馮紅霞 ，常云鶴 *，馬立志 ，王瑞，龐俊曉，李雷

1. 貴陽學(xué)院食品與制藥工程學(xué)院（貴陽 550005）；2. 貴州省果品加工工程技術(shù)中心（貴陽 550008）

核桃又名胡桃，與扁桃、榛子、腰果并稱世界四大干果。核桃原產(chǎn)于中亞、西亞、南亞以及歐洲等地[1-3]，現(xiàn)分布遍及六大洲50多個國家和地區(qū)，其中中國、美國、土耳其、伊朗、烏克蘭和羅馬尼亞為核桃六大生產(chǎn)國[4]。核桃仁中含有豐富的營養(yǎng)物質(zhì)，如人體需要的8種氨基酸，且含量較高，核桃油中含有的不飽和脂肪酸和酶能夠軟化血管、增強記憶力。眾多學(xué)術(shù)成果表明，核桃中的營養(yǎng)物質(zhì)對多種疾病等有一定的預(yù)防和治療作用[5]。

目前，我國核桃加工產(chǎn)品主要有核桃油及其他核桃蛋白制品[6]，其中大部分的產(chǎn)品加工多圍繞核桃蛋白開展，對核桃油的加工利用研究較少，核桃油的生產(chǎn)方式主要采用壓榨法、溶劑浸提法和超臨界CO2萃取法。壓榨法操作簡單，但油脂提取率低、餅粕殘油率高[7-8]。溶劑浸提法得油率高，但油脂和餅粕中易存在有機溶劑殘留問題，影響食用油的安全和餅粕的增值利用價值[9]。超臨界萃取油脂品質(zhì)較好，但設(shè)備投資和運行成本大，很難在生產(chǎn)實踐中進(jìn)行推廣。水代法是利用油水互不相溶得原理，根據(jù)核桃仁中非油脂組分和油脂組分的差異，從水溶液中分開蛋白質(zhì)和油脂的辦法，提取過程不添加其他助劑，不會破壞油脂的品質(zhì)，工藝簡單、成本低、安全可靠，具有工業(yè)化應(yīng)用的經(jīng)濟可行性[10-11]，但在提取過程中蛋白與油脂相互吸附產(chǎn)生大量乳狀液，降低了出油率，限制了水代法在工業(yè)上的大規(guī)模應(yīng)用[12-13]，因此，亟需開展水代法乳狀液的破乳研究，以提高油脂的提取率，為水代法的推廣應(yīng)用提供基礎(chǔ)理論依據(jù)。

試驗主要是采用冷凍解凍的破乳工藝，考察冷凍溫度、冷凍時間、解凍溫度、解凍時間對破乳率的影響；并在單因素試驗的基礎(chǔ)上，通過正交試驗，優(yōu)化得到最佳冷凍解凍破乳工藝。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

核桃采用的是貴州省畢節(jié)市赫章縣產(chǎn)的黔核5號。試驗主要試劑見表1。

表1 試驗試劑

1.2 儀器與設(shè)備

試驗儀器與設(shè)備如表2所示。

1.3 試驗方法

1.3.1 原料成分測定

核桃仁脂肪含量測定：GB 5009.6—2016。核桃仁蛋白質(zhì)含量測定：GB 5009.5—2016。核桃仁水分含量測定：GB 5009.3—2016。核桃仁灰分含量測定：GB 5009.4—2016。核桃油水分及揮發(fā)性物質(zhì)含量測定：GB 5009.236—2016。核桃乳狀液脂肪含量測定：AOAC 995.19。核桃乳狀液蛋白質(zhì)含量測定：GB 5009.5—2016。核桃乳狀液水分及揮發(fā)性物質(zhì)含量測定：GB 5009.236—2016。核桃乳狀液灰分含量測定：GB 5009.4—2016。

表2 試驗儀器與設(shè)備

1.3.2 工藝流程

1.3.2.1 工藝流程

1.3.2.2 操作要點

1) 原料選擇：剔除壞的核桃仁，盡量挑揀顆粒飽滿的核桃仁。

2) 脫皮：將核桃仁在60 ℃熱水中浸泡30 min[14]，剝?nèi)ズ颂冶砥?，瀝干水分。

3) 冷凍解凍破乳。

冷凍溫度對破乳率的影響：將乳狀液分別置于溫度為-5，-15，-20，-25和-30 ℃的環(huán)境中冷凍15 h，取出解凍，在50 ℃環(huán)境下加熱15 min。

冷凍時間對破乳率的影響：將乳狀液置于溫度為-16 ℃的環(huán)境中，分別冷凍5，10，15，20和25 h，取出解凍，在50 ℃環(huán)境下加熱15 min。

解凍溫度對破乳率的影響：將乳狀液置于溫度為-20 ℃的環(huán)境中冷凍15 h，取出解凍，分別在10，30，50，70和90 ℃環(huán)境下加熱15 min。

解凍時間對破乳率的影響：將乳狀液置于溫度為-20 ℃的環(huán)境中冷凍15 h，取出解凍，分別在50 ℃環(huán)境下加熱5，10，15，20和25 min。

1.3.3 破乳率計算

破乳率=破乳后油脂質(zhì)量（g）/[原乳狀液質(zhì)量（g）×乳狀液含油率（%）]×100% （1）

1.3.4 試驗設(shè)計

試驗以破乳率為指標(biāo)，分別選取冷凍溫度、冷凍時間、解凍溫度以及解凍時間為單因素進(jìn)行研究，在單因素的基礎(chǔ)上，采用正交試驗設(shè)計優(yōu)化破乳條件。

1.3.4.1 單因素試驗

以冷凍溫度、冷凍時間、解凍溫度和解凍時間為試驗因素，對水代法核桃油乳狀液冷凍解凍破乳工藝進(jìn)行優(yōu)化，分別選取冷凍溫度-5，-15，-20，-25和-30 ℃，冷凍時間5，10，15，20和25 h，解凍溫度10，30，50，70和90 ℃，解凍時間5，10，15，20和25 min，對乳狀液進(jìn)行破乳研究，計算破乳率。

1.3.4.2 正交試驗

通過單因素試驗，選取冷凍溫度、冷凍時間、解凍溫度和解凍時間各3個水平，以核桃乳狀液的破乳率為考察指標(biāo)進(jìn)行L9(34)正交試驗設(shè)計，找尋最佳的破乳方案。

1.4 統(tǒng)計與分析

采用Origin 8.0軟件、Design Expert 8.0軟件對試驗數(shù)據(jù)、正交試驗進(jìn)行分析處理。

2 結(jié)果與討論

2.1 原料的成分測定

原核桃仁的成分測定結(jié)果如表3所示。核桃仁和核桃乳狀液中的粗脂肪含量最高，蛋白質(zhì)含量次之，水分含量第三，灰分含量最低，而且核桃乳狀液中的粗脂肪含量、蛋白質(zhì)含量、水分含量都高于核桃仁，灰分含量低于核桃乳狀液。

表3 原料的成分測定 %

2.2 單因素試驗

2.2.1 冷凍溫度對破乳率的影響

水代法提取核桃油的乳狀液為原料，在冷凍時間為15 h、解凍溫度50 ℃、解凍時間15 min的條件下，考察冷凍溫度-5，-15，-20，-25和-30 ℃對破乳率的影響，結(jié)果如圖2所示。破乳率隨著冷凍溫度的降低而增加。當(dāng)冷凍溫度達(dá)到-20 ℃時，破乳率最高，為93.11%；當(dāng)繼續(xù)降低冷凍溫度時，破乳率呈現(xiàn)緩慢升高的趨勢。這是由于在冷凍條件下，乳狀液會出現(xiàn)油相結(jié)晶現(xiàn)象，破壞乳狀液的界面張力，使油滴相互聚集，破壞乳狀液的穩(wěn)定性[15-16]，但如果選擇過冷的冷凍溫度，油滴塑性增強，運動趨勢減弱，油相結(jié)晶現(xiàn)象減少，不利于油滴的聚集且過冷的溫度容易造成破乳成本的增加，所以選擇-20 ℃為最佳冷凍溫度。

2.2.2 冷凍時間對破乳率的影響

水代法提取核桃油的乳狀液為原料，在冷凍溫度為-20 ℃、解凍溫度為50 ℃、解凍時間為15 min的條件下，考察冷凍時間5，10，15，20和25 h對破乳率的影響，結(jié)果如圖2所示。隨著冷凍時間的延長，乳狀液的破乳效果依次增加，當(dāng)達(dá)到15 h時破乳率增長緩慢。乳狀液中的油脂含油量是一定的，當(dāng)達(dá)到油相結(jié)晶的最大值時，冷凍時間延長并不能增加脂肪晶體的形成[17]，因此選擇冷凍時間15 h為最佳冷凍時間。

圖1 不同冷凍溫度對破乳率的影響

圖2 不同冷凍時間對破乳率的影響

2.2.3 解凍溫度對破乳率的影響

水代法提取核桃油的乳狀液為原料，在冷凍時間為15 h、冷凍溫度為-20 ℃、解凍時間為15 min的條件下，考察解凍溫度10，30，50，70和90 ℃對破乳率的影響，結(jié)果如圖3所示。隨著解凍溫度的升高，破乳率依次升高，當(dāng)達(dá)到50 ℃時破乳率反而下降，可能是隨著解凍溫度的升高，油相結(jié)晶完全解離，油滴溶解，乳狀液與蛋白質(zhì)再次結(jié)合，導(dǎo)致破乳率降低[18]。

圖3 不同解凍溫度對破乳率的影響

2.2.4 解凍時間對破乳率的影響

水代法提取核桃油的乳狀液為原料，在冷凍溫度為-20 ℃、冷凍時間為15 h、解凍溫度為50 ℃的條件下，考察解凍時間5，10，15，20和25 min對破乳率的影響，結(jié)果如圖4所示。隨著時間的加長，破乳的效果依次增加，當(dāng)達(dá)到15 min時不再增長反而下降。解凍時間不充分，凝固的油脂沒有全部被融化，粘連在蛋白分子上，達(dá)不到完全破乳的效果；解凍時間過長，增加了蛋白分子與油滴的結(jié)合時間，導(dǎo)致再次乳化，同樣會降低破乳率，還會加大成本[19]，所以選擇15 min為最佳解凍時間，此時破乳率為62.10%。

圖4 不同解凍時間對破乳率的影響

2.3 正交試驗

選取冷凍溫度、冷凍時間、解凍溫度和解凍時間各3個水平，以核桃乳狀液的破乳率為考察指標(biāo)進(jìn)行L9(34)正交試驗設(shè)計，具體因素水平設(shè)計表如表4所示，所得試驗結(jié)果及其極差分析如表5所示。

表5表明，影響乳狀液破乳率的順序為：冷凍溫度＞解凍溫度＞解凍時間＞冷凍時間。即冷凍溫度和冷凍時間是影響乳狀液破乳率的主要因素，最佳的破乳條件為A2B1C2D2，即冷凍溫度-20 ℃，冷凍時間10 h，解凍溫度50 ℃，解凍時間15 min。在此條件下進(jìn)行驗證試驗，乳狀液破乳率高達(dá)93.27%。

表4 正交試驗因素水平表

表5 正交試驗設(shè)計及結(jié)果

3 結(jié)論

通過單因素試驗、正交試驗及極差分析法，對水代法提取核桃油乳狀液的冷凍解凍破乳工藝進(jìn)行優(yōu)化。各因素對乳狀液破乳率的影響程度依次為：冷凍溫度＞解凍溫度＞解凍時間＞冷凍時間。得出的冷凍解凍的最佳工藝條件為：冷凍溫度-20 ℃，冷凍時間10 h，解凍溫度50 ℃，解凍時間15 min。在此工藝條件下，乳狀液的破乳率最高，為93.27%。