西瓜皮佐餐小菜高CO2協(xié)同超聲減壓腌制技術

郭艷利，席冉，陳蘭，李喜宏*

天津科技大學食品工程與生物技術學院（天津 300457）

目前，我國的西瓜種植業(yè)不管是在種植面積還是總產量上都達到了全球第一，約占全球總數(shù)的1/2。我國夏日上市的水果中，西瓜占到的比重高達70%以上，中商產業(yè)研究院預計到2020年，我國西瓜的產量將達8 182.35萬 t。如今西瓜加工產業(yè)中，以瓜籽及瓜瓤作為主要原料的果汁、酒類、果醋、瓜籽均具有良好的市場[1]，而西瓜皮加工再利用低，西瓜皮中含有豐富的鈣、鎂、鋅、銅、鐵、錳等人體必需的微量元素[2]，每百克瓜皮中維生素C的含量約高達到11 mg，是以營養(yǎng)價值較高；具有保肝抗炎、活血化淤和抗病毒抗菌等作用[3]的黃酮含量高達355.52 mg/g；并且西瓜皮中的硝酸鹽含量遠遠低于國家的安全標準。因此將西瓜皮加工成具有保健作用的佐餐小菜具有重要的經濟價值和市場前景。

目前我國咸菜的知名品牌有六必居醬園、天源醬園、涪陵榨菜等，其咸菜產品與時俱進，賦予了傳統(tǒng)咸菜新的活力及鮮香、脆嫩的特點，深受消費者青睞，暢銷國內外市場[4]，但對西瓜皮小菜的研究較少[5-6]。然而，我國的腌制業(yè)是在工藝技術、設施設備、管理體系等各方面基礎都很薄弱的條件下發(fā)展起來的，與腌制業(yè)已十分發(fā)達的國家和地區(qū)相比，還有著很大的差距[7-10]。因此，需要加強研究新技術在我國腌制菜中應用，為我國腌制技術的進一步發(fā)展提供有力支持。

主要研究CO2濃度、高CO2處理時間、超聲功率、超聲時間、減壓處理時間對西瓜皮佐餐小菜腌制品質的影響，對果皮顏色、硬度、細胞膜滲透性進行測定。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

主要以京欣西瓜皮為原料，選購自天津金元寶農貿批發(fā)市場。

1.2 試驗方法

1.2.1 細胞膜滲透性的測定

將果實從相應貯藏溫度下取出，在室溫條件下穩(wěn)定0.5 h，用直徑為8 mm的打孔器均勻地從多個果實中分別打取10份果實組織薄片轉入50 mL錐形瓶中，并用蒸餾水沖洗滌2～3次，最后用擦鏡紙盡可能多的吸干果肉片上的水分，然后再加入20 mL蒸餾水浸泡30 min，再進行電導率測定；然后再沸水浴煮沸10 min，以殺死果實組織，冷卻至室溫，測定終電導率。按式（1）相對電導率。

式中：γe為相對電導率；γ1為初電導率，S/m；γ2為終電導率，S/m；γ0為蒸餾水的電導率，S/m。

1.2.2 硬度

使用P/2n針狀探頭（直徑2 mm），進行穿刺測試，測前速度5 mm/s，貫入速度1 mm/s，測后速度5 mm/s，負載觸發(fā)力5 g，穿刺深度為5 mm。每組樣品測定3次。平均硬度（Flesh firmness）：探頭突然刺穿樣品表面到刺入至5 mm位移，探頭平均受力的大小即為平均硬度。

1.2.3 色差

用色差儀進行分析。其中：L表示亮度，數(shù)值愈大則亮度愈大；a指示被測物為紅或綠色，為正則為紅色，為負則為綠色；b指示被測物為黃或藍色，為正則為黃色，為負則為藍色。-a/b則表示葉綠素與脫鎂葉綠素間的轉化率關系，可用來表示西瓜皮的顏色變化，-a/b越大，說明西瓜皮的顏色越偏綠。

1.2.4 感官評價（參見表1）

表1 西瓜皮小菜感官評價評分表

1.3 數(shù)據(jù)處理

通過利用Design-Expert 8.0軟件對響應面試驗進行數(shù)據(jù)處理。

2 結果與分析

2.1 高CO2濃度對西瓜皮佐餐小菜品質的影響

2.1.1 高CO2濃度對西瓜皮佐餐小菜細胞膜滲透性的影響

試驗考察在此工藝條件下：氣體成分分別為90%CO2，70% CO2，50% CO2和30% CO2、空氣處理4 h，超聲功率為50%，超聲時間為25 min/h處理24 h，減壓-0.08 MPa處理18 h，高CO2濃度對西瓜皮佐餐小菜細胞膜滲透性的影響，結果如圖1所示。

隨著空氣中CO2濃度的增加，細胞膜的滲透性在逐漸增大，說明高CO2濃度會對瓜皮的細胞膜結構造成破壞，使物質更易進入細胞，且在CO2濃度低于50%時對細胞膜的破壞作用明顯，超過了50%后破壞作用不大，因此，考慮到經濟效益，CO2濃度不宜超過50%。

圖1 CO2濃度對產品細胞膜滲透性的影響

2.1.2 CO2濃度對西瓜皮佐餐小菜顏色和硬度的影響

高CO2濃度對西瓜皮佐餐小菜顏色和硬度的影響，結果如表2所示。隨著空氣中CO2濃度的增加，西瓜皮佐餐小菜顏色和硬度的變化并不大，可能是因為熱燙護色工藝中，酶活性已基本喪失，即使細胞膜破裂，也不會過分影響顏色變化，而硬度則是由于低溫焙烤脫水后，含水量的降低使瓜皮細胞膜結構的破裂對其硬度不會產生明顯影響。而小菜顏色和硬度的小幅度下降，可能是高CO2濃度下瓜皮發(fā)生了其他的化學變化[11]，因此需控制CO2濃度在50%以下為宜。

表2 不同CO2濃度下產品的顏色和硬度

2.2 高CO2處理時間對西瓜皮佐餐小菜品質的影響

2.2.1 高CO2處理時間對西瓜皮佐餐小菜細胞膜滲透性的影響

試驗考察在此工藝條件下：氣體成分為50% CO2分別處理4，8，12和16 h，超聲功率為50%，超聲時間為25 min/h處理24 h，減壓-0.08 MPa處理18 h，高CO2處理時間對西瓜皮佐餐小菜細胞膜滲透性的影響，結果如圖2所示。

隨著高CO2處理時間的延長，西瓜皮佐餐小菜細胞膜的滲透性在逐漸增大，處理時間超過12 h后，細胞膜的滲透性變化趨于平穩(wěn)。

2.2.2 高CO2處理時間對西瓜皮佐餐小菜顏色和硬度的影響

高CO2處理時間對西瓜皮佐餐小菜顏色和硬度的影響，結果如表3所示。隨著空氣中CO2處理時間的延長，西瓜皮佐餐小菜的顏色和硬度同樣變化不大。說明在前面護色和脫水工藝下，高CO2處理時間對西瓜皮佐餐小菜的顏色和硬度沒有明顯影響作用。

圖2 高CO2處理時間對產品細胞膜滲透性的影響

表3 不同高CO2處理時間下產品的顏色和硬度

2.3 超聲功率對西瓜皮佐餐小菜品質的影響

2.3.1 超聲功率對西瓜皮佐餐小菜細胞膜滲透性的影響

試驗考察在此工藝條件下：氣體成分為50% CO2分別處理4 h，超聲功率為分別為10%，30%，50%，70%和90%，超聲時間為25 min/h處理24 h，減壓-0.08 MPa處理18 h，超聲功率對西瓜皮佐餐小菜細胞膜滲透性的影響，結果如圖3所示。

隨著超聲功率的增大，西瓜皮佐餐小菜細胞膜的滲透性在逐漸增大。

圖3 超聲功率對產品細胞膜滲透性的影響

2.3.2 超聲功率對西瓜皮佐餐小菜顏色和硬度的影響

超聲功率對西瓜皮佐餐小菜顏色和硬度的影響，結果如表4所示。

隨著超聲功率的增大，西瓜皮佐餐小菜的顏色和硬度同樣變化不大，但有一定的影響作用，顏色和硬度都在緩慢下降，因此需要控制超聲功率不能高于90%。

表4 不同超聲功率下產品的顏色和硬度

2.4 超聲時間對西瓜皮佐餐小菜品質的影響

2.4.1 超聲時間對西瓜皮佐餐小菜細胞膜滲透性的影響

試驗考察在此工藝條件下：氣體成分為50% CO2分別處理4 h，超聲功率為50%，超聲時間為5，15，25，35和45 min/h處理24 h，減壓-0.08 MPa處理18 h，超聲時間對西瓜皮佐餐小菜細胞膜滲透性的影響，結果如圖4所示。

隨著超聲時間的延長，西瓜皮佐餐小菜細胞膜的滲透性在逐漸增大。當超聲時間不超過25 min/h時，西瓜皮佐餐小菜細胞膜滲透性迅速增大至70.73%，然后隨著超聲時間延長細胞膜滲透性穩(wěn)定在70%左右。

圖4 超聲時間對產品細胞膜滲透性的影響

2.4.2 超聲時間對西瓜皮佐餐小菜顏色和硬度的影響

超聲時間對西瓜皮佐餐小菜顏色和硬度的影響，結果如表5所示。

隨著超聲處理時間的延長，西瓜皮佐餐小菜的顏色和硬度同樣變化不大，西瓜皮佐餐小菜的顏色和硬度沒有受到明顯影響。

表5 不同超聲時間下產品的顏色和硬度

2.5 減壓處理對西瓜皮佐餐小菜品質的影響

2.5.1 減壓處理對西瓜皮佐餐小菜細胞膜滲透性的影響

試驗考察在此工藝條件下：氣體成分為50% CO2處理4 h，超聲功率為50%，超聲時間為25 min/h處理24 h，真空度為-0.08 MPa分別處理6，12，18，24，30和36 h，減壓處理對西瓜皮佐餐小菜細胞膜滲透性的影響，結果如圖5所示。

隨著減壓處理時間的延長，西瓜皮佐餐小菜細胞膜的滲透性在逐漸增大，減壓處理時間30 h后，西瓜皮佐餐小菜細胞膜滲透性迅速增大至80.22%。

2.5.2 減壓處理對西瓜皮佐餐小菜顏色和硬度的影響

減壓處理時間對西瓜皮佐餐小菜顏色和硬度的影響，結果如表6所示。

隨著減壓處理時間的延長，西瓜皮佐餐小菜的顏色和硬度同樣變化不大，減壓處理時間對西瓜皮佐餐小菜的顏色和硬度沒有明顯影響作用。

圖5 減壓處理時間對產品細胞膜滲透性的影響

表6 不同減壓處理時間下產品的顏色和硬度

2.6 響應面優(yōu)化研究

根據(jù)西瓜皮佐餐小菜CO2協(xié)同超聲減壓腌制技術單因素試驗結果，分析各個因素對西瓜皮佐餐小菜細胞膜滲透性的影響，同時兼顧小菜顏色和硬度的品質變化，得到五種影響顯著的工藝參數(shù)各自的單因素最佳范圍或最佳值，在此結果的基礎上，以細胞膜滲透性為響應值進行五因素三水平響應面設計分析，響應面因素水平表見表7。

表7 腌制工藝響應面因素水平表

2.6.1 響應面試驗結果及方差分析

響應面試驗設計方案及試驗結果以及通過響應面軟件分析所得各試驗的預測值如表8所示（每組試驗重復三次，結果取平均值）。

采用Design-Expert 8.0軟件對表8的試驗數(shù)據(jù)進行方差分析、顯著性檢驗及各因素最佳點分析，結果如表9所示。利用Design-Expert 8.0軟件進行多元回歸擬合分析，細胞膜滲透性（Y）響應值對應的響應回歸方程分別為：

由表9可知，以細胞膜滲透性（Y）為響應值時的模型p＜0.000 1，失擬項p=0.441 6＞0.05，決定系數(shù)R2=0.987 6，校正系數(shù)R2adj=0.977 7，這表明該模型對細胞膜滲透性這個響應值的擬合程度較好，可以用該模型對西瓜皮小菜的腌制工藝進行很好的分析和預測。由方差分析表可知：A、B、C、D、E、AC、BC、CE、DE、A2、B2、C2、D2、E2均為顯著項，AB、AD、AE、BD、BE、CD為不顯著項，去掉不顯著項，得到感官評分的最終回歸方程為：

Y=82.75+0.63A+2.17B+3.14C+5.45D+3.25E+1.90AC+1.50BC+1.25CE+1.58DE-7.80A2-4.84B2-7.60C2-11.48D2-4.20E2

表8 響應面試驗設計表及試驗結果

表9 回歸方程方差分析

2.6.2 等高線與響應面分析

通過回歸模型的響應面分析得到CO2濃度、CO2處理時間、超聲功率、超聲時間、減壓處理時間五者之間的交互作用對西瓜皮小菜細胞膜滲透性的影響如圖6所示。圖6（a）代表CO2濃度為49.02%，超聲功率為49.79%時，CO2濃度及超聲功率對西瓜皮小菜細胞膜滲透性的影響；圖6（b）代表CO2處理時間為11.34 h，超聲功率為50.08%時，CO2處理時間及超聲功率對西瓜皮小菜細胞膜滲透性的影響；圖6（c）代表超聲功率為49.94%，減壓處理時間為23.86 h時，超聲功率及減壓處理時間對西瓜皮小菜細胞膜滲透性的影響；圖6（d）代表超聲時間為15.01 min/h，減壓處理時間為23.91 h時，超聲時間及減壓處理時間對西瓜皮小菜細胞膜滲透性的影響。

由圖可以看出CO2濃度及超聲功率、CO2處理時間及超聲功率、超聲功率及減壓處理時間、超聲時間及減壓處理時間的交互作用對西瓜皮小菜細胞膜滲透性（0.002 0**，0.011 5*，0.032 0*和0.008 4**）分別具有顯著影響，并且在其余三種因素一定的條件下，西瓜皮小菜細胞膜滲透性隨著另兩種因素的增加呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢。

圖6 各因素的交互作用對細胞膜滲透性影響的等高圖與響應面曲圖

3 結論

為了進一步確定西瓜皮佐餐小菜CO2協(xié)同超聲減壓腌制技術最佳工藝參數(shù)，利用Design-Expert 8.0的optimization功能，以西瓜皮小菜的細胞膜滲透性為主要衡量指標，將響應值的Goal選項選擇為maximize，可得到唯一一個優(yōu)化方案，即氣體成分為51.16% CO2處理13.10 h，超聲功率為51.48%，超聲時間為15.86 min/h處理24 h，真空度為-0.08 MPa處理25.61 h，此時小菜的細胞膜滲透性為85.30，經試驗驗證，在最優(yōu)條件下，所得產品感官品質為85.23～85.51，這表明用響應面法對西瓜皮佐餐小菜CO2協(xié)同超聲減壓腌制技術的各工藝參數(shù)進行優(yōu)化研究是合理可行的，具有實際價值。