辣木高钙核桃乳制备工艺

周艳，赵存朝，史崇颖，陶亮*田洋,3*

1(云南农业大学 食品科学技术学院，云南 昆明,650201) 2(国家辣木加工技术研发专业中心，云南 昆明,650201)3(云南省生物大数据重点实验室，云南 昆明,650201)

核桃具有较高的营养价值，含有20%～25%的优质蛋白[1]，人体消化率可达87%[2]，其中8种必需氨基酸含量较合理；油脂含量达60%～75%，其中不饱和脂肪酸占90%以上[3]，尤其是油酸、亚油酸及亚麻酸含量较高,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饮料不仅具有核桃特有的香味，且富含蛋白质、不饱和脂肪酸、维生素及矿物质元素等，深受消费者欢迎,被誉为新一代绿色营养饮料。但核桃产业精深加工不足，多为初加工产品[5]。

辣木(Moringaoleifera)是一种具有独特经济价值的热带植物[6]，2012年我国国家卫生和计划生育委员会将辣木叶批准为新食品原料[7]。辣木叶营养丰富，并具有功能活性，可开发成辣木保健饮料、乳饮料、畜禽饲料和鱼饲料等[8]，其中，辣木叶中钙和蛋白质含量是牛奶的4倍和2倍[9]。科学研究表明，钙是人体中极为重要的金属元素，是构成人体骨架的基本成分之一[10]。目前，以植物为原料开发的钙产品较少，主要原因是植物中的钙含量较少[11]，同时由于植酸、草酸的存在，可与钙离子结合降低钙吸收效率。通过微生物发酵的方式可有效降解植物中植酸、草酸，释放出钙离子[12]，同时发酵可产生大量小分子多肽、氨基酸和多糖，研究表明，多肽的吸收比蛋白质及游离氨基酸更快，吸收率更高，并可促进对矿物质等营养物质的吸收[13]。

近年来，随着人们生活水平和健康意识的提高，补充钙元素的植物饮料倍受消费者的欢迎。因此本文拟以辣木叶、核桃为主要原料，通过对复合乳的制备工艺及乳化稳定剂配方进行研究，得到了辣木高钙核桃乳，其不仅增强了核桃乳的营养价值，改善了植物蛋白饮料稳定性，而且风味独特。本研究丰富了核桃乳饮料种类，为核桃及辣木叶精深加工奠定理论基础。

1 材料与方法

1.1 材料

核桃，大理漾濞核桃有限责任公司；辣木叶粉，云南天佑科技开发有限公司。

1.2 仪器与设备

JNL-50胶体磨，廊坊市恒诺机械有限公司；SRH60-70高压均质机，上海申鹿均质机有限公司；HJJ-6水浴恒温电动搅拌器，常州华奥仪器制造有限公司；GMSX-280压力蒸汽灭菌锅，北京市永光明医疗仪器有限公司；AR224CN电子天平，常州奥豪斯仪器有限公司；SOPB-10酸度计，赛多利斯科学仪器北京有限公司。

1.3 方法

1.3.1 辣木钙制备

辣木叶粉与去离子水混合1∶15(g∶mL)，121 ℃灭菌15 min，冷却至40 ℃，无菌条件下按菌种体积1∶2∶1接种嗜酸菌乳杆菌、酵母菌、罗伊氏乳杆菌，接种量为辣木液体积的8.0%，37 ℃发酵72 h，4 500×g离心20 min，上清液在进风温度为175 ℃下喷雾干燥，将得到的辣木高钙粉在密封干燥环境中保存。

1.3.2 辣木高钙核桃乳加工工艺设计

工艺流程：

核桃→挑选→去皮→打浆→磨浆→过滤(200目)→配料→预热(50～60 ℃)→均质(2次均质)→真空脱气→灌装→灭菌(121 ℃，15 min)→成品

核桃去壳后，将核桃仁中的瘪仁、坏仁、杂质等挑出去除，放入质量浓度10 g/L的氢氧化钠溶液中，加热至90 ℃浸泡去皮，清洗至无碱味后，挑选250 g去皮核桃仁，利用80～120目的胶体磨对核桃仁进行磨浆，1份核桃仁加水1份，1 kg循环磨浆5 min后，利用砂轮豆浆机按料液比1∶3(g∶mL)对核桃桨进行磨浆，200目纱布过滤备用。添加质量浓度50 g/kg白砂糖，35 g/kg辣木钙粉，2.5 g/kg乳化稳定剂，0.3 g/kg香兰素，用适量水溶解后，加水定容至1 L，利用NaHCO3调节核桃乳pH值至7.6～7.8；利用80～120目的胶体磨对核桃仁进行磨浆，1 kg循环磨浆5min后，采用2次均质对高钙核桃乳进行均质，1次均质压力20～25 MPa，2次均质35～40 MPa；罐装、杀菌、成品。

1.3.3 辣木钙核桃乳工艺参数筛选

(1)乳化剂、稳定剂筛选

从色泽、香气、滋味和组织状态以及稳定性等方面进行评价，筛选稳定剂及乳化剂种类，及其添加量，并探究它们对高钙核桃乳感官评分、稳定性的影响。

选择单硬脂酸甘油酯和蔗糖脂肪酸酯，添加量分别为0、0.5、1.0、1.5和2.0 g/L，加入核桃乳中，测定乳化稳定性，综合评价选择乳化剂。在单一乳化剂试验的基础上，将单甘酯和蔗糖酯按质量比为1∶9、2∶8、3∶7、4∶6、5∶5、6∶4、7∶3、8∶2、9∶1，质量浓度为1.0 g/L，加入至核桃乳中，采用量筒法、离心法测定稳定性并进行感官评分，选出最佳复合乳化剂。

选择4种稳定剂，分别为黄原胶、瓜尔胶、海藻酸钠、果胶，其中每种稳定剂用量分别为总体积的0、0.1%、0.2%、0.3%和0.4%，加入至核桃乳中，采用量筒法、离心法测定稳定性，综合评价选择稳定剂。2种或2种以上的稳定剂混合使用往往具有协同效应。果胶和海藻酸钠进行复配具有增效效应，因此选择了对稳定性影响较大的果胶，海藻酸钠按质量比为3∶7、4∶6、5∶5、6∶4、7∶3，添加量为总体积的0.1%、0.15%、0.2%，同时加入0.1%的复合乳化剂至核桃乳中，采用量筒法测定稳定性并测定感官评分。

(2)配料筛选

以感官评分为指标，分别对蔗糖添加量(25、35、45、55、65 g/kg)、香兰素添加量(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)、辣木钙粉添加量(30、35、40、45、50 g/kg)进行单因素实验。

1.3.4 响应面优化

根据Box-Behnken的中心组合试验设计原理，以辣木高钙粉添加量A、白砂糖添加量B、以及核桃仁添加量C为自变量，辣木钙核桃乳的感官分为响应值，设计3因素3水平的优化试验。

表1 响应面优化实验的因素及水平 单位：g/kg

1.3.5 感官评定测定方法

参照植物蛋白乳饮料的食品安全国家标准GB/T 31325—2014[14]，选择20名点评员，取适量辣木钙核桃乳置于50 mL烧杯中，在自然光下观察色泽和组织状态，闻其气味，用温开水漱口，品尝滋味，感官评分标准见表2。

表2 辣木钙核桃乳的感官评分标准Table 2 Sensory scoring criteria for Moringa calcium-Walnut milk

根据每个品评员的评分结果计算平均值，个别品评误差大的可舍弃，舍弃后重新计算平均值。最后评分的平均值作为核桃奶酪的感官评价结果。

1.3.6 乳化稳定性的测定方法[15]

量筒法：取25 mL左右的样品，用高速匀浆机10 000 r乳化1 min后倒入25 mL量筒中，静置2 h后读取乳状液总高度及量筒上层乳状液分层的高度，观察乳状液状态的变化。

离心法：取25 mL左右的样品，用高速匀浆机10 000 r乳化1 min后倒入离心杯中，于3 000 r离心30 min后读取乳状液总高度及离心杯上层乳状液分层的高度，观察乳状液状态的变化。乳化稳定性以公式(1)表示:

(1)

2 结果与分析

2.1 辣木钙制备

辣木叶粉发酵后通过离心、喷雾干燥得到辣木发酵粉、辣木发酵渣。按GB 5009.5—2016测定蛋白质含量；按GB 5009.6—2016测定脂肪含量；按GB 5009.268—2016测定矿质元素；按GB 5009.124—2016方法测定游离氨基酸。结果如表3所示。

表3 辣木叶发酵前后营养指标变化Table 3 Changes of nutritional indicators of Moringaleaves after fermentation

从表3中可以看出，制备的辣木天然有机钙粉中矿物质元素种类齐全，含量丰富，蛋白质含量可达24.1%，游离氨基酸总量为(18.61±3.92) g/kg，营养价值较高。通过发酵提取，辣木叶中游离钙的含量从2.08%提高至4.90%,与陈丹等[16]的结果相似。通过乳酸菌发酵，产酶和产酸将大量的蛋白降解成短链肽段和氨基酸，同时将骨粒中的羟基磷灰石晶体Ca10(PO4)6(OH)2和无定型磷酸氢钙破坏掉，以乳酸钙、氨基酸钙的形式游离出来，成为易被人体吸收和利用的游离钙。

2.2 辣木钙核桃乳乳化稳定剂确定

2.2.1 乳化剂确定

植物蛋白饮料的稳定性主要取决于体系的亲水亲油平衡状态及各种添加剂与蛋白质及脂肪的相互作用[17]。乳化剂从构象来看其亲水基团的结构有线性和环形2大类,单甘酯的亲水基团是线性的，而蔗糖酯的亲水基团是环形的，将2种乳化剂复合使用，界面上吸附形成“复合物”，定向排列紧密，从而能很好地防止聚结，增强乳化效果[18]。

表4 不同浓度单甘脂、蔗糖脂的乳化效果Table 4 Emulsifying effect of monoglyceride and sucroselipid with different concentration

表4表明，单一乳化剂的稳定效果随其质量分数的增加逐渐提高。当单甘酯和蔗糖酯质量浓度从0增加至2.0 g/L时，分层时间呈不同程度地延长，浮层厚度呈减小趋势，乳化效果随添加量提高不断增强。通过比较发现当单甘酯和蔗糖酯的质量浓度达到1.5 g/L时，乳化效果明显增强。考虑到添加剂使用的最小原则，故选取质量浓度1.5 g/L为乳化剂的添加量。如图1所示，量筒法和离心法都显示出当单甘酯∶蔗糖酯为7∶3(m∶m)时，浮层厚度最小，出现分层时间最长，辣木高钙核桃乳稳定性最高，随着单甘酯与蔗糖酯添加比例提高，乳化效果呈下降趋势，乳化稳定性降低。 当乳化剂添加量进一步增加时,超过了乳化剂的临界胶束浓度,乳化剂分子就会在溶液内部聚集,构成亲油基向内、亲水基向外的球状胶束[19]。因此确定单甘酯与蔗糖酯最适添加比例为7∶3(m∶m)。

图1 复合乳化剂对乳化稳定性的影响Fig.1 Effect of Compound Emulsifier on Emulsion Stability

2.2.2 稳定剂的确定

不同稳定剂对复合乳的稳定性影响见图2，复合稳定剂的乳化稳定效果见表5。

图2 单一稳定剂对乳化稳定性的影响(量筒法)Fig.2 Effect of a single stabilizer on emulsion stability(cylinder method)

表5 不同浓度、比率的稳定剂的乳化稳定效果Table 5 Emulsification stabilization effect of stabilizerswith different concentration and ratio

由图2所示，不同稳定剂的稳定性能也不同，随着稳定剂浓度的增大，稳定性越好，4 种稳定剂的稳定性能依次为:果胶>黄原胶>海藻酸钠>瓜尔胶。稳定剂添加量过大会使产品的黏稠度增大，影响核桃乳的口感，使其感官品质降低。且单一稳定剂都不能达到使产品长期稳定的目的，所有试验样品在7 d后均出现不同程度地分层。实验发现，单一稳定剂中果胶的添加量为总体积的0. 4%时，乳化稳定性达98.5%，效果最好，但黏稠度较大、口感较差，因此将2种增稠剂复合使用，由表5所示，果胶和海藻酸钠添加比例为4∶6(m∶m)时，添加量0.1%和0.15%(体积分数)下其稳定性最高，添加量为总体积的0.15%时，稳定性和感官评分均最高。

因此，试验确定最佳复合稳定剂果胶和海藻酸钠(4∶6，m∶m)添加量为总体积的0.15%，最佳复合乳化稳定剂为：单硬脂酸甘油酯和蔗糖脂肪酸酯(7∶3,m∶m)添加量为总体积的0.1%。使用此乳化稳定复合剂生产的辣木高钙核桃乳黏度适当且具有较高的稳定性，感官评价好。

2.3 辣木高钙核桃乳辅料确定

植物蛋白饮料中的配料成分对其体系稳定性的影响非常复杂。最主要的是糖类、乳化剂和增稠剂[20]，蔗糖的添加量在一定程度上决定了核桃乳的香甜程度，并且在很大程度上对产品的风味会产生影响。另外,盐离子浓度影响蛋白质的溶解性，资料显示Ca2+、Mg2+等二价盐离子以及其他多价离子易导致蛋白质的析出[21]。

由图3可知，蔗糖的添加量过大，核桃乳过于甜腻，口感下降，添加量为45 g/kg时感官品质最佳；香兰素具有浓烈奶香气息，广泛运用在各种需要增加奶香气息的调香食品中，香兰素添加量为0.15 g/kg，感官评分最高；添加辣木钙粉对核桃乳的感官品质有较大的影响,添加量过高,复合乳产生絮凝沉淀，出现分层现象，用量过低复合乳风味不突出，滋味单薄，颜色发白。核桃仁添加量为250 g/kg、辣木钙粉添加量为40 g/kg时感官分值最高。分析原因主要是核桃浆的添加量过大导致饮料中油脂含量过高，引起油腻、黏稠的感觉。

图3 不同辅料添加量对辣木钙核桃乳感官评分的影响Fig.3 Effect of different excipients on the sensory score of Moringa calcium walnut

2.4 响应面优化

2.4.1 响应面设计及结果

响应面试验方案及结果见表6。

2.4.2 模型建立及显著性分析

利用Design-Expert 8.0.6软件对表6进行多元回归拟合，得到感官评分对A(辣木钙粉添加量)、B(蔗糖添加量)、C(核桃仁添加量)的回归模型进行方差分析。如表7所示。

表6 响应面分析方案及结果Table 6 response surface analysis and result

表7 回归模型的方差分析和失拟性分析Table 7 Analysis of variance and derealization of regression model

感官评分对A(辣木钙粉添加量)、B(蔗糖添加量)、C(核桃仁添加量)的回归模型方程为：感官评分=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

方差分析结果表明，回归模型显著性检验P=0.006 3<0.01，说明二次多元回归模型极显著；感官评分回归模型失拟性检验P=0.298 1>0.05，可以认为所选辣木高钙核桃乳的感官评分二次回归模型与实际试验拟合性充分模型失拟不显著。辣木高钙核桃乳感官评分回归诊断表明，决定系数R2=0.910 1，信噪比Adeq precisior=7.334，这表明方程的拟合度和可信度均很高，可用于辣木高钙核桃乳感官评分评价。通过分析模型各系数的P值可得出，在所取因素水平范围内，各因素对辣木高钙核桃乳感官评分影响的顺序为：核桃仁添加量(C)>辣木钙粉添加量(A)>蔗糖添加量(B)。

2.2.4 最佳条件的确定和回归模型的验证

由表8所示，回归模型通过响应面法得到最优的辣木高钙核桃乳工艺条件为辣木钙粉添加量为40.47 g/kg，核桃浆添加量为255.12 g/kg，蔗糖添加量42.32 g/kg。考虑实际操作情况与设备参数状况，确定辣木钙核桃乳工艺条件为：辣木钙粉添加量40 g/kg，蔗糖添加量42 g/kg，核桃浆添加量255 g/kg，辣木钙核桃乳的感官评分值为86.856分。在上述最佳条件下进行验证实验，得到辣木钙核桃乳的感官评分值为89.6，与理论值接近。

表8 响应面优化结果及验证 单位：g/kg

3 结论

辣木叶粉经过发酵，可溶性钙含量增加了1.3倍，游离氨基酸总量增加了25.7%；通过实验确定了乳化剂、稳定剂添加量：单硬脂酸甘油酯和蔗糖脂肪酸酯(质量比7∶3)复合乳化剂质量浓度为1.0 g/L，果胶和海藻酸钠(质量比4∶6)复合稳定剂添加量为总体积的0.15%；经单因素试验、响应面优化确定辣木高钙核桃乳的最佳配方参数：核桃仁添加量255 g/kg，辣木高钙粉添加量40 g/kg，蔗糖添加量42 g/kg，香兰素添加量0.15 g/kg。以此工艺生产的辣木钙核桃乳口感细腻滑润，稳定性良好，具有很好的外观色泽。辣木高钙核桃乳的研制，为云南特色核桃产业的开发提供理论参考。