辣木高鈣核桃乳制備工藝

周艷，趙存朝，史崇穎，陶亮*田洋,3*

1(云南農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院，云南 昆明,650201) 2(國(guó)家辣木加工技術(shù)研發(fā)專業(yè)中心，云南 昆明,650201)3(云南省生物大數(shù)據(jù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，云南 昆明,650201)

核桃具有較高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，含有20%～25%的優(yōu)質(zhì)蛋白[1]，人體消化率可達(dá)87%[2]，其中8種必需氨基酸含量較合理；油脂含量達(dá)60%～75%，其中不飽和脂肪酸占90%以上[3]，尤其是油酸、亞油酸及亞麻酸含量較高,具有防止高血脂、冠心病等老年病的功效[4]。因此，核桃仁加工的植物蛋白飲料不僅具有核桃特有的香味，且富含蛋白質(zhì)、不飽和脂肪酸、維生素及礦物質(zhì)元素等，深受消費(fèi)者歡迎,被譽(yù)為新一代綠色營(yíng)養(yǎng)飲料。但核桃產(chǎn)業(yè)精深加工不足，多為初加工產(chǎn)品[5]。

辣木(Moringaoleifera)是一種具有獨(dú)特經(jīng)濟(jì)價(jià)值的熱帶植物[6]，2012年我國(guó)國(guó)家衛(wèi)生和計(jì)劃生育委員會(huì)將辣木葉批準(zhǔn)為新食品原料[7]。辣木葉營(yíng)養(yǎng)豐富，并具有功能活性，可開發(fā)成辣木保健飲料、乳飲料、畜禽飼料和魚飼料等[8]，其中，辣木葉中鈣和蛋白質(zhì)含量是牛奶的4倍和2倍[9]。科學(xué)研究表明，鈣是人體中極為重要的金屬元素，是構(gòu)成人體骨架的基本成分之一[10]。目前，以植物為原料開發(fā)的鈣產(chǎn)品較少，主要原因是植物中的鈣含量較少[11]，同時(shí)由于植酸、草酸的存在，可與鈣離子結(jié)合降低鈣吸收效率。通過(guò)微生物發(fā)酵的方式可有效降解植物中植酸、草酸，釋放出鈣離子[12]，同時(shí)發(fā)酵可產(chǎn)生大量小分子多肽、氨基酸和多糖，研究表明，多肽的吸收比蛋白質(zhì)及游離氨基酸更快，吸收率更高，并可促進(jìn)對(duì)礦物質(zhì)等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收[13]。

近年來(lái)，隨著人們生活水平和健康意識(shí)的提高，補(bǔ)充鈣元素的植物飲料倍受消費(fèi)者的歡迎。因此本文擬以辣木葉、核桃為主要原料，通過(guò)對(duì)復(fù)合乳的制備工藝及乳化穩(wěn)定劑配方進(jìn)行研究，得到了辣木高鈣核桃乳，其不僅增強(qiáng)了核桃乳的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，改善了植物蛋白飲料穩(wěn)定性，而且風(fēng)味獨(dú)特。本研究豐富了核桃乳飲料種類，為核桃及辣木葉精深加工奠定理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料

核桃，大理漾濞核桃有限責(zé)任公司；辣木葉粉，云南天佑科技開發(fā)有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

JNL-50膠體磨，廊坊市恒諾機(jī)械有限公司；SRH60-70高壓均質(zhì)機(jī)，上海申鹿均質(zhì)機(jī)有限公司；HJJ-6水浴恒溫電動(dòng)攪拌器，常州華奧儀器制造有限公司；GMSX-280壓力蒸汽滅菌鍋，北京市永光明醫(yī)療儀器有限公司；AR224CN電子天平，常州奧豪斯儀器有限公司；SOPB-10酸度計(jì)，賽多利斯科學(xué)儀器北京有限公司。

1.3 方法

1.3.1 辣木鈣制備

辣木葉粉與去離子水混合1∶15(g∶mL)，121 ℃滅菌15 min，冷卻至40 ℃，無(wú)菌條件下按菌種體積1∶2∶1接種嗜酸菌乳桿菌、酵母菌、羅伊氏乳桿菌，接種量為辣木液體積的8.0%，37 ℃發(fā)酵72 h，4 500×g離心20 min，上清液在進(jìn)風(fēng)溫度為175 ℃下噴霧干燥，將得到的辣木高鈣粉在密封干燥環(huán)境中保存。

1.3.2 辣木高鈣核桃乳加工工藝設(shè)計(jì)

工藝流程：

核桃→挑選→去皮→打漿→磨漿→過(guò)濾(200目)→配料→預(yù)熱(50～60 ℃)→均質(zhì)(2次均質(zhì))→真空脫氣→灌裝→滅菌(121 ℃，15 min)→成品

核桃去殼后，將核桃仁中的癟仁、壞仁、雜質(zhì)等挑出去除，放入質(zhì)量濃度10 g/L的氫氧化鈉溶液中，加熱至90 ℃浸泡去皮，清洗至無(wú)堿味后，挑選250 g去皮核桃仁，利用80～120目的膠體磨對(duì)核桃仁進(jìn)行磨漿，1份核桃仁加水1份，1 kg循環(huán)磨漿5 min后，利用砂輪豆?jié){機(jī)按料液比1∶3(g∶mL)對(duì)核桃槳進(jìn)行磨漿，200目紗布過(guò)濾備用。添加質(zhì)量濃度50 g/kg白砂糖，35 g/kg辣木鈣粉，2.5 g/kg乳化穩(wěn)定劑，0.3 g/kg香蘭素，用適量水溶解后，加水定容至1 L，利用NaHCO3調(diào)節(jié)核桃乳pH值至7.6～7.8；利用80～120目的膠體磨對(duì)核桃仁進(jìn)行磨漿，1 kg循環(huán)磨漿5min后，采用2次均質(zhì)對(duì)高鈣核桃乳進(jìn)行均質(zhì)，1次均質(zhì)壓力20～25 MPa，2次均質(zhì)35～40 MPa；罐裝、殺菌、成品。

1.3.3 辣木鈣核桃乳工藝參數(shù)篩選

(1)乳化劑、穩(wěn)定劑篩選

從色澤、香氣、滋味和組織狀態(tài)以及穩(wěn)定性等方面進(jìn)行評(píng)價(jià)，篩選穩(wěn)定劑及乳化劑種類，及其添加量，并探究它們對(duì)高鈣核桃乳感官評(píng)分、穩(wěn)定性的影響。

選擇單硬脂酸甘油酯和蔗糖脂肪酸酯，添加量分別為0、0.5、1.0、1.5和2.0 g/L，加入核桃乳中，測(cè)定乳化穩(wěn)定性，綜合評(píng)價(jià)選擇乳化劑。在單一乳化劑試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，將單甘酯和蔗糖酯按質(zhì)量比為1∶9、2∶8、3∶7、4∶6、5∶5、6∶4、7∶3、8∶2、9∶1，質(zhì)量濃度為1.0 g/L，加入至核桃乳中，采用量筒法、離心法測(cè)定穩(wěn)定性并進(jìn)行感官評(píng)分，選出最佳復(fù)合乳化劑。

選擇4種穩(wěn)定劑，分別為黃原膠、瓜爾膠、海藻酸鈉、果膠，其中每種穩(wěn)定劑用量分別為總體積的0、0.1%、0.2%、0.3%和0.4%，加入至核桃乳中，采用量筒法、離心法測(cè)定穩(wěn)定性，綜合評(píng)價(jià)選擇穩(wěn)定劑。2種或2種以上的穩(wěn)定劑混合使用往往具有協(xié)同效應(yīng)。果膠和海藻酸鈉進(jìn)行復(fù)配具有增效效應(yīng)，因此選擇了對(duì)穩(wěn)定性影響較大的果膠，海藻酸鈉按質(zhì)量比為3∶7、4∶6、5∶5、6∶4、7∶3，添加量為總體積的0.1%、0.15%、0.2%，同時(shí)加入0.1%的復(fù)合乳化劑至核桃乳中，采用量筒法測(cè)定穩(wěn)定性并測(cè)定感官評(píng)分。

(2)配料篩選

以感官評(píng)分為指標(biāo)，分別對(duì)蔗糖添加量(25、35、45、55、65 g/kg)、香蘭素添加量(0.05、0.1、0.15、0.2、0.25 g/kg)、核桃仁添加量(100、150、200、250、300 g/kg)、辣木鈣粉添加量(30、35、40、45、50 g/kg)進(jìn)行單因素實(shí)驗(yàn)。

1.3.4 響應(yīng)面優(yōu)化

根據(jù)Box-Behnken的中心組合試驗(yàn)設(shè)計(jì)原理，以辣木高鈣粉添加量A、白砂糖添加量B、以及核桃仁添加量C為自變量，辣木鈣核桃乳的感官分為響應(yīng)值，設(shè)計(jì)3因素3水平的優(yōu)化試驗(yàn)。

表1 響應(yīng)面優(yōu)化實(shí)驗(yàn)的因素及水平 單位：g/kg

1.3.5 感官評(píng)定測(cè)定方法

參照植物蛋白乳飲料的食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 31325—2014[14]，選擇20名點(diǎn)評(píng)員，取適量辣木鈣核桃乳置于50 mL燒杯中，在自然光下觀察色澤和組織狀態(tài)，聞其氣味，用溫開水漱口，品嘗滋味，感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2 辣木鈣核桃乳的感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Sensory scoring criteria for Moringa calcium-Walnut milk

根據(jù)每個(gè)品評(píng)員的評(píng)分結(jié)果計(jì)算平均值，個(gè)別品評(píng)誤差大的可舍棄，舍棄后重新計(jì)算平均值。最后評(píng)分的平均值作為核桃奶酪的感官評(píng)價(jià)結(jié)果。

1.3.6 乳化穩(wěn)定性的測(cè)定方法[15]

量筒法：取25 mL左右的樣品，用高速勻漿機(jī)10 000 r乳化1 min后倒入25 mL量筒中，靜置2 h后讀取乳狀液總高度及量筒上層乳狀液分層的高度，觀察乳狀液狀態(tài)的變化。

離心法：取25 mL左右的樣品，用高速勻漿機(jī)10 000 r乳化1 min后倒入離心杯中，于3 000 r離心30 min后讀取乳狀液總高度及離心杯上層乳狀液分層的高度，觀察乳狀液狀態(tài)的變化。乳化穩(wěn)定性以公式(1)表示:

(1)

2 結(jié)果與分析

2.1 辣木鈣制備

辣木葉粉發(fā)酵后通過(guò)離心、噴霧干燥得到辣木發(fā)酵粉、辣木發(fā)酵渣。按GB 5009.5—2016測(cè)定蛋白質(zhì)含量；按GB 5009.6—2016測(cè)定脂肪含量；按GB 5009.268—2016測(cè)定礦質(zhì)元素；按GB 5009.124—2016方法測(cè)定游離氨基酸。結(jié)果如表3所示。

表3 辣木葉發(fā)酵前后營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)變化Table 3 Changes of nutritional indicators of Moringaleaves after fermentation

從表3中可以看出，制備的辣木天然有機(jī)鈣粉中礦物質(zhì)元素種類齊全，含量豐富，蛋白質(zhì)含量可達(dá)24.1%，游離氨基酸總量為(18.61±3.92) g/kg，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值較高。通過(guò)發(fā)酵提取，辣木葉中游離鈣的含量從2.08%提高至4.90%,與陳丹等[16]的結(jié)果相似。通過(guò)乳酸菌發(fā)酵，產(chǎn)酶和產(chǎn)酸將大量的蛋白降解成短鏈肽段和氨基酸，同時(shí)將骨粒中的羥基磷灰石晶體Ca10(PO4)6(OH)2和無(wú)定型磷酸氫鈣破壞掉，以乳酸鈣、氨基酸鈣的形式游離出來(lái)，成為易被人體吸收和利用的游離鈣。

2.2 辣木鈣核桃乳乳化穩(wěn)定劑確定

2.2.1 乳化劑確定

植物蛋白飲料的穩(wěn)定性主要取決于體系的親水親油平衡狀態(tài)及各種添加劑與蛋白質(zhì)及脂肪的相互作用[17]。乳化劑從構(gòu)象來(lái)看其親水基團(tuán)的結(jié)構(gòu)有線性和環(huán)形2大類,單甘酯的親水基團(tuán)是線性的，而蔗糖酯的親水基團(tuán)是環(huán)形的，將2種乳化劑復(fù)合使用，界面上吸附形成“復(fù)合物”，定向排列緊密，從而能很好地防止聚結(jié)，增強(qiáng)乳化效果[18]。

表4 不同濃度單甘脂、蔗糖脂的乳化效果Table 4 Emulsifying effect of monoglyceride and sucroselipid with different concentration

表4表明，單一乳化劑的穩(wěn)定效果隨其質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加逐漸提高。當(dāng)單甘酯和蔗糖酯質(zhì)量濃度從0增加至2.0 g/L時(shí)，分層時(shí)間呈不同程度地延長(zhǎng)，浮層厚度呈減小趨勢(shì)，乳化效果隨添加量提高不斷增強(qiáng)。通過(guò)比較發(fā)現(xiàn)當(dāng)單甘酯和蔗糖酯的質(zhì)量濃度達(dá)到1.5 g/L時(shí)，乳化效果明顯增強(qiáng)。考慮到添加劑使用的最小原則，故選取質(zhì)量濃度1.5 g/L為乳化劑的添加量。如圖1所示，量筒法和離心法都顯示出當(dāng)單甘酯∶蔗糖酯為7∶3(m∶m)時(shí)，浮層厚度最小，出現(xiàn)分層時(shí)間最長(zhǎng)，辣木高鈣核桃乳穩(wěn)定性最高，隨著單甘酯與蔗糖酯添加比例提高，乳化效果呈下降趨勢(shì)，乳化穩(wěn)定性降低。 當(dāng)乳化劑添加量進(jìn)一步增加時(shí),超過(guò)了乳化劑的臨界膠束濃度,乳化劑分子就會(huì)在溶液內(nèi)部聚集,構(gòu)成親油基向內(nèi)、親水基向外的球狀膠束[19]。因此確定單甘酯與蔗糖酯最適添加比例為7∶3(m∶m)。

圖1 復(fù)合乳化劑對(duì)乳化穩(wěn)定性的影響Fig.1 Effect of Compound Emulsifier on Emulsion Stability

2.2.2 穩(wěn)定劑的確定

不同穩(wěn)定劑對(duì)復(fù)合乳的穩(wěn)定性影響見圖2，復(fù)合穩(wěn)定劑的乳化穩(wěn)定效果見表5。

圖2 單一穩(wěn)定劑對(duì)乳化穩(wěn)定性的影響(量筒法)Fig.2 Effect of a single stabilizer on emulsion stability(cylinder method)

表5 不同濃度、比率的穩(wěn)定劑的乳化穩(wěn)定效果Table 5 Emulsification stabilization effect of stabilizerswith different concentration and ratio

由圖2所示，不同穩(wěn)定劑的穩(wěn)定性能也不同，隨著穩(wěn)定劑濃度的增大，穩(wěn)定性越好，4 種穩(wěn)定劑的穩(wěn)定性能依次為:果膠>黃原膠>海藻酸鈉>瓜爾膠。穩(wěn)定劑添加量過(guò)大會(huì)使產(chǎn)品的黏稠度增大，影響核桃乳的口感，使其感官品質(zhì)降低。且單一穩(wěn)定劑都不能達(dá)到使產(chǎn)品長(zhǎng)期穩(wěn)定的目的，所有試驗(yàn)樣品在7 d后均出現(xiàn)不同程度地分層。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，單一穩(wěn)定劑中果膠的添加量為總體積的0. 4%時(shí)，乳化穩(wěn)定性達(dá)98.5%，效果最好，但黏稠度較大、口感較差，因此將2種增稠劑復(fù)合使用，由表5所示，果膠和海藻酸鈉添加比例為4∶6(m∶m)時(shí)，添加量0.1%和0.15%(體積分?jǐn)?shù))下其穩(wěn)定性最高，添加量為總體積的0.15%時(shí)，穩(wěn)定性和感官評(píng)分均最高。

因此，試驗(yàn)確定最佳復(fù)合穩(wěn)定劑果膠和海藻酸鈉(4∶6，m∶m)添加量為總體積的0.15%，最佳復(fù)合乳化穩(wěn)定劑為：?jiǎn)斡仓岣视王ズ驼崽侵舅狨?7∶3,m∶m)添加量為總體積的0.1%。使用此乳化穩(wěn)定復(fù)合劑生產(chǎn)的辣木高鈣核桃乳黏度適當(dāng)且具有較高的穩(wěn)定性，感官評(píng)價(jià)好。

2.3 辣木高鈣核桃乳輔料確定

植物蛋白飲料中的配料成分對(duì)其體系穩(wěn)定性的影響非常復(fù)雜。最主要的是糖類、乳化劑和增稠劑[20]，蔗糖的添加量在一定程度上決定了核桃乳的香甜程度，并且在很大程度上對(duì)產(chǎn)品的風(fēng)味會(huì)產(chǎn)生影響。另外,鹽離子濃度影響蛋白質(zhì)的溶解性，資料顯示Ca2+、Mg2+等二價(jià)鹽離子以及其他多價(jià)離子易導(dǎo)致蛋白質(zhì)的析出[21]。

由圖3可知，蔗糖的添加量過(guò)大，核桃乳過(guò)于甜膩，口感下降，添加量為45 g/kg時(shí)感官品質(zhì)最佳；香蘭素具有濃烈奶香氣息，廣泛運(yùn)用在各種需要增加奶香氣息的調(diào)香食品中，香蘭素添加量為0.15 g/kg，感官評(píng)分最高；添加辣木鈣粉對(duì)核桃乳的感官品質(zhì)有較大的影響,添加量過(guò)高,復(fù)合乳產(chǎn)生絮凝沉淀，出現(xiàn)分層現(xiàn)象，用量過(guò)低復(fù)合乳風(fēng)味不突出，滋味單薄，顏色發(fā)白。核桃仁添加量為250 g/kg、辣木鈣粉添加量為40 g/kg時(shí)感官分值最高。分析原因主要是核桃漿的添加量過(guò)大導(dǎo)致飲料中油脂含量過(guò)高，引起油膩、黏稠的感覺(jué)。

圖3 不同輔料添加量對(duì)辣木鈣核桃乳感官評(píng)分的影響Fig.3 Effect of different excipients on the sensory score of Moringa calcium walnut

2.4 響應(yīng)面優(yōu)化

2.4.1 響應(yīng)面設(shè)計(jì)及結(jié)果

響應(yīng)面試驗(yàn)方案及結(jié)果見表6。

2.4.2 模型建立及顯著性分析

利用Design-Expert 8.0.6軟件對(duì)表6進(jìn)行多元回歸擬合，得到感官評(píng)分對(duì)A(辣木鈣粉添加量)、B(蔗糖添加量)、C(核桃仁添加量)的回歸模型進(jìn)行方差分析。如表7所示。

表6 響應(yīng)面分析方案及結(jié)果Table 6 response surface analysis and result

表7 回歸模型的方差分析和失擬性分析Table 7 Analysis of variance and derealization of regression model

感官評(píng)分對(duì)A(辣木鈣粉添加量)、B(蔗糖添加量)、C(核桃仁添加量)的回歸模型方程為：感官評(píng)分=86.40×A-2.87×B+1.38×C-3×A×B+1.5×A×C-2.25×B×C-5.08×A2-6.33×B2-10.32×C2

方差分析結(jié)果表明，回歸模型顯著性檢驗(yàn)P=0.006 3<0.01，說(shuō)明二次多元回歸模型極顯著；感官評(píng)分回歸模型失擬性檢驗(yàn)P=0.298 1>0.05，可以認(rèn)為所選辣木高鈣核桃乳的感官評(píng)分二次回歸模型與實(shí)際試驗(yàn)擬合性充分模型失擬不顯著。辣木高鈣核桃乳感官評(píng)分回歸診斷表明，決定系數(shù)R2=0.910 1，信噪比Adeq precisior=7.334，這表明方程的擬合度和可信度均很高，可用于辣木高鈣核桃乳感官評(píng)分評(píng)價(jià)。通過(guò)分析模型各系數(shù)的P值可得出，在所取因素水平范圍內(nèi)，各因素對(duì)辣木高鈣核桃乳感官評(píng)分影響的順序?yàn)椋汉颂胰侍砑恿?C)>辣木鈣粉添加量(A)>蔗糖添加量(B)。

2.2.4 最佳條件的確定和回歸模型的驗(yàn)證

由表8所示，回歸模型通過(guò)響應(yīng)面法得到最優(yōu)的辣木高鈣核桃乳工藝條件為辣木鈣粉添加量為40.47 g/kg，核桃漿添加量為255.12 g/kg，蔗糖添加量42.32 g/kg。考慮實(shí)際操作情況與設(shè)備參數(shù)狀況，確定辣木鈣核桃乳工藝條件為：辣木鈣粉添加量40 g/kg，蔗糖添加量42 g/kg，核桃漿添加量255 g/kg，辣木鈣核桃乳的感官評(píng)分值為86.856分。在上述最佳條件下進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，得到辣木鈣核桃乳的感官評(píng)分值為89.6，與理論值接近。

表8 響應(yīng)面優(yōu)化結(jié)果及驗(yàn)證 單位：g/kg

3 結(jié)論

辣木葉粉經(jīng)過(guò)發(fā)酵，可溶性鈣含量增加了1.3倍，游離氨基酸總量增加了25.7%；通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定了乳化劑、穩(wěn)定劑添加量：?jiǎn)斡仓岣视王ズ驼崽侵舅狨?質(zhì)量比7∶3)復(fù)合乳化劑質(zhì)量濃度為1.0 g/L，果膠和海藻酸鈉(質(zhì)量比4∶6)復(fù)合穩(wěn)定劑添加量為總體積的0.15%；經(jīng)單因素試驗(yàn)、響應(yīng)面優(yōu)化確定辣木高鈣核桃乳的最佳配方參數(shù)：核桃仁添加量255 g/kg，辣木高鈣粉添加量40 g/kg，蔗糖添加量42 g/kg，香蘭素添加量0.15 g/kg。以此工藝生產(chǎn)的辣木鈣核桃乳口感細(xì)膩滑潤(rùn)，穩(wěn)定性良好，具有很好的外觀色澤。辣木高鈣核桃乳的研制，為云南特色核桃產(chǎn)業(yè)的開發(fā)提供理論參考。