水代法核桃油副產(chǎn)物制備核桃乳的工藝研究

馮紅霞，馬立志，岑順友，周笑犁，劉曉燕，常云鶴

(1.貴陽學(xué)院 食品與制藥工程學(xué)院，貴陽550005； 2.貴州省果品加工工程技術(shù)研究中心，貴陽550005； 3.貴州博興生物科技有限公司，貴陽550008)

核桃仁中脂肪含量高達(dá)60%～70%，是重要的食用油料資源[1]。核桃油中不飽和脂肪酸含量達(dá)到90%，主要由油酸、亞油酸和亞麻酸組成[2]，其中亞油酸和亞麻酸具有“動脈清道夫”之美譽(yù)，對軟化血管、預(yù)防高血壓、預(yù)防心血管疾病具有顯著療效。核桃仁蛋白質(zhì)含量為14%～17%，是一種全價的營養(yǎng)蛋白，18種氨基酸齊全，而且人體所需的8種必需氨基酸含量比例適合，對人體生理有重要功能的谷氨酸、天門冬氨酸、精氨酸的含量均較高，所以核桃也是一種優(yōu)質(zhì)蛋白資源[3]。

目前，核桃加工企業(yè)一般采用壓榨法制備核桃油，所得餅通過磨漿、均質(zhì)與復(fù)配等處理進(jìn)一步加工成核桃粉或核桃乳產(chǎn)品[4]，形成了一條完整的產(chǎn)業(yè)鏈。但壓榨法中的熱榨工藝需要對油料進(jìn)行高溫蒸炒處理，導(dǎo)致餅中蛋白質(zhì)變性嚴(yán)重[5]，大大降低了核桃蛋白的溶解性，造成核桃乳產(chǎn)品容易出現(xiàn)分層現(xiàn)象。壓榨法中的冷榨工藝出油率較低，餅中殘油率較高，導(dǎo)致所生產(chǎn)的核桃乳產(chǎn)品容易出現(xiàn)脂肪上浮、氧化酸敗的現(xiàn)象，極大地降低了產(chǎn)品的穩(wěn)定性。溶劑浸提法可顯著提高核桃油的提取率，但核桃油及核桃粉、核桃乳產(chǎn)品中容易出現(xiàn)溶劑殘留問題，存在一定的安全隱患，且溶劑污染較為嚴(yán)重，能耗較大。

同壓榨法及浸出法相比，水代法可實現(xiàn)核桃油與核桃蛋白的同步提取，既可以得到較高品質(zhì)的核桃油，同時也可避免核桃蛋白在加工過程中因變性而營養(yǎng)損失，使核桃的加工特性及營養(yǎng)功能得到很好的保留。將水代法提取核桃油副產(chǎn)物水提液用于核桃乳飲料的制作，不僅避免了廢水的排放，又可回收水提液中的蛋白質(zhì)、多糖等物質(zhì)，減少資源浪費(fèi)、環(huán)境污染。然而，在水代法提油過程中，pH和離子強(qiáng)度影響核桃蛋白的溶解性，進(jìn)而影響核桃乳的穩(wěn)定性，而且核桃乳飲料中的蛋白質(zhì)在水中的溶解度不大，隨著貯存期的延長，核桃乳飲料易出現(xiàn)沉淀增加、渾濁等問題。因此，核桃乳的穩(wěn)定性是以水代法提取核桃油副產(chǎn)物為原料制備核桃乳飲料工藝過程中的一個關(guān)鍵問題。本研究主要考察pH、離子強(qiáng)度、穩(wěn)定劑羧甲基纖維素及果膠的添加量對核桃乳穩(wěn)定性的影響，運(yùn)用正交試驗優(yōu)化確定最佳工藝參數(shù)，以期為水代法提取核桃油副產(chǎn)物的高值化利用提供技術(shù)保障，為水代法在核桃加工中的產(chǎn)業(yè)推廣提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1 原料與試劑

脫殼核桃仁(黔核5號)，產(chǎn)于貴州省畢節(jié)市赫章縣；檸檬酸、碳酸氫鈉、氯化鈉、羧甲基纖維素(CMC)、蔗糖、果膠均為食品級，購于河南慶飛食品配料有限公司；蜂蜜為市售。

1.1.2 儀器與設(shè)備

CS-700高速多功能粉碎機(jī)，DF-101S集熱式恒溫磁力攪拌器，PHS-3C+酸度計，F(xiàn)50膠體磨，60-6S 高壓均質(zhì)機(jī)，YXQ-LS-50SII立式壓力蒸汽滅菌鍋，TGL-16A臺式高速冷凍離心機(jī)，DZF真空恒溫干燥箱，KBR01-50去離子水設(shè)備。

1.2 試驗方法

1.2.1 原料成分測定

脂肪含量測定，GB 5009.6—2016；蛋白質(zhì)含量測定，GB 5009.5—2016；水分含量測定，GB 5009.3—2016；灰分含量測定，GB 5009.4—2016。

1.2.2 核桃乳的制備

1.2.2.1 工藝流程(見圖1)

圖1 核桃乳制備工藝流程

1.2.2.2 操作要點

(1)原料選擇：剔除壞的核桃仁，盡量挑揀顆粒飽滿的核桃仁。

(2)脫皮：將核桃仁60℃熱水中浸泡30 min[6]，剝?nèi)ズ颂冶砥ぃ瑸r干水分。

(3)烘干：將核桃仁置于45℃真空恒溫干燥箱中烘至水分含量5%[7]。

(4)粉碎：在高速多功能粉碎機(jī)中粉碎，每5 s按1次開關(guān)，重復(fù)5次，粉碎至無沙粒感為止。

(5)水提-離心：粉碎的核桃仁與水按照1∶3進(jìn)行混合，在65℃水浴中，不同pH(通過質(zhì)量分?jǐn)?shù)50%的檸檬酸和50%的碳酸氫鈉調(diào)節(jié)[8])和不同離子強(qiáng)度(氯化鈉的離子濃度[9])條件下進(jìn)行水提，水提時間3 h，攪拌轉(zhuǎn)速30 r/min。水提完成后，將水提液冷卻至室溫后置于離心機(jī)中，在10 000 r/min、5℃條件下離心20 min。

(6)分離：離心后將漿液置于梨形分液漏斗中靜置，分離下層水提液。

(7)收集水提液，制作核桃乳飲料：①磨漿。水提液與水按照1∶3比例用膠體磨進(jìn)行磨漿。②過濾。將磨漿所得的液體用篩網(wǎng)進(jìn)行過濾(篩網(wǎng)規(guī)格為100目)。③調(diào)配。將CMC、果膠和蔗糖在水中完全溶解，再與核桃乳混合，最后加入蜂蜜和檸檬酸并攪拌均勻(其中蔗糖添加量6%，檸檬酸添加量0.1%，蜂蜜添加量4%[10])。④均質(zhì)。均質(zhì)的原理在于高壓均質(zhì)機(jī)通過空穴效應(yīng)和剪切效應(yīng)將核桃乳飲料中的核桃蛋白分子破碎成更微小的粒子，使添加劑均勻地分布在核桃蛋白表面，降低核桃蛋白球的表面張力，顯著改善所制備產(chǎn)品的穩(wěn)定性。將已經(jīng)調(diào)配好的核桃乳飲料置于高壓均質(zhì)機(jī)中于50℃、壓力40 MPa條件下均質(zhì)2次，使核桃乳混合更均勻。⑤滅菌。將均質(zhì)完成的核桃乳分裝到玻璃瓶中，在121℃條件下滅菌15 min[11]，冷卻至室溫。

1.2.3 核桃乳穩(wěn)定性指標(biāo)的測定

離心沉淀率的測定：將放置一段時間的核桃乳搖晃均勻后，精確稱量10 g樣品，在4 000 r/min、5℃條件下離心15 min，收集沉淀物并稱重，按下式計算離心沉淀率。

離心沉淀率=沉淀物質(zhì)量/離心樣品質(zhì)量×100%

通過測定核桃乳的離心沉淀率來判斷其穩(wěn)定性。一般情況下，離心沉淀率越小，說明核桃乳穩(wěn)定性越好。按下式計算核桃乳穩(wěn)定性。

核桃乳穩(wěn)定性=1-離心沉淀率

1.2.4 統(tǒng)計與分析

采用Origin 8.0軟件、Design expert 8.0軟件對試驗數(shù)據(jù)、正交試驗進(jìn)行分析處理。

2 結(jié)果與討論

2.1 原料成分(見表1)

表1 核桃仁的成分 %

由表1可知，核桃仁中的脂肪含量為64.32%，蛋白質(zhì)含量為20.61%，水分含量為5.47%，灰分含量為6. 92%。由此可知，油脂和蛋白質(zhì)的同步提取將大大增加核桃營養(yǎng)成分的加工與利用程度。

2.2 單因素試驗

2.2.1 pH對核桃乳穩(wěn)定性的影響

在離子強(qiáng)度0.6 mol/L、CMC和果膠添加量均為0.2%的條件下，考察pH分別為4、5、6、7、8對核桃乳穩(wěn)定性的影響，結(jié)果如圖2所示。

圖2 不同pH對核桃乳穩(wěn)定性的影響

由圖2可知，當(dāng)pH為5時，核桃乳穩(wěn)定性最差，而在偏離pH為5的條件下，核桃乳的穩(wěn)定性均較高，在pH為7時，核桃乳穩(wěn)定性最高，達(dá)到95.53%。該結(jié)果與齊西婷[12]關(guān)于pH對核桃蛋白粕溶解度影響的研究結(jié)果相一致。核桃中蛋白質(zhì)是兩性分子，在偏離等電點(其等電點在pH 5左右)的環(huán)境中，核桃蛋白即呈復(fù)雜的負(fù)離子或是正離子狀態(tài)，離子之間的電荷相互排斥，核桃蛋白分子變得分散，水分子與核桃蛋白分子表面的極性基團(tuán)的吸引作用，使得核桃蛋白在水中高度水化，核桃蛋白液的pH越遠(yuǎn)離核桃蛋白的等電點，其水化作用就越強(qiáng)，從而核桃蛋白分子分散性越好，其在水中的溶解度越大，后期制備的核桃乳飲料穩(wěn)定性則越好[9]。當(dāng)pH超過7時，核桃乳穩(wěn)定性又呈現(xiàn)降低趨勢。因此，在正交優(yōu)化試驗中，選定pH為6～8。

2.2.2 離子強(qiáng)度對核桃乳穩(wěn)定性的影響

在pH為7、CMC和果膠添加量均為0.2%的條件下，考察離子強(qiáng)度分別為0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 mol/L對核桃乳穩(wěn)定性的影響，結(jié)果如圖3所示。

圖3 不同離子強(qiáng)度對核桃乳穩(wěn)定性的影響

由圖3可知，核桃乳穩(wěn)定性隨著離子強(qiáng)度的增加而增加，在離子強(qiáng)度為0.8 mol/L時，核桃乳穩(wěn)定性達(dá)到最大，為95.48%。該趨勢與吳金鋆[13]的研究結(jié)果相一致。醇溶蛋白、球蛋白和谷蛋白作為核桃蛋白的主要成分，都是鹽溶性蛋白質(zhì)。中性鹽溶液如氯化鈉在溶解植物蛋白時，植物蛋白質(zhì)在液體中的溶解度會隨著鹽濃度的改變而有所變化，這可能是由于氯化鈉溶液濃度較低時，隨著離子強(qiáng)度的增加，氯化鈉離子與核桃蛋白分子帶相反電荷的基團(tuán)相互作用形成雙電層，核桃蛋白分子間的靜電作用會因此降低，使得核桃蛋白分子更好地分散，從而增大核桃蛋白的溶解度，因此核桃乳穩(wěn)定性也隨之增加[14]。當(dāng)鹽濃度繼續(xù)增大時，鹽離子壓縮了交替的擴(kuò)散雙電層，破壞了靜電復(fù)合物的形成, 從而引起蛋白溶液體系的斥力位壘下降, 其穩(wěn)定性也隨之下降[15]。因此，在正交試驗中，離子強(qiáng)度范圍選定為0.6～1.0 mol/L。

2.3 正交試驗

根據(jù)單因素試驗，選取對核桃乳穩(wěn)定性影響較大的pH、離子強(qiáng)度各3水平。梁郎都[16]指出，植物蛋白飲料中通常使用的CMC、PGA、黃原膠、果膠、明膠、瓊脂和卡拉膠等穩(wěn)定劑的使用量范圍在0.1%～0.3%，且李彬等[17]的研究發(fā)現(xiàn)添加劑的添加量如果相差0.05%對核桃乳穩(wěn)定性的影響差異不大，而添加量相差0.1%則對核桃乳的穩(wěn)定性影響顯著，所以本次試驗研究并未對穩(wěn)定劑的添加量進(jìn)行單因素試驗，而是根據(jù)陳樹俊等[10]的研究直接選取添加量為0.1%、0.2%、0.3%的CMC和果膠進(jìn)行正交試驗。即以pH(A)、離子強(qiáng)度(B)、CMC添加量(C)和果膠添加量(D)為考察因素，以核桃乳穩(wěn)定性為考察指標(biāo)，進(jìn)行L9(34)正交試驗，正交試驗因素水平如表2所示，正交試驗設(shè)計及結(jié)果如表3所示。

表2 正交試驗因素水平

表3 正交試驗設(shè)計及結(jié)果

由表3可知，各因素對核桃乳穩(wěn)定性的影響程度大小依次為CMC添加量(C)>pH(A)>離子強(qiáng)度(B)>果膠添加量(D)，即CMC添加量對核桃乳穩(wěn)定性的影響最大，pH次之，離子強(qiáng)度再次之，果膠添加量對核桃乳穩(wěn)定性的影響最小。以核桃仁水提液為原料制備核桃乳的最佳因素水平組合為A2B1C3D1，即pH為7、離子強(qiáng)度為0.6 mol/L、CMC添加量為0.3%、果膠添加量為0.1%。在最佳條件下進(jìn)行驗證試驗，核桃乳穩(wěn)定性高達(dá)97.25%。

3 結(jié) 論

本研究通過單因素試驗和正交試驗，對以水代法提取核桃油副產(chǎn)物為原料制備核桃乳的工藝條件進(jìn)行優(yōu)化。各因素對核桃乳穩(wěn)定性的影響程度大小依次為CMC添加量>pH>離子強(qiáng)度>果膠添加量。核桃乳制備的最佳工藝條件為：pH 7，離子強(qiáng)度0.6 mol/L，羧甲基纖維素(CMC)添加量0.3%、果膠添加量0.1%。在最佳工藝條件下，核桃乳穩(wěn)定性為97.25%。