西瓜皮佐餐小菜高CO2協(xié)同超聲減壓腌制技術(shù)

郭艷利，席冉，陳蘭，李喜宏*

天津科技大學(xué)食品工程與生物技術(shù)學(xué)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(chǎn)量上都達(dá)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(dá)70%以上，中商產(chǎn)業(yè)研究院預(yù)計到2020年，我國西瓜的產(chǎn)量將達(dá)8 182.35萬 t。如今西瓜加工產(chǎn)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(dá)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(dá)355.52 mg/g；并且西瓜皮中的硝酸鹽含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于國家的安全標(biāo)準(zhǔn)。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(jīng)濟(jì)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(chǎn)品與時俱進(jìn)，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(nèi)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(shù)、設(shè)施設(shè)備、管理體系等各方面基礎(chǔ)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(dá)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(qiáng)研究新技術(shù)在我國腌制菜中應(yīng)用，為我國腌制技術(shù)的進(jìn)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(zhì)的影響，對果皮顏色、硬度、細(xì)胞膜滲透性進(jìn)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(nóng)貿(mào)批發(fā)市場。

1.2 試驗方法

1.2.1 細(xì)胞膜滲透性的測定

將果實從相應(yīng)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(zhuǎn)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(jìn)行電導(dǎo)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(dǎo)率。按式（1）相對電導(dǎo)率。

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

1.2.2 硬度

使用P/2n針狀探頭（直徑2 mm），進(jìn)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(fù)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(jìn)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(fù)則為綠色；b指示被測物為黃或藍(lán)色，為正則為黃色，為負(fù)則為藍(lán)色。-a/b則表示葉綠素與脫鎂葉綠素間的轉(zhuǎn)化率關(guān)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(yīng)面試驗進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 高CO2濃度對西瓜皮佐餐小菜品質(zhì)的影響

2.1.1 高CO2濃度對西瓜皮佐餐小菜細(xì)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(xì)胞膜滲透性的影響，結(jié)果如圖1所示。

隨著空氣中CO2濃度的增加，細(xì)胞膜的滲透性在逐漸增大，說明高CO2濃度會對瓜皮的細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)造成破壞，使物質(zhì)更易進(jìn)入細(xì)胞，且在CO2濃度低于50%時對細(xì)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(jīng)濟(jì)效益，CO2濃度不宜超過50%。

圖1 CO2濃度對產(chǎn)品細(xì)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(jié)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(hù)色工藝中，酶活性已基本喪失，即使細(xì)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(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的破裂對其硬度不會產(chǎn)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(xué)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(chǎn)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(zhì)的影響

2.2.1 高CO2處理時間對西瓜皮佐餐小菜細(xì)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(xì)胞膜滲透性的影響，結(jié)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(xì)胞膜的滲透性在逐漸增大，處理時間超過12 h后，細(xì)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(jié)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(hù)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(chǎn)品細(xì)胞膜滲透性的影響

表3 不同高CO2處理時間下產(chǎn)品的顏色和硬度

2.3 超聲功率對西瓜皮佐餐小菜品質(zhì)的影響

2.3.1 超聲功率對西瓜皮佐餐小菜細(xì)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(xì)胞膜滲透性的影響，結(jié)果如圖3所示。

隨著超聲功率的增大，西瓜皮佐餐小菜細(xì)胞膜的滲透性在逐漸增大。

圖3 超聲功率對產(chǎn)品細(xì)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(jié)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(chǎn)品的顏色和硬度

2.4 超聲時間對西瓜皮佐餐小菜品質(zhì)的影響

2.4.1 超聲時間對西瓜皮佐餐小菜細(xì)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(xì)胞膜滲透性的影響，結(jié)果如圖4所示。

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

圖4 超聲時間對產(chǎn)品細(xì)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(jié)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(chǎn)品的顏色和硬度

2.5 減壓處理對西瓜皮佐餐小菜品質(zhì)的影響

2.5.1 減壓處理對西瓜皮佐餐小菜細(xì)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(xì)胞膜滲透性的影響，結(jié)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(xì)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(xì)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(jié)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(chǎn)品細(xì)胞膜滲透性的影響

表6 不同減壓處理時間下產(chǎn)品的顏色和硬度

2.6 響應(yīng)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(shù)單因素試驗結(jié)果，分析各個因素對西瓜皮佐餐小菜細(xì)胞膜滲透性的影響，同時兼顧小菜顏色和硬度的品質(zhì)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(jié)果的基礎(chǔ)上，以細(xì)胞膜滲透性為響應(yīng)值進(jìn)行五因素三水平響應(yīng)面設(shè)計分析，響應(yīng)面因素水平表見表7。

表7 腌制工藝響應(yīng)面因素水平表

2.6.1 響應(yīng)面試驗結(jié)果及方差分析

響應(yīng)面試驗設(shè)計方案及試驗結(jié)果以及通過響應(yīng)面軟件分析所得各試驗的預(yù)測值如表8所示（每組試驗重復(fù)三次，結(jié)果取平均值）。

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

由表9可知，以細(xì)胞膜滲透性（Y）為響應(yīng)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(xì)胞膜滲透性這個響應(yīng)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(jìn)行很好的分析和預(yù)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(yīng)面試驗設(shè)計表及試驗結(jié)果

表9 回歸方程方差分析

2.6.2 等高線與響應(yīng)面分析

通過回歸模型的響應(yīng)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(xì)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(xì)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(xì)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(xì)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(xì)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(xì)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(xì)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(xì)胞膜滲透性影響的等高圖與響應(yīng)面曲圖

3 結(jié)論

為了進(jìn)一步確定西瓜皮佐餐小菜CO2協(xié)同超聲減壓腌制技術(shù)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(xì)胞膜滲透性為主要衡量指標(biāo)，將響應(yīng)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(xì)胞膜滲透性為85.30，經(jīng)試驗驗證，在最優(yōu)條件下，所得產(chǎn)品感官品質(zhì)為85.23～85.51，這表明用響應(yīng)面法對西瓜皮佐餐小菜CO2協(xié)同超聲減壓腌制技術(shù)的各工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化研究是合理可行的，具有實際價值。