解冻方式对冷冻脱衣核桃仁解冻品质的影响

李 兴，王永伦，杨 苗，林姿娜，徐怀德

（西北农林科技大学食品科学与工程学院，陕西杨凌 712100）

核桃（Juglans regiaL.）是国内外广泛栽培的木本油料植物，我国核桃仁年产量在300 万吨左右，其果实富含不饱和脂肪酸（包括油酸、亚油酸、亚麻酸等）、维生素和矿物质等[1]，核桃仁具有益智健脑、维护心脑血管健康、防老抗衰等作用[2-3]，是优质脂肪和蛋白质的来源。

为了满足餐饮行业的需要，实现产品增值，目前有企业将核桃脱壳取仁并去掉苦涩种皮制成脱衣核桃仁[4-5]。由于水分含量较高，脂肪含量高达60%～70%，不饱和脂肪酸占脂肪的90%[6-7]，易发生脂质氧化变质。因此，脱衣核桃仁一般采用50～65 ℃烘干，然后冷藏或直接-18 ℃冻藏。销售中采用冷链运输，食用前进行解冻，从而实现了脱衣核桃仁从工厂到餐桌的现代餐饮消费。

目前，鲜食核桃仁在冷冻温度下贮藏对品质的影响已有相关研究[8-10]，但解冻同样会对产品品质产生影响。室温空气解冻（Room Temperature Air Thawing，RTAT）、微波解冻（Microwave Thawing，MT）、4 ℃冷藏解冻（Refrigerator Thawing，RT）和室温超声解冻（Ultrasound Thawing，UT）等均为食品加工过程中常用的解冻方式。其中室温空气解冻利用空气的对流传热，具有成本低和适用范围广等优点，张忠等[11]在解冻软儿梨试验中发现室温解冻后果实的可滴定酸、可溶性固形物含量显著高于水浴解冻组，但解冻过程易受微生物影响[12]；微波解冻利用电能转化的电磁波引起食品中极性分子间的振动碰撞产生热量达到快速解冻，应用在果蔬解冻时可减少汁液流失率[13-14]，有效地保留酚类物质和可溶性维生素等营养素含量[15-16]，但微波解冻可能会因物料特性存在加热边角效应从而引发局部过热甚至出现熟化现象[17]；4 ℃冷藏室解冻是将样品放入4 ℃冰箱冷藏室进行解冻。由于温度较低可抑制微生物繁殖[18]，减少酶促褐变反应的发生[19]，但解冻时间较长；室温超声解冻则是利用超声波产生的空化效应、机械效应、热效应对冷冻物料的联合作用进行解冻[20]，具有效率高、能耗低、适用范围广等特点，超声处理能缩短解冻时间，减小内部温差[21]，减少蛋白和氨基酸损失[22]。另有研究发现，超声解冻与低温结合时较好地保留了冷冻苹果汁的营养成分和风味[23]。

目前对核桃仁解冻条件的研究主要集中于采后贮藏保鲜过程，解冻温度对鲜食核桃仁感官品质的影响[24]，不同解冻方式对脱衣核桃仁品质的影响未见报道。因此，本研究以冷冻脱衣核桃仁为原料，研究室温空气解冻、微波解冻、4 ℃冷藏解冻和室温超声解冻对其品质的影响，旨在为冷冻核桃仁的解冻提供一定技术支撑及理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

核桃品种为“温185” 购于陕西省商洛市兴贸农副产品购销有限公司，由公司完成机械化脱壳处理，挑选果仁较完整的核桃仁封袋包装后运回实验室；油酸甲酯、亚油酸甲酯、亚麻酸甲酯等标品、甲醇、异丙醇、乙腈、甲酸等色谱纯、氢氧化钾 优级纯，北京索莱宝科技有限公司；1,2,3-三氯丙烷 色谱纯，上海麦克林生化科技有限公司；三氯乙酸、石油醚（60～90 ℃）、乙醚、浓硫酸、无水乙醇、盐酸等 分析纯，四川西陇科学有限公司。

HH-S4A 恒温水浴锅 北京科伟永兴仪器有限公司；BCD-568WDPF 普通冰箱 海尔集团；TP101探针式温度计 托尔为有限公司；M1-L213B 微波炉 美的微波炉电气有限公司；KM-1030C 超声波清洗机 广州科盟清洁技术有限公司；TA-XT PLUS质构仪 英国Stable Micro Systems 公司；CM-5 色差计 美国HunterLab 公司；HC-3018R 高速冷冻离心机 安徽中佳科学仪器有限公司；LC-2030 Plus 高效液相色谱仪、Nexis GC-2030 气相色谱仪、UV1780紫外-可见分光光度计 日本岛津公司；GCMS-ISQ2012气相色谱-质谱联用仪 美国Thermo 公司；Nano SEM-450 扫描电镜 美国FEI 公司。

1.2.1 样品前处理和解冻 选用脱壳的干核桃1/2仁，在预试验基础上选择50 ℃浸泡1 h 后脱种皮得到脱衣核桃仁。然后在-20 ℃下冻结24 h 后取出。按照表1 中的方式，以-20 ℃为解冻初温，核桃仁中心温度4 ℃为解冻终温[13-16]，分别进行解冻处理。将经过不同解冻方式解冻所得的核桃仁暂存于100 mm×150 mm（厚0.06 mm）自封袋中，并置于4 ℃下以备相关指标测定。

表1 核桃仁的不同解冻方式Table 1 Different thawing methods of walnut kernels

1.2.2 色值测定 用CM-5 色差仪测定解冻核桃仁的颜色，一式五份，结果由Hunter 系统（L*、a*和b*）表示。L*表征明亮度，间隔为（0～100），a*为红绿值，正值表示偏红，负值表示偏绿；b*代表黄蓝值，正值表示偏黄，负值表示偏蓝。总色差（ΔE）是与对照（未解冻样品）相比的颜色总差别。为确保数据取样的稳定性，在每个核桃样品表面的中心和四角进行五次测量[15]。

1.2 实验方法

1.2.3 质构特性测定 用物性测定仪测定核桃仁的酥脆性、咀嚼性、平均硬度。参考景娜娜等[10]的方法，并根据实际材料物性和前期预试验参数探究结果，具体测定参数设置为：探头类型选择P/2，测试前探头下降速度5.0 mm/s，测试中速度5.0 mm/s，测试后探头回程速度5.0 mm/s；测定距离为3 mm；引发力为5.0 kg。

1.2.4 游离氨基酸测定 参考Yin 等[25]的方法，称取粉碎后的样品0.30 g 到离心管中，加入15 mL 10%三氯乙酸（TCA），以10000 r/min 的速度均质1 min。再将样品在冰水浴中超声处理5 min后静置2 h，在4 ℃下以10614 r/min 离心15 min 收集上清液。用NaOH 将上清液的pH 调节至2.0，然后加超纯水定容至25 mL，制得样品使用液相色谱法进行分析。色谱柱为Inertsil ODS-3 C18（4.6 mm×150 mm，7 μm）。流动相为pH3.2、3.3、4.0 和4.9 的柠檬酸钠和柠檬酸的混合缓冲液，以及质量分数为4%的茚三酮缓冲液。

1.2.5 VE含量测定 参考Souza 等[26]的方法，并对柱类型和洗脱方案进行一定的修改。取用3 g 核桃仁碎末，依次进行液-液萃取、过滤、溶剂真空蒸发、再溶解、净化和HPLC 分离。

使用C18，3 μm，240 mm×4.6 mm 色谱柱分离VE，流动相由（A）水、（B）甲醇和（C）甲醇-异丙醇-乙腈10:55:35 组成。洗脱程序：0 min，8% A+92% B；0～3 min，100% B；3～35 min，100% C；35～40 min，8%A+92% B。将柱温调至25 ℃，流速为0.6 mL/min。使用荧光检测器（fluorescence detector，FLD）检测VE。

1.2.6 不饱和脂肪酸测定 核桃仁中不饱和脂肪酸含量的测定参考GB 5009.168-2016《中国食品中脂肪酸测定国家标准》并稍作修改。将解冻后的核桃仁研碎后加入2.5 倍质量体积的石油醚浸提24 h，旋蒸提油。称取制得油样约60 mg 于具塞试管中，加入4 mL 异辛烷溶解试样，必要时可微热加速溶解，再加入200 μL 氢氧化钾-甲醇溶液，盖上玻璃塞猛烈振摇30 s 后静置至澄清。将试管放入40 ℃下保温30 min，结束后加入约1 g 硫酸氢钠，猛烈振摇待盐沉淀后将上清液过0.22 μm 有机滤膜移至上机瓶中，待测。另取油酸甲酯、亚油酸甲酯、亚麻酸甲酯标准溶液各1 μL 注入气相色谱仪，对色谱峰进行定性，并根据峰面积之比进行定量分析。

毛细管色谱柱选SH-RTX-2560（100 m×0.25 mm，0.25 μm）；采用仪器程序，进样量为1 μL，分流比为10:1，进样口温度240 ℃，柱箱初始温度为100 ℃，保持13 min，后以10 ℃/min 的升温速率上升到180 ℃，保持6 min，再以1 ℃/min 升温至200 ℃，保持20 min，最后以4 ℃/min 升温至230 ℃，保持10.5 min。传输线温度280 ℃。

1.2.7 油脂酸败指标测定

1.2.7.1 酸价测定 参考GB 5009.229-2016《食品安全国家标准 食品中酸价的测定》进行测定。

1.2.7.2 碘值测定 参考GB/T 5532-2008《动植物油脂 碘值的测定》进行测定。

1.2.7.3 过氧化值测定 参考GB 5009.227-2016《食品安全国家标准 食品中过氧化值的测定》进行测定。

1.2.7.4 茴香胺值测定 参考GB/T 24304-2009《动植物油脂 茴香胺值的测定》进行测定。

1.2.7.5 羰基价测定 参考GB 5009.230-2016《食品安全国家标准 食品中羰基价的测定》进行测定。

1.2.8 挥发性成分测定 挥发性成分萃取参考伏威铭等[27]的方法并加以修改。样品前处理方法：称取2 g 磨碎核桃仁于25 mL 顶空瓶中，加入2 μL 外标（1,2,3-三氯丙烷，138 μg/mL，溶于甲醇）。混匀后在50 ℃下平衡10 min，插入活化后的DVB/CAR WR/PDMS SPME Arrow 萃取头，在50 ℃下萃取30 min，萃取完成后于GC 进样口解吸5 min。

GC-MS 分析参考Guo 等[28]的方法并加以修改。配备熔融石英毛细管柱（DB-5，60 m×0.25 mm，0.25 μm）用于核桃仁挥发性香气成分的分析。初始温度为50 ℃，保持5 min，以3 ℃/min 的速率升至210 ℃并保持3 min，然后以10 ℃/min 升至230 ℃，随后保持在230 ℃的终温2 min。样品（1 μL）以5:1 的分流比进样。使用流速为1.0 mL/min 的高纯度氦气（>99.99%）作为流动相。质谱仪在70 eV（正模式）下以电子电离模式运行。传输线和离子源的温度分别为150 ℃和250 ℃。质谱以全扫描模式记录，扫描范围设置为m/z 30～500。根据化合物保留时间计算其保留指数，通过其计算值与数据库中保留时间指数（retention index，RI）相比较，对化合物进行定性。分析时去除萃取装置或仪器残留的硅氧烷类的杂质峰。

1.2.9 显微结构观测 将经不同解冻方式解冻的核桃仁沿纵切面切成厚约1 mm 的薄片，贴板后喷金。用扫描电镜对切片进行图像采集，经过200～800 倍的视野对比，选择400 倍观察核桃仁贮藏细胞的情况。

1.3 数据处理

所有实验重复3 次，所得实验数据均使用SPSS 26.0 做方差分析及显著性分析，P<0.05 时表示差异显著。采用Origin Pro 2018 绘图。

2 结果与分析

2.1 不同解冻方式对脱衣核桃仁色泽的影响

由图1 可知不同解冻方式对核桃仁亮度值的影响较大，对红绿值和黄蓝值的影响较小。其中，微波解冻组核桃仁亮度值最低（L*=56.5），且黄蓝值（b*=26.3）和红绿值（a*=4.8）显著（P<0.05）高于其他三组，核桃仁明显变得黯淡，变黄发红程度最明显，原因可能与微波炉加热不均及工作时高温对食品的熟化[29]密切相关。室温空气解冻、冷藏解冻和室温超声解冻处理后的核仁黄蓝值和红绿值无显著性差异，亮度值差异显著（P<0.05），由高到低依次为冷藏解冻、室温超声解冻、室温空气解冻，经室温空气解冻后的核桃亮度较暗可能与解冻温度较高造成的氧化有关。室温空气解冻、微波解冻两组较解冻前有明显的颜色变化[4]，室温超声解冻组△E值为2.76，解冻前后颜色差异不明显，冷藏解冻前后核桃仁的颜色差异最小。

图1 不同解冻方式对脱衣核桃仁色泽的影响Fig.1 Effects of different thawing methods on the color of stripped-walnut kernel

2.2 不同解冻方式对脱衣核桃仁质构的影响

本研究选取了咀嚼性、平均硬度和酥脆性作为不同解冻方式下核桃仁的质构评价指标。由图2 可知，经室温空气解冻后测得的核桃仁咀嚼性和平均硬度均显著小于其他三种解冻方式（P<0.05），而咀嚼性和平均硬度一定程度上均能反映细胞间结合力的强弱程度[30-31]。酥脆性定义为致使样品破裂的力，当样品同时具备较高硬度和较低粘聚性时可以表现出较好的酥脆性[32]。经微波解冻后的核桃仁酥脆性值最高，是由于未经包装的样品在电磁波碰撞产热使核桃仁在短时间内损失了较多水分，得到的核桃仁硬度较高。经冷藏解冻、室温超声解冻后核桃仁的酥脆性较微波解冻组低20%左右，说明以上两种方式对核桃仁中的水分保留较好，得到的解冻样品水分充足、鲜嫩爽脆，且两种方式间无显著性差异（P>0.05）。

图2 不同解冻方式对脱衣核桃仁质构的影响Fig.2 Effects of different thawing methods on the texture of stripped-walnut kernel

2.3 不同解冻方式对脱衣核桃仁游离氨基酸含量的影响

如表2 所示，经室温超声解冻后的脱衣核桃仁中各游离氨基酸含量均显著地高于其它解冻产品（P<0.05），以含量最高的游离氨基酸谷氨酸为例，室温超声解冻后的脱衣核桃仁中谷氨酸的含量依次为室温空气解冻组、微波解冻组和冷藏解冻组的1.64、1.09、1.28 倍。因此，经室温超声解冻后的核桃仁总游离氨基酸含量、必需氨基酸含量均显著高于其他解冻方式（P<0.05），可能是由于超声的热效应、空化效应等使得核桃蛋白构象改变[33]，使后续的提取率升高。总氨基酸含量较高的为微波解冻组和冷藏解冻组的解冻产品，含量分别为室温超声解冻组的71%、67%。经室温空气解冻的核桃仁总氨基酸含量最低，含量为室温超声解冻组的60%。

表2 不同解冻方式对脱衣核桃仁游离氨基酸含量的影响Table 2 Effects of different thawing methods on the free amino acid content of stripped-walnut kernel

2.4 不同解冻方式对脱衣核桃仁VE 含量的影响

维生素E 作为核桃中特征性的脂溶性维生素，具有抗氧化缓衰老、预防心血管疾病、保护肝肾脏等功能[34]，核桃被视为食补VE的良好来源。由图3 可知，微波解冻组脱衣核桃仁的γ-VE和δ-VE含量最高，二者分别较对应含量最低组解冻产品高18%和37%；生物活性最强的α-VE经过室温空气解冻后含量最高，较α-VE含量最低的微波解冻组高28%。不同解冻方式对脱衣核桃仁VE总含量影响显著，其中，微波解冻组VE总含量显著高于其他解冻方式（P<0.05），约为VE总含量最低的冷藏解冻组的1.17倍，可能是高温、加热、超声等非常规或胁迫性环境对VE这种抗氧化物质产生了一定的激发作用使得含量增高，这与范玲等[35]在不同热处理对花生维生素E 含量影响的试验结论类似。

图3 不同解冻方式对脱衣核桃仁VE 含量的影响Fig.3 Effects of different thawing methods on the VE content of stripped-walnut kernel

2.5 不同解冻方式对脱衣核桃仁不饱和脂肪酸含量的影响

油酸、亚麻酸、亚油酸是核桃中主要的不饱和脂肪酸，具有保护细胞、调节血液循环降血脂、消炎抗癌、预防心脑血管疾病和防治糖尿病等重要的生理功能[36-37]。如图4 所示，经微波解冻后的脱衣核桃仁中亚油酸含量最高，其次是室温超声解冻组，两组间亚油酸含量无显著性差异但显著高于冷藏解冻组和室温空气解冻组的解冻产品（P<0.05）。微波解冻和室温超声解冻组的油酸含量也显著高于另外两组，油酸含量最高的微波解冻组约为室温空气解冻组的1.14 倍。亚麻酸含量最高组出现在室温空气解冻组，与另两种脂肪酸受解冻方式的影响趋势不同，可能是不同脂肪酸对环境的耐受程度不同。整体上，经微波解冻和室温超声解冻后所得核桃仁不饱和脂肪酸含量较高，在解冻方式的选择时根据实际需求可做参考。

图4 不同解冻方式对脱衣核桃仁油酸、亚麻酸、亚油酸含量的影响Fig.4 Effects of different thawing methods on the oleic acid,linolenic acid,linoleic acid content of stripped-walnut kernel

2.6 不同解冻方式对脱衣核桃仁油脂酸败指标的影响

核桃因油脂含量丰富容易受环境影响而氧化。不同解冻方式对核桃油脂酸败指标的影响见图5。由图5A 和图5B 可知，经室温空气解冻和微波解冻后的核桃酸价较高而碘值较低说明对应核仁中的游离脂肪酸含量较高，不饱和脂肪酸含量较低，此时的核桃仁油脂品质较差。结合图5C 和图5D 可以看出，经室温空气解冻和微波解冻后脱衣核桃仁的过氧化值和茴香胺值显著高于其他两种解冻方式（P<0.05），分别对应着核仁油脂初级氧化和次级氧化程度[38]，说明这两种解冻方式下核桃的整体油脂氧化程度更重；而经冷藏解冻的核仁油脂过氧化值和茴香胺值均为最小，即脂肪氧化程度最低。由图5E 羰基价结果反映的哈败程度可见，室温空气解冻和微波解冻后哈败程度较大，与李亚茹等[39]探究油茶籽油羰基价在高温下含量较高的结果相似，但不同解冻方式的核仁羰基价测量值无显著性差异，且均远低于GB/T 22165-2008 坚果炒货食品通则中对羰基价的限定标准20 meq/kg。综合以上油脂酸败指标测量结果可知，室温空气解冻和微波解冻对加速油脂氧化的程度显著高于另外两种解冻方式，经冷藏解冻后核仁的油脂酸败程度较低，油脂品质较好，可能与解冻温度低对应的油脂氧化反应速度较慢有关；超声对解冻时油脂氧化的抑制优势也有所体现，原因可能与超声处理能较好保留油脂双键，使脂质稳定性较好有关[40]。

图5 不同解冻方式对脱衣核桃仁酸价（AV）、碘值（IV）、过氧化值（PV）、茴香胺值（PAV）、羰基价（CV）的影响Fig.5 Effects of different thawing methods on the AV,IV,PV,PAV,CV of stripped-walnut kernel

2.7 不同解冻方式对脱衣核桃仁挥发性成分的影响

由表3 可知，本研究在经不同解冻方式处理的核桃仁中共检出17 种挥发性成分（除烷烃），其中醇类9 种、酯类2 种、醛类3 种、萜烯类2 种、醚类1 种。烷烃类物质可以作为合成其他挥发性香气成分的前体物质，在不同解冻方式下测得的含量为3.68～7.64 mg/kg，是检出的挥发性物质中含量最高的类别，冷藏解冻和室温超声解冻下的核仁烷烃类物质较少，约为室温空气解冻组和微波解冻组的50%；其次含量最高的是醇类物质，因醇类物质的含量与脂肪的氧化程度呈正相关[41]，因此由冷藏解冻和室温超声解冻后醇类物质含量较少可知，这两种解冻方式下核桃中油脂氧化程度较室温空气解冻组和微波解冻组低；酯类物质仅在微波解冻和冷藏解冻组有少量检出；苎烯在萜烯类物质中含量最高，呈愉快新鲜的橘子香气，香味阈值低[42]，对整体香气的贡献较大，含量最高的微波解冻组是冷藏解冻的3.21 倍；醛类物质中己醛和壬醛均为脂质氧化产物[43]，其中正壬醛在室温空气解冻和微波解冻后核桃仁中测得含量为另外两种方式的近两倍，说明室温空气解冻和微波解冻造成的脂质氧化程度更大，与2.6 中酸败指标的结果一致。

表3 不同解冻方式对脱衣核桃仁挥发性物质组成和含量的影响（mg/kg 脱衣核桃仁）Table 3 Effects of different thawing methods on the composition and content of volatile compounds in stripped-walnut kernel (mg/kg stripped-walnut kernel)

2.8 不同解冻方式对脱衣核桃仁显微结构的影响

食品解冻是将冻样中的冰晶融化的过程，解冻方式不同导致冰晶融化速率不同，也进一步影响着食品对解冻水分的再吸收过程进而影响食品品质。贮藏细胞是构成核桃仁主体的细胞组织[30]，由蛋白质网络和脂肪填充其间组成网状结构。图6 是扫描电镜所拍的不同解冻方式下核桃仁的显微结构图。从图6 中可以看出，经室温空气解冻和微波解冻后核仁内贮藏细胞出现不规则皱缩、卷曲变形的程度较为明显，均出现了较多的细胞间隙空腔，而冷藏解冻和室温超声解冻处理后的核桃仁内贮藏细胞显示出较为均一整齐的结构，胞间空腔不明显，说明这两种解冻方式对核仁贮藏细胞整体的均一结构破坏程度较小。

以上结果说明了室温空气解冻和微波解冻这两种解冻方式对核仁贮藏细胞结构影响较大，容易造成不同程度的胞间空腔孔隙，可能是该两种解冻方式对应的油脂氧化程度较高造成的脂肪在蛋白质网络上位置改变有关[30]，反之冷藏解冻和室温超声解冻处理效果较为温和，对细胞结构破坏较小，贮藏细胞整体网状结构完整性较好，与2.6 中油脂酸败程度较小对应一致。

3 结论

解冻方式对核桃仁质构特性影响不明显；微波解冻、室温超声解冻后测得的游离氨基酸总量（0.213～0.302 g/100 g），VE（3.89～4.37 mg/100 g），不饱和脂肪酸含量（>570 mg/g）较高，但微波解冻的熟化作用使该组核桃仁亮度值最低（L*=56.5），且黄蓝值（b*=26.3）和红绿值（a*=4.8）显著（P<0.05）高于其他三组，即颜色变暗、褐变颜色明显；室温空气解冻造成的核桃油脂氧化程度最严重；经冷藏解冻和室温超声解冻后的核桃仁酸价低于0.37 mg/g，碘值大于110 g/100 g，过氧化值、茴香胺值较低，哈败程度轻微，由此反映的油脂氧化程度较低、品质较好，与GC-MS 醛类物质生成较少反映出的氧化程度较小一致，另外核桃仁贮藏细胞的胞间间隙均匀，整体结构完整性好。综上，选择冷藏解冻和室温超声解冻更有利于保证脱衣核桃仁的解冻品质，避免核桃仁在解冻中的不良变化。