水代法核桃油副產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.貴陽學院 食品與制藥工程學院，貴陽550005； 2.貴州省果品加工工程技術研究中心，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，對軟化血管、預防高血壓、預防心血管疾病具有顯著療效。核桃仁蛋白質含量為14%～17%，是一種全價的營養蛋白，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質蛋白資源[3]。

目前，核桃加工企業一般采用壓榨法制備核桃油，所得餅通過磨漿、均質與復配等處理進一步加工成核桃粉或核桃乳產品[4]，形成了一條完整的產業鏈。但壓榨法中的熱榨工藝需要對油料進行高溫蒸炒處理，導致餅中蛋白質變性嚴重[5]，大大降低了核桃蛋白的溶解性，造成核桃乳產品容易出現分層現象。壓榨法中的冷榨工藝出油率較低，餅中殘油率較高，導致所生產的核桃乳產品容易出現脂肪上浮、氧化酸敗的現象，極大地降低了產品的穩定性。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、核桃乳產品中容易出現溶劑殘留問題，存在一定的安全隱患，且溶劑污染較為嚴重，能耗較大。

同壓榨法及浸出法相比，水代法可實現核桃油與核桃蛋白的同步提取，既可以得到較高品質的核桃油，同時也可避免核桃蛋白在加工過程中因變性而營養損失，使核桃的加工特性及營養功能得到很好的保留。將水代法提取核桃油副產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、多糖等物質，減少資源浪費、環境污染。然而，在水代法提油過程中，pH和離子強度影響核桃蛋白的溶解性，進而影響核桃乳的穩定性，而且核桃乳飲料中的蛋白質在水中的溶解度不大，隨著貯存期的延長，核桃乳飲料易出現沉淀增加、渾濁等問題。因此，核桃乳的穩定性是以水代法提取核桃油副產物為原料制備核桃乳飲料工藝過程中的一個關鍵問題。本研究主要考察pH、離子強度、穩定劑羧甲基纖維素及果膠的添加量對核桃乳穩定性的影響，運用正交試驗優化確定最佳工藝參數，以期為水代法提取核桃油副產物的高值化利用提供技術保障，為水代法在核桃加工中的產業推廣提供理論基礎。

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)，產于貴州省畢節市赫章縣；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 儀器與設備

CS-700高速多功能粉碎機，DF-101S集熱式恒溫磁力攪拌器，PHS-3C+酸度計，F50膠體磨，60-6S 高壓均質機，YXQ-LS-50SII立式壓力蒸汽滅菌鍋，TGL-16A臺式高速冷凍離心機，DZF真空恒溫干燥箱，KBR01-50去離子水設備。

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]，剝去核桃表皮，瀝干水分。

(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中粉碎，每5 s按1次開關，重復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進行混合，在65℃水浴中，不同pH(通過質量分數50%的檸檬酸和50%的碳酸氫鈉調節[8])和不同離子強度(氯化鈉的離子濃度[9])條件下進行水提，水提時間3 h，攪拌轉速30 r/min。水提完成后，將水提液冷卻至室溫后置于離心機中，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比例用膠體磨進行磨漿。②過濾。將磨漿所得的液體用篩網進行過濾(篩網規格為100目)。③調配。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。均質的原理在于高壓均質機通過空穴效應和剪切效應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，顯著改善所制備產品的穩定性。將已經調配好的核桃乳飲料置于高壓均質機中于50℃、壓力40 MPa條件下均質2次，使核桃乳混合更均勻。⑤滅菌。將均質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 核桃乳穩定性指標的測定

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=沉淀物質量/離心樣品質量×100%

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

核桃乳穩定性=1-離心沉淀率

1.2.4 統計與分析

采用Origin 8.0軟件、Design expert 8.0軟件對試驗數據、正交試驗進行分析處理。

2 結果與討論

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，油脂和蛋白質的同步提取將大大增加核桃營養成分的加工與利用程度。

2.2 單因素試驗

2.2.1 pH對核桃乳穩定性的影響

在離子強度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對核桃乳穩定性的影響，結果如圖2所示。

圖2 不同pH對核桃乳穩定性的影響

由圖2可知，當pH為5時，核桃乳穩定性最差，而在偏離pH為5的條件下，核桃乳的穩定性均較高，在pH為7時，核桃乳穩定性最高，達到95.53%。該結果與齊西婷[12]關于pH對核桃蛋白粕溶解度影響的研究結果相一致。核桃中蛋白質是兩性分子，在偏離等電點(其等電點在pH 5左右)的環境中，核桃蛋白即呈復雜的負離子或是正離子狀態，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越遠離核桃蛋白的等電點，其水化作用就越強，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定性則越好[9]。當pH超過7時，核桃乳穩定性又呈現降低趨勢。因此，在正交優化試驗中，選定pH為6～8。

2.2.2 離子強度對核桃乳穩定性的影響

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

圖3 不同離子強度對核桃乳穩定性的影響

由圖3可知，核桃乳穩定性隨著離子強度的增加而增加，在離子強度為0.8 mol/L時，核桃乳穩定性達到最大，為95.48%。該趨勢與吳金鋆[13]的研究結果相一致。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。中性鹽溶液如氯化鈉在溶解植物蛋白時，植物蛋白質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，隨著離子強度的增加，氯化鈉離子與核桃蛋白分子帶相反電荷的基團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，因此核桃乳穩定性也隨之增加[14]。當鹽濃度繼續增大時，鹽離子壓縮了交替的擴散雙電層，破壞了靜電復合物的形成, 從而引起蛋白溶液體系的斥力位壘下降, 其穩定性也隨之下降[15]。因此，在正交試驗中，離子強度范圍選定為0.6～1.0 mol/L。

2.3 正交試驗

根據單因素試驗，選取對核桃乳穩定性影響較大的pH、離子強度各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、瓊脂和卡拉膠等穩定劑的使用量范圍在0.1%～0.3%，且李彬等[17]的研究發現添加劑的添加量如果相差0.05%對核桃乳穩定性的影響差異不大，而添加量相差0.1%則對核桃乳的穩定性影響顯著，所以本次試驗研究并未對穩定劑的添加量進行單因素試驗，而是根據陳樹俊等[10]的研究直接選取添加量為0.1%、0.2%、0.3%的CMC和果膠進行正交試驗。即以pH(A)、離子強度(B)、CMC添加量(C)和果膠添加量(D)為考察因素，以核桃乳穩定性為考察指標，進行L9(34)正交試驗，正交試驗因素水平如表2所示，正交試驗設計及結果如表3所示。

表2 正交試驗因素水平

表3 正交試驗設計及結果

由表3可知，各因素對核桃乳穩定性的影響程度大小依次為CMC添加量(C)>pH(A)>離子強度(B)>果膠添加量(D)，即CMC添加量對核桃乳穩定性的影響最大，pH次之，離子強度再次之，果膠添加量對核桃乳穩定性的影響最小。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%。在最佳條件下進行驗證試驗，核桃乳穩定性高達97.25%。

3 結 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物為原料制備核桃乳的工藝條件進行優化。各因素對核桃乳穩定性的影響程度大小依次為CMC添加量>pH>離子強度>果膠添加量。核桃乳制備的最佳工藝條件為：pH 7，離子強度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，核桃乳穩定性為97.25%。