响应面法优化草本风味核桃加工工艺

包永华，吕 杰，李煌俊

（1.浙江经贸职业技术学院，浙江 杭州 310018；2.浙江巨邦高新技术有限公司，浙江 杭州 310018）

核桃又名胡桃，不仅是全球四大干果之一，也是我国主要的木本油料树种，其种植面积及产量在全球都位居第一[1]。核桃内核的外观类似于人脑，被认为是大脑的营养物质。核桃因其具有较丰富的营养和较高的药用价值，被联合国粮食及农业组织（FAO）列入优先发展的植物名单[2]。

核桃富含维生素、矿物质、Omega-3 脂肪酸和植物化学物质[3]。越来越多的研究表明，日常食用核桃与某些疾病的防治之间存在着紧密的关系。根据Ni 等[4]的研究发现，核桃中的多酚类成分具有降低患心血管疾病风险的作用。此外，有研究表明，核桃（作为多不饱和脂肪酸的来源）对促进大脑健康和功能有积极的影响[5-6]；核桃中的化合物（如鞣花酸）对抑制癌症和炎症具有一定的作用[7-8]；核桃还可作为益生元的来源，具有促进肠道益生菌生长的潜力[9-11]；有调查显示，长期食用核桃可以有效预防Ⅱ型糖尿病[12-13]。核桃的这些功效部分得益于其强大的抗氧化活性。核桃含有许多独特而有效的抗氧化剂，如醌类、单宁类、儿茶素和类黄酮类化合物[14-15]。综合而言，核桃因其丰富的营养和功效而被极力推荐作为一种健康的零食[16]。

核桃可直接生吃，也可经烤制、腌制和调味加工后食用[17-18]。近年来，随着人们对核桃保健功效认识的逐步提高，我国市场对手剥核桃的需求与日俱增，亟需对该产品进行开发。本研究以核桃为主料，草本植物大料作为辅料，研制手剥核桃产品，希望能够开发出一种既方便食用又香脆可口的具有草本风味的手剥核桃休闲食品，从而提升其商品价值，为核桃制品的开发及产业化利用提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

1.1.1 材料与试剂

新疆185 纸皮核桃，新疆果业集团有限公司；白砂糖，广东福正东海食品有限公司；安赛蜜，安徽维多食品配料有限公司；香兰素、糖精钠、甜蜜素、鲜味剂、乙基麦芽酚、三氯蔗糖，浙江巨邦高新技术有限公司；精制食用盐，中盐东兴盐化有限公司；红烧肉香精、山核桃香精、香葱香精，芬美意香精（上海）有限公司。

1.1.2 仪器与设备

TMS-PRO 质构仪，美国FTC 公司；BPG-9070A精密鼓风干燥箱，上海一恒科学仪器有限公司；DKS12 数显恒温水浴锅，上海森信实验仪器有限公司；SPS202F 电子天平，奥豪斯仪器（上海）有限公司；DL-BL20PP-A搅拌机，广东隆特电子有限公司。

1.2 方法

1.2.1 工艺流程

1.2.2 操作要点

1.2.2.1 核桃预处理

称取500 g 新疆185 纸皮核桃，用干净清水清洗两遍，将核桃在2 kg 质量浓度为2 g/L 的碳酸氢钠水溶液中浸泡1.5～2.0 min 后取出，对核桃壳进行开裂处理，再用清水清洗两遍。

1.2.2.2 杀青

将浸泡好的核桃放入鼓风干燥箱中，烘烤温度设置为80 ℃，时间为8 h。核桃单层摆放，要保证上下通风，距结束20 min时，将温度升至100 ℃。

1.2.2.3 调味液的配制

煮大料水：取桂皮8 g，甘草8 g，八角4 g，香叶1 g放入滤网制成料包。取1 kg水，将料包放入水中，煮沸后继续煮1 h，然后取出料包，将大料水晾凉备用。

配制料水：称取白砂糖150 g，食盐160 g，甜蜜素4.5 g，安赛蜜2.8 g，糖精钠1.2 g，鲜味剂8.5 g，乙基麦芽酚2.5 g，香兰素0.5 g，三氯蔗糖1 g，红烧肉香精1 g，山核桃香精13 g，香葱香精2 g。将上述配料加入大料水中，再用水补至1 kg，用搅拌器搅拌0.5 h备用。

1.2.2.4 浸泡

待核桃杀青完成后，将其立刻从鼓风干燥箱中取出，放到调味液中浸泡3 min，边搅拌边浸泡。浸泡完成后，取出核桃，沥干，回收调味液。

1.2.2.5 烘烤

将入好味的核桃散铺到鼓风干燥箱中，温度设置为80 ℃，时间为7 h。烘烤结束后，关闭鼓风干燥箱电源，待鼓风干燥箱中的温度慢慢降至室温后再取出核桃，以防止果仁吸湿，降低酥脆程度。

1.2.3 试验方案设计

1.2.3.1 最佳杀青条件的确定

选取大小均匀的核桃3份，在相同加工工艺条件下，分别采用70、80、90 ℃杀青6、7、8 h，以核桃的失重率为考察指标，筛选出最佳杀青条件。

1.2.3.2 浸泡和烘烤条件单因素试验设计

参照“1.2.2”中的方法制作草本风味核桃，以成品核桃的感官评分和质构为指标，分别探讨浸泡时间（2.0、2.5、3.0、3.5、4.0 min）、烘烤温度（70、75、80、85、90 ℃）和时间（6.0、7.0、8.0、9.0、10.0 h）对草本风味核桃品质的影响。

1.2.3.3 响应面试验设计

在单因素试验结果的基础上，选择烘烤温度（A）、烘烤时间（B）和浸泡时间（C）作为影响因子，以感官评分为响应值，运用Box-Behnken中心组合试验设计法，优选出最优的生产工艺。响应面试验因素与水平如表1所示。

表1 响应面试验设计因素与水平Table 1 Factors and levels of response surface experiment design

1.2.4 测定指标与方法

1.2.4.1 失重率

1.2.4.2 草本风味核桃感官评价

分别从色泽、风味及口感对草本风味核桃的感官品质进行综合评分，样本由10 名经过感官评价训练的人进行评价，结果取平均值，草本风味核桃的感官品质评价标准详见表2。

表2 草本风味核桃感官品质评分标准Table 2 Sensory evaluation standard of walnut with herbal flavor

1.2.4.3 核桃仁质构

试验采用TMS-PRO 质构仪TPA 模式和P/37 探头进行测试。设定测前速率1 mm/s，测试速率1 mm/s，测后速率1 mm/s，压缩比为50%。每个样品重复测定3次，结果取平均值。选取硬度、咀嚼性和弹性3个指标对核桃仁的质地进行评价。

1.2.5 数据处理

采用Orgin 2021软件处理数据并进行图表绘制，利用Design-Expert 软件进行响应面分析并构建回归方程，所有数据均为3次独立重复试验的平均值。

2 结果与分析

2.1 杀青最佳工艺条件的确定

杀青是核桃加工中的关键初制工序，采取高温措施使核桃失水，除去核桃的涩味，以便后面工序更好的入味。一般情况下，失重率越高，说明杀青效果越好。但杀青最佳工艺条件的选择必须同时考虑杀青后的核桃感官性状，以及杀青的综合生产成本。由表3可知，从失重率来看，90 ℃时，杀青8 h的失重率最高，但考虑90 ℃杀青生产成本较高，核桃也会产生一种不愉快气味和苦味，综合实际生产条件，试验选择80 ℃烘烤8 h为最佳杀青条件。牛希跃等[19]在对核桃进行干燥的研究中发现，在高温条件下，含水量会发生明显变化，且核桃的酸价和过氧化值也随之不断升高，导致核桃产生异味，这与本研究结论一致。

表3 不同杀青温度和时间对核桃失重率的影响Table 3 Effects of different water removing temperature and time on weight loss rate of walnut单位：%

2.2 浸泡和烘烤条件单因素试验结果

2.2.1 浸泡时间的确定

由图1 可以看出，随着浸泡时间的增加，加工后的核桃仁弹性变化不大，硬度表现为下降—上升—下降的变化趋势，核桃仁咀嚼性整体呈下降趋势，核桃感官评分表现为先上升后下降。当浸泡时间为2.0、2.5 min 时，核桃仍在吸收料水，产品可能存在入味不足的情况，故其感官评分随时间延长呈上升趋势；浸泡时间为3.5、4.0 min 时，核桃内部和外部料水浓度已经平衡，核桃不再吸收料水，多余的料水附着在核桃表面，经过烘烤会有少量盐析出，导致核桃口感过咸，感官评分呈降低的趋势；浸泡3.0 min 时，感官评分最高。因此，综合考虑各因素的影响及生产实际需要，确定适宜浸泡时间为3.0 min。

图1 浸泡时间对草本风味核桃感官品质和核桃仁质构的影响Fig.1 Effects of soaking time on herb-flavored walnut sensory quality and kernel texture

2.2.2 烘烤温度的确定

由图2可知，随着烘烤温度的升高，加工后的核桃仁弹性无明显变化，硬度呈现先降低后上升再降低的趋势，咀嚼性呈现先升高后降低的趋势，草本风味核桃感官评分呈现先升高再降低的趋势。这可能是因为烘烤温度偏低时，核桃内部加热不足导致核桃仁生硬、不脆，口感较差；烘烤温度偏高时易导致核桃仁烤焦。当烘烤温度为80 ℃时，核桃仁咀嚼性较好，而且硬度适中且感官评分最高。因此，综合考虑确定适宜的烘烤温度为80 ℃。

图2 烘烤温度对草本风味核桃感官品质和核桃仁质构的影响Fig.2 Effects of roasting temperature on herb-flavored walnutsensory quality and kernel texture

2.2.2 烘烤时间对核桃品质的影响

由图3 可知，随着烘烤时间的增加，核桃仁的硬度和咀嚼性及草本风味核桃的感官评分均呈现先上升后下降的趋势。当烘烤时间为8 h时，核桃仁的咀嚼性较好，硬度和感官评分均为最高值。这是因为烘烤时间过短，核桃仁水分偏高，口感生涩；烘烤时间过长，核桃仁会因为水分的过度散失，易烤焦。综合考虑，确定适宜的烘烤时间为8 h。

图3 烘烤时间对草本风味核桃感官品质和核桃仁质构的影响Fig.3 Effects of roasting time on herb-flavored walnut sensory quality and kernel texture

2.3 响应面优化试验结果

2.3.1 试验方案及结果

响应面试验设计方案及结果见表4。

表4 响应面试验设计及结果Table 4 Design and results of response surface testts

2.3.2 模型的建立

选用Design-Expert 统计软件对试验结果进行回归分析，建立感官评分的回归模型方程为：

2.3.3 方差分析

方差分析结果如表5所示，该模型的P＜0.01，说明此模型极显著，能够很好地对响应值进行分析和预测。所建立模型的决定系数R2=0.972 6，表明有97.26%的数据可以用此回归方程进行解释，R2Adj=0.937 4，意味着该模型可以对93.74%的响应值的改变做出解释，并且试验误差很小。其中，二次项A2的影响极显著（P＜0.01），一次项A、交互项AC的影响显著（P＜0.05）；各因素对感官评分影响程度由大到小为A＞B＞C，即烘烤温度的影响最大，其次是烘烤时间，然后是浸泡时间。

表5 回归模型的方差分析Table 5 Variance analysis of regression model

2.3.4 响应面分析

两两因素之间交互作用的效应可以通过响应曲面梯度变化的陡峭形状来反映[20]。由图4～图6 可知，图5 整体曲面较陡峭，表明了AC因素间的交互作用对响应值的影响更明显。烘烤温度对感官评分的影响最明显，呈一条陡峭的曲线，烘烤时间和浸泡时间次之，相应表现为曲线较为缓和，这与表4 的结果一致。在风味核桃生产过程中，烘烤温度是影响产品品质的主要因素[21]。当核桃表面受热后，其吸收的热量一部分用于蒸发水分，另一部分以热传导的方式传到核桃内部，致使核桃干燥[22]。烘烤温度较低，由于核桃内部的水分没有蒸发掉，此时入味效果并不好。温度过高，核桃仁内油脂易发生变质反应[23-24]。

图4 烘烤温度和烘烤时间的交互作用对核桃感官评分影响的响应曲面图Fig.4 Response surface plot of effect of interaction between roasting temperature and time on walnut sensory score

图5 烘烤温度和浸泡时间的交互作用对核桃感官评分影响的响应曲面图Fig.5 Response surface plot of effect of interaction between roasting temperature and soaking time on walnut sensory score

图6 烘烤时间和浸泡时间的交互作用对核桃感官评分影响的响应曲面图Fig.6 Response surface plot of effect of interaction between roasting time and soaking time on walnut sensory score

2.3.5 最优配方验证试验

应用Design-Expert 软件对二次多项式回归模型方程进行计算，得到最佳工艺条件为：烘烤温度79.9 ℃，烘烤时间7 h，浸泡时间2.5 min，模型预测在此工艺条件下的感官评分为93.8。为了便于实际操作，优化工艺条件为烘烤温度80 ℃，烘烤时间7 h，浸泡时间2.5 min，对该最优条件进行了3次平行验证试验，加工的草本风味核桃感官品质最佳，核桃色泽美观，核桃仁金黄，草本风味佳，无苦涩味，口感酥脆，感官评分的平均分数是93.5 分，与预测的数值比较接近，由此表明响应面分析法提供的模型较真实地拟合了实际情况。

3 结论

上述试验结果表明：以核桃失重率为评价指标，综合实际生产条件，确定最佳杀青条件为80 ℃下杀青8 h；基于单因素试验结果，选用Box-Behnken试验方案，对响应面进行回归分析，得到3 个条件对于核桃感官品质影响程度由大到小为：烘烤温度＞烘烤时间＞浸泡时间，烘烤温度和浸泡时间两因素的相互作用对响应值影响显著（P＜0.05）。模型确定的最佳工艺条件为：浸泡时间2.5 min，烘烤温度80 ℃，烘烤时间7 h。经过验证试验，感官评分结果与预测值较相近。