西瓜皮佐餐小菜高CO2协同超声减压腌制技术

郭艳利，席冉，陈兰，李喜宏*

天津科技大学食品工程与生物技术学院（天津 300457）

目前，我国的西瓜种植业不管是在种植面积还是总产量上都达到了全球第一，约占全球总数的1/2。我国夏日上市的水果中，西瓜占到的比重高达70%以上，中商产业研究院预计到2020年，我国西瓜的产量将达8 182.35万 t。如今西瓜加工产业中，以瓜籽及瓜瓤作为主要原料的果汁、酒类、果醋、瓜籽均具有良好的市场[1]，而西瓜皮加工再利用低，西瓜皮中含有丰富的钙、镁、锌、铜、铁、锰等人体必需的微量元素[2]，每百克瓜皮中维生素C的含量约高达到11 mg，是以营养价值较高；具有保肝抗炎、活血化淤和抗病毒抗菌等作用[3]的黄酮含量高达355.52 mg/g；并且西瓜皮中的硝酸盐含量远远低于国家的安全标准。因此将西瓜皮加工成具有保健作用的佐餐小菜具有重要的经济价值和市场前景。

目前我国咸菜的知名品牌有六必居酱园、天源酱园、涪陵榨菜等，其咸菜产品与时俱进，赋予了传统咸菜新的活力及鲜香、脆嫩的特点，深受消费者青睐，畅销国内外市场[4]，但对西瓜皮小菜的研究较少[5-6]。然而，我国的腌制业是在工艺技术、设施设备、管理体系等各方面基础都很薄弱的条件下发展起来的，与腌制业已十分发达的国家和地区相比，还有着很大的差距[7-10]。因此，需要加强研究新技术在我国腌制菜中应用，为我国腌制技术的进一步发展提供有力支持。

主要研究CO2浓度、高CO2处理时间、超声功率、超声时间、减压处理时间对西瓜皮佐餐小菜腌制品质的影响，对果皮颜色、硬度、细胞膜渗透性进行测定。

1 材料与方法

1.1 试验材料

主要以京欣西瓜皮为原料，选购自天津金元宝农贸批发市场。

1.2 试验方法

1.2.1 细胞膜渗透性的测定

将果实从相应贮藏温度下取出，在室温条件下稳定0.5 h，用直径为8 mm的打孔器均匀地从多个果实中分别打取10份果实组织薄片转入50 mL锥形瓶中，并用蒸馏水冲洗涤2～3次，最后用擦镜纸尽可能多的吸干果肉片上的水分，然后再加入20 mL蒸馏水浸泡30 min，再进行电导率测定；然后再沸水浴煮沸10 min，以杀死果实组织，冷却至室温，测定终电导率。按式（1）相对电导率。

式中：γe为相对电导率；γ1为初电导率，S/m；γ2为终电导率，S/m；γ0为蒸馏水的电导率，S/m。

1.2.2 硬度

使用P/2n针状探头（直径2 mm），进行穿刺测试，测前速度5 mm/s，贯入速度1 mm/s，测后速度5 mm/s，负载触发力5 g，穿刺深度为5 mm。每组样品测定3次。平均硬度（Flesh firmness）：探头突然刺穿样品表面到刺入至5 mm位移，探头平均受力的大小即为平均硬度。

1.2.3 色差

用色差仪进行分析。其中：L表示亮度，数值愈大则亮度愈大；a指示被测物为红或绿色，为正则为红色，为负则为绿色；b指示被测物为黄或蓝色，为正则为黄色，为负则为蓝色。-a/b则表示叶绿素与脱镁叶绿素间的转化率关系，可用来表示西瓜皮的颜色变化，-a/b越大，说明西瓜皮的颜色越偏绿。

1.2.4 感官评价（参见表1）

表1 西瓜皮小菜感官评价评分表

1.3 数据处理

通过利用Design-Expert 8.0软件对响应面试验进行数据处理。

2 结果与分析

2.1 高CO2浓度对西瓜皮佐餐小菜品质的影响

2.1.1 高CO2浓度对西瓜皮佐餐小菜细胞膜渗透性的影响

试验考察在此工艺条件下：气体成分分别为90%CO2，70% CO2，50% CO2和30% CO2、空气处理4 h，超声功率为50%，超声时间为25 min/h处理24 h，减压-0.08 MPa处理18 h，高CO2浓度对西瓜皮佐餐小菜细胞膜渗透性的影响，结果如图1所示。

随着空气中CO2浓度的增加，细胞膜的渗透性在逐渐增大，说明高CO2浓度会对瓜皮的细胞膜结构造成破坏，使物质更易进入细胞，且在CO2浓度低于50%时对细胞膜的破坏作用明显，超过了50%后破坏作用不大，因此，考虑到经济效益，CO2浓度不宜超过50%。

图1 CO2浓度对产品细胞膜渗透性的影响

2.1.2 CO2浓度对西瓜皮佐餐小菜颜色和硬度的影响

高CO2浓度对西瓜皮佐餐小菜颜色和硬度的影响，结果如表2所示。随着空气中CO2浓度的增加，西瓜皮佐餐小菜颜色和硬度的变化并不大，可能是因为热烫护色工艺中，酶活性已基本丧失，即使细胞膜破裂，也不会过分影响颜色变化，而硬度则是由于低温焙烤脱水后，含水量的降低使瓜皮细胞膜结构的破裂对其硬度不会产生明显影响。而小菜颜色和硬度的小幅度下降，可能是高CO2浓度下瓜皮发生了其他的化学变化[11]，因此需控制CO2浓度在50%以下为宜。

表2 不同CO2浓度下产品的颜色和硬度

2.2 高CO2处理时间对西瓜皮佐餐小菜品质的影响

2.2.1 高CO2处理时间对西瓜皮佐餐小菜细胞膜渗透性的影响

试验考察在此工艺条件下：气体成分为50% CO2分别处理4，8，12和16 h，超声功率为50%，超声时间为25 min/h处理24 h，减压-0.08 MPa处理18 h，高CO2处理时间对西瓜皮佐餐小菜细胞膜渗透性的影响，结果如图2所示。

随着高CO2处理时间的延长，西瓜皮佐餐小菜细胞膜的渗透性在逐渐增大，处理时间超过12 h后，细胞膜的渗透性变化趋于平稳。

2.2.2 高CO2处理时间对西瓜皮佐餐小菜颜色和硬度的影响

高CO2处理时间对西瓜皮佐餐小菜颜色和硬度的影响，结果如表3所示。随着空气中CO2处理时间的延长，西瓜皮佐餐小菜的颜色和硬度同样变化不大。说明在前面护色和脱水工艺下，高CO2处理时间对西瓜皮佐餐小菜的颜色和硬度没有明显影响作用。

图2 高CO2处理时间对产品细胞膜渗透性的影响

表3 不同高CO2处理时间下产品的颜色和硬度

2.3 超声功率对西瓜皮佐餐小菜品质的影响

2.3.1 超声功率对西瓜皮佐餐小菜细胞膜渗透性的影响

试验考察在此工艺条件下：气体成分为50% CO2分别处理4 h，超声功率为分别为10%，30%，50%，70%和90%，超声时间为25 min/h处理24 h，减压-0.08 MPa处理18 h，超声功率对西瓜皮佐餐小菜细胞膜渗透性的影响，结果如图3所示。

随着超声功率的增大，西瓜皮佐餐小菜细胞膜的渗透性在逐渐增大。

图3 超声功率对产品细胞膜渗透性的影响

2.3.2 超声功率对西瓜皮佐餐小菜颜色和硬度的影响

超声功率对西瓜皮佐餐小菜颜色和硬度的影响，结果如表4所示。

随着超声功率的增大，西瓜皮佐餐小菜的颜色和硬度同样变化不大，但有一定的影响作用，颜色和硬度都在缓慢下降，因此需要控制超声功率不能高于90%。

表4 不同超声功率下产品的颜色和硬度

2.4 超声时间对西瓜皮佐餐小菜品质的影响

2.4.1 超声时间对西瓜皮佐餐小菜细胞膜渗透性的影响

试验考察在此工艺条件下：气体成分为50% CO2分别处理4 h，超声功率为50%，超声时间为5，15，25，35和45 min/h处理24 h，减压-0.08 MPa处理18 h，超声时间对西瓜皮佐餐小菜细胞膜渗透性的影响，结果如图4所示。

随着超声时间的延长，西瓜皮佐餐小菜细胞膜的渗透性在逐渐增大。当超声时间不超过25 min/h时，西瓜皮佐餐小菜细胞膜渗透性迅速增大至70.73%，然后随着超声时间延长细胞膜渗透性稳定在70%左右。

图4 超声时间对产品细胞膜渗透性的影响

2.4.2 超声时间对西瓜皮佐餐小菜颜色和硬度的影响

超声时间对西瓜皮佐餐小菜颜色和硬度的影响，结果如表5所示。

随着超声处理时间的延长，西瓜皮佐餐小菜的颜色和硬度同样变化不大，西瓜皮佐餐小菜的颜色和硬度没有受到明显影响。

表5 不同超声时间下产品的颜色和硬度

2.5 减压处理对西瓜皮佐餐小菜品质的影响

2.5.1 减压处理对西瓜皮佐餐小菜细胞膜渗透性的影响

试验考察在此工艺条件下：气体成分为50% CO2处理4 h，超声功率为50%，超声时间为25 min/h处理24 h，真空度为-0.08 MPa分别处理6，12，18，24，30和36 h，减压处理对西瓜皮佐餐小菜细胞膜渗透性的影响，结果如图5所示。

随着减压处理时间的延长，西瓜皮佐餐小菜细胞膜的渗透性在逐渐增大，减压处理时间30 h后，西瓜皮佐餐小菜细胞膜渗透性迅速增大至80.22%。

2.5.2 减压处理对西瓜皮佐餐小菜颜色和硬度的影响

减压处理时间对西瓜皮佐餐小菜颜色和硬度的影响，结果如表6所示。

随着减压处理时间的延长，西瓜皮佐餐小菜的颜色和硬度同样变化不大，减压处理时间对西瓜皮佐餐小菜的颜色和硬度没有明显影响作用。

图5 减压处理时间对产品细胞膜渗透性的影响

表6 不同减压处理时间下产品的颜色和硬度

2.6 响应面优化研究

根据西瓜皮佐餐小菜CO2协同超声减压腌制技术单因素试验结果，分析各个因素对西瓜皮佐餐小菜细胞膜渗透性的影响，同时兼顾小菜颜色和硬度的品质变化，得到五种影响显著的工艺参数各自的单因素最佳范围或最佳值，在此结果的基础上，以细胞膜渗透性为响应值进行五因素三水平响应面设计分析，响应面因素水平表见表7。

表7 腌制工艺响应面因素水平表

2.6.1 响应面试验结果及方差分析

响应面试验设计方案及试验结果以及通过响应面软件分析所得各试验的预测值如表8所示（每组试验重复三次，结果取平均值）。

采用Design-Expert 8.0软件对表8的试验数据进行方差分析、显著性检验及各因素最佳点分析，结果如表9所示。利用Design-Expert 8.0软件进行多元回归拟合分析，细胞膜渗透性（Y）响应值对应的响应回归方程分别为：

由表9可知，以细胞膜渗透性（Y）为响应值时的模型p＜0.000 1，失拟项p=0.441 6＞0.05，决定系数R2=0.987 6，校正系数R2adj=0.977 7，这表明该模型对细胞膜渗透性这个响应值的拟合程度较好，可以用该模型对西瓜皮小菜的腌制工艺进行很好的分析和预测。由方差分析表可知：A、B、C、D、E、AC、BC、CE、DE、A2、B2、C2、D2、E2均为显著项，AB、AD、AE、BD、BE、CD为不显著项，去掉不显著项，得到感官评分的最终回归方程为：

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 响应面试验设计表及试验结果

表9 回归方程方差分析

2.6.2 等高线与响应面分析

通过回归模型的响应面分析得到CO2浓度、CO2处理时间、超声功率、超声时间、减压处理时间五者之间的交互作用对西瓜皮小菜细胞膜渗透性的影响如图6所示。图6（a）代表CO2浓度为49.02%，超声功率为49.79%时，CO2浓度及超声功率对西瓜皮小菜细胞膜渗透性的影响；图6（b）代表CO2处理时间为11.34 h，超声功率为50.08%时，CO2处理时间及超声功率对西瓜皮小菜细胞膜渗透性的影响；图6（c）代表超声功率为49.94%，减压处理时间为23.86 h时，超声功率及减压处理时间对西瓜皮小菜细胞膜渗透性的影响；图6（d）代表超声时间为15.01 min/h，减压处理时间为23.91 h时，超声时间及减压处理时间对西瓜皮小菜细胞膜渗透性的影响。

由图可以看出CO2浓度及超声功率、CO2处理时间及超声功率、超声功率及减压处理时间、超声时间及减压处理时间的交互作用对西瓜皮小菜细胞膜渗透性（0.002 0**，0.011 5*，0.032 0*和0.008 4**）分别具有显著影响，并且在其余三种因素一定的条件下，西瓜皮小菜细胞膜渗透性随着另两种因素的增加呈现先上升后下降的趋势。

图6 各因素的交互作用对细胞膜渗透性影响的等高图与响应面曲图

3 结论

为了进一步确定西瓜皮佐餐小菜CO2协同超声减压腌制技术最佳工艺参数，利用Design-Expert 8.0的optimization功能，以西瓜皮小菜的细胞膜渗透性为主要衡量指标，将响应值的Goal选项选择为maximize，可得到唯一一个优化方案，即气体成分为51.16% CO2处理13.10 h，超声功率为51.48%，超声时间为15.86 min/h处理24 h，真空度为-0.08 MPa处理25.61 h，此时小菜的细胞膜渗透性为85.30，经试验验证，在最优条件下，所得产品感官品质为85.23～85.51，这表明用响应面法对西瓜皮佐餐小菜CO2协同超声减压腌制技术的各工艺参数进行优化研究是合理可行的，具有实际价值。