呼吸強度為最大值5.44 mg/（kg·h）; 0～10天內雞蛋呼吸強度為強呼吸強度（>3 mg/（kg·h））; 第8天，雞蛋呼吸強度出現第一個呼吸峰值，隨后在11、15、22、30和37天均出現呼吸峰值。王巧華等[20]利用非損傷微測技術檢測了雞蛋氧呼吸的差異，發現雞蛋在貯藏期間質變轉折點會出現呼吸峰值。A組雞蛋出現峰值幅度逐漸增大，說明雞蛋質變程度逐漸增大。10～43天期間，雞蛋呼吸強度在強呼吸強度和中呼吸強度（1～3 mg/（kg·h））范圍內，43天后呼吸強度降為弱呼吸強度（0～1 mg/（kg·h））。即在呼吸不受抑制的情況下，蛋齡0天的雞蛋呼吸強度最大，隨著貯藏時間延長，雞蛋呼吸逐漸減弱。在減弱的趨勢中，會出現呼吸峰，直至45天后維持在弱呼吸強度。

B組、C組與D組在整個貯藏期間，呼吸強度均受到抑制，約為0.1 mg/（kg·h），為弱呼吸強度。其中B組雞蛋呼吸強度略高于C、D兩組，最大值為0.42 mg/（kg·h）。 由此可知， 5%以上濃度的CO2貯藏環境對雞蛋的呼吸強度有較好的抑制作用。雞蛋呼吸源于蛋殼內外的O2和CO2濃度的不均勻分布，由此產生氣體交換，當蛋殼外CO2濃度大于蛋殼內時，其氣體交換過程受到阻礙，使雞蛋自主呼吸無法進行[21]。

3.2 不同CO2濃度下雞蛋品質的變化趨勢

3.2.1 CO2濃度對哈夫單位的影響 哈夫單位主要是度量蛋清的穩定性，是美國農業部及我國禽蛋行業評判雞蛋新鮮度品質的重要標準之一。哈夫單位大于72為AA級，60～72為A級，A級以上為可食用蛋; 30～60為B級（不宜食用），30以下為C級（不可食用）。

由圖2可知，蛋齡0天的雞蛋哈夫單位為80～85（AA級），各組蛋的哈夫單位在貯藏期間均呈下降趨勢。A組在貯藏第10～20天下降速率增快，約21天后降到60以下，在貯藏40天后，哈夫單位降至50以下，濃蛋白全部稀化; B組雞蛋的哈夫單位在第28天降至75，28天后下降速率增大，第35天后降至B級。C組與D組雞蛋在前30天與B組有相似的下降趨勢，但下降速率較小。C組在前30天哈夫單位大于75，在40天后出現較大的下降速率，于45天降至62。D組雞蛋在45天之間下降速率無明顯變化，較為平緩，貯藏45天時哈夫單位降至61。A組雞蛋貯藏21天后不宜食用，B組在第35天不宜食用; C組與D組雞蛋貯藏45天后仍保持良好的食用品質。結果表明，貯藏環境中加入CO2對雞蛋保鮮有較好效果。原因可能是CO2對雞蛋中與代謝有關的蛋白質存在影響[22]，抑制了S-卵白蛋白的產生[14]。由此可見，貯藏環境中10%與20%CO2對雞蛋貯藏保鮮有良好效應。

3.2.2 CO2濃度對蛋黃指數的影響 蛋黃指數是指蛋黃高度與蛋黃直徑的比值，是雞蛋新鮮度的重要指標之一，蛋黃指數越大，雞蛋越新鮮，一級蛋蛋黃指數≥0.40，二級蛋蛋黃指數范圍在0.36～0.40之間，三級蛋蛋黃指數<0.36[23]。由圖3可知，蛋齡0天的雞蛋蛋黃指數為0.45，為一級蛋; A組與B組雞蛋蛋黃指數有相似的下降趨勢，在第11天后蛋黃指數降至0.40以下，為二級蛋，15天后降至三級蛋。C、D兩組的蛋黃指數變化趨勢相較平穩，在1～17天為一級蛋，在18～29天間為二級蛋，30天后降至三級蛋。

各組實驗結果對比表明，貯藏環境中較高的CO2濃度對雞蛋蛋黃有較好穩定效果。貯藏環境中CO2濃度較高時，雞蛋呼吸被抑制，減緩了水分通過蛋殼氣孔向外蒸發和滲透到蛋黃之中的進程，使蛋黃中水分變化不大，導致蛋黃膜維持原有彈性，直觀表現為蛋黃直徑增加和蛋黃高度下降的變化較小[24]，因此高濃度CO2環境下蛋黃指數變化不大。

3.2.3 CO2濃度對蛋清pH值的影響 在圖4中，蛋齡0天的雞蛋蛋清pH≈8.50，A組雞蛋隨著貯藏天數的延長， pH值緩增，貯藏45天蛋清pH≈9.50。B、C、D組在貯藏初期pH值快速降低，后期出現上升趨勢。B組在第7～32天pH≈7.50，在33天出現上升趨勢，貯藏45天后pH≈8.0; C組雞蛋在7～19天保持pH≈7.0，在20天后出現上升趨勢，貯藏45天時pH=7.48。D組雞蛋在4～39天間蛋清pH<7， 40天后升至pH>7， 貯藏45天后pH>7.30。

總之，pH值與雞蛋新鮮度有一定的關聯[25]，通常在空氣環境貯藏條件下（A組）的貯藏前期，雞蛋pH值隨貯藏天數增加而升高; 但在CO2濃度大于5%的貯藏組中， 雞蛋pH值反而降低，可能是由于雞蛋含水率高[26]，高濃度的CO2與水反應產生的酸性物質，使蛋內容物pH值降低。隨著雞蛋貯藏期間的質變，B、C、D組雞蛋pH值會在30天后再次升高，但仍低于在空氣環境中貯藏的A組雞蛋。

3.2.4 CO2濃度對菌落總數的影響 貯藏期間不同CO2濃度下雞蛋內容物菌落總數變化趨勢如圖5所示。A組中雞蛋在貯藏5天后出現菌落，并迅速增加，到第20天菌落總數達6.0×105個，隨即為平緩期，在45天菌落總數達5.0×106個。B組在第15天出現菌落，第35天菌落數達2.0×104個，C、D兩組雞蛋菌落數與B組增長趨勢類似，約20天出現菌落，B、C、D組雞蛋在貯藏的第45天菌落總數達8.2×104個。

雞蛋在產出、運輸的過程中均會受到微生物的污染[27]。實驗結果表明，貯藏環境中加入適當濃度的CO2可抑制細菌的滲入和繁衍。一方面是因為新鮮的雞蛋有蛋殼和蛋殼膜，能阻隔微生物的入侵，且蛋清中存在的溶菌酶能夠滅殺侵入的細菌，所以一般不含菌落。但是， 隨著雞蛋新鮮度下降，以上功能都會逐漸喪失，從而導致了微生物的入侵[28，29]。B、C、D組相較于A組， 蛋殼和蛋殼膜阻隔微生物效果更明顯，蛋清中溶菌酶滅菌效果更為顯著。另一方面是CO2對細菌的抑制作用，Roberts等[30]發現，在CO2處理后5種嗜冷性假單胞菌生成時間遠遲于未處理組。Garcia-Gonzalez等[31]發現，較低的pH值有助于CO2滲透微生物的細胞膜，從而達到滅菌的效果。在本研究中，B、C、D組相較于A組，貯藏環境中具有更高濃度的CO2，且在B、C、D組偏酸性的環境下，CO2更易滲透進入菌類的細胞膜，達到滅菌的效果（圖5）。 Sanchis等[32]認為，僅降低pH值對微生物的滅活沒有影響，提出了CO2穿透細胞膜而導致的微生物滅活效應，認為CO2具有其它惰性氣體不具備的滅菌效果。綜上所述， 5%～20%濃度的CO2貯藏環境對細菌的抑制效果顯著，主要是由于新鮮雞蛋自有的抑菌作用和CO2對微生物滅活效應的協同作用導致。

3.3 灰色關聯度分析

將雞蛋品質變化與呼吸強度系數視為一個隨貯藏時間動態變化的系統。運用灰色關聯度分析雞蛋哈夫單位、蛋黃指數、pH值、菌落數等多因素與呼吸強度之間的灰色關聯度及其大小次序，確定呼吸強度對雞蛋品質的影響層次。

貯藏期間雞蛋品質指標與呼吸強度的灰色關聯度變化趨勢如圖6所示。通常，關聯度大于0.8，說明曲線有強關聯度，0.3～0.8之間說明有弱關聯度，小于0.3說明沒有關聯度[33]。將雞蛋的呼吸強度作為參考列，研究其它指標與呼吸強度之間的關系。A組中蛋黃指數、哈夫單位與呼吸強度關聯度最高; B組中哈夫單位、蛋黃指數與呼吸強度的灰色關聯度在10～35天均大于0.8，具有強關聯度; C組中哈夫單位、蛋黃指數和pH值與呼吸強度的灰色關聯度變化趨勢相似，均大于菌落; D組從第20天起哈夫單位、蛋黃指數和pH值與呼吸強度的灰色關聯度均大于0.8，菌落的灰色關聯度較小。

貯藏期間各指標值與雞蛋呼吸強度的綜合灰色關聯度平均值如表1所示， 哈夫單位、pH值、蛋黃指數與呼吸強度有強關聯度; 菌落數與呼吸強度為弱關聯度，說明兩者的變化趨勢不具有一致性。

3.4 綜合評價

Topsis法是一種在農業生產中廣泛應用的多指標綜合評估方法[34]，運用此方法對貯藏45天的雞蛋品質指標進行綜合評價，再根據評價結果對4組雞蛋的品質指標排序，最后根據排序結果判斷最佳貯藏濃度。利用MATLAB軟件對所有指標進行指標正向化與標準化，消除不同指標之間量綱的影響，隨后進行距離計算，并評分與排序，結果見表2。

在不同CO2濃度的貯藏環境中，貯藏45天的雞蛋評分排序為C組>D組>B組>A組，即在溫度為25℃，相對濕度為65%條件下， 雞蛋最佳貯藏CO2濃度為10%，且貯藏效果優于A組與B組，與D組相近，從經濟效益方面考慮，CO2濃度為10%時成本更低。綜上所述，雞蛋在10% CO2濃度下貯藏效果最佳。

4 結 論

通過調控貯藏環境中CO2的濃度，比較了不同CO2濃度貯藏組中雞蛋呼吸強度與品質變化趨勢和相關關系，對雞蛋貯藏保鮮效果進行了對比分析研究。結果表明，在貯藏環境中加入CO2可以抑制雞蛋的呼吸強度，從而達到抑菌保鮮的目的。在溫度25℃，相對濕度為65%的貯藏環境中，將CO2濃度調控為10%，無單獨包裝的雞蛋在前40天哈夫單位可保持于A級。此研究結果可應用于禽蛋銷售前的貯藏及運輸階段，作為雞蛋貯藏運輸過程中一種有效的保鮮手段，后期可開發獨立的基于CO2濃度的雞蛋貯藏控制儀，在禽蛋貯藏運輸等領域有潛在的應用價值。

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Effect of Concentration of Carbon Dioxide on Respiration

Intensity and Quality of Eggs

MA Yi-Xiao1， WANG Qiao-Hua*1，2，3， WANG Xian-Bo1， SHI Hang1

1（College of Engineering， Huazhong Agricultural University， Wuhan 430070， China）

2（National Research and Development Center for Egg Processing， Huazhong Agricultural University， Wuhan 430070， China）

3（Ministry of Agriculture Key Laboratory of Agricultural Equipment in the Middle and Lower

Reaches of the Yangtze River， Wuhan 430070， China）

Abstract Egg preservation is of importance factor in the process of storage and transportation. To explore the effect of carbon dioxide on the storage quality and extend the shelf-life of eggs， fresh eggs， as the research subject in the study， were stored in the storage boxes with CO2 at concentration of 0.03% （Air concentration）， 5%， 10% and 20% （Divided into Group A， Group B， Group C and Group D， respectively）. Furthermore， the study had an investigation into the impacts of CO2 on the respiration intensity and freshness of eggs as well as the Grey Relational Analysis between index values and respiration intensity， which would provide theoretical support for egg storage， transportation and preservation. Under the general environment （25℃ and 65% humidity）， the respiration of eggs in Group B， C and D were inhibited and the respiration intensity were weak， while the respiration intensity of Group A gradually decreased from strong to weak over time. The pH value of Group A was higher than the other three groups. The colonies formed in 5 days in Group A and in 15 days in the other three groups. Colonies count in Group A was about 60 times of that of the other three groups after storage for 45 days. In comparison with Group A， the rates of decrease of the egg Haugh units and egg yolk index in Group B， C and D were gentler， and the shelf-life of Group A was longer than that of Group B， C and D. In a word， the CO2 at concentration of over 5% could effectively inhibit the respiration of eggs so as to achieve bacteriostat and preservation， and the most suitable CO2 concentration was 10% among the four groups. There was a strong correlation between the respiration intensity and Haugh unit， yolk index as well as pH value， and the colonies count had the least effect on the respiration intensity.

Keywords Egg; ?Storage;? Preservation;? Carbon dioxide;? Respiratory intensity

（Received 20 June 2020;? accepted 22 October 2020）

This work was supported by the National Natural Science Foundation of China （No. 31871863）.

2020-06-20收稿; 2020-10-22接受

本文系國家自然科學基金項目（No.31871863）資助

* E-mail： wqh@mail.hzau.edu.cn