二氧化碳浓度对鸡蛋呼吸强度及品质的影响
马逸霄 王巧华 王贤波 施行
摘 要 为了明确贮藏环境中二氧化碳（CO2）浓度对鸡蛋品质的影响，将鸡蛋贮藏在CO2浓度分别为 0.03%（空气）、5%、10%和20%的贮藏箱内（分别记为A组、B组、C组和D组），探究CO2对鸡蛋呼吸强度与新鲜度的影响，分析鸡蛋品质各指标值与呼吸强度之间的灰色关联度，为鸡蛋的贮藏、运输与保鲜提供理论支持。结果发现，B组、C组和D组鸡蛋呼吸被抑制，呼吸强度较弱，A组呼吸强度随贮藏时间延长而由强逐渐变弱; 哈夫单位和蛋黄指数下降速率为A组>B组>D组>C组，B组、C组和D组保质期均长于A组; 贮藏过程中，A组pH值高于另外3组; A组在第5天后出现菌落，另外3组均在15天后出现菌落，A组贮藏45天的菌落总数约为另外3组的60倍。研究表明，鸡蛋在CO2浓度为5%、10%、15%的贮藏环境中，呼吸强度被抑制，有抑菌保鲜的效果; 通过灰色关联度分析发现，哈夫单位、蛋黄指数和pH值与呼吸强度的关联度较强，菌落数对呼吸强度影响较小; 对比各种贮藏效果发现， CO2浓度为10%与20%的贮藏组保鲜抑菌效果相近，均优于CO2浓度为5%与0.03%的贮藏组，结合经济适用角度， 最适宜鸡蛋贮藏保鲜的CO2浓度为10%。
关键词 鸡蛋; 贮藏; 保鲜; 二氧化碳; 呼吸强度
1 引 言
我国禽蛋产量高居世界首位，其中鲜蛋消费占总产量的90%[1]。目前，我国禽蛋产业存在生产主体规模不大、流通环节多[2]、无安全风险评估体系[3]等问题，每年因贮藏不当造成的损失高达30%，远高于发达国家。鲜蛋上存在多种微生物，由此引起的食源性疾病也会对消费者食用安全造成危害[4]，因此， 鲜蛋贮藏问题是制约禽蛋产业发展的主要因素之一。鸡蛋品质在贮运过程中受温度、湿度、气体环境等多因素的影响[5]。 目前，农产品主流贮运手段为冷链运输[6]，但对于鸡蛋，在冷藏后会造成低温损伤，不利于后期销售，相对于冷藏法，气调贮藏对鸡蛋保鲜效果更佳。
气调贮藏多用于果蔬的贮藏保鲜。 Cefola等[7]探究了在0～20%浓度CO2的改良氛围下葡萄的贮藏品质变化，结果发现， CO2浓度为10%时，可以保持葡萄的最佳感官和营养品质; Park等[8]发现使用密封包装可以提高贮藏环境中CO2含量，减少氧气含量，有利于减少冷害并延长西红柿的保质期; Nasser等[9]发现茄子在4%O2+6%CO2的包装中有最佳贮藏效果。有关鸡蛋气调保鲜的研究集中于60%以上的CO2浓度，如Xu等[10]研究发现采用60%～100%CO2浓度的气调包装鸡蛋28天后仍保持AA级; Pasqual等[11]认为鸡蛋成分的变化与CO2的吸收有关，且CO2浓度越高，对微生物的抑制作用越好[12]。 在实际生产生活中，若采用气调包装，则气体比例需要精确调配， 并需要单独包装，导致成本较高，经济适用性较差。
目前， 对果蔬的呼吸类型、贮藏品质已有较为深入的研究，鸡蛋作为一个生命体，也具备呼吸特性，而关于鸡蛋呼吸及其相关贮藏品质的研究鲜见报道。王娇娇等[13]发现贮藏环境中CO2浓度提升至1.5%以上，鸡蛋的呼吸强度小于1 mg/（kg·h），CO2浓度大于3.0%之后，继续提高CO2浓度，对于鸡蛋呼吸的抑制效果不再显著改善。黄群等[14]发现， CO2浓度大于5%对于S-卵白蛋白有显著的抑制效果，继续增加CO2浓度， 抑制效果无明显改善。本研究基于上述研究与经济适用性的考虑，调节贮藏环境中CO2浓度在5%～20%之间，通过对多盘无包装鸡蛋的贮藏，研究不同CO2浓度贮藏环境中鸡蛋呼吸强度和品质指标的变化，为鸡蛋运输、保鲜提供必要数据。
2 实验部分
2.1 仪器、试剂与材料
SY-1022呼吸测定仪（武汉鑫星科学仪器有限公司）; SPX智能型生化培养箱（宁波江南仪器厂）; CO2-80A-IR二氧化碳培养箱（上海丙林电子科技有限公司）; EA-01蛋品质分析仪（以色列奥卡食品科技有限公司）; 电子游标卡尺（上海美耐特实业有限公司）; MP511 pH计（上海三信仪表厂）; LS-100HD立式高压蒸汽灭菌锅（江阴滨江医疗设备有限公司）; DL-CJ-2NDⅠ 洁净工作台（北京东联哈尔仪器制造有限公司）; SPX-25085-Ⅱ生化培养箱（上海新苗医疗器械制造有限公司）。
平板计数琼脂（Plate count agar， PCA）培养基、无菌生理盐水为国产试剂。鸡蛋由湖北神丹健康有限公司提供，选取当日产鸡蛋，为避免蛋重、蛋型大小等因素对鸡蛋呼吸的影响[15，16]，选取蛋重在（52±3） g 范围内，蛋形指数在1.30±0.05范围内的京粉鸡蛋600枚。
2.2 实验方法
2.2.1 鸡蛋贮藏方法 为减少鸡蛋个体差异对实验结果的影响，将600枚鸡蛋随机分為4组，每组150枚，分别放入CO2培养箱中，产蛋当天记为第0天，总贮藏期为45天。CO2培养箱内接CO2传感器及温湿度传感器，保持箱内贮藏条件不变。控制贮藏温度25℃，相对湿度65%，CO2浓度分别为0.03%（空气）、5%、10%、20%，记为A组、B组、C组、D组。
2.2.2 鸡蛋呼吸强度测定方法 参考文献[15，16]的方法，使用呼吸测定仪对鸡蛋在单位时间内释放的CO2量综合温度系数进行计算，得出鸡蛋呼吸强度，并将呼吸强度分为3个级别： 弱呼吸强度（0～1 mg/（kg·h））、中呼吸强度（1～3 mg/（kg·h））、强呼吸强度（3～5 mg/（kg·h））。本研究使用SY-1022呼吸测定仪检测呼吸强度，将称重后的鸡蛋放入呼吸室中，记录CO2初始浓度C0、温度T0，0.5 h后记录CO2实时浓度C、温度T，根据公式（1）计算鸡蛋呼吸强度Q。
式中： Q为呼吸强度（mg/（kg·h））; C为CO2最终浓度（mg/L）; C0为CO2初始浓度（mg/L）; T为最终温度（℃）; T0为初始温度（℃）; M为鸡蛋质量（g）; t为测量时间（h）; V为呼吸室体积（L）。
2.2.3 鸡蛋哈夫单位测定方法 将整蛋放置在多功能蛋品测试分析仪上部托盘测定鸡蛋重量，待数据显示后，打破放入内部托盘，自动触发传感器后，显示重量、根据公式（2）计算得出哈夫单位（Haugh unit， Hu）：
式中： Hu为哈夫单位， h为蛋清高度， M为鸡蛋质量。
2.2.4 鸡蛋蛋黄指数测定方法 蛋品测试分析仪测试完后，分离蛋黄与蛋清，将蛋黄置于培养皿中，用游标卡尺测定蛋黄高度和蛋黄直径，各测3次，取平均值为最终的蛋黄高度和蛋黄直径，利用公式（3）计算得出蛋黄指数：
2.2.5 鸡蛋pH值测定方法 将分离出的蛋清液置于50 mL烧杯内，用磁力搅拌仪搅拌均匀，用pH计测定蛋清液pH值3次，取平均值。
2.2.6 鸡蛋内部菌落总数测定方法 选取菌落总数为微生物的检测指标，按照国标GB4789.2-2016的方法（食品微生物学检验菌落总数测定[17]）对样品鸡蛋中菌落总数的含量进行测定。主要步骤为： 将鸡蛋蛋壳表面洁净，于无菌环境将蛋液倒入灭菌的烧杯中，保鲜膜封口后， 用磁力搅拌仪搅拌均匀。依次将均匀的蛋液进行10倍稀释，吸取1 mL稀释蛋液于无菌培养皿内，每个浓度做两次重复。倒入适量琼脂，待琼脂凝固后，将平板翻转，于36℃培养箱中保存48 h后计数。
2.3 数据处理
采用 SPSS 17.0对实验数据进行统计分析，使用Origin软件对实验结果进行绘图， 采用MATLAB软件进行结果分析。
灰色关联度[18]分析： 根据灰色系统理论将鸡蛋呼吸强度与哈夫单位、蛋黄指数、pH值与蛋内菌落数等指标视为一个整体，构建灰色系统。设呼吸强度为参考数列X0，其它4个指标为比较数列X1、X2、X3、X4，利用公式计算得出参数Xi与呼吸强度X0的关联系数εi（k）（公式（4））和各因素的关联度（公式（5））：
式中： εi（k）为Xi对X0在k点的关联系数; ρ为灰色分辨系数，取值范围在0～1之间，本研究中ρ=0.5; mini minkX0（k）-Xi（k）为二级最小差的绝对值， maxi maxkX0（k）-Xi（k）为二级最大差的绝对值。
综合评价： 利用Topsis法对鸡蛋的贮藏效果进行评价。通过检测贮藏45天后各组鸡蛋的品质指标，与其最优解、最劣解的距离进行排序。首先将数据正向化，然后对各个指标进行归一化处理，统一量纲，统一为n个评价对象，m个评价指标的标准化矩阵Z（公式（6）） 。分别定义各指标中最大值矩阵Z+（公式（7））与最小值矩阵（公式（8）） [19]。
计算评价对象与最大值的距离D+i（公式（9）） 和最小值的距离D-i（公式（10）） 。计算评价对象的得分Si （公式（11））并进行排序。Si取值在0～1之间，越接近1，其评价越高。
3 结果与讨论
3.1 CO2浓度对鸡蛋呼吸强度的影响
图1为45天贮藏期间鸡蛋呼吸强度的变化趋势。A组为CO2浓度为0.03%（空气）环境中贮藏的鸡蛋，其呼吸强度变化整体呈下降趋势。在第0天，呼吸强度为最大值5.44 mg/（kg·h）; 0～10天内鸡蛋呼吸强度为强呼吸强度（>3 mg/（kg·h））; 第8天，鸡蛋呼吸强度出现第一个呼吸峰值，随后在11、15、22、30和37天均出现呼吸峰值。王巧华等[20]利用非损伤微测技术检测了鸡蛋氧呼吸的差异，发现鸡蛋在贮藏期间质变转折点会出现呼吸峰值。A组雞蛋出现峰值幅度逐渐增大，说明鸡蛋质变程度逐渐增大。10～43天期间，鸡蛋呼吸强度在强呼吸强度和中呼吸强度（1～3 mg/（kg·h））范围内，43天后呼吸强度降为弱呼吸强度（0～1 mg/（kg·h））。即在呼吸不受抑制的情况下，蛋龄0天的鸡蛋呼吸强度最大，随着贮藏时间延长，鸡蛋呼吸逐渐减弱。在减弱的趋势中，会出现呼吸峰，直至45天后维持在弱呼吸强度。
B组、C组与D组在整个贮藏期间，呼吸强度均受到抑制，约为0.1 mg/（kg·h），为弱呼吸强度。其中B组鸡蛋呼吸强度略高于C、D两组，最大值为0.42 mg/（kg·h）。 由此可知， 5%以上浓度的CO2贮藏环境对鸡蛋的呼吸强度有较好的抑制作用。鸡蛋呼吸源于蛋壳内外的O2和CO2浓度的不均匀分布，由此产生气体交换，当蛋壳外CO2浓度大于蛋壳内时，其气体交换过程受到阻碍，使鸡蛋自主呼吸无法进行[21]。
3.2 不同CO2浓度下鸡蛋品质的变化趋势
3.2.1 CO2浓度对哈夫单位的影响 哈夫单位主要是度量蛋清的稳定性，是美国农业部及我国禽蛋行业评判鸡蛋新鲜度品质的重要标准之一。哈夫单位大于72为AA级，60～72为A级，A级以上为可食用蛋; 30～60为B级（不宜食用），30以下为C级（不可食用）。
由图2可知，蛋龄0天的鸡蛋哈夫单位为80～85（AA级），各组蛋的哈夫单位在贮藏期间均呈下降趋势。A组在贮藏第10～20天下降速率增快，约21天后降到60以下，在贮藏40天后，哈夫单位降至50以下，浓蛋白全部稀化; B组鸡蛋的哈夫单位在第28天降至75，28天后下降速率增大，第35天后降至B级。C组与D组鸡蛋在前30天与B组有相似的下降趋势，但下降速率较小。C组在前30天哈夫单位大于75，在40天后出现较大的下降速率，于45天降至62。D组鸡蛋在45天之间下降速率无明显变化，较为平缓，贮藏45天时哈夫单位降至61。A组鸡蛋贮藏21天后不宜食用，B组在第35天不宜食用; C组与D组鸡蛋贮藏45天后仍保持良好的食用品质。结果表明，贮藏环境中加入CO2对鸡蛋保鲜有较好效果。原因可能是CO2对鸡蛋中与代谢有关的蛋白质存在影响[22]，抑制了S-卵白蛋白的产生[14]。由此可见，贮藏环境中10%与20%CO2对鸡蛋贮藏保鲜有良好效应。
3.2.2 CO2浓度对蛋黄指数的影响 蛋黄指数是指蛋黄高度与蛋黄直径的比值，是鸡蛋新鲜度的重要指标之一，蛋黄指数越大，鸡蛋越新鲜，一级蛋蛋黄指数≥0.40，二级蛋蛋黄指数范围在0.36～0.40之间，三级蛋蛋黄指数<0.36[23]。由图3可知，蛋龄0天的鸡蛋蛋黄指数为0.45，为一级蛋; A组与B组鸡蛋蛋黄指数有相似的下降趋势，在第11天后蛋黄指数降至0.40以下，为二级蛋，15天后降至三级蛋。C、D两组的蛋黄指数变化趋势相较平稳，在1～17天为一级蛋，在18～29天间为二级蛋，30天后降至三级蛋。
各组实验结果对比表明，贮藏环境中较高的CO2浓度对鸡蛋蛋黄有较好稳定效果。贮藏环境中CO2浓度较高时，鸡蛋呼吸被抑制，减缓了水分通过蛋壳气孔向外蒸发和渗透到蛋黄之中的进程，使蛋黄中水分变化不大，导致蛋黄膜维持原有弹性，直观表现为蛋黄直径增加和蛋黄高度下降的变化较小[24]，因此高浓度CO2环境下蛋黄指数变化不大。
3.2.3 CO2浓度对蛋清pH值的影响 在图4中，蛋龄0天的鸡蛋蛋清pH≈8.50，A组鸡蛋随着贮藏天数的延长， pH值缓增，贮藏45天蛋清pH≈9.50。B、C、D组在贮藏初期pH值快速降低，后期出现上升趋势。B组在第7～32天pH≈7.50，在33天出现上升趋势，贮藏45天后pH≈8.0; C组鸡蛋在7～19天保持pH≈7.0，在20天后出现上升趋势，贮藏45天时pH=7.48。D组鸡蛋在4～39天间蛋清pH7， 贮藏45天后pH>7.30。
总之，pH值与鸡蛋新鲜度有一定的关联[25]，通常在空气环境贮藏条件下（A组）的贮藏前期，鸡蛋pH值随贮藏天数增加而升高; 但在CO2浓度大于5%的贮藏组中， 鸡蛋pH值反而降低，可能是由于鸡蛋含水率高[26]，高浓度的CO2与水反应产生的酸性物质，使蛋内容物pH值降低。随着鸡蛋贮藏期间的质变，B、C、D组鸡蛋pH值会在30天后再次升高，但仍低于在空气环境中贮藏的A组鸡蛋。
3.2.4 CO2浓度对菌落总数的影响 贮藏期间不同CO2浓度下鸡蛋内容物菌落总数变化趋势如图5所示。A组中鸡蛋在贮藏5天后出现菌落，并迅速增加，到第20天菌落总数达6.0×105个，随即为平缓期，在45天菌落总数达5.0×106个。B组在第15天出现菌落，第35天菌落数达2.0×104個，C、D两组鸡蛋菌落数与B组增长趋势类似，约20天出现菌落，B、C、D组鸡蛋在贮藏的第45天菌落总数达8.2×104个。
鸡蛋在产出、运输的过程中均会受到微生物的污染[27]。实验结果表明，贮藏环境中加入适当浓度的CO2可抑制细菌的渗入和繁衍。一方面是因为新鲜的鸡蛋有蛋壳和蛋壳膜，能阻隔微生物的入侵，且蛋清中存在的溶菌酶能够灭杀侵入的细菌，所以一般不含菌落。但是， 随着鸡蛋新鲜度下降，以上功能都会逐渐丧失，从而导致了微生物的入侵[28，29]。B、C、D组相较于A组， 蛋壳和蛋壳膜阻隔微生物效果更明显，蛋清中溶菌酶灭菌效果更为显著。另一方面是CO2对细菌的抑制作用，Roberts等[30]发现，在CO2处理后5种嗜冷性假单胞菌生成时间远迟于未处理组。Garcia-Gonzalez等[31]发现，较低的pH值有助于CO2渗透微生物的细胞膜，从而达到灭菌的效果。在本研究中，B、C、D组相较于A组，贮藏环境中具有更高浓度的CO2，且在B、C、D组偏酸性的环境下，CO2更易渗透进入菌类的细胞膜，达到灭菌的效果（图5）。 Sanchis等[32]认为，仅降低pH值对微生物的灭活没有影响，提出了CO2穿透细胞膜而导致的微生物灭活效应，认为CO2具有其它惰性气体不具备的灭菌效果。综上所述， 5%～20%浓度的CO2贮藏环境对细菌的抑制效果显著，主要是由于新鲜鸡蛋自有的抑菌作用和CO2对微生物灭活效应的协同作用导致。
3.3 灰色关联度分析
将鸡蛋品质变化与呼吸强度系数视为一个随贮藏时间动态变化的系统。运用灰色关联度分析鸡蛋哈夫单位、蛋黄指数、pH值、菌落数等多因素与呼吸强度之间的灰色关联度及其大小次序，确定呼吸强度对鸡蛋品质的影响层次。
贮藏期间鸡蛋品质指标与呼吸强度的灰色关联度变化趋势如图6所示。通常，关联度大于0.8，说明曲线有强关联度，0.3～0.8之间说明有弱关联度，小于0.3说明没有关联度[33]。将鸡蛋的呼吸强度作为参考列，研究其它指标与呼吸强度之间的关系。A组中蛋黄指数、哈夫单位与呼吸强度关联度最高; B组中哈夫单位、蛋黄指数与呼吸强度的灰色关联度在10～35天均大于0.8，具有强关联度; C组中哈夫单位、蛋黄指数和pH值与呼吸强度的灰色关联度变化趋势相似，均大于菌落; D组从第20天起哈夫单位、蛋黄指数和pH值与呼吸强度的灰色关联度均大于0.8，菌落的灰色关联度较小。
贮藏期间各指标值与鸡蛋呼吸强度的综合灰色关联度平均值如表1所示， 哈夫单位、pH值、蛋黄指数与呼吸强度有强关联度; 菌落数与呼吸强度为弱关联度，说明两者的变化趋势不具有一致性。
3.4 综合评价
Topsis法是一种在农业生产中广泛应用的多指标综合评估方法[34]，运用此方法对贮藏45天的鸡蛋品质指标进行综合评价，再根据评价结果对4组鸡蛋的品质指标排序，最后根据排序结果判断最佳贮藏浓度。利用MATLAB软件对所有指标进行指标正向化与标准化，消除不同指标之间量纲的影响，随后进行距离计算，并评分与排序，结果见表2。
在不同CO2浓度的贮藏环境中，贮藏45天的鸡蛋评分排序为C组>D组>B组>A组，即在温度为25℃，相对湿度为65%条件下， 鸡蛋最佳贮藏CO2浓度为10%，且贮藏效果优于A组与B组，与D组相近，从经济效益方面考虑，CO2浓度为10%时成本更低。综上所述，鸡蛋在10% CO2浓度下贮藏效果最佳。
4 结 论
通过调控贮藏环境中CO2的浓度，比较了不同CO2浓度贮藏组中鸡蛋呼吸强度与品质变化趋势和相关关系，对鸡蛋贮藏保鲜效果进行了对比分析研究。结果表明，在贮藏环境中加入CO2可以抑制鸡蛋的呼吸强度，从而达到抑菌保鲜的目的。在温度25℃，相對湿度为65%的贮藏环境中，将CO2浓度调控为10%，无单独包装的鸡蛋在前40天哈夫单位可保持于A级。此研究结果可应用于禽蛋销售前的贮藏及运输阶段，作为鸡蛋贮藏运输过程中一种有效的保鲜手段，后期可开发独立的基于CO2浓度的鸡蛋贮藏控制仪，在禽蛋贮藏运输等领域有潜在的应用价值。
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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
本文系國家自然科学基金项目（No.31871863）资助
* E-mail： wqh@mail.hzau.edu.cn
