籽瓜皮果卷配方及护色工艺优化研究

梁 娇 吴雨莲 李述刚 王 萍,2*

（1塔里木大学生命科学学院，新疆 阿拉尔 843300）

（2南疆特色农产品深加工兵团重点实验室，新疆 阿拉尔 843300）

（3湖北工业大学生物工程与食品学院，湖北 武汉 430068）

籽瓜属葫芦科（Cucurbitaceae）西瓜属（Citrullus）普通西瓜种（Lanatus）中栽培西瓜亚种的一个变种，全称为“籽用西瓜”，又叫打瓜［1］。籽瓜主要经济价值是取籽加工，其余占总质量90%以上的籽瓜瓤和籽瓜皮均被丢弃［2］，造成资源极大浪费。研究发现籽瓜皮、瓜瓤不仅含有较多微量元素，还富含多种维生素和氨基酸［3-4］。目前关于籽瓜废弃物的开发利用研究已有大量报道，主要集中在有效成分提取和休闲产品开发，常见的有籽瓜皮果胶［5-6］、籽瓜瓤多糖［7-8］、籽瓜皮多酚［9］等有效成分提取。籽瓜果汁保健饮料［10］、籽瓜皮果醋［11］、籽瓜瓤粉［12］等可食用产品，但大部分由于工艺复杂或者破坏原有籽瓜风味，导致加工产品很难扩大化生产。因此对于籽瓜的瓜瓤、瓜汁、瓜皮等副产物开发利用和深加工需要继续丰富和深入。

新疆是中国最大的籽瓜种植区，近年来随着新疆产业化调整，其种植面积亦在逐步增长［13］，导致取籽过程中大量的瓜皮和瓜瓤等副产物增加，如何提高这些副产物的利用率，成为目前亟待解决的问题［14］。籽瓜皮作为籽瓜重要的副产物，约占总质量的30%以上［15］，而籽瓜皮含有大量的维生素、矿物元素、果胶物质和低聚糖［16］，根据其加工特性，适宜做饮料、蜜饯等产品，本研究在前人研究基础上，以籽瓜皮为原料，开发籽瓜果卷产品，既遵循其加工特性，又能够保留籽瓜皮的清香味，其加工工艺简单，适合工业化生产，本研究以期为其工业生产提供相关工艺参数。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

材料：籽瓜；品种为新籽1号，购于新疆维吾尔族自治区阿拉尔市十二团籽瓜种植园，采集无腐烂，表皮为墨绿色，无晒伤的成熟籽瓜，当天低温运至南疆特色农产品深加工兵团重点实验室4℃冷库；柠檬酸、抗坏血酸、琼脂、黄原胶、果胶等购于河南万邦实业有限公司；白砂糖：安琪酵母（赤峰）有限公司；食用油：丰益贸易（中国）私人有限公司。

仪器：JA5003电子天平（上海箐海仪器有限公司）；WSC-S色差仪（上海仪电物理光学仪器有限公司）；TMS-PRO质构仪（上海保圣实业发展有限公司）；PHS-3C台式酸度计（上海仪电科学仪器股份有限公司）；多功能电磁炉（广州美的企业集团有限公司）；食物搅拌机（广州美的企业集团有限公司）；101-2ES电热鼓风干燥箱（北京市永光明医疗仪器厂）。

1.2 试验方法

1.2.1 工艺流程

新鲜籽瓜→清洗、去瓤、外皮→切块→热烫→护色→打浆→调配熬煮→刮片烘干→起片→整理造型［17］。

1.2.2 操作要点

（1）原料选择：选择无腐烂，无霉烂，无病虫害，完全成熟的籽瓜原料。

（2）籽瓜的预处理：将籽瓜外皮上的污渍用清水洗净后擦干，然后将籽瓜对半切开，去除籽瓜皮的最外层硬皮和籽瓜瓢，切成1 cm×1 cm的块状。

（3）护色处理：将籽瓜内皮块用开水热烫1～2 min后取出，按照瓜内皮和护色液1：2（w/v）比例，用适当浓度的复合护色水溶液浸泡4 min后取出沥干。此研究中所有试验均采用100 g的籽瓜内皮。

（4）打浆：将籽瓜皮块使用搅拌机中打碎成浆液。

（5）调配熬煮：将一定比例的黄原胶、琼脂、明胶、白砂糖提前用热水溶解，然后和柠檬酸一同加入籽瓜皮浆液中，小火慢熬，并不断搅拌，以防锅底粘锅。观察浆液有无气泡，若有气泡，滴加少量食用油，搅拌均匀即可消泡。使其浆液熬煮至可溶性固形物约为50%即可完成。

（6）烘干：将熬煮好的浆液倒在不锈钢盘子中，放入50～60℃的烘箱中，烘至浆液凝固，形成果浆薄片，表面不粘手并且有一定的韧性，完成烘制。

（7）起片：将烘好固体果浆薄片，沿着不锈钢盘子边沿用刮刀切开，快速拿出。

（8）整理造型：将果浆薄片趁热用光滑铁柱沿边卷型，然后在室温下冷却，冷却后切块。

1.2.3 单因素试验

护色剂配比：柠檬酸浓度（0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%），VC浓度（0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%）与空白组的色差值（△E）评定果浆的护色成效，确定最佳护色比。

果卷配方单因素：依据影响果卷产品成型的几种添加剂，以不影响籽瓜皮果卷风味为前提条件，选取最为常见的凝胶剂和稳定剂作为考察因素，基于籽瓜内皮的质量，分别选取黄原胶添加量（0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%），果胶添加量（0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%），琼脂添加量（0.0%、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%），白砂糖添加量（10%、15%、20%、25%、30%），以感官品质为评价指标，确定不同配方的添加量。

1.2.4 响应面试验设计

在单因素基础上，运用Design Expert 8.0.6软件实施响应面设计，依据Box-Benhnken中心组合试验设计原理，选取对果卷产品质量评价得分具有较明显影响的4个因素，即黄原胶、果胶、琼脂、白砂糖的添加量（%）为变量，感官评定的得分作为响应值，使用响应面软件进行相关分析，得到最优的工艺配比。

1.2.5 籽瓜皮果卷感官评分标准

挑选10位经过培训的专业研究生组成感官评价小组，对籽瓜皮果卷样本进行感官评价，根据表1对籽瓜皮果卷的外观、色泽、口感、风味和质地等指标进行综合评分，满分100分。感官评分的结果（Y=δ 1+δ2+δ3+δ4）为综合评分总分。

表1 籽瓜皮果卷感官评分标准

1.2.6 理化指标检测

1.2.6.1 硬度及粘附性的测定

采用质构仪对成品进行硬度及粘附性的测试，探头采用25NTA/45C锥形探头，测试条件为：起始力0.2 N、穿刺距离1 mm、测试速度30 mm/min、回升高度20 cm，重复平行3～5次，取平均值。

1.2.6.2 色差的测定

采用TMC-S型色差仪测定不同配比的护色溶液色差L、a、b值，每组测三次取平均值，并以未护色直接打浆的瓜内皮的L、a、b值为初始值空白值。采用色差公式△E=（△L2+△a2+△b2）1/2计算各处理组（护色4 min）与空白组的△E值，其中△E值越大说明色差越大［18］。

1.2.6.3 还原糖、总糖、总酸、水分的测定

还原糖、总糖：直接滴定法GB 5009.7—2016；总酸 ：GB/T 12456—2008；水分 ：直接干 燥法 GB 5009.3—2016。

1.3 数据处理方法

所有试验数据感官评分均为10次重复，所有的理化卫生指标实验结果均为3次重复，最终结果以平均值表示。采用Design-Expert V 8.0.6、Microsoft Office Excel 2010软件进行数据处理。

2 结果与分析

2.1 护色剂浓度的确定

图1 不同复合护色剂的护色效果

在预实验过程中，籽瓜内皮切块不进行护色处理，打浆放置过程中颜色会褐变，因此为了保证籽瓜内皮原色，选取常用的VC和柠檬酸复合护色处理，既能保持VC的含量，又能为后续加工提供良好的酸性风味。为确定混合溶液护色剂的最佳效果，用0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%柠檬酸和0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%的VC复合护色，依据籽瓜内皮和护色液质量比为1:2比例护色4 min，以△E作为评价指标，色差值越小，护色效果越好。由图1可知，随着柠檬酸浓度增加△E值呈现整体降低趋势，随着VC浓度的增加△E值呈现先下降后上升趋势，当0.6%VC和0.4%柠檬酸进行护色，此时△E值最小为20.76，护色效果最佳，通过可重复双因素方差分析得出，不同VC浓度对△E影响极显著（P＜0.01），不同柠檬酸浓度对色差值影响显著（P＜0.05）。因此后续工艺均采用0.6%VC和0.4%柠檬酸的复合护色液。

2.2 单因素优化产品配方

黄原胶是由野油菜黄单胞菌产生胞外阴离子多糖，作为食品増稠剂和稳定剂，具有稳定性好，剪切稀化现象，实际应用很广泛［19］。由图2A可知，随着黄原胶使用量增多，感官评分呈先增加后降低趋势，适当的黄原胶可以增加果卷的粘附性、咀嚼性，提高果卷产品口感，当黄原胶使用量达到0.4%，感官评分最高，达76分。但随着黄原胶添加量继续增多，超过0.4%时，感官评分趋于下降，主要是由于黄原胶含量过多导致果卷发硬。黄原胶添加量单因素方差分析得出P＜0.01，表明黄原胶的添加量对感官评分影响极显著。因此适宜的黄原胶添加量为0.4%。

果胶是酸性植物杂多糖，在食品工业中作为凝胶剂、稳定剂、增稠剂、乳化剂使用［20］，同时果胶也是膳食多糖一种重要来源，有益于人体健康，进而成为功能性成分的研究热点［21］。由图2B可以看出，随着果胶使用量的增多，感官评分呈先增加后缓慢下降趋势，果胶含量较少或者较多时，产品成型较差，粘性较低，当果胶使用量达到0.4%，感官评分74.3分，为单因素中最好水平，但随着果胶含量超过0.4%，其粘性变差，缺乏嚼劲。采用单因素方差分析得出，果胶添加量对感官评分影响显著（P＜0.05），因此适宜的果胶添加量为0.4%。

琼脂是由海藻中提取的多糖体，在食品工业作为增稠剂、凝固剂、悬浮剂、乳化剂，保鲜剂和稳定剂广泛使用，能与一些物质形成络合物从而改变食品的品质，提高食品的档次［22］。由图2C可以看出，随着琼脂使用量的增多，感官评分先升高后降低，适当的琼脂可以提高果卷的凝固性，透明度，使产品拥有较好外观品质，当琼脂使用量达到1.0%，感官评价得分最高达72.8分，较低含量的琼脂使产品成型变差，透明度较低，外观色泽较差，导致感官评分较低。琼脂使用量大于1.0%时，感官评分逐渐降低。主要是由于添加过多的琼脂导致口感变硬、弹性不足，咀嚼差。单因素方差分析结果表明琼脂含量对果卷感官评分影响极显著（P＜0.01），因此适宜的琼脂添加量为1.0%。

白砂糖作为食品中最重要的甜味剂，对食品风味具有举足轻重的作用，由图2D可以看出，随着白砂糖使用量的增多，感官评价先升高后降低。白砂糖使用量增加，果卷的粘附性和甜味提高，当白砂糖的使用量大于20%时，果卷失去籽瓜自身的清香，太过甜腻导致感官评分降低。通过单因素分析，白砂糖对果卷感官评分影响显著（P＜0.05），因此适宜的白砂糖使用量为20%。

图2 不同添加剂对籽瓜果卷感官评分影响

2.3 响应面试验

为分析各因素间的交互效果对产品感官的影响，在单因素基础上，采用响应面法，运用Design Expert 8.0.6软件设计，试验因素水平表见表2。

以黄原胶（A）、果胶（B）、琼脂（C）、白砂糖（D）为自变量，以籽瓜果卷的感官评价得分（Y）为响应值，结果见表3。

表2 响应面试验因素水平表

表3 Box－Benhnken试验设计及结果

经Design-Expert8.0.6对响应值进行回归分析后，各试验因素感官评价的影响可采用如下回归方程表示：Y=93.24+3.49A+2.73B+2.90C+2.73D-1.50AB-0.075AC-1.80AD+0.52BC-1.87BD+0.45CD-5.81A2-4.57B2-3.70C2-4.79D2。由表4方差分析可知，模型P＜0.0001，可知感官得分的回归方程模型呈极显著，在统计学上有意义，失拟项P＞0.05故不显著。变异系数CV=1.29%，可知试验数值具有较高的精密度和可靠性。决定系数R2=96.93%，与实际拟合度＞90%，R2adj=93.86%，表明模型能解释93.86%的响应值变化；模型预测值能较好的反映实际值，这种方法对本次实验可行。表中黄原胶和琼脂、果胶和琼脂、琼脂和白砂糖的共作用项P＞0.05外，其他各项均为P＜0.05，当P值小于0.05时表明模型因素显著，因此可以看出A、B、C、D、A2、B2、C2、D2是极显著的，AB、AD、BD 显著，AC、BC、CD不显著。结合表4中F值和P值，可以看出各因素对于产品感官评分的影响顺序分别为：A＞C＞B＞D。

表4 回归模型的方差分析

2.4 响应面分析

图3 黄原胶和果胶添加量对感官评分的交互作用

由图3可知，果卷中琼脂（C）、白砂糖（D）含量固定为0水平的情况下，黄原胶（A）和果胶（B）两者之间交互作用有一定的显著性。随着黄原胶添加量的增长，籽瓜果卷感官评价得分先上升后稍微降低；伴随着果胶添加量的增多，感官评价分数也是先增大后稍微减小，坡面很陡峭，等高线为椭圆形表示两因素交互作用显著，也证实了黄原胶和果胶含量对果卷感官评价分数的影响显著，与方差分析的结果一致。

图4 黄原胶添加量和琼脂添加量对感官评分的交互作用

由图4可知，黄原胶（A）和琼脂（C）两者之间不具有交互作用。等高线沿着黄原胶和琼脂添加量低的方向变化相对稀疏，等高线接近圆形，表示两因素交互作用不显著，也说明黄原胶和琼脂添加量的交互作用对果卷感官评分影响不显著。黄原胶和琼脂都具有增稠剂和凝固剂的作用，因此可能由于两者添加剂的相似性导致其交互作用不显著。

图5 黄原胶添加量和白砂糖添加量对感官评分的交互作用

由图5可知，伴随着白砂糖（D）添加量的增多，坡面很陡峭，等高线沿着黄原胶添加量轴变化相对密集，等高线为椭圆形表示黄原胶和白砂糖交互作用显著，证实了黄原胶和白砂糖添加量对果卷感官评分影响显著。随着糖添加量增加，果卷甜味增加口感提高，但是如果白砂糖添加量增加，反而需要更多添加剂稀释其甜味，因而感官评分中存在交互作用。

图6 果胶添加量和琼脂添加量对感官评分的交互作用

图7 果胶添加量和甜味剂添加量对感官评分的交互作用

由图6可知，响应曲面下降区域平缓，等高线为圆形表示琼脂和果胶添加量的交互作用不显著。

由图7可知，果胶和白砂糖添加量的增加，籽瓜果卷的感官评价得分先升高后稍微降低；两者的交互作用对感官评分的影响显著。通过具体评分可知，果胶和白砂糖的交互作用对果卷的组织状态和滋味气味影响比较大，主要原因为果胶具有较高的粘度，在一定温度加工的条件下，当果胶含量和糖、酸比例适当时，就会形成凝胶，给果卷产品带来独特风味，糖作为果胶凝胶的主要因素之一，因此其含量的变化直接影响果卷的组织状态，导致其交互作用对果卷产品的感官评分影响较为显著。

由图8可知，果卷中黄原胶（A）、果胶（B）添加量固定为0水平的情况下，随着琼脂（C）添加量的增加，果卷感官评价分数缓慢上升后下降；而随着白砂糖（D）添加量的增加，感官评价分数同样是缓慢上升后下降，坡面较平缓，说明琼脂和白砂糖交互作用对果卷感官评价分数的影响不显著。

图8 琼脂和白砂糖添加量对感官评分交互作用

利用数据结果，令回归方程Y等于0并对方程中的自变量分别求偏导，可以获得最佳感官评分的籽瓜果卷配方：黄原胶0.42%，果胶0.42%，琼脂1.10%，白砂糖20.53%，在此条件下制作的果卷产品感官评分最高为94.87分。

2.5 验证实验及理化指标

为了验证响应面法的可行性，用实验得出的最佳条件进行籽瓜果卷的验证性实验，通过感官评分得分为94.41，与理论计算值的误差在±1%以内，说明模型的拟合程度较好，具有实用价值。

经响应面法优化籽瓜皮果卷的最佳工艺条件为：基于籽瓜内皮的质量，添加黄原胶0.42%，果胶0.42%，琼脂1.10%，白砂糖20.53%，此工艺条件下籽瓜皮果卷的还原糖的含量为7.41%；总糖的含量为39.79%；水分的含量为38.48%；总酸的含量为0.36%。通过穿刺实验分析，籽瓜皮果卷的硬度为0.511 N；果卷的粘附性为0.325 N.mm，果卷软硬适宜。

3 结论

本研究利用籽瓜内皮，开发籽瓜皮果卷产品，可以提高籽瓜副产物利用率，增加其经济价值。籽瓜内皮在0.6%VC、0.4%柠檬酸的复合护色液4 min后打浆，经过单因素，使用响应面优化籽瓜果卷的配比，基于籽瓜内皮的质量，黄原胶添加量为0.42%，果胶添加量为0.42%，琼脂添加量为1.10%，白砂糖添加量为20.53%，在此条件下制作的果卷产品感官评分最高，所得到的果卷呈金黄色，表皮平滑细腻、无裂纹，具备一定的透明度，酸甜可口，具有籽瓜的香气。