自然發(fā)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(xué)院理學(xué)院，云南 蒙自 661199）

西瓜是一種高價值農(nóng)產(chǎn)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(shù)的提升，我國西瓜種植面積和總產(chǎn)量達(dá)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(chǎn)品，而西瓜翠衣占西瓜總重的30%，其副產(chǎn)物的回收或再利用程度低，廢棄現(xiàn)象嚴(yán)重[2-6]。少部分企業(yè)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(yán)重衛(wèi)生和環(huán)境問題[7-8]。將西瓜翠衣再利用不僅可以解決環(huán)境問題，還可增加產(chǎn)品的附加值，對促進(jìn)果蔬產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重要意義。

泡菜作為我國傳統(tǒng)食品，風(fēng)味獨特，清脆爽口，具有預(yù)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(zhì)、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(chǎn)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(jìn)行充分加工，有助于緩解資源浪費、改善環(huán)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(fā)酵溫度對泡菜的影響，經(jīng)單因素試驗和響應(yīng)面試驗確定發(fā)酵的最佳工藝參數(shù)，為自然發(fā)酵條件下西瓜翠衣泡菜提供理論依據(jù)。

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(tuán)化學(xué)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(yǎng)箱：江蘇金怡儀器科技有限公司；TA.new plus質(zhì)構(gòu)儀：上海瑞玢國際貿(mào)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(dāng)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(shù)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(zhì)量比）的比例進(jìn)行裝壇（鹽濃度和糖濃度以水的質(zhì)量進(jìn)行計算）。

1.2.2.2 鹽濃度對自然發(fā)酵條件下西瓜翠衣發(fā)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(fā)酵溫度為25℃的恒溫培養(yǎng)箱中進(jìn)行發(fā)酵，定時取西瓜翠衣進(jìn)行產(chǎn)酸量測定。結(jié)合感官評價對成品品質(zhì)進(jìn)行評定，研究鹽濃度對自然發(fā)酵條件下西瓜翠衣的影響

1.2.2.3 糖濃度對自然發(fā)酵條件下西瓜翠衣發(fā)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(fā)酵溫度為25℃的恒溫培養(yǎng)箱中進(jìn)行發(fā)酵，定時取西瓜翠衣進(jìn)行產(chǎn)酸量測定。結(jié)合感官評價對成品品質(zhì)進(jìn)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(fā)酵條件下西瓜翠衣發(fā)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(yǎng)箱中進(jìn)行發(fā)酵，定時取西瓜翠衣進(jìn)行產(chǎn)酸量測定，結(jié)合感官評價對成品品質(zhì)進(jìn)行評定，研究溫度對自然發(fā)酵條件下西瓜翠衣的影響。

1.2.3 工藝條件優(yōu)化

根據(jù)單因素試驗結(jié)果，選取鹽濃度、糖濃度和發(fā)酵溫度3個考察因素，以感官評分指標(biāo)為響應(yīng)值，利用響應(yīng)面軟件對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。因素水平如表1所示，西瓜翠衣泡菜感官評定標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)Table 2 Sensory evaluation standard for watermelon peel pickles

1.2.4 檢測指標(biāo)

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(zhì)構(gòu)的測定

采用質(zhì)構(gòu)儀測定已取樣西瓜翠衣泡菜的質(zhì)構(gòu)。質(zhì)構(gòu)儀參數(shù)設(shè)定，探頭：TA/36R；試驗?zāi)Ｊ剑喝|(zhì)構(gòu)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(fā)力：15 g，每組平行測定3次，取平均值。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Origin8.5軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的初步處理及作圖，用SPSS Statistics 19.0軟件進(jìn)行顯著性分析，P＜0.05時差異顯著，試驗結(jié)果用均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示，響應(yīng)面試驗數(shù)據(jù)采用Design-Expert.V8.0.6.1軟件進(jìn)行分析處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 鹽濃度對西瓜翠衣發(fā)酵的影響

食鹽不僅有防腐作用，而且具有高滲透壓，可使細(xì)胞內(nèi)的水分流出，滲入部分鹽味，對泡菜風(fēng)味產(chǎn)生影響，此外食鹽濃度還影響泡菜的發(fā)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(fā)酵的影響見圖1。

圖1 不同鹽濃度對西瓜翠衣泡菜產(chǎn)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(fā)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(fā)酵香味濃郁，脆性較好，后期也未出現(xiàn)雜菌現(xiàn)象。當(dāng)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(fā)酵活力，咸味過大影響消費者喜好；當(dāng)鹽濃度為2%時，泡菜感官性狀差，出現(xiàn)脆性低，香氣、滋味不佳，后期易滋生雜菌現(xiàn)象。綜合產(chǎn)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(fā)酵的影響

糖作為乳酸菌的碳源，可促進(jìn)乳酸菌的繁殖，有利于抑制雜菌，提高發(fā)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(fā)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(fā)酵時間的延長而增加，且在一定范圍內(nèi)與糖濃度成正比關(guān)系。當(dāng)糖濃度為5%時，產(chǎn)酸量顯著高于低糖濃度泡菜的產(chǎn)酸量（P＜0.05），且泡菜味道協(xié)調(diào)、酸甜適中。當(dāng)糖濃度小于5%時，發(fā)酵速度慢，產(chǎn)酸不足，口感稍有欠佳。當(dāng)糖濃度大于5%時，泡菜產(chǎn)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(fēng)味不佳，影響泡菜的品質(zhì)。綜合考慮生產(chǎn)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(chǎn)酸量的影響Fig.2 Effect of different sucrose concentration on the acid production of watermelon peel pickles

2.3 發(fā)酵溫度對西瓜翠衣發(fā)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(fā)酵條件下西瓜翠衣泡菜發(fā)酵的影響見圖3。

圖3 不同發(fā)酵溫度對西瓜翠衣泡菜產(chǎn)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(fā)酵溫度的不斷升高，西瓜翠衣泡菜中總酸量不斷增加。20℃發(fā)酵泡菜時，存在產(chǎn)酸量小，發(fā)酵周期長的問題。當(dāng)發(fā)酵溫度升高時，產(chǎn)酸量增長較快，但發(fā)酵6 d時，35℃發(fā)酵溫度與30℃發(fā)酵溫度的產(chǎn)酸量差異不顯著（P＞0.05）。且35℃發(fā)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(fā)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(fā)酵周期及感官評定，選擇30℃為西瓜翠衣泡菜的最佳發(fā)酵溫度。

2.4 自然發(fā)酵條件下西瓜翠衣泡菜工藝條件優(yōu)化

響應(yīng)面試驗設(shè)計及試驗結(jié)果如表3所示。

表3 Box-Behnken試驗設(shè)計與結(jié)果Table 3 Design and results of Box-Behnken experiment

利用響應(yīng)面軟件對表3中得到的響應(yīng)面試驗結(jié)果進(jìn)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(yīng)自然發(fā)酵條件中鹽濃度（A）、糖濃度（B）、發(fā)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(yīng)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?zāi)Ｐ虵值=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(yù)測響應(yīng)值。該模型中各個影響因素的相關(guān)系數(shù)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(zhǔn)確程度均較高，可以用該模型對自然發(fā)酵條件下西瓜翠衣泡菜最佳工藝參數(shù)進(jìn)行分析、優(yōu)化及預(yù)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(fā)酵溫度（C）>鹽濃度（A）>糖濃度（B）。一次項A、B、C 均達(dá)到了極顯著水平（P＜0.01），模型的線性效應(yīng)極顯著；二次項A2、B2、C2均達(dá)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(shù)可以看出，鹽濃度與發(fā)酵溫度交互作用>糖濃度與發(fā)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(dāng)固定鹽濃度（A）、糖濃度（B）、發(fā)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(fā)酵條件下西瓜翠衣泡菜感官評分的影響情況。在響應(yīng)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(yīng)值）的影響成正相關(guān)。當(dāng)發(fā)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(yīng)曲面的坡度較為平緩，二者的交互作用對響應(yīng)值的影響不顯著（P=0.163 5）。當(dāng)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(fā)酵溫度逐漸下降，響應(yīng)曲面的坡度較陡，說明二者的交互作用對響應(yīng)值的影響顯著（P=0.000 6）。當(dāng)鹽濃度固定在0（4%）水平時，泡菜感官評分隨糖濃度和發(fā)酵溫度升高而逐漸下降，響應(yīng)曲面的坡度較平緩，說明二者的交互作用對響應(yīng)值的影響不顯著（P=0.1039）。響應(yīng)面分析的結(jié)果均與表4中回歸方程模型的方差和顯著性分析的結(jié)果一致，說明該回歸方程模型可信。

2.7 最佳工藝條件的預(yù)測及驗證

利用響應(yīng)面軟件對優(yōu)化后的回歸方程求解，可以得出自然發(fā)酵條件下西瓜翠衣泡菜最佳工藝參數(shù)：鹽濃度為4.63%、糖濃度為4.10%、發(fā)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(fā)酵工藝參數(shù)修正為：鹽濃度4.6%、糖濃度4%、發(fā)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(yù)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(yōu)化自然發(fā)酵條件下西瓜翠衣泡菜最佳工藝參數(shù)。

西瓜翠衣泡菜最佳工藝參數(shù)確定及驗證試驗見表5。

表5 西瓜翠衣泡菜最佳工藝參數(shù)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(jié)論

通過采用單因素試驗和響應(yīng)面試驗，優(yōu)化得到最佳的發(fā)酵工藝條件為：鹽濃度4.6%、糖濃度4%、發(fā)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(fēng)味佳，無異味。因此，該工藝條件下腌制的西瓜翠衣泡菜品質(zhì)最佳。