山核桃仁堿法脫澀工藝研究

范思敏，穆宏磊，郜海燕，*，陳杭君，房祥軍，吳偉杰

(1.上海大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，上海 200444；2.浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 食品科學(xué)研究所，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部果品采后處理重點實驗室，浙江省果蔬保鮮與加工技術(shù)研究重點實驗室，中國輕工業(yè)果蔬保鮮與加工重點實驗室，浙江 杭州 310021)

山核桃(CaryacathayensisSarg.)是胡桃科(Juglandaceae)山核桃屬(CaryaNutt.)植物，別名小胡桃，適宜生長于潮濕溫暖的山谷中，在我國主產(chǎn)于浙江臨安、安徽寧國等地[1]。山核桃是一種天然綠色食品，營養(yǎng)價值豐富，含有多種不飽和脂肪酸[2]、蛋白質(zhì)[3]、氨基酸[4]、人體必需的微量元素[5]，以及大量水溶性和脂溶性的抗氧化功能成分[6-8]。

未加工的山核桃仁中含有大量以單寧為代表的多酚類物質(zhì)[9-10]，食用時與口腔唾液蛋白相互作用會產(chǎn)生收斂感[11-12]，口感較苦澀。這種苦澀感會影響山核桃仁的食用品質(zhì)，引起消費者的不適。因此，山核桃主要以加工品的形式面向消費者，其加工工藝主要包括蒸煮脫澀[13]、賦味[14]、烘烤[15]等。其中，對山核桃仁進行脫澀處理是一個重要的環(huán)節(jié)。一般地，山核桃仁的脫澀加工形式主要為長時間浸泡去澀[16]、高溫蒸煮[17]或使用強堿(NaOH)浸泡處理[18-19]。作者團隊在前期的研究中發(fā)現(xiàn)：長時間浸泡或高溫蒸煮處理會加速山核桃仁的油脂氧化，從而導(dǎo)致山核桃仁品質(zhì)劣變[20]；NaOH浸泡處理會導(dǎo)致山核桃仁的營養(yǎng)流失，且其安全性也有待考量。NaHCO3是一種酸式鹽，溶于水后呈弱堿性，是食品添加劑小蘇打的主要成分，在食品行業(yè)中應(yīng)用廣泛。在本研究檢索范圍內(nèi)，尚未見有報道使用NaHCO3對山核桃仁進行脫澀處理的報道。本研究以未加工的山核桃仁為原料，使用NaHCO3輔助脫澀，探索堿法脫澀工藝，以脫澀率和感官評分作為評價指標，運用響應(yīng)面法對工藝參數(shù)進行優(yōu)化，并對比不同脫澀工藝對山核桃仁酚類物質(zhì)含量與品質(zhì)的影響，旨在改善山核桃產(chǎn)品的加工工藝，為提高山核桃產(chǎn)品的質(zhì)量提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

原料為山核桃仁，購自浙江省杭州市臨安創(chuàng)輝食品廠。

主要試劑：福林酚試劑，購于上海源葉生物科技有限公司；無水碳酸鈉、沒食子酸、檸檬酸、正己烷、冰乙酸、碘化鉀、硫代硫酸鈉，購于上海凌峰化學(xué)試劑有限公司；EDTA(乙二胺四乙酸)，購于北京鼎國昌盛生物技術(shù)有限責(zé)任公司；甲醇、乙酸乙酯，購于上海麥克林生化科技有限公司。以上試劑均為分析純。所用NaHCO3為食用小蘇打，購于濟南寶碩食品科技有限公司。

主要儀器設(shè)備：XMTD-8222型水浴鍋，上海精宏實驗設(shè)備有限公司；DGG-9070A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，上海森信實驗儀器有限公司；UV-9000型紫外-可見分光光度計，上海元析儀器有限公司；RE-52AA型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器，上海亞榮生化儀器廠。

1.2 山核桃仁脫澀處理工藝

堿法脫澀：稱取大小均勻的山核桃仁顆粒20 g，加入蒸餾水200 mL和5%(質(zhì)量分數(shù))的NaHCO3，65 ℃浸泡60 min，然后將山核桃仁轉(zhuǎn)移至事先配制好的2%(質(zhì)量分數(shù))檸檬酸溶液中浸泡10 min，進行護色處理。隨后將山核桃仁取出，用蒸餾水清洗山核桃仁表面殘留的檸檬酸溶液，至清洗溶液為中性，將山核桃仁撈出，烘干水分待用。

沸水脫澀：按照傳統(tǒng)加工工藝，稱取大小均勻的山核桃仁顆粒20 g，加入蒸餾水200 mL，沸水浸泡60 min，然后烘干待用。

1.3 指標測定

1.3.1 單寧含量測定

單寧含量以沒食子酸計。將待測試樣(山核桃仁)粉碎，稱取0.1 g，加入1 mL 60%(體積分數(shù))乙醇，超聲條件下浸提30 min，然后于10 000×g離心15 min。取0.1 mL上清液于10 mL刻度試管，加入0.5 mL福林酚試劑和1.0 mL 7.5%(質(zhì)量分數(shù))碳酸鈉溶液，用蒸餾水定容至10 mL，避光反應(yīng)2 h，在725 nm處測定其吸光度，并基于構(gòu)建的沒食子酸標準曲線，測算其含量。

1.3.2 脫澀率測定

根據(jù)山核桃仁在脫澀處理前、后單寧含量的差值與山核桃仁在脫澀處理前單寧含量的比值來計算脫澀率[21]。

1.3.3 感官評價

選擇9名人員經(jīng)培訓(xùn)后，根據(jù)表1中的標準對山核桃仁進行感官評價[22]，給出感官評分(總分10分)。

表1 山核桃仁感官評價標準

1.3.4 游離酚、結(jié)合酚含量測定

參考Li等[23]的方法提取游離酚，簡述如下：稱量0.1 g山核桃仁粉碎顆粒，加入1 mL 60%(體積分數(shù))乙醇，超聲浸提30 min，10 000×g離心15 min，保留上清液待測。

參考文獻[24-25]的方法，稍作修改，提取結(jié)合酚。簡述如下：稱取提取游離酚后的固態(tài)殘渣3 g，加入正己烷，振蕩后，10 000×g離心15 min，棄去上清液，保留固態(tài)殘渣。向固態(tài)殘渣中加入20 mL含有10 mmol·L-1EDTA的4 mol·L-1NaOH溶液，避光反應(yīng)4 h后，用6 mol·L-1HCl溶液調(diào)節(jié)pH值至1，抽濾，濾液用乙酸乙酯萃取，收集乙酸乙酯相于40 ℃旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)至黏稠狀，用甲醇復(fù)溶至10 mL，得山核桃仁結(jié)合酚提取液，待測。

基于Folin-Ciocalteu比色法[26]，稍作修改，使用福林酚試劑作為顯色劑，于760 nm處測定反應(yīng)體系的吸光度值，計算游離酚和結(jié)合酚的含量。

1.3.5 品質(zhì)指標測定

參照GB 5009.227—2016《食品安全國家標準 食品中過氧化值的測定》測定過氧化值，參照GB 5009.229—2016《食品安全國家標準 食品中酸價的測定》測定酸價，參照GB/T 5532—2008《動植物油脂 碘值的測定》測定碘值。

1.4 山核桃仁堿法脫澀工藝的參數(shù)優(yōu)化

1.4.1 單因素試驗

(1)設(shè)定NaHCO3質(zhì)量分數(shù)為3%，脫澀時間為60 min，固液比(g·mL-1，下同)為1∶20，分別考查不同脫澀溫度(50、55、60、65、70、75 ℃)對山核桃仁脫澀率的影響。

(2)設(shè)定NaHCO3質(zhì)量分數(shù)為3%，脫澀溫度為60 ℃，固液比為1∶20，分別考查不同脫澀時間(20、40、60、80、100、120 min)對山核桃仁脫澀率的影響。

(3)設(shè)定脫澀時間為60 min，脫澀溫度為60 ℃，固液比為1∶20，分別考查不同NaHCO3質(zhì)量分數(shù)(0.5%、1%、2%、3%、4%、5%)對山核桃仁脫澀率的影響。

(4)設(shè)定NaHCO3質(zhì)量分數(shù)為3%，脫澀溫度為60 ℃，脫澀時間為60 min，分別考查不同固液比(1∶10、1∶20、1∶30、1∶40、1∶50)對山核桃仁脫澀率的影響。

1.4.2 響應(yīng)面試驗

根據(jù)單因素試驗結(jié)果，采用Design-Expert 8.0.6軟件進行4因素3水平的響應(yīng)面試驗設(shè)計(表2)?；诿摑?單位為%，權(quán)重80%)與感官評分(權(quán)重20%)計算響應(yīng)值(在進行數(shù)據(jù)處理時，脫澀率和感官評價只賦權(quán)重，不進行標準化)，用于確定最優(yōu)工藝參數(shù)組合。

表2 響應(yīng)面試驗的因素與水平

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

采用SPSS 23.0軟件對單因素試驗數(shù)據(jù)進行分析；采用Design-Expert 8.0.6軟件開展響應(yīng)面試驗設(shè)計與分析；采用Graphpad Prism 8軟件制作圖表。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理因素對山核桃仁脫澀的影響

2.1.1 脫澀溫度對山核桃仁脫澀率的影響

隨著脫澀溫度升高，山核桃仁的脫澀率增大(圖1)。當(dāng)脫澀溫度從50 ℃增加至60 ℃時，山核桃仁的脫澀率明顯上升；當(dāng)脫澀溫度大于60 ℃時，山核桃仁的脫澀率變化趨緩；當(dāng)脫澀溫度為75 ℃時，山核桃仁的脫澀率最高(92.35%)。山核桃仁含有大量油脂，脫澀溫度過高會加速山核桃仁中的油脂氧化，從而影響山核桃仁品質(zhì)[17]。綜合考慮，選擇55、60、65 ℃用于后續(xù)的響應(yīng)面試驗。

圖1 脫澀溫度對山核桃仁脫澀率的影響

2.1.2 脫澀時間對山核桃仁脫澀率的影響

隨著脫澀時間延長，山核桃仁的脫澀率先快速增加，后趨于平緩(圖2)。當(dāng)脫澀時間為120 min時，山核桃仁的脫澀率最高(92.78%)；但當(dāng)脫澀時間為80 min時，山核桃仁的脫澀率已接近峰值?？紤]到脫澀時間過長反而可能會影響山核桃仁的品質(zhì)，選擇60、80、100 min的脫澀時間用于后續(xù)響應(yīng)面試驗。

圖2 脫澀時間對山核桃仁脫澀率的影響

2.1.3 NaHCO3質(zhì)量分數(shù)對山核桃仁脫澀率的影響

隨著NaHCO3質(zhì)量分數(shù)增加，山核桃仁的脫澀率先增大，后趨于平穩(wěn)(圖3)。當(dāng)NaHCO3的質(zhì)量分數(shù)為4%時，山核桃仁的脫澀率最高(91.82%)。NaHCO3溶于水，可以營造弱堿性的溶液環(huán)境，能夠加快澀味物質(zhì)溶出，從而達到脫澀目的。從試驗結(jié)果來看，選擇3%、4%、5%的NaHCO3質(zhì)量分數(shù)用于后續(xù)響應(yīng)面試驗。

圖3 NaHCO3質(zhì)量分數(shù)對山核桃仁脫澀率的影響

2.1.4 固液比對山核桃仁脫澀率的影響

在不同固液比條件下，山核桃仁的脫澀率差異較小(圖4)。當(dāng)固液比為1∶30時，山核桃仁的脫澀率達到91.15%。在保證山核桃仁脫澀率的基礎(chǔ)上，考慮原料用量和成本問題，選擇固液比1∶10、1∶20、1∶30用于后續(xù)響應(yīng)面試驗。

圖4 固液比對山核桃仁脫澀率的影響

2.2 響應(yīng)面試驗優(yōu)化結(jié)果

將響應(yīng)面試驗方案與結(jié)果整理于表3。運用Design-Expert 8.0.6軟件對試驗數(shù)據(jù)進行回歸分析，擬合響應(yīng)分(y)與脫澀溫度(xA)、脫澀時間(xB)、NaHCO3質(zhì)量分數(shù)(xC)、固液比(xD)的回歸方程：

表3 響應(yīng)面試驗設(shè)計與結(jié)果

響應(yīng)曲面的坡度能夠反映不同因素之間相互作用的強弱：曲面坡度陡峭，說明響應(yīng)值受因素交互作用的影響較大；曲面坡度較平滑，說明響應(yīng)值受因素交互作用影響較小。脫澀溫度與NaHCO3質(zhì)量分數(shù)、脫澀時間與NaHCO3質(zhì)量分數(shù)交互作用的響應(yīng)曲面均較為陡峭(圖5)，說明山核桃仁的脫澀率和感官評分受脫澀溫度、脫澀時間、NaHCO3質(zhì)量分數(shù)的影響較大。其中，脫澀溫度與NaHCO3質(zhì)量分數(shù)交互作用的響應(yīng)曲面更為陡峭，表明在堿法脫澀處理工藝中，脫澀溫度與NaHCO3質(zhì)量分數(shù)對山核桃仁脫澀后的響應(yīng)值影響最明顯。根據(jù)響應(yīng)面試驗結(jié)果，得到山核桃仁堿法脫澀工藝的理論最優(yōu)參數(shù)：脫澀溫度64.7 ℃，脫澀時間100 min，NaHCO3質(zhì)量分數(shù)4.8%，固液比1∶15.9。在此條件下，響應(yīng)值理論上為75.04。考慮到實際生產(chǎn)情況，對上述參數(shù)進行修正：脫澀溫度65 ℃，脫澀時間100 min，NaHCO3質(zhì)量分數(shù)5%，固液比1∶15。在此條件下，山核桃仁的脫澀率為92.04%，感官評分為9.2分，響應(yīng)值為75.47。

2.3 脫澀處理對山核桃仁游離酚、結(jié)合酚含量的影響

2.3.1 游離酚含量

山核桃仁中含有大量的酚類物質(zhì)，通常以游離態(tài)和結(jié)合態(tài)的形式存在。研究表明，果蔬[27]、谷物[28]中的酚類物質(zhì)以游離態(tài)形式為主。經(jīng)測算，未經(jīng)處理的山核桃仁中游離酚的含量是結(jié)合酚含量的2.9倍。經(jīng)脫澀處理后，山核桃仁中的游離酚含量顯著(P<0.05)降低，且經(jīng)堿法脫澀工藝處理的山核桃仁中游離酚含量顯著(P<0.05)低于經(jīng)沸水脫澀處理的(圖6)。這可能是因為，堿性環(huán)境加快了游離態(tài)酚類物質(zhì)從山核桃仁中的溶出。

CK，未經(jīng)處理；T1，沸水脫澀；T2，堿法脫澀。柱上無相同字母的表示處理間差異顯著(P<0.05)。下同。

2.3.2 結(jié)合酚含量

結(jié)合酚是酚類物質(zhì)與蛋白質(zhì)、葡萄糖、纖維素等物質(zhì)結(jié)合后存在于植物細胞中的物質(zhì)，通常條件下溶劑難以將其直接提取出來。堅果中含有大量的結(jié)合酚[29]，與游離酚相比，結(jié)合酚具有更強的抗氧化能力[30]。未經(jīng)處理的山核桃仁中的結(jié)合酚含量為1.7 mg·g-1(圖7)，經(jīng)脫澀處理后，山核桃仁中的結(jié)合酚含量均顯著(P<0.05)降低，表明脫澀處理會造成一部分的結(jié)合酚損失。經(jīng)沸水脫澀和堿法脫澀處理后，山核桃仁中的結(jié)合酚含量分別是處理前的46%和63%，后者的結(jié)合酚含量顯著(P<0.05)高于前者。這一差別可能與脫澀處理的溫度有關(guān)，沸水脫澀中過高的處理溫度會導(dǎo)致更多的酚類物質(zhì)損失。

圖7 不同處理下山核桃仁的結(jié)合酚含量

2.4 脫澀處理對山核桃仁品質(zhì)的影響

2.4.1 過氧化值

過氧化值是反映山核桃仁加工過程中油脂初期氧化的重要參數(shù)，與山核桃仁的品質(zhì)密切相關(guān)。與未經(jīng)處理的山核桃仁相比，經(jīng)沸水脫澀和堿法脫澀處理的山核桃仁的過氧化值均顯著(P<0.05)增加(圖8)，分別增加15.76、10.57倍。這說明，脫澀處理會導(dǎo)致山核桃仁發(fā)生一定程度的氧化，但堿法脫澀對山核桃仁過氧化值的影響顯著(P<0.05)低于沸水脫澀。這可能與堿法脫澀較低的處理溫度有關(guān)。王晗琦等[31]認為，堅果在水煮加工過程中脂肪發(fā)生氧化，高溫會加快油脂氧化進程，導(dǎo)致過氧化值上升。

圖8 不同處理下山核桃仁的過氧化值

2.4.2 酸價

酸價是計量油脂中游離羧酸基團的指標，反映脂肪酸水解產(chǎn)物的含量，可用于評價油脂質(zhì)量。與未經(jīng)處理的山核桃仁相比，經(jīng)沸水脫澀和堿法脫澀處理的山核桃仁的酸價均顯著(P<0.05)增加(圖9)，分別是未進行脫澀處理的2.38倍和1.79倍，說明脫澀處理會導(dǎo)致山核桃仁脂肪酸水解，從而引起酸價升高。與沸水脫澀處理相比，堿法脫澀處理的山核桃仁的酸價顯著(P<0.05)降低。這可能是因為堿法脫澀中相對較低的溫度能夠有效減緩脂肪酸的水解，從而更利于山核桃仁品質(zhì)的保持。

圖9 不同處理下山核桃仁的酸價

2.4.3 碘值

碘值表征的是不飽和脂肪酸在加成反應(yīng)中吸收鹵素的能力，在一定程度上可反映油脂的不飽和程度。未經(jīng)處理的山核桃仁中含有大量不飽和脂肪酸，其碘值較高。經(jīng)沸水脫澀和堿法脫澀處理的山核桃仁，碘值均顯著(P<0.05)降低(圖10)，分別降至處理前的87%和94%，說明脫澀過程中山核桃仁的油脂被氧化，不飽和度降低。與沸水脫澀相比，堿法脫澀處理的山核桃仁的碘值顯著(P<0.05)升高。這可能是因為堿法脫澀處理中相對較低的溫度可以在一定程度上抑制不飽和脂肪酸被氧化，從而維持山核桃仁的品質(zhì)。

圖10 不同處理下山核桃仁的碘值

3 結(jié)論

本研究以山核桃仁為原料，使用NaHCO3輔助進行脫澀處理，綜合脫澀率與感官評分進行評價，在單因素試驗與響應(yīng)面試驗的基礎(chǔ)上，優(yōu)化出山核桃仁堿法脫澀的最佳工藝參數(shù)：脫澀溫度65 ℃，脫澀時間100 min，NaHCO3質(zhì)量分數(shù)5%，固液比1∶15。在此條件下，脫澀率達92.04%，感官評分為9.2分，響應(yīng)值為75.47。與沸水脫澀工藝相比，本研究優(yōu)化的堿法脫澀工藝，既能夠去除苦澀味，又能較好地保留山核桃仁的品質(zhì)。