西瓜是一种高价值农产品，在我国被广泛种植。近年来，随着国家政策扶持和西瓜种植技术的提升，我国西瓜种植面积和总产量达全球第一[1]。目前，我国西瓜主要为鲜食或加工成果汁、果醋、果酒、瓜籽等深加工产品，而西瓜翠衣占西瓜总重的30%，其副产物的回收或再利用程度低，废弃现象严重[2-6]。少部分企业将其用于饲料或者肥料，大部分瓜皮与其它废物混合后被送去填埋或焚烧，造成严重卫生和环境问题[7-8]。将西瓜翠衣再利用不仅可以解决环境问题，还可增加产品的附加值，对促进果蔬产业发展具有重要意义。
泡菜作为我国传统食品，风味独特，清脆爽口，具有预防心脑血管疾病、抗癌、抗衰老等保健功效[9-12]。有资料显示[13-16]，西瓜翠衣性凉味甘、无毒，且含有丰富的矿物质、氨基酸、维生素、黄酮等成分，适度食用利于人体健康。目前，市面上西瓜翠衣常见的加工产品有辣酱、果胶、果脯及果酒等，若能将西瓜翠衣及其有益成分进行充分加工，有助于缓解资源浪费、改善环境污染等问题。
本文主要以西瓜翠衣为原料，研究盐浓度、糖浓度、发酵温度对泡菜的影响，经单因素试验和响应面试验确定发酵的最佳工艺参数，为自然发酵条件下西瓜翠衣泡菜提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 材料与仪器
白酒、食盐、白砂糖、花椒、小米辣、生姜、大蒜、氯化钙等（均为食品级）：市售；氢氧化钠、邻苯二甲酸氢钾（分析纯）：国药集团化学试剂有限公司。
848 Titrino plus自动电位滴定仪：瑞士万通中国有限公司；250HL恒温恒湿培养箱：江苏金怡仪器科技有限公司；TA.new plus质构仪：上海瑞玢国际贸易有限公司；CP224C电子天平：奥豪斯仪器上海有限公司。
1.2 试验方法
1.2.1 工艺流程
1.2.2 操作要点
1.2.2.1 原料选择与处理
原料要求：选择当天新鲜干净、无腐烂的西瓜翠衣为原料，削去残留的红色果肉和外部青皮，清水漂洗数次，沥干水分。将西瓜翠衣切分为5 cm×1.5 cm×0.5 cm（长×宽×高）小块，脆化（用浓度为 0.1% CaCl2在30℃条件下浸泡20 min）后备用。
卤水配制：西瓜翠衣与卤水按1∶1.5（质量比）的比例进行装坛（盐浓度和糖浓度以水的质量进行计算）。
1.2.2.2 盐浓度对自然发酵条件下西瓜翠衣发酵的影响
在糖浓度6%的条件下，分别添加不同浓度的食盐：2%、4%、6%、8%、10%，在选取发酵温度为25℃的恒温培养箱中进行发酵，定时取西瓜翠衣进行产酸量测定。结合感官评价对成品品质进行评定，研究盐浓度对自然发酵条件下西瓜翠衣的影响
1.2.2.3 糖浓度对自然发酵条件下西瓜翠衣发酵的影响
在盐浓度4%的条件下，分别添加不同浓度的糖：1%、3%、5%、7%、9%，在选取发酵温度为25℃的恒温培养箱中进行发酵，定时取西瓜翠衣进行产酸量测定。结合感官评价对成品品质进行评定，研究糖浓度对自然条件下西瓜翠衣的影响。
1.2.2.4 温度对自然发酵条件下西瓜翠衣发酵的影响
在选定的糖浓度为5%、盐浓度为4%的条件下，分别在20、25、30、35℃的恒温培养箱中进行发酵，定时取西瓜翠衣进行产酸量测定，结合感官评价对成品品质进行评定，研究温度对自然发酵条件下西瓜翠衣的影响。
1.2.3 工艺条件优化
根据单因素试验结果，选取盐浓度、糖浓度和发酵温度3个考察因素，以感官评分指标为响应值，利用响应面软件对试验数据进行分析。因素水平如表1所示，西瓜翠衣泡菜感官评定标准见表2。
表1 Box-Behnken试验因素水平与编码
Table 1 The factor levels and coding of Box-Behnken experiment
水平 因素A盐浓度/% B糖浓度/% C发酵温度/℃-1 2 3 25 0 4 5 30 1 6 7 35
表2 西瓜翠衣泡菜感官评定标准
Table 2 Sensory evaluation standard for watermelon peel pickles
感官指标 感官指标要求 分值色泽（20分）泡菜色泽光亮、无褐变、发酵液澄清透明 16～20泡菜色泽清晰、稍有褐变、发酵液澄清 11～15泡菜色泽较淡、有褐变、发酵液较浑浊 6～10泡菜色泽暗淡、褐变严重、发酵液浑浊 1～5香味（20分）发酵香气浓郁 16～20发酵香气较浓郁、无异味 11～15发酵香气较淡、有异味 6～10无发酵香气、异味较重 1～5脆度（30分）质地清脆、形状完整 26～30脆度较好、形状完整 16～25脆度一般、形状基本完整 11～15脆度差、出现发软现象 1～10滋味（30分）味道协调、酸甜适中 26～30滋味较鲜、酸或甜或咸味略重 16～25滋味较淡、酸咸味一般 11～15酸或甜或咸味过重 1～10
1.2.4 检测指标
1.2.4.1 总酸的测定方法
参照GH/T 1141—2017《蜂蜜及其制品酸度的测定电位滴定法》方法测定。
1.2.4.2 质构的测定
采用质构仪测定已取样西瓜翠衣泡菜的质构。质构仪参数设定，探头：TA/36R；试验模式：全质构分析（total texture analysis，TPA）；测前速度：1.0 mm/s；测试速度：1.0 mm/s；测后速度：1.0 mm/s；触发力：15 g，每组平行测定3次，取平均值。
1.3 数据处理
采用Origin8.5软件进行数据的初步处理及作图，用SPSS Statistics 19.0软件进行显著性分析，P＜0.05时差异显著，试验结果用均值±标准差表示，响应面试验数据采用Design-Expert.V8.0.6.1软件进行分析处理。
2 结果与分析
2.1 盐浓度对西瓜翠衣发酵的影响
食盐不仅有防腐作用，而且具有高渗透压，可使细胞内的水分流出，渗入部分盐味，对泡菜风味产生影响，此外食盐浓度还影响泡菜的发酵速度[17]。在糖浓度6%、温度为25℃的条件下，不同盐浓度对西瓜翠衣泡菜发酵的影响见图1。
图1 不同盐浓度对西瓜翠衣泡菜产酸量的影响
Fig.1 Effect of different salt concentration on the acid production of watermelon peel pickles
不同字母表示同一时间下比较差异显著，P＜0.05。
从图1可以看出，随着发酵时间的延长，西瓜翠衣泡菜中总酸量不断增加。盐浓度为4%的西瓜翠衣泡菜，在同一时间下，总酸量均明显高于其它盐浓度泡菜（P＜0.05），且泡菜液清澈透明无沉淀，泡菜色泽好，发酵香味浓郁，脆性较好，后期也未出现杂菌现象。当盐浓度大于4%时，随盐浓度升高总酸含量反而下降，高浓度食盐抑制了乳酸菌的繁殖及发酵活力，咸味过大影响消费者喜好；当盐浓度为2%时，泡菜感官性状差，出现脆性低，香气、滋味不佳，后期易滋生杂菌现象。综合产酸速度和感官评价，选择4%盐浓度为西瓜翠衣泡菜的最佳条件。
2.2 糖浓度对西瓜翠衣发酵的影响
糖作为乳酸菌的碳源，可促进乳酸菌的繁殖，有利于抑制杂菌，提高发酵速度，同时增加泡菜的色泽和口感[18]。在盐浓度4%、温度为25℃的条件下，不同糖浓度对西瓜翠衣泡菜发酵的影响见图2。
从图2可以看出，西瓜翠衣泡菜中总酸量随着发酵时间的延长而增加，且在一定范围内与糖浓度成正比关系。当糖浓度为5%时，产酸量显著高于低糖浓度泡菜的产酸量（P＜0.05），且泡菜味道协调、酸甜适中。当糖浓度小于5%时，发酵速度慢，产酸不足，口感稍有欠佳。当糖浓度大于5%时，泡菜产酸量增长速度明显减慢，且过量的增加糖浓度不仅会加大成本而且口味过甜，容易掩盖泡菜特有的咸、酸味，风味不佳，影响泡菜的品质。综合考虑生产成本及感官评定，选择5%糖浓度为西瓜翠衣泡菜的最佳条件。
图2 不同糖浓度对西瓜翠衣泡菜产酸量的影响
Fig.2 Effect of different sucrose concentration on the acid production of watermelon peel pickles
不同字母表示同一时间下比较差异显著，P＜0.05。
2.3 发酵温度对西瓜翠衣发酵的影响
在盐浓度4%、糖浓度5%的条件下，不同温度对自然发酵条件下西瓜翠衣泡菜发酵的影响见图3。
图3 不同发酵温度对西瓜翠衣泡菜产酸量的影响
Fig.3 Effect of different fermentation temperature on the acid production of watermelon peel pickles
不同字母表示同一时间下比较差异显著，P＜0.05。
从图3可以看出，随着发酵温度的不断升高，西瓜翠衣泡菜中总酸量不断增加。20℃发酵泡菜时，存在产酸量小，发酵周期长的问题。当发酵温度升高时，产酸量增长较快，但发酵6 d时，35℃发酵温度与30℃发酵温度的产酸量差异不显著（P＞0.05）。且35℃发酵的泡菜液浑浊，底部有沉淀，泡菜色泽暗淡，脆性较差，热臭味明显。30℃发酵的泡菜液澄清，泡菜色泽明亮，脆性较好，有脂香味。综合考虑发酵周期及感官评定，选择30℃为西瓜翠衣泡菜的最佳发酵温度。
2.4 自然发酵条件下西瓜翠衣泡菜工艺条件优化
响应面试验设计及试验结果如表3所示。
表3 Box-Behnken试验设计与结果
Table 3 Design and results of Box-Behnken experiment
试验序号 A B C Y感官评分1-1 -1 0 68 2 1-1 0 70 3-1 1 0 62 4 1 1 0 69 5-1 0 -1 64 6 1 0 -1 80 7-1 0 1 65 8 1 0 1 62 9 0-1 -1 85 10 0 1 -1 75 11 0 -1 1 71 12 0 1 1 67 13 0 0 0 84 14 0 0 0 81 15 0 0 0 83 16 0 0 0 81 17 0 0 0 82
利用响应面软件对表3中得到的响应面试验结果进行多元线性回归拟合，可以初步得到西瓜翠衣泡菜感官评分（Y）对应自然发酵条件中盐浓度（A）、糖浓度（B）、发酵温度（C）的回归方程模型为：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为感官评分，A、B、C分别表示3个影响因素各自对应的编码值。
2.5 方差分析
回归方程模型的方差和显著性分析见表4。
表4 回归方程模型的方差和显著性分析
Table 4 Variance and significance analysis of regression equation model
注：**表示差异极显著（P＜0.01）；* 差异显著（0.01＜P＜0.05）。
来源 平方和 自由度 均方差 F值 P值 显著性模型 1 082.19 9 120.24 46.63 <0.000 1 **A 60.50 1 60.5 23.46 0.0019 *B 55.13 1 55.13 21.38 0.0024 *C 190.13 1 190.13 73.73 <0.000 1 **AB 6.25 1 6.25 2.42 0.163 5 AC 90.25 1 90.25 35.00 0.000 6 **BC 9.00 1 9.00 3.49 0.10 39 A2 495.67 1 495.67 192.23 <0.000 1 **B2 70.78 1 70.78 27.45 0.001 2 *C2 54.57 1 54.57 21.16 0.002 5 *残差 18.05 7 2.58失拟项 11.25 3 3.75 2.21 0.229 9纯误差 6.80 4 1.70总和 1 100.24 16
从表4中可以看出，该试验模型F值=46.63，P值<0.000 1，失拟项P值为0.229 9（不显著），说明该模型误差较小能够很好地预测响应值。该模型中各个影响因素的相关系数R2=0.983 6，表明该模型拟合程度较高[19-20]。综上所述，证明该回归方程模型可靠程度和准确程度均较高，可以用该模型对自然发酵条件下西瓜翠衣泡菜最佳工艺参数进行分析、优化及预测。通过比较F值的大小可知各因素对西瓜翠衣泡菜感官评分影响大小分别为发酵温度（C）>盐浓度（A）>糖浓度（B）。一次项A、B、C 均达到了极显著水平（P＜0.01），模型的线性效应极显著；二次项A2、B2、C2均达到了极显著水平（P＜0.01），交互项 AC 极显著（P＜0.01），AB、BC不显著（P＞0.05），表明交互作用影响较小。从交互项系数可以看出，盐浓度与发酵温度交互作用>糖浓度与发酵温度交互作用＞盐浓度与糖浓度交互作用。
2.6 因素间交互作用影响
各因素交互作用对西瓜翠衣泡菜感官评分的影响见图4。
图4 各因素交互作用对西瓜翠衣泡菜感官评分的影响
Fig.4 Response surface plots showing the effect of various factors on sensory score of watermelon peel pickles
从图4可以直观地反映出当固定盐浓度（A）、糖浓度（B）、发酵温度（C）中任一个因素时，分析另外2个因素及其交互作用对自然发酵条件下西瓜翠衣泡菜感官评分的影响情况。在响应面图中，曲面倾斜程度与各因素对西瓜翠衣泡菜感官评分（响应值）的影响成正相关。当发酵温度固定在0（30℃）水平时，泡菜感官评分随着盐浓度和糖浓度先升高再缓慢下降，响应曲面的坡度较为平缓，二者的交互作用对响应值的影响不显著（P=0.163 5）。当糖浓度固定在0（5%）水平时，泡菜感官评分随着盐浓度先升高后缓慢下降，随发酵温度逐渐下降，响应曲面的坡度较陡，说明二者的交互作用对响应值的影响显著（P=0.000 6）。当盐浓度固定在0（4%）水平时，泡菜感官评分随糖浓度和发酵温度升高而逐渐下降，响应曲面的坡度较平缓，说明二者的交互作用对响应值的影响不显著（P=0.1039）。响应面分析的结果均与表4中回归方程模型的方差和显著性分析的结果一致，说明该回归方程模型可信。
2.7 最佳工艺条件的预测及验证
利用响应面软件对优化后的回归方程求解，可以得出自然发酵条件下西瓜翠衣泡菜最佳工艺参数：盐浓度为4.63%、糖浓度为4.10%、发酵温度为25.10℃，此条件下西瓜翠衣泡菜感官评分的理论值为85.61分。由于试验操作的可行性，将西瓜翠衣泡菜的发酵工艺参数修正为：盐浓度4.6%、糖浓度4%、发酵温度25℃，此条件下，西瓜翠衣泡菜感官评分为87分。实测值跟模型的预测值只有较小差别，表明用此线性回归方程模型具有一定实际意义，可以用来优化自然发酵条件下西瓜翠衣泡菜最佳工艺参数。
西瓜翠衣泡菜最佳工艺参数确定及验证试验见表5。
表5 西瓜翠衣泡菜最佳工艺参数确定及验证试验
Table 5 Determination of the best technological parameters of watermelon peel pickles and its verification experiment
盐浓度/% 糖浓度/% 发酵温度/℃总酸含量/（g/kg）硬度/N感官评分4.6 4 25 6.78 24.94 87
3 结论
通过采用单因素试验和响应面试验，优化得到最佳的发酵工艺条件为：盐浓度4.6%、糖浓度4%、发酵温度25℃。在此条件下得到的西瓜翠衣泡菜软硬适中、酸甜适口、泡菜风味佳，无异味。因此，该工艺条件下腌制的西瓜翠衣泡菜品质最佳。
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