澳洲坚果不同部位化学成分分析与加工利用研究进展

刘 姚，徐小明，奚志芳，赵秀娟

（广东生态工程职业学院园艺系，广东 广州 510520）

澳洲坚果（Macadamia ternifolia），别名昆士兰果、昆士兰栗、夏威夷果等，原产于澳大利亚的亚热带雨林。果仁是澳洲坚果最主要的可食部分，富含油酸、棕榈酸、亚油酸等不饱和脂肪酸。不饱和脂肪能有效调节人体血液中的胆固醇、降低心血管疾病的发生率［1］。澳洲坚果果仁不但营养价值高，而且香脆可口、具有独特的奶香味，备受消费者青睐［2］。澳洲坚果于20世纪60年代开始引入我国，已在云南、广西、广东、贵州等亚热带地区大量种植，目前我国已成为澳洲坚果的主产地之一［3-4］。关于澳洲坚果的研究主要集中在品种选育、栽培管理、加工利用等方面，虽然在品种选育、栽培管理方面取得了一定成绩，但在加工利用方面还处于初级阶段。澳洲坚果加工初产品主要以果仁和果油为主，包括壳果、原味果仁、不同口味果仁等，少量精深加工产品包括澳洲坚果面膜、护手霜等。在产业上，澳洲坚果除果仁被大量应用外，其他部分加工利用甚为匮乏，如澳洲坚果在嫁接育苗和种植过程中需要进行多次修剪，我国各地均将修剪后的枝叶直接置于地上任其腐烂沤肥，或者作为柴火进行焚烧；澳洲坚果的开花量较大，但因其对环境条件敏感，容易出现落花现象；在澳洲坚果果实的结构组成上，青皮占1/2，果壳占2/3，在加工过程中产生大量青皮、果壳等副产物。除果仁外的坚果叶、花、青皮和果壳及果仁加工副产物等以往常常被忽视，如大量丢弃或只做简单处理，未充分发挥出潜在价值。澳洲坚果花中含有一定量的芳樟醇，可作为天然香料应用于日化产品中；澳洲坚果青皮中含有酚类物质，可作为天然抗氧化剂；澳洲坚果壳具有良好吸附性能，可作为吸附剂用于空气和污水的净化；针对澳洲坚果不同部位的活性物质及性能进行精深加工及创新利用，开发系列高附加值产品，不仅可以有效提高澳洲坚果的附加值，还可以满足多元化的市场需求。本文综述了澳洲坚果叶、花、青皮、果壳、果仁的化学成分及开发利用现状，旨在为澳洲坚果产业的加工体系构建与资源综合利用提供理论依据。

1 澳洲坚果不同部位化学成分分析

1.1 澳洲坚果叶

关于澳洲坚果叶的化学成分研究较少。朱泽燕等［5］利用不同极性的溶剂对澳洲坚果幼叶进行分步萃取，再利用气相色谱-质谱联用（GC-MS）方法对其挥发性成分进行了详细研究，共分析鉴定出45种挥发性成分烃及其衍生物类、酮、醛、醇、酸、酯，其中烃及其衍生物的含量及种类最为丰富、占33.61%，包含27种化合物；就单物质而言，亚麻酸、甜橙素和棕榈酸含量较高，分别为22.21%、15.78%和7.15%。韩树全等［6］以春季澳洲坚果一芽三叶为原料制成的茶叶为研究对象，采用同时蒸馏萃取法和GC-MS对其成分进行分析鉴定，鉴定出38种化合物，包括醇类、酮类、脂肪酸、烃类、酚类、吡嗪类、吡咯类、呋喃类，其中酚类物质含量相对较高（占36.86%），其次是醇类（占20.98%），醛类占18.35%，但酚类物质种类较少、只有3种，醛类种类最多、有13种；就单物质而言，含量较高的3种化合物是2',4',4'-三甲氧基查耳酮（20.25%）、2,4-二叔丁基苯酚（11.88%）、顺-2-戊烯-1-醇（10.52%）。澳洲坚果幼叶中挥发性物质种类、组成成分及化学物数量如表1所示，在这些挥发性物质中，烃及其衍生物、醛类两种化学物质组成成分最为丰富，分别含28种和15种。澳洲坚果叶中挥发性物质因提取方式不同而不同，原材料处理过程（如杀青）也会影响挥发性物质的组成及含量［7］。

研究者还对澳洲坚果叶茶中化学成分和显香物质进行研究，结果表明，澳洲坚果茶叶中灰分含量为5%、水浸出物含量39%、游离氨基酸含量2.8%、酚类物质含量5.9%、几乎不含咖啡碱；澳洲坚果叶茶中挥发性香气主要有坚果香、清香、花香和果香4种［6］。还有研究者采用水蒸气法对澳洲坚果叶中精油进行提取，通过单因素和正交实验优化后，得到最佳提取工艺为料液比1∶5（g/mL）、氯化钠浓度25 mg/mL、蒸馏时间为3 h，精油提取率为1.061%，其中料液比对精油提取率的影响最大。但是，对澳洲坚果叶中精油成分还有待进一步研究［8］。澳洲坚果幼叶成分丰富，化学物质鉴定为综合利用澳洲坚果幼叶资源提供了有力依据。

1.2 澳洲坚果花

澳洲坚果花朵繁多、花香四溢，但落花严重，落花率约为90%［9］，花期为每年的4～5月、长达1个月左右。花朵颜色主要有乳白色、淡黄色、淡粉色和粉红色。宋海云等［10］以澳洲坚果花为原料，经干燥后制成花茶，根据GB/T 2009.124—2003对其氨基酸和挥发性物质进行分析，结果表明，澳洲坚果花茶中总氨基酸平均含量为9.676 mg/g，共含17种游离氨基，其中人体必需氨基酸7种，可见澳洲坚果花中氨基酸种类丰富、营养价值高；该课题组采用固相微萃取和GC-MS对花茶中的挥发性物质进行分析，鉴定出29种香气成分，主要有醇类、醛类、酯类等，其中醇类占60.2%（苯乙醇、苯甲醇、异辛醇含量分别为29.16%、22.83%、8.21%），就单物质而言，以上3种醇类化合物含量也是最高的。

表1 澳洲坚果幼叶中挥发性物质成分Table 1 Volatile compounds in young leaves of Macadamia tegrifolia

有研究者采用超临界CO2萃取澳洲坚果花中的挥发性物质，运用GC-MS对其成分进行分离鉴定，共分离出43种化合物，占离子峰相对含量的87.09%，其中一种化合物未鉴定［11］；就单物质而言，苯乙醇、4-羟基苯甲醛和反-吡喃型芳樟醇氧化物含量较高，分别占8.75%、6.88%和6.25%。澳洲坚果花中的挥发性物质中还含有苯甲醇、桂酸、苯乙酸乙酯和芳樟醇，含量分别为3.75%、2.19%、1.72%和1.25%，这些化合物不仅是构成澳洲坚果花独特香气的主体物质，还具有多种生理活性。例如，芳樟醇具有抗肿瘤、抗菌、抗炎等多种药理活性，素有“香料大王”美称，具有紫丁香、铃兰香、玫瑰香、木香和果香等香味，广泛应用于食品、饮料、日用化工中，还可用于合成维生素E。天然芳樟醇存在于芳樟油、白兰地、绿茶中，在芳樟油中含量最高可达90%左右［12］，但由于天然芳樟林资源的快速萎缩，使得天然芳樟醇来源成为制约香料等产业发展的最大因素，而澳洲坚果花作为天然芳樟醇的又一植物来源，可在一定程度上弥补资源不足。

还有研究者利用顶空固相萃取技术和同时蒸馏萃取技术对澳洲坚果花的化学成分进行研究，结果显示，不同的萃取方式、种植环境、原料品种、样品批次等均可影响澳洲坚果花的化学成分［13-14］。澳洲坚果花作为一种新型资源，其挥发性物质丰富且具有多种生理活性，因此，在香精香料、日用化工品、食品等行业具有广阔应用前景。澳洲坚果花中挥发性物质种类、组成成分及化学物数量如表2所示，其中醇类、醛类和酸类组成成分最为丰富，分别含有24、29和24种。

1.3 澳洲坚果青皮

澳洲坚果青皮是澳洲坚果外部绿色的果皮。张明楷等［15］对6个澳洲坚果品质青皮中的蛋白质、可溶性总糖和单宁物质含量进行研究，结果表明6个品种均含有蛋白质、可溶性总糖和单宁物质，其中南亚2号青皮中以上3种物质的含量最高，分别为9.21%、3.7%和2.16%。施蕊等［16］利用乙醇溶剂对新鲜澳洲坚果青皮中的物质进行浸提，结果表明浸提物种含有熊果苷、豆腐果苷及其他药用成分。刘秋月等［17］利用高效液相色谱对澳洲坚果青皮的乙醇浸提物进行分析，确定了青皮中5种酚类物质，分别为没食子酸、对羟基甲醇、3,4-二羟基苯甲酸、对羟基甲酸、对羟基甲醛。还有研究者对澳洲坚果青皮中的总多酚和总黄酮含量进行研究，发现总多酚含量在9.46～10.27 mg/g、总黄酮含量在4.70～9.96 mg/g之间［18］。澳洲坚果青皮中化学成分组成如表3所示。不同的干燥方法、提取溶剂浓度及提取温度等均会影响总多酚和总黄酮的含量测定［19］。

表2 澳洲坚果花中挥发性物质成分Table 2 Volatile compounds in Macadamia tegrifolia flower

1.4 澳洲坚果壳

随着澳洲坚果的精深加工利用，加工过程中大量的果壳被直接丢弃或焚烧，造成资源浪费，甚至还会污染环境。澳洲坚果壳主要成分是纤维素、酸不溶性木质素、矿物质等。澳洲坚果壳具有独特香味，有研究者利用顶空进样GC-MS方法和微波萃取对澳洲坚果壳挥发性物质进行分析，顶空进样GC-MS方法鉴定出28种化合物，微波萃取法鉴定出12种化合物，共鉴定出37种化合物［20］。以上两种方法鉴定出含量较高的两种化合物分别是E-9-油酸甲酯和棕榈酸，不仅两者含量不同，其他化学成分含量也存在较大差异，可能原因是不同提取方法导致澳洲坚果壳中挥发性物质损失。

表3 澳洲坚果青皮中化学成分组成Table 3 Chemical compounds in Macadamia tegrifolia green husk

还有研究者利用高效液相色谱对澳洲坚果壳中酚类物进行分析，结果表明澳洲坚果壳中含有没食子酸、3,4-二羟基苯甲酸、对羟基苯甲酸、对羟基苯甲醛等4种酚类物质［21］。涂行浩等［22］对澳洲坚果壳色素的理化性质和稳定性进行了研究，结果表明色素易溶于水、甲醇等极性较强的溶剂中，在中性、低温、避光环境下较为稳定，常见金属离子对澳洲坚果壳色素有一定的增色或护色作用，Fe2+、Fe3+、Al3+、Zn2+则会使其明显褪色。常见食品添加剂对澳洲坚果壳色素具有一定的护色作用。澳洲坚果壳色素呈棕褐色，较为稳定，可作为一种天然色素来源。另外，还有研究者对果壳中多糖和黄酮的提取工艺进行了研究［23］。澳洲坚果壳中化学成分及组成如表4所示，烯烃类和酚类两种化学物质组成成分最为丰富，分别含有14种和9种。

表4 澳洲坚果壳中化学成分组成Table 4 Chemical compounds in Macadamia tegrifolia nut shell

1.5 澳洲坚果仁

澳洲坚果仁富含脂肪、蛋白质、碳水化合物等多种营养成分，产地、品种和成熟度都会影响果仁营养成分的组成及含量。研究显示，新西兰7个地方4个品种及国内的澳洲坚果果仁的脂肪酸含量在69%～78%［24-25］，对8种澳洲坚果果仁脂肪及脂肪酸含量的测定结果表明，果仁含油率在71.7%～76%，其中80%为不饱和脂肪酸、20%为饱和脂肪酸。不饱和脂肪酸主要包括油酸、棕榈酸、亚油酸等，饱和脂肪酸包括棕榈酸、硬脂酸、花生酸等［24,26］。澳洲坚果果仁中，蛋白质含量仅次于脂肪含量，介于6.82%～20%［27-30］；氨基酸平均含量为81.82 mg/g，包含17种游离氨基，其中人体必需氨基酸7种［31］。澳洲坚果果仁在烘焙时会发生褐变，主要原因是果仁中含有一定量（4.16%～6.29%）的可溶性糖［28］，还存在其他碳水化合物，如淀粉含量4.02%～5.18%、蔗糖含量2.11%～5.17%、单糖（葡萄糖和果糖）含量0.36%～0.65%［28,32］。此外，澳洲坚果仁中还含有矿物质，矿物质含量是衡量果仁品质的重要指标之一。澳洲坚果果仁中含有K、Mg、P、Ca、Mn、Fe、Zn、Cu、Se等多种矿物质［33］，还含有酚类、植酸类等［34］。澳洲坚果仁中化学成分组成如表5所示。不同品种、种植环境、采摘时间等都对澳洲坚果仁中的脂肪、蛋白质、碳水化合物、矿物质等含量及其组成成分有重要影响。

2 澳洲坚果加工与综合利用

2.1 澳洲坚果仁

澳洲坚果仁除直接加工成各种口味的果仁外，还可加工成坚果油、乳饮料、果粉、巧克力和冰淇淋的配料。坚果仁的加工工艺相对简单，在得到坚果仁后与不同配料进行浸泡或混合，干燥烘焙，即可得到澳洲坚果仁产品。根据含油率可以将果仁分为3个等级：一级果仁含油率大于72%，二级果仁含油率在66%～72%，三级果仁含油率在50%～66%之间，在食品工业上，主要利用纯水或浓度为1.025 g/mL的盐水对果仁进行分级。澳洲坚果油清香透亮，可以作为一种高品质的色拉油，还可用于化妆品生产，目前市场上的澳洲坚果化妆品非常丰富，常见产品有澳洲坚果修护保湿面膜、滋润保湿霜、护手霜、唇膏等［35-36］。澳洲坚果油的提取工艺包括传统的压榨法、溶剂萃取法、超声波辅助提取法、索式提取法、超临界CO2萃取法和亚临界萃取法等，不同的提取方法，其提取时间、出油率及油的品质存在一定差异。澳洲坚果乳饮料的加工主要包括澳洲坚果仁打浆、调配、均质、灌装等环节，所得乳饮料产品色泽为乳白色，并具有澳洲坚果独特的香味［37］。

表5 澳洲坚果仁中化学成分组成Table 5 Chemical compounds in Macadamia tegrifolia kernel

2.2 澳洲坚果壳

澳洲坚果壳是一种硬质材料，主要成分为纤维素和木质素，因此具有很好的吸附作用［38］。研究表明，澳洲坚果壳可以制成活性炭用于处理废水中的重金属元素和类黑精［39-42］，也可以直接粉碎后制成粉末，用于阳离子染料（亚甲基蓝、罗丹明B和碱性品红）的吸附，在1 h内粉末对3种阳离子染料的吸附均达到平衡［43］。澳洲坚果壳粉末可用于直接吸附阳离子染料，操作简单、快捷，具有广阔的应用前景。

粉碎后的澳洲坚果壳在800℃的高温厌氧条件下进行焙烧，所得产物疏松多孔，具有许多超微孔隙（＜0.6 nm），使其表面积增大（1 678 m2/g）、总孔体积增大（0.57 m3/g）［44］。澳洲坚果壳焙烧后经氟化或微波热解后制成电极，电极具有高能量密度［45-46］，还可经水热炭化技术制成水热炭，表明澳洲坚果壳水热炭可作为固体燃料［47］。因此，澳洲坚果壳可作为一种来源丰富、价格低廉的原材料应用于电池和燃料领域，为澳洲坚果壳的再利用开辟了新的应用领域。

2.3 澳洲坚果粕

澳洲坚果仁中脂肪含量占80%左右、蛋白质含量占9%、碳水化合物含量占13%，其中蛋白质共含有18种氨基酸，根据联合国粮农组织和世界卫生组织规定的标准，澳洲坚果仁中的必需氨基酸组成平衡合理，是优良的植物蛋白资源［48］。澳洲坚果榨油后剩余的饼粕，主要用于制作饲料，极大浪费了资源。饼粕中含有丰富的蛋白质，具有很好的乳化作用［49］。有研究者以澳洲坚果粕、奶粉、白砂糖、澳洲坚果油等为原辅料，在单因素实验基础上，通过正交试验优化澳洲坚果粕饼干的制作工艺，所得产品在色泽、香味、口感方面都表现出很好的品质特性［50］；另外以澳洲坚果粕制成的果片产品，营养丰富、香味浓郁、口感好。澳洲坚果粕除了可直接用于加工食品外，还可用于一些活性物质的提取，例如，有研究者利用酶解法提取澳洲坚果粕中的蛋白质和多肽、利用弱碱水-醇沉的方法提取多糖，所提多糖具有较好的抗氧化能力［51］。

2.4 澳洲坚果青皮

澳洲坚果青皮占鲜果重量的45%～60%，目前大部分作为废弃物直接丢弃，少部分用于沤肥或饲料。澳洲坚果青皮含有单宁、酚酸、皂苷等多种活性成分，具有杀虫、抑制农作物萌发生长、抗氧化等活性，如熊果苷具有美白和祛斑等功效，豆腐果苷具有镇静和抗抑郁等功效。因此，青皮提取物可用作杀虫剂、除草剂及抗氧化剂的开发资源。有研究者将澳洲坚果青皮用于化妆水、饲料和生物有机肥的制作［16,52］。

2.5 澳洲坚果叶

以春季澳洲坚果一芽三叶为原材料，经炒青后制成绿茶，其外形完整性好、饱满，滋味浓厚，满足一般茶叶的品质特征。研究表明，澳洲坚果叶茶中咖啡碱含量非常低、小于0.01%，对痛风患者或神经衰弱患者而言，澳洲坚果叶茶无疑是一个更好的选择。另外，在茶饮料的加工储藏过程中，容易因咖啡碱的存在而出现“冷后浑”现象，制约了茶饮料的开发，而澳洲坚果叶茶很好地规避了这一难题，因此具有潜在的利用价值。

3 问题与展望

对于挥发性物质提取的方法主要有蒸馏法、有机溶剂提取法、超临界流体萃取法、超声波辅助提取法、同时蒸馏-萃取法、微波辐射法、微波辅助水蒸馏法等，不同的提取方法其提取原理不同，导致提取物成分有所差异。澳洲坚果各部分化学成分复杂，尤其是挥发性物质。目前，关于澳洲坚果挥发性物质的提取方法主要有有机溶剂提取法、同时蒸馏法、超临界流体萃取法，因此利用其他方法对其挥发性物质进行分析有待进一步研究，以期分离鉴定出更多的化合物，为澳洲坚果资源的利用提供物质基础。目前，全球澳洲坚果仍以初加工为主，且主要集中在果仁部分，果仁占所有产品类型的2/3，带壳坚果占1/3，其他产品仅占5%左右［1］。随着澳洲坚果产业的不断发展，澳洲坚果叶、澳洲坚果花、澳洲坚果青皮和澳洲坚果果壳资源日渐丰富，但对澳洲坚果各部分资源的利用尤其是对叶和花的利用还处于初级阶段。制约澳洲坚果精深加工利用的因素可能有：（1）化学成分不明确，导致无法对澳洲坚果资源进行精准加工利用；（2）精深加工技术不健全，不能大量制备活性物质；（3）澳洲坚果果仁中富含不饱和脂肪酸，容易受环境影响而出现品质下降。因此，迫切需要创新应用现代科学技术，分离鉴定澳洲坚果资源中的活性成分，并针对澳洲坚果果仁品质下降问题进行深入研究，阐明其机理，以期为澳洲坚果产业的加工体系构建与资源综合利用提供理论依据。