自然發酵條件下西瓜翠衣泡菜的研制

曾麗萍，孟金明，樊愛萍，黃櫪堰，陳凡凡

（紅河學院理學院，云南 蒙自 661199）

西瓜是一種高價值農產品，在我國被廣泛種植。近年來，隨著國家政策扶持和西瓜種植技術的提升，我國西瓜種植面積和總產量達全球第一[1]。目前，我國西瓜主要為鮮食或加工成果汁、果醋、果酒、瓜籽等深加工產品，而西瓜翠衣占西瓜總重的30%，其副產物的回收或再利用程度低，廢棄現象嚴重[2-6]。少部分企業將其用于飼料或者肥料，大部分瓜皮與其它廢物混合后被送去填埋或焚燒，造成嚴重衛生和環境問題[7-8]。將西瓜翠衣再利用不僅可以解決環境問題，還可增加產品的附加值，對促進果蔬產業發展具有重要意義。

泡菜作為我國傳統食品，風味獨特，清脆爽口，具有預防心腦血管疾病、抗癌、抗衰老等保健功效[9-12]。有資料顯示[13-16]，西瓜翠衣性涼味甘、無毒，且含有豐富的礦物質、氨基酸、維生素、黃酮等成分，適度食用利于人體健康。目前，市面上西瓜翠衣常見的加工產品有辣醬、果膠、果脯及果酒等，若能將西瓜翠衣及其有益成分進行充分加工，有助于緩解資源浪費、改善環境污染等問題。

本文主要以西瓜翠衣為原料，研究鹽濃度、糖濃度、發酵溫度對泡菜的影響，經單因素試驗和響應面試驗確定發酵的最佳工藝參數，為自然發酵條件下西瓜翠衣泡菜提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

白酒、食鹽、白砂糖、花椒、小米辣、生姜、大蒜、氯化鈣等（均為食品級）：市售；氫氧化鈉、鄰苯二甲酸氫鉀（分析純）：國藥集團化學試劑有限公司。

848 Titrino plus自動電位滴定儀：瑞士萬通中國有限公司；250HL恒溫恒濕培養箱：江蘇金怡儀器科技有限公司；TA.new plus質構儀：上海瑞玢國際貿易有限公司；CP224C電子天平：奧豪斯儀器上海有限公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 工藝流程

1.2.2 操作要點

1.2.2.1 原料選擇與處理

原料要求：選擇當天新鮮干凈、無腐爛的西瓜翠衣為原料，削去殘留的紅色果肉和外部青皮，清水漂洗數次，瀝干水分。將西瓜翠衣切分為5 cm×1.5 cm×0.5 cm（長×寬×高）小塊，脆化（用濃度為 0.1% CaCl2在30℃條件下浸泡20 min）后備用。

鹵水配制：西瓜翠衣與鹵水按1∶1.5（質量比）的比例進行裝壇（鹽濃度和糖濃度以水的質量進行計算）。

1.2.2.2 鹽濃度對自然發酵條件下西瓜翠衣發酵的影響

在糖濃度6%的條件下，分別添加不同濃度的食鹽：2%、4%、6%、8%、10%，在選取發酵溫度為25℃的恒溫培養箱中進行發酵，定時取西瓜翠衣進行產酸量測定。結合感官評價對成品品質進行評定，研究鹽濃度對自然發酵條件下西瓜翠衣的影響

1.2.2.3 糖濃度對自然發酵條件下西瓜翠衣發酵的影響

在鹽濃度4%的條件下，分別添加不同濃度的糖：1%、3%、5%、7%、9%，在選取發酵溫度為25℃的恒溫培養箱中進行發酵，定時取西瓜翠衣進行產酸量測定。結合感官評價對成品品質進行評定，研究糖濃度對自然條件下西瓜翠衣的影響。

1.2.2.4 溫度對自然發酵條件下西瓜翠衣發酵的影響

在選定的糖濃度為5%、鹽濃度為4%的條件下，分別在20、25、30、35℃的恒溫培養箱中進行發酵，定時取西瓜翠衣進行產酸量測定，結合感官評價對成品品質進行評定，研究溫度對自然發酵條件下西瓜翠衣的影響。

1.2.3 工藝條件優化

根據單因素試驗結果，選取鹽濃度、糖濃度和發酵溫度3個考察因素，以感官評分指標為響應值，利用響應面軟件對試驗數據進行分析。因素水平如表1所示，西瓜翠衣泡菜感官評定標準見表2。

表1 Box-Behnken試驗因素水平與編碼Table 1 The factor levels and coding of Box-Behnken experiment

表2 西瓜翠衣泡菜感官評定標準Table 2 Sensory evaluation standard for watermelon peel pickles

1.2.4 檢測指標

1.2.4.1 總酸的測定方法

參照GH/T 1141—2017《蜂蜜及其制品酸度的測定電位滴定法》方法測定。

1.2.4.2 質構的測定

采用質構儀測定已取樣西瓜翠衣泡菜的質構。質構儀參數設定，探頭：TA/36R；試驗模式：全質構分析（total texture analysis，TPA）；測前速度：1.0 mm/s；測試速度：1.0 mm/s；測后速度：1.0 mm/s；觸發力：15 g，每組平行測定3次，取平均值。

1.3 數據處理

采用Origin8.5軟件進行數據的初步處理及作圖，用SPSS Statistics 19.0軟件進行顯著性分析，P＜0.05時差異顯著，試驗結果用均值±標準差表示，響應面試驗數據采用Design-Expert.V8.0.6.1軟件進行分析處理。

2 結果與分析

2.1 鹽濃度對西瓜翠衣發酵的影響

食鹽不僅有防腐作用，而且具有高滲透壓，可使細胞內的水分流出，滲入部分鹽味，對泡菜風味產生影響，此外食鹽濃度還影響泡菜的發酵速度[17]。在糖濃度6%、溫度為25℃的條件下，不同鹽濃度對西瓜翠衣泡菜發酵的影響見圖1。

圖1 不同鹽濃度對西瓜翠衣泡菜產酸量的影響Fig.1 Effect of different salt concentration on the acid production of watermelon peel pickles

從圖1可以看出，隨著發酵時間的延長，西瓜翠衣泡菜中總酸量不斷增加。鹽濃度為4%的西瓜翠衣泡菜，在同一時間下，總酸量均明顯高于其它鹽濃度泡菜（P＜0.05），且泡菜液清澈透明無沉淀，泡菜色澤好，發酵香味濃郁，脆性較好，后期也未出現雜菌現象。當鹽濃度大于4%時，隨鹽濃度升高總酸含量反而下降，高濃度食鹽抑制了乳酸菌的繁殖及發酵活力，咸味過大影響消費者喜好；當鹽濃度為2%時，泡菜感官性狀差，出現脆性低，香氣、滋味不佳，后期易滋生雜菌現象。綜合產酸速度和感官評價，選擇4%鹽濃度為西瓜翠衣泡菜的最佳條件。

2.2 糖濃度對西瓜翠衣發酵的影響

糖作為乳酸菌的碳源，可促進乳酸菌的繁殖，有利于抑制雜菌，提高發酵速度，同時增加泡菜的色澤和口感[18]。在鹽濃度4%、溫度為25℃的條件下，不同糖濃度對西瓜翠衣泡菜發酵的影響見圖2。

從圖2可以看出，西瓜翠衣泡菜中總酸量隨著發酵時間的延長而增加，且在一定范圍內與糖濃度成正比關系。當糖濃度為5%時，產酸量顯著高于低糖濃度泡菜的產酸量（P＜0.05），且泡菜味道協調、酸甜適中。當糖濃度小于5%時，發酵速度慢，產酸不足，口感稍有欠佳。當糖濃度大于5%時，泡菜產酸量增長速度明顯減慢，且過量的增加糖濃度不僅會加大成本而且口味過甜，容易掩蓋泡菜特有的咸、酸味，風味不佳，影響泡菜的品質。綜合考慮生產成本及感官評定，選擇5%糖濃度為西瓜翠衣泡菜的最佳條件。

圖2 不同糖濃度對西瓜翠衣泡菜產酸量的影響Fig.2 Effect of different sucrose concentration on the acid production of watermelon peel pickles

2.3 發酵溫度對西瓜翠衣發酵的影響

在鹽濃度4%、糖濃度5%的條件下，不同溫度對自然發酵條件下西瓜翠衣泡菜發酵的影響見圖3。

圖3 不同發酵溫度對西瓜翠衣泡菜產酸量的影響Fig.3 Effect of different fermentation temperature on the acid production of watermelon peel pickles

從圖3可以看出，隨著發酵溫度的不斷升高，西瓜翠衣泡菜中總酸量不斷增加。20℃發酵泡菜時，存在產酸量小，發酵周期長的問題。當發酵溫度升高時，產酸量增長較快，但發酵6 d時，35℃發酵溫度與30℃發酵溫度的產酸量差異不顯著（P＞0.05）。且35℃發酵的泡菜液渾濁，底部有沉淀，泡菜色澤暗淡，脆性較差，熱臭味明顯。30℃發酵的泡菜液澄清，泡菜色澤明亮，脆性較好，有脂香味。綜合考慮發酵周期及感官評定，選擇30℃為西瓜翠衣泡菜的最佳發酵溫度。

2.4 自然發酵條件下西瓜翠衣泡菜工藝條件優化

響應面試驗設計及試驗結果如表3所示。

表3 Box-Behnken試驗設計與結果Table 3 Design and results of Box-Behnken experiment

利用響應面軟件對表3中得到的響應面試驗結果進行多元線性回歸擬合，可以初步得到西瓜翠衣泡菜感官評分（Y）對應自然發酵條件中鹽濃度（A）、糖濃度（B）、發酵溫度（C）的回歸方程模型為：Y=82.20+2.75A-2.63B-4.88C+1.25AB-4.75AC+1.50BC-10.85A2-4.10B2-3.60C2。方程中Y為感官評分，A、B、C分別表示3個影響因素各自對應的編碼值。

2.5 方差分析

回歸方程模型的方差和顯著性分析見表4。

表4 回歸方程模型的方差和顯著性分析Table 4 Variance and significance analysis of regression equation model

從表4中可以看出，該試驗模型F值=46.63，P值<0.000 1，失擬項P值為0.229 9（不顯著），說明該模型誤差較小能夠很好地預測響應值。該模型中各個影響因素的相關系數R2=0.983 6，表明該模型擬合程度較高[19-20]。綜上所述，證明該回歸方程模型可靠程度和準確程度均較高，可以用該模型對自然發酵條件下西瓜翠衣泡菜最佳工藝參數進行分析、優化及預測。通過比較F值的大小可知各因素對西瓜翠衣泡菜感官評分影響大小分別為發酵溫度（C）>鹽濃度（A）>糖濃度（B）。一次項A、B、C 均達到了極顯著水平（P＜0.01），模型的線性效應極顯著；二次項A2、B2、C2均達到了極顯著水平（P＜0.01），交互項 AC 極顯著（P＜0.01），AB、BC不顯著（P＞0.05），表明交互作用影響較小。從交互項系數可以看出，鹽濃度與發酵溫度交互作用>糖濃度與發酵溫度交互作用＞鹽濃度與糖濃度交互作用。

2.6 因素間交互作用影響

各因素交互作用對西瓜翠衣泡菜感官評分的影響見圖4。

圖4 各因素交互作用對西瓜翠衣泡菜感官評分的影響Fig.4 Response surface plots showing the effect of various factors on sensory score of watermelon peel pickles

從圖4可以直觀地反映出當固定鹽濃度（A）、糖濃度（B）、發酵溫度（C）中任一個因素時，分析另外2個因素及其交互作用對自然發酵條件下西瓜翠衣泡菜感官評分的影響情況。在響應面圖中，曲面傾斜程度與各因素對西瓜翠衣泡菜感官評分（響應值）的影響成正相關。當發酵溫度固定在0（30℃）水平時，泡菜感官評分隨著鹽濃度和糖濃度先升高再緩慢下降，響應曲面的坡度較為平緩，二者的交互作用對響應值的影響不顯著（P=0.163 5）。當糖濃度固定在0（5%）水平時，泡菜感官評分隨著鹽濃度先升高后緩慢下降，隨發酵溫度逐漸下降，響應曲面的坡度較陡，說明二者的交互作用對響應值的影響顯著（P=0.000 6）。當鹽濃度固定在0（4%）水平時，泡菜感官評分隨糖濃度和發酵溫度升高而逐漸下降，響應曲面的坡度較平緩，說明二者的交互作用對響應值的影響不顯著（P=0.1039）。響應面分析的結果均與表4中回歸方程模型的方差和顯著性分析的結果一致，說明該回歸方程模型可信。

2.7 最佳工藝條件的預測及驗證

利用響應面軟件對優化后的回歸方程求解，可以得出自然發酵條件下西瓜翠衣泡菜最佳工藝參數：鹽濃度為4.63%、糖濃度為4.10%、發酵溫度為25.10℃，此條件下西瓜翠衣泡菜感官評分的理論值為85.61分。由于試驗操作的可行性，將西瓜翠衣泡菜的發酵工藝參數修正為：鹽濃度4.6%、糖濃度4%、發酵溫度25℃，此條件下，西瓜翠衣泡菜感官評分為87分。實測值跟模型的預測值只有較小差別，表明用此線性回歸方程模型具有一定實際意義，可以用來優化自然發酵條件下西瓜翠衣泡菜最佳工藝參數。

西瓜翠衣泡菜最佳工藝參數確定及驗證試驗見表5。

表5 西瓜翠衣泡菜最佳工藝參數確定及驗證試驗Table 5 Determination of the best technological parameters of watermelon peel pickles and its verification experiment

3 結論

通過采用單因素試驗和響應面試驗，優化得到最佳的發酵工藝條件為：鹽濃度4.6%、糖濃度4%、發酵溫度25℃。在此條件下得到的西瓜翠衣泡菜軟硬適中、酸甜適口、泡菜風味佳，無異味。因此，該工藝條件下腌制的西瓜翠衣泡菜品質最佳。