水代法核桃油副产物制备核桃乳的工艺研究

冯红霞，马立志，岑顺友，周笑犁，刘晓燕，常云鹤

(1.贵阳学院 食品与制药工程学院，贵阳550005； 2.贵州省果品加工工程技术研究中心，贵阳550005； 3.贵州博兴生物科技有限公司，贵阳550008)

核桃仁中脂肪含量高达60%～70%，是重要的食用油料资源[1]。核桃油中不饱和脂肪酸含量达到90%，主要由油酸、亚油酸和亚麻酸组成[2]，其中亚油酸和亚麻酸具有“动脉清道夫”之美誉，对软化血管、预防高血压、预防心血管疾病具有显著疗效。核桃仁蛋白质含量为14%～17%，是一种全价的营养蛋白，18种氨基酸齐全，而且人体所需的8种必需氨基酸含量比例适合，对人体生理有重要功能的谷氨酸、天门冬氨酸、精氨酸的含量均较高，所以核桃也是一种优质蛋白资源[3]。

目前，核桃加工企业一般采用压榨法制备核桃油，所得饼通过磨浆、均质与复配等处理进一步加工成核桃粉或核桃乳产品[4]，形成了一条完整的产业链。但压榨法中的热榨工艺需要对油料进行高温蒸炒处理，导致饼中蛋白质变性严重[5]，大大降低了核桃蛋白的溶解性，造成核桃乳产品容易出现分层现象。压榨法中的冷榨工艺出油率较低，饼中残油率较高，导致所生产的核桃乳产品容易出现脂肪上浮、氧化酸败的现象，极大地降低了产品的稳定性。溶剂浸提法可显著提高核桃油的提取率，但核桃油及核桃粉、核桃乳产品中容易出现溶剂残留问题，存在一定的安全隐患，且溶剂污染较为严重，能耗较大。

同压榨法及浸出法相比，水代法可实现核桃油与核桃蛋白的同步提取，既可以得到较高品质的核桃油，同时也可避免核桃蛋白在加工过程中因变性而营养损失，使核桃的加工特性及营养功能得到很好的保留。将水代法提取核桃油副产物水提液用于核桃乳饮料的制作，不仅避免了废水的排放，又可回收水提液中的蛋白质、多糖等物质，减少资源浪费、环境污染。然而，在水代法提油过程中，pH和离子强度影响核桃蛋白的溶解性，进而影响核桃乳的稳定性，而且核桃乳饮料中的蛋白质在水中的溶解度不大，随着贮存期的延长，核桃乳饮料易出现沉淀增加、浑浊等问题。因此，核桃乳的稳定性是以水代法提取核桃油副产物为原料制备核桃乳饮料工艺过程中的一个关键问题。本研究主要考察pH、离子强度、稳定剂羧甲基纤维素及果胶的添加量对核桃乳稳定性的影响，运用正交试验优化确定最佳工艺参数，以期为水代法提取核桃油副产物的高值化利用提供技术保障，为水代法在核桃加工中的产业推广提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料

1.1.1 原料与试剂

脱壳核桃仁(黔核5号)，产于贵州省毕节市赫章县；柠檬酸、碳酸氢钠、氯化钠、羧甲基纤维素(CMC)、蔗糖、果胶均为食品级，购于河南庆飞食品配料有限公司；蜂蜜为市售。

1.1.2 仪器与设备

CS-700高速多功能粉碎机，DF-101S集热式恒温磁力搅拌器，PHS-3C+酸度计，F50胶体磨，60-6S 高压均质机，YXQ-LS-50SII立式压力蒸汽灭菌锅，TGL-16A台式高速冷冻离心机，DZF真空恒温干燥箱，KBR01-50去离子水设备。

1.2 试验方法

1.2.1 原料成分测定

脂肪含量测定，GB 5009.6—2016；蛋白质含量测定，GB 5009.5—2016；水分含量测定，GB 5009.3—2016；灰分含量测定，GB 5009.4—2016。

1.2.2 核桃乳的制备

1.2.2.1 工艺流程(见图1)

图1 核桃乳制备工艺流程

1.2.2.2 操作要点

(1)原料选择：剔除坏的核桃仁，尽量挑拣颗粒饱满的核桃仁。

(2)脱皮：将核桃仁60℃热水中浸泡30 min[6]，剥去核桃表皮，沥干水分。

(3)烘干：将核桃仁置于45℃真空恒温干燥箱中烘至水分含量5%[7]。

(4)粉碎：在高速多功能粉碎机中粉碎，每5 s按1次开关，重复5次，粉碎至无沙粒感为止。

(5)水提-离心：粉碎的核桃仁与水按照1∶3进行混合，在65℃水浴中，不同pH(通过质量分数50%的柠檬酸和50%的碳酸氢钠调节[8])和不同离子强度(氯化钠的离子浓度[9])条件下进行水提，水提时间3 h，搅拌转速30 r/min。水提完成后，将水提液冷却至室温后置于离心机中，在10 000 r/min、5℃条件下离心20 min。

(6)分离：离心后将浆液置于梨形分液漏斗中静置，分离下层水提液。

(7)收集水提液，制作核桃乳饮料：①磨浆。水提液与水按照1∶3比例用胶体磨进行磨浆。②过滤。将磨浆所得的液体用筛网进行过滤(筛网规格为100目)。③调配。将CMC、果胶和蔗糖在水中完全溶解，再与核桃乳混合，最后加入蜂蜜和柠檬酸并搅拌均匀(其中蔗糖添加量6%，柠檬酸添加量0.1%，蜂蜜添加量4%[10])。④均质。均质的原理在于高压均质机通过空穴效应和剪切效应将核桃乳饮料中的核桃蛋白分子破碎成更微小的粒子，使添加剂均匀地分布在核桃蛋白表面，降低核桃蛋白球的表面张力，显著改善所制备产品的稳定性。将已经调配好的核桃乳饮料置于高压均质机中于50℃、压力40 MPa条件下均质2次，使核桃乳混合更均匀。⑤灭菌。将均质完成的核桃乳分装到玻璃瓶中，在121℃条件下灭菌15 min[11]，冷却至室温。

1.2.3 核桃乳稳定性指标的测定

离心沉淀率的测定：将放置一段时间的核桃乳摇晃均匀后，精确称量10 g样品，在4 000 r/min、5℃条件下离心15 min，收集沉淀物并称重，按下式计算离心沉淀率。

离心沉淀率=沉淀物质量/离心样品质量×100%

通过测定核桃乳的离心沉淀率来判断其稳定性。一般情况下，离心沉淀率越小，说明核桃乳稳定性越好。按下式计算核桃乳稳定性。

核桃乳稳定性=1-离心沉淀率

1.2.4 统计与分析

采用Origin 8.0软件、Design expert 8.0软件对试验数据、正交试验进行分析处理。

2 结果与讨论

2.1 原料成分(见表1)

表1 核桃仁的成分 %

由表1可知，核桃仁中的脂肪含量为64.32%，蛋白质含量为20.61%，水分含量为5.47%，灰分含量为6. 92%。由此可知，油脂和蛋白质的同步提取将大大增加核桃营养成分的加工与利用程度。

2.2 单因素试验

2.2.1 pH对核桃乳稳定性的影响

在离子强度0.6 mol/L、CMC和果胶添加量均为0.2%的条件下，考察pH分别为4、5、6、7、8对核桃乳稳定性的影响，结果如图2所示。

图2 不同pH对核桃乳稳定性的影响

由图2可知，当pH为5时，核桃乳稳定性最差，而在偏离pH为5的条件下，核桃乳的稳定性均较高，在pH为7时，核桃乳稳定性最高，达到95.53%。该结果与齐西婷[12]关于pH对核桃蛋白粕溶解度影响的研究结果相一致。核桃中蛋白质是两性分子，在偏离等电点(其等电点在pH 5左右)的环境中，核桃蛋白即呈复杂的负离子或是正离子状态，离子之间的电荷相互排斥，核桃蛋白分子变得分散，水分子与核桃蛋白分子表面的极性基团的吸引作用，使得核桃蛋白在水中高度水化，核桃蛋白液的pH越远离核桃蛋白的等电点，其水化作用就越强，从而核桃蛋白分子分散性越好，其在水中的溶解度越大，后期制备的核桃乳饮料稳定性则越好[9]。当pH超过7时，核桃乳稳定性又呈现降低趋势。因此，在正交优化试验中，选定pH为6～8。

2.2.2 离子强度对核桃乳稳定性的影响

在pH为7、CMC和果胶添加量均为0.2%的条件下，考察离子强度分别为0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 mol/L对核桃乳稳定性的影响，结果如图3所示。

图3 不同离子强度对核桃乳稳定性的影响

由图3可知，核桃乳稳定性随着离子强度的增加而增加，在离子强度为0.8 mol/L时，核桃乳稳定性达到最大，为95.48%。该趋势与吴金鋆[13]的研究结果相一致。醇溶蛋白、球蛋白和谷蛋白作为核桃蛋白的主要成分，都是盐溶性蛋白质。中性盐溶液如氯化钠在溶解植物蛋白时，植物蛋白质在液体中的溶解度会随着盐浓度的改变而有所变化，这可能是由于氯化钠溶液浓度较低时，随着离子强度的增加，氯化钠离子与核桃蛋白分子带相反电荷的基团相互作用形成双电层，核桃蛋白分子间的静电作用会因此降低，使得核桃蛋白分子更好地分散，从而增大核桃蛋白的溶解度，因此核桃乳稳定性也随之增加[14]。当盐浓度继续增大时，盐离子压缩了交替的扩散双电层，破坏了静电复合物的形成, 从而引起蛋白溶液体系的斥力位垒下降, 其稳定性也随之下降[15]。因此，在正交试验中，离子强度范围选定为0.6～1.0 mol/L。

2.3 正交试验

根据单因素试验，选取对核桃乳稳定性影响较大的pH、离子强度各3水平。梁郎都[16]指出，植物蛋白饮料中通常使用的CMC、PGA、黄原胶、果胶、明胶、琼脂和卡拉胶等稳定剂的使用量范围在0.1%～0.3%，且李彬等[17]的研究发现添加剂的添加量如果相差0.05%对核桃乳稳定性的影响差异不大，而添加量相差0.1%则对核桃乳的稳定性影响显著，所以本次试验研究并未对稳定剂的添加量进行单因素试验，而是根据陈树俊等[10]的研究直接选取添加量为0.1%、0.2%、0.3%的CMC和果胶进行正交试验。即以pH(A)、离子强度(B)、CMC添加量(C)和果胶添加量(D)为考察因素，以核桃乳稳定性为考察指标，进行L9(34)正交试验，正交试验因素水平如表2所示，正交试验设计及结果如表3所示。

表2 正交试验因素水平

表3 正交试验设计及结果

由表3可知，各因素对核桃乳稳定性的影响程度大小依次为CMC添加量(C)>pH(A)>离子强度(B)>果胶添加量(D)，即CMC添加量对核桃乳稳定性的影响最大，pH次之，离子强度再次之，果胶添加量对核桃乳稳定性的影响最小。以核桃仁水提液为原料制备核桃乳的最佳因素水平组合为A2B1C3D1，即pH为7、离子强度为0.6 mol/L、CMC添加量为0.3%、果胶添加量为0.1%。在最佳条件下进行验证试验，核桃乳稳定性高达97.25%。

3 结 论

本研究通过单因素试验和正交试验，对以水代法提取核桃油副产物为原料制备核桃乳的工艺条件进行优化。各因素对核桃乳稳定性的影响程度大小依次为CMC添加量>pH>离子强度>果胶添加量。核桃乳制备的最佳工艺条件为：pH 7，离子强度0.6 mol/L，羧甲基纤维素(CMC)添加量0.3%、果胶添加量0.1%。在最佳工艺条件下，核桃乳稳定性为97.25%。