水代法制备核桃油过程中冷冻解冻破乳工艺的优化

冯红霞 ，常云鹤 *，马立志 ，王瑞，庞俊晓，李雷

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中心（贵阳 550008）

核桃又名胡桃，与扁桃、榛子、腰果并称世界四大干果。核桃原产于中亚、西亚、南亚以及欧洲等地[1-3]，现分布遍及六大洲50多个国家和地区，其中中国、美国、土耳其、伊朗、乌克兰和罗马尼亚为核桃六大生产国[4]。核桃仁中含有丰富的营养物质，如人体需要的8种氨基酸，且含量较高，核桃油中含有的不饱和脂肪酸和酶能够软化血管、增强记忆力。众多学术成果表明，核桃中的营养物质对多种疾病等有一定的预防和治疗作用[5]。

目前，我国核桃加工产品主要有核桃油及其他核桃蛋白制品[6]，其中大部分的产品加工多围绕核桃蛋白开展，对核桃油的加工利用研究较少，核桃油的生产方式主要采用压榨法、溶剂浸提法和超临界CO2萃取法。压榨法操作简单，但油脂提取率低、饼粕残油率高[7-8]。溶剂浸提法得油率高，但油脂和饼粕中易存在有机溶剂残留问题，影响食用油的安全和饼粕的增值利用价值[9]。超临界萃取油脂品质较好，但设备投资和运行成本大，很难在生产实践中进行推广。水代法是利用油水互不相溶得原理，根据核桃仁中非油脂组分和油脂组分的差异，从水溶液中分开蛋白质和油脂的办法，提取过程不添加其他助剂，不会破坏油脂的品质，工艺简单、成本低、安全可靠，具有工业化应用的经济可行性[10-11]，但在提取过程中蛋白与油脂相互吸附产生大量乳状液，降低了出油率，限制了水代法在工业上的大规模应用[12-13]，因此，亟需开展水代法乳状液的破乳研究，以提高油脂的提取率，为水代法的推广应用提供基础理论依据。

试验主要是采用冷冻解冻的破乳工艺，考察冷冻温度、冷冻时间、解冻温度、解冻时间对破乳率的影响；并在单因素试验的基础上，通过正交试验，优化得到最佳冷冻解冻破乳工艺。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

核桃采用的是贵州省毕节市赫章县产的黔核5号。试验主要试剂见表1。

表1 试验试剂

1.2 仪器与设备

试验仪器与设备如表2所示。

1.3 试验方法

1.3.1 原料成分测定

核桃仁脂肪含量测定：GB 5009.6—2016。核桃仁蛋白质含量测定：GB 5009.5—2016。核桃仁水分含量测定：GB 5009.3—2016。核桃仁灰分含量测定：GB 5009.4—2016。核桃油水分及挥发性物质含量测定：GB 5009.236—2016。核桃乳状液脂肪含量测定：AOAC 995.19。核桃乳状液蛋白质含量测定：GB 5009.5—2016。核桃乳状液水分及挥发性物质含量测定：GB 5009.236—2016。核桃乳状液灰分含量测定：GB 5009.4—2016。

表2 试验仪器与设备

1.3.2 工艺流程

1.3.2.1 工艺流程

1.3.2.2 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：将核桃仁在60 ℃热水中浸泡30 min[14]，剥去核桃表皮，沥干水分。

3) 冷冻解冻破乳。

冷冻温度对破乳率的影响：将乳状液分别置于温度为-5，-15，-20，-25和-30 ℃的环境中冷冻15 h，取出解冻，在50 ℃环境下加热15 min。

冷冻时间对破乳率的影响：将乳状液置于温度为-16 ℃的环境中，分别冷冻5，10，15，20和25 h，取出解冻，在50 ℃环境下加热15 min。

解冻温度对破乳率的影响：将乳状液置于温度为-20 ℃的环境中冷冻15 h，取出解冻，分别在10，30，50，70和90 ℃环境下加热15 min。

解冻时间对破乳率的影响：将乳状液置于温度为-20 ℃的环境中冷冻15 h，取出解冻，分别在50 ℃环境下加热5，10，15，20和25 min。

1.3.3 破乳率计算

破乳率=破乳后油脂质量（g）/[原乳状液质量（g）×乳状液含油率（%）]×100% （1）

1.3.4 试验设计

试验以破乳率为指标，分别选取冷冻温度、冷冻时间、解冻温度以及解冻时间为单因素进行研究，在单因素的基础上，采用正交试验设计优化破乳条件。

1.3.4.1 单因素试验

以冷冻温度、冷冻时间、解冻温度和解冻时间为试验因素，对水代法核桃油乳状液冷冻解冻破乳工艺进行优化，分别选取冷冻温度-5，-15，-20，-25和-30 ℃，冷冻时间5，10，15，20和25 h，解冻温度10，30，50，70和90 ℃，解冻时间5，10，15，20和25 min，对乳状液进行破乳研究，计算破乳率。

1.3.4.2 正交试验

通过单因素试验，选取冷冻温度、冷冻时间、解冻温度和解冻时间各3个水平，以核桃乳状液的破乳率为考察指标进行L9(34)正交试验设计，找寻最佳的破乳方案。

1.4 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 原料的成分测定

原核桃仁的成分测定结果如表3所示。核桃仁和核桃乳状液中的粗脂肪含量最高，蛋白质含量次之，水分含量第三，灰分含量最低，而且核桃乳状液中的粗脂肪含量、蛋白质含量、水分含量都高于核桃仁，灰分含量低于核桃乳状液。

表3 原料的成分测定 %

2.2 单因素试验

2.2.1 冷冻温度对破乳率的影响

水代法提取核桃油的乳状液为原料，在冷冻时间为15 h、解冻温度50 ℃、解冻时间15 min的条件下，考察冷冻温度-5，-15，-20，-25和-30 ℃对破乳率的影响，结果如图2所示。破乳率随着冷冻温度的降低而增加。当冷冻温度达到-20 ℃时，破乳率最高，为93.11%；当继续降低冷冻温度时，破乳率呈现缓慢升高的趋势。这是由于在冷冻条件下，乳状液会出现油相结晶现象，破坏乳状液的界面张力，使油滴相互聚集，破坏乳状液的稳定性[15-16]，但如果选择过冷的冷冻温度，油滴塑性增强，运动趋势减弱，油相结晶现象减少，不利于油滴的聚集且过冷的温度容易造成破乳成本的增加，所以选择-20 ℃为最佳冷冻温度。

2.2.2 冷冻时间对破乳率的影响

水代法提取核桃油的乳状液为原料，在冷冻温度为-20 ℃、解冻温度为50 ℃、解冻时间为15 min的条件下，考察冷冻时间5，10，15，20和25 h对破乳率的影响，结果如图2所示。随着冷冻时间的延长，乳状液的破乳效果依次增加，当达到15 h时破乳率增长缓慢。乳状液中的油脂含油量是一定的，当达到油相结晶的最大值时，冷冻时间延长并不能增加脂肪晶体的形成[17]，因此选择冷冻时间15 h为最佳冷冻时间。

图1 不同冷冻温度对破乳率的影响

图2 不同冷冻时间对破乳率的影响

2.2.3 解冻温度对破乳率的影响

水代法提取核桃油的乳状液为原料，在冷冻时间为15 h、冷冻温度为-20 ℃、解冻时间为15 min的条件下，考察解冻温度10，30，50，70和90 ℃对破乳率的影响，结果如图3所示。随着解冻温度的升高，破乳率依次升高，当达到50 ℃时破乳率反而下降，可能是随着解冻温度的升高，油相结晶完全解离，油滴溶解，乳状液与蛋白质再次结合，导致破乳率降低[18]。

图3 不同解冻温度对破乳率的影响

2.2.4 解冻时间对破乳率的影响

水代法提取核桃油的乳状液为原料，在冷冻温度为-20 ℃、冷冻时间为15 h、解冻温度为50 ℃的条件下，考察解冻时间5，10，15，20和25 min对破乳率的影响，结果如图4所示。随着时间的加长，破乳的效果依次增加，当达到15 min时不再增长反而下降。解冻时间不充分，凝固的油脂没有全部被融化，粘连在蛋白分子上，达不到完全破乳的效果；解冻时间过长，增加了蛋白分子与油滴的结合时间，导致再次乳化，同样会降低破乳率，还会加大成本[19]，所以选择15 min为最佳解冻时间，此时破乳率为62.10%。

图4 不同解冻时间对破乳率的影响

2.3 正交试验

选取冷冻温度、冷冻时间、解冻温度和解冻时间各3个水平，以核桃乳状液的破乳率为考察指标进行L9(34)正交试验设计，具体因素水平设计表如表4所示，所得试验结果及其极差分析如表5所示。

表5表明，影响乳状液破乳率的顺序为：冷冻温度＞解冻温度＞解冻时间＞冷冻时间。即冷冻温度和冷冻时间是影响乳状液破乳率的主要因素，最佳的破乳条件为A2B1C2D2，即冷冻温度-20 ℃，冷冻时间10 h，解冻温度50 ℃，解冻时间15 min。在此条件下进行验证试验，乳状液破乳率高达93.27%。

表4 正交试验因素水平表

表5 正交试验设计及结果

3 结论

通过单因素试验、正交试验及极差分析法，对水代法提取核桃油乳状液的冷冻解冻破乳工艺进行优化。各因素对乳状液破乳率的影响程度依次为：冷冻温度＞解冻温度＞解冻时间＞冷冻时间。得出的冷冻解冻的最佳工艺条件为：冷冻温度-20 ℃，冷冻时间10 h，解冻温度50 ℃，解冻时间15 min。在此工艺条件下，乳状液的破乳率最高，为93.27%。