山核桃仁碱法脱涩工艺研究

范思敏，穆宏磊，郜海燕，*，陈杭君，房祥军，吴伟杰

(1.上海大学 生命科学学院，上海 200444；2.浙江省农业科学院 食品科学研究所，农业农村部果品采后处理重点实验室，浙江省果蔬保鲜与加工技术研究重点实验室，中国轻工业果蔬保鲜与加工重点实验室，浙江 杭州 310021)

山核桃(CaryacathayensisSarg.)是胡桃科(Juglandaceae)山核桃属(CaryaNutt.)植物，别名小胡桃，适宜生长于潮湿温暖的山谷中，在我国主产于浙江临安、安徽宁国等地[1]。山核桃是一种天然绿色食品，营养价值丰富，含有多种不饱和脂肪酸[2]、蛋白质[3]、氨基酸[4]、人体必需的微量元素[5]，以及大量水溶性和脂溶性的抗氧化功能成分[6-8]。

未加工的山核桃仁中含有大量以单宁为代表的多酚类物质[9-10]，食用时与口腔唾液蛋白相互作用会产生收敛感[11-12]，口感较苦涩。这种苦涩感会影响山核桃仁的食用品质，引起消费者的不适。因此，山核桃主要以加工品的形式面向消费者，其加工工艺主要包括蒸煮脱涩[13]、赋味[14]、烘烤[15]等。其中，对山核桃仁进行脱涩处理是一个重要的环节。一般地，山核桃仁的脱涩加工形式主要为长时间浸泡去涩[16]、高温蒸煮[17]或使用强碱(NaOH)浸泡处理[18-19]。作者团队在前期的研究中发现：长时间浸泡或高温蒸煮处理会加速山核桃仁的油脂氧化，从而导致山核桃仁品质劣变[20]；NaOH浸泡处理会导致山核桃仁的营养流失，且其安全性也有待考量。NaHCO3是一种酸式盐，溶于水后呈弱碱性，是食品添加剂小苏打的主要成分，在食品行业中应用广泛。在本研究检索范围内，尚未见有报道使用NaHCO3对山核桃仁进行脱涩处理的报道。本研究以未加工的山核桃仁为原料，使用NaHCO3辅助脱涩，探索碱法脱涩工艺，以脱涩率和感官评分作为评价指标，运用响应面法对工艺参数进行优化，并对比不同脱涩工艺对山核桃仁酚类物质含量与品质的影响，旨在改善山核桃产品的加工工艺，为提高山核桃产品的质量提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验材料

原料为山核桃仁，购自浙江省杭州市临安创辉食品厂。

主要试剂：福林酚试剂，购于上海源叶生物科技有限公司；无水碳酸钠、没食子酸、柠檬酸、正己烷、冰乙酸、碘化钾、硫代硫酸钠，购于上海凌峰化学试剂有限公司；EDTA(乙二胺四乙酸)，购于北京鼎国昌盛生物技术有限责任公司；甲醇、乙酸乙酯，购于上海麦克林生化科技有限公司。以上试剂均为分析纯。所用NaHCO3为食用小苏打，购于济南宝硕食品科技有限公司。

主要仪器设备：XMTD-8222型水浴锅，上海精宏实验设备有限公司；DGG-9070A型电热恒温鼓风干燥箱，上海森信实验仪器有限公司；UV-9000型紫外-可见分光光度计，上海元析仪器有限公司；RE-52AA型旋转蒸发器，上海亚荣生化仪器厂。

1.2 山核桃仁脱涩处理工艺

碱法脱涩：称取大小均匀的山核桃仁颗粒20 g，加入蒸馏水200 mL和5%(质量分数)的NaHCO3，65 ℃浸泡60 min，然后将山核桃仁转移至事先配制好的2%(质量分数)柠檬酸溶液中浸泡10 min，进行护色处理。随后将山核桃仁取出，用蒸馏水清洗山核桃仁表面残留的柠檬酸溶液，至清洗溶液为中性，将山核桃仁捞出，烘干水分待用。

沸水脱涩：按照传统加工工艺，称取大小均匀的山核桃仁颗粒20 g，加入蒸馏水200 mL，沸水浸泡60 min，然后烘干待用。

1.3 指标测定

1.3.1 单宁含量测定

单宁含量以没食子酸计。将待测试样(山核桃仁)粉碎，称取0.1 g，加入1 mL 60%(体积分数)乙醇，超声条件下浸提30 min，然后于10 000×g离心15 min。取0.1 mL上清液于10 mL刻度试管，加入0.5 mL福林酚试剂和1.0 mL 7.5%(质量分数)碳酸钠溶液，用蒸馏水定容至10 mL，避光反应2 h，在725 nm处测定其吸光度，并基于构建的没食子酸标准曲线，测算其含量。

1.3.2 脱涩率测定

根据山核桃仁在脱涩处理前、后单宁含量的差值与山核桃仁在脱涩处理前单宁含量的比值来计算脱涩率[21]。

1.3.3 感官评价

选择9名人员经培训后，根据表1中的标准对山核桃仁进行感官评价[22]，给出感官评分(总分10分)。

表1 山核桃仁感官评价标准

1.3.4 游离酚、结合酚含量测定

参考Li等[23]的方法提取游离酚，简述如下：称量0.1 g山核桃仁粉碎颗粒，加入1 mL 60%(体积分数)乙醇，超声浸提30 min，10 000×g离心15 min，保留上清液待测。

参考文献[24-25]的方法，稍作修改，提取结合酚。简述如下：称取提取游离酚后的固态残渣3 g，加入正己烷，振荡后，10 000×g离心15 min，弃去上清液，保留固态残渣。向固态残渣中加入20 mL含有10 mmol·L-1EDTA的4 mol·L-1NaOH溶液，避光反应4 h后，用6 mol·L-1HCl溶液调节pH值至1，抽滤，滤液用乙酸乙酯萃取，收集乙酸乙酯相于40 ℃旋转蒸发至黏稠状，用甲醇复溶至10 mL，得山核桃仁结合酚提取液，待测。

基于Folin-Ciocalteu比色法[26]，稍作修改，使用福林酚试剂作为显色剂，于760 nm处测定反应体系的吸光度值，计算游离酚和结合酚的含量。

1.3.5 品质指标测定

参照GB 5009.227—2016《食品安全国家标准 食品中过氧化值的测定》测定过氧化值，参照GB 5009.229—2016《食品安全国家标准 食品中酸价的测定》测定酸价，参照GB/T 5532—2008《动植物油脂 碘值的测定》测定碘值。

1.4 山核桃仁碱法脱涩工艺的参数优化

1.4.1 单因素试验

(1)设定NaHCO3质量分数为3%，脱涩时间为60 min，固液比(g·mL-1，下同)为1∶20，分别考查不同脱涩温度(50、55、60、65、70、75 ℃)对山核桃仁脱涩率的影响。

(2)设定NaHCO3质量分数为3%，脱涩温度为60 ℃，固液比为1∶20，分别考查不同脱涩时间(20、40、60、80、100、120 min)对山核桃仁脱涩率的影响。

(3)设定脱涩时间为60 min，脱涩温度为60 ℃，固液比为1∶20，分别考查不同NaHCO3质量分数(0.5%、1%、2%、3%、4%、5%)对山核桃仁脱涩率的影响。

(4)设定NaHCO3质量分数为3%，脱涩温度为60 ℃，脱涩时间为60 min，分别考查不同固液比(1∶10、1∶20、1∶30、1∶40、1∶50)对山核桃仁脱涩率的影响。

1.4.2 响应面试验

根据单因素试验结果，采用Design-Expert 8.0.6软件进行4因素3水平的响应面试验设计(表2)。基于脱涩率(单位为%，权重80%)与感官评分(权重20%)计算响应值(在进行数据处理时，脱涩率和感官评价只赋权重，不进行标准化)，用于确定最优工艺参数组合。

表2 响应面试验的因素与水平

1.5 数据处理与分析

采用SPSS 23.0软件对单因素试验数据进行分析；采用Design-Expert 8.0.6软件开展响应面试验设计与分析；采用Graphpad Prism 8软件制作图表。

2 结果与分析

2.1 不同处理因素对山核桃仁脱涩的影响

2.1.1 脱涩温度对山核桃仁脱涩率的影响

随着脱涩温度升高，山核桃仁的脱涩率增大(图1)。当脱涩温度从50 ℃增加至60 ℃时，山核桃仁的脱涩率明显上升；当脱涩温度大于60 ℃时，山核桃仁的脱涩率变化趋缓；当脱涩温度为75 ℃时，山核桃仁的脱涩率最高(92.35%)。山核桃仁含有大量油脂，脱涩温度过高会加速山核桃仁中的油脂氧化，从而影响山核桃仁品质[17]。综合考虑，选择55、60、65 ℃用于后续的响应面试验。

图1 脱涩温度对山核桃仁脱涩率的影响

2.1.2 脱涩时间对山核桃仁脱涩率的影响

随着脱涩时间延长，山核桃仁的脱涩率先快速增加，后趋于平缓(图2)。当脱涩时间为120 min时，山核桃仁的脱涩率最高(92.78%)；但当脱涩时间为80 min时，山核桃仁的脱涩率已接近峰值。考虑到脱涩时间过长反而可能会影响山核桃仁的品质，选择60、80、100 min的脱涩时间用于后续响应面试验。

图2 脱涩时间对山核桃仁脱涩率的影响

2.1.3 NaHCO3质量分数对山核桃仁脱涩率的影响

随着NaHCO3质量分数增加，山核桃仁的脱涩率先增大，后趋于平稳(图3)。当NaHCO3的质量分数为4%时，山核桃仁的脱涩率最高(91.82%)。NaHCO3溶于水，可以营造弱碱性的溶液环境，能够加快涩味物质溶出，从而达到脱涩目的。从试验结果来看，选择3%、4%、5%的NaHCO3质量分数用于后续响应面试验。

图3 NaHCO3质量分数对山核桃仁脱涩率的影响

2.1.4 固液比对山核桃仁脱涩率的影响

在不同固液比条件下，山核桃仁的脱涩率差异较小(图4)。当固液比为1∶30时，山核桃仁的脱涩率达到91.15%。在保证山核桃仁脱涩率的基础上，考虑原料用量和成本问题，选择固液比1∶10、1∶20、1∶30用于后续响应面试验。

图4 固液比对山核桃仁脱涩率的影响

2.2 响应面试验优化结果

将响应面试验方案与结果整理于表3。运用Design-Expert 8.0.6软件对试验数据进行回归分析，拟合响应分(y)与脱涩温度(xA)、脱涩时间(xB)、NaHCO3质量分数(xC)、固液比(xD)的回归方程：

表3 响应面试验设计与结果

响应曲面的坡度能够反映不同因素之间相互作用的强弱：曲面坡度陡峭，说明响应值受因素交互作用的影响较大；曲面坡度较平滑，说明响应值受因素交互作用影响较小。脱涩温度与NaHCO3质量分数、脱涩时间与NaHCO3质量分数交互作用的响应曲面均较为陡峭(图5)，说明山核桃仁的脱涩率和感官评分受脱涩温度、脱涩时间、NaHCO3质量分数的影响较大。其中，脱涩温度与NaHCO3质量分数交互作用的响应曲面更为陡峭，表明在碱法脱涩处理工艺中，脱涩温度与NaHCO3质量分数对山核桃仁脱涩后的响应值影响最明显。根据响应面试验结果，得到山核桃仁碱法脱涩工艺的理论最优参数：脱涩温度64.7 ℃，脱涩时间100 min，NaHCO3质量分数4.8%，固液比1∶15.9。在此条件下，响应值理论上为75.04。考虑到实际生产情况，对上述参数进行修正：脱涩温度65 ℃，脱涩时间100 min，NaHCO3质量分数5%，固液比1∶15。在此条件下，山核桃仁的脱涩率为92.04%，感官评分为9.2分，响应值为75.47。

2.3 脱涩处理对山核桃仁游离酚、结合酚含量的影响

2.3.1 游离酚含量

山核桃仁中含有大量的酚类物质，通常以游离态和结合态的形式存在。研究表明，果蔬[27]、谷物[28]中的酚类物质以游离态形式为主。经测算，未经处理的山核桃仁中游离酚的含量是结合酚含量的2.9倍。经脱涩处理后，山核桃仁中的游离酚含量显著(P<0.05)降低，且经碱法脱涩工艺处理的山核桃仁中游离酚含量显著(P<0.05)低于经沸水脱涩处理的(图6)。这可能是因为，碱性环境加快了游离态酚类物质从山核桃仁中的溶出。

CK，未经处理；T1，沸水脱涩；T2，碱法脱涩。柱上无相同字母的表示处理间差异显著(P<0.05)。下同。

2.3.2 结合酚含量

结合酚是酚类物质与蛋白质、葡萄糖、纤维素等物质结合后存在于植物细胞中的物质，通常条件下溶剂难以将其直接提取出来。坚果中含有大量的结合酚[29]，与游离酚相比，结合酚具有更强的抗氧化能力[30]。未经处理的山核桃仁中的结合酚含量为1.7 mg·g-1(图7)，经脱涩处理后，山核桃仁中的结合酚含量均显著(P<0.05)降低，表明脱涩处理会造成一部分的结合酚损失。经沸水脱涩和碱法脱涩处理后，山核桃仁中的结合酚含量分别是处理前的46%和63%，后者的结合酚含量显著(P<0.05)高于前者。这一差别可能与脱涩处理的温度有关，沸水脱涩中过高的处理温度会导致更多的酚类物质损失。

图7 不同处理下山核桃仁的结合酚含量

2.4 脱涩处理对山核桃仁品质的影响

2.4.1 过氧化值

过氧化值是反映山核桃仁加工过程中油脂初期氧化的重要参数，与山核桃仁的品质密切相关。与未经处理的山核桃仁相比，经沸水脱涩和碱法脱涩处理的山核桃仁的过氧化值均显著(P<0.05)增加(图8)，分别增加15.76、10.57倍。这说明，脱涩处理会导致山核桃仁发生一定程度的氧化，但碱法脱涩对山核桃仁过氧化值的影响显著(P<0.05)低于沸水脱涩。这可能与碱法脱涩较低的处理温度有关。王晗琦等[31]认为，坚果在水煮加工过程中脂肪发生氧化，高温会加快油脂氧化进程，导致过氧化值上升。

图8 不同处理下山核桃仁的过氧化值

2.4.2 酸价

酸价是计量油脂中游离羧酸基团的指标，反映脂肪酸水解产物的含量，可用于评价油脂质量。与未经处理的山核桃仁相比，经沸水脱涩和碱法脱涩处理的山核桃仁的酸价均显著(P<0.05)增加(图9)，分别是未进行脱涩处理的2.38倍和1.79倍，说明脱涩处理会导致山核桃仁脂肪酸水解，从而引起酸价升高。与沸水脱涩处理相比，碱法脱涩处理的山核桃仁的酸价显著(P<0.05)降低。这可能是因为碱法脱涩中相对较低的温度能够有效减缓脂肪酸的水解，从而更利于山核桃仁品质的保持。

图9 不同处理下山核桃仁的酸价

2.4.3 碘值

碘值表征的是不饱和脂肪酸在加成反应中吸收卤素的能力，在一定程度上可反映油脂的不饱和程度。未经处理的山核桃仁中含有大量不饱和脂肪酸，其碘值较高。经沸水脱涩和碱法脱涩处理的山核桃仁，碘值均显著(P<0.05)降低(图10)，分别降至处理前的87%和94%，说明脱涩过程中山核桃仁的油脂被氧化，不饱和度降低。与沸水脱涩相比，碱法脱涩处理的山核桃仁的碘值显著(P<0.05)升高。这可能是因为碱法脱涩处理中相对较低的温度可以在一定程度上抑制不饱和脂肪酸被氧化，从而维持山核桃仁的品质。

图10 不同处理下山核桃仁的碘值

3 结论

本研究以山核桃仁为原料，使用NaHCO3辅助进行脱涩处理，综合脱涩率与感官评分进行评价，在单因素试验与响应面试验的基础上，优化出山核桃仁碱法脱涩的最佳工艺参数：脱涩温度65 ℃，脱涩时间100 min，NaHCO3质量分数5%，固液比1∶15。在此条件下，脱涩率达92.04%，感官评分为9.2分，响应值为75.47。与沸水脱涩工艺相比，本研究优化的碱法脱涩工艺，既能够去除苦涩味，又能较好地保留山核桃仁的品质。