辣木高鈣核桃乳制備工藝

周艷，趙存朝，史崇穎，陶亮*田洋,3*

1(云南農業大學 食品科學技術學院，云南 昆明,650201) 2(國家辣木加工技術研發專業中心，云南 昆明,650201)3(云南省生物大數據重點實驗室，云南 昆明,650201)

核桃具有較高的營養價值，含有20%～25%的優質蛋白[1]，人體消化率可達87%[2]，其中8種必需氨基酸含量較合理；油脂含量達60%～75%，其中不飽和脂肪酸占90%以上[3]，尤其是油酸、亞油酸及亞麻酸含量較高,具有防止高血脂、冠心病等老年病的功效[4]。因此，核桃仁加工的植物蛋白飲料不僅具有核桃特有的香味，且富含蛋白質、不飽和脂肪酸、維生素及礦物質元素等，深受消費者歡迎,被譽為新一代綠色營養飲料。但核桃產業精深加工不足，多為初加工產品[5]。

辣木(Moringaoleifera)是一種具有獨特經濟價值的熱帶植物[6]，2012年我國國家衛生和計劃生育委員會將辣木葉批準為新食品原料[7]。辣木葉營養豐富，并具有功能活性，可開發成辣木保健飲料、乳飲料、畜禽飼料和魚飼料等[8]，其中，辣木葉中鈣和蛋白質含量是牛奶的4倍和2倍[9]。科學研究表明，鈣是人體中極為重要的金屬元素，是構成人體骨架的基本成分之一[10]。目前，以植物為原料開發的鈣產品較少，主要原因是植物中的鈣含量較少[11]，同時由于植酸、草酸的存在，可與鈣離子結合降低鈣吸收效率。通過微生物發酵的方式可有效降解植物中植酸、草酸，釋放出鈣離子[12]，同時發酵可產生大量小分子多肽、氨基酸和多糖，研究表明，多肽的吸收比蛋白質及游離氨基酸更快，吸收率更高，并可促進對礦物質等營養物質的吸收[13]。

近年來，隨著人們生活水平和健康意識的提高，補充鈣元素的植物飲料倍受消費者的歡迎。因此本文擬以辣木葉、核桃為主要原料，通過對復合乳的制備工藝及乳化穩定劑配方進行研究，得到了辣木高鈣核桃乳，其不僅增強了核桃乳的營養價值，改善了植物蛋白飲料穩定性，而且風味獨特。本研究豐富了核桃乳飲料種類，為核桃及辣木葉精深加工奠定理論基礎。

1 材料與方法

1.1 材料

核桃，大理漾濞核桃有限責任公司；辣木葉粉，云南天佑科技開發有限公司。

1.2 儀器與設備

JNL-50膠體磨，廊坊市恒諾機械有限公司；SRH60-70高壓均質機，上海申鹿均質機有限公司；HJJ-6水浴恒溫電動攪拌器，常州華奧儀器制造有限公司；GMSX-280壓力蒸汽滅菌鍋，北京市永光明醫療儀器有限公司；AR224CN電子天平，常州奧豪斯儀器有限公司；SOPB-10酸度計，賽多利斯科學儀器北京有限公司。

1.3 方法

1.3.1 辣木鈣制備

辣木葉粉與去離子水混合1∶15(g∶mL)，121 ℃滅菌15 min，冷卻至40 ℃，無菌條件下按菌種體積1∶2∶1接種嗜酸菌乳桿菌、酵母菌、羅伊氏乳桿菌，接種量為辣木液體積的8.0%，37 ℃發酵72 h，4 500×g離心20 min，上清液在進風溫度為175 ℃下噴霧干燥，將得到的辣木高鈣粉在密封干燥環境中保存。

1.3.2 辣木高鈣核桃乳加工工藝設計

工藝流程：

核桃→挑選→去皮→打漿→磨漿→過濾(200目)→配料→預熱(50～60 ℃)→均質(2次均質)→真空脫氣→灌裝→滅菌(121 ℃，15 min)→成品

核桃去殼后，將核桃仁中的癟仁、壞仁、雜質等挑出去除，放入質量濃度10 g/L的氫氧化鈉溶液中，加熱至90 ℃浸泡去皮，清洗至無堿味后，挑選250 g去皮核桃仁，利用80～120目的膠體磨對核桃仁進行磨漿，1份核桃仁加水1份，1 kg循環磨漿5 min后，利用砂輪豆漿機按料液比1∶3(g∶mL)對核桃槳進行磨漿，200目紗布過濾備用。添加質量濃度50 g/kg白砂糖，35 g/kg辣木鈣粉，2.5 g/kg乳化穩定劑，0.3 g/kg香蘭素，用適量水溶解后，加水定容至1 L，利用NaHCO3調節核桃乳pH值至7.6～7.8；利用80～120目的膠體磨對核桃仁進行磨漿，1 kg循環磨漿5min后，采用2次均質對高鈣核桃乳進行均質，1次均質壓力20～25 MPa，2次均質35～40 MPa；罐裝、殺菌、成品。

1.3.3 辣木鈣核桃乳工藝參數篩選

(1)乳化劑、穩定劑篩選

從色澤、香氣、滋味和組織狀態以及穩定性等方面進行評價，篩選穩定劑及乳化劑種類，及其添加量，并探究它們對高鈣核桃乳感官評分、穩定性的影響。

選擇單硬脂酸甘油酯和蔗糖脂肪酸酯，添加量分別為0、0.5、1.0、1.5和2.0 g/L，加入核桃乳中，測定乳化穩定性，綜合評價選擇乳化劑。在單一乳化劑試驗的基礎上，將單甘酯和蔗糖酯按質量比為1∶9、2∶8、3∶7、4∶6、5∶5、6∶4、7∶3、8∶2、9∶1，質量濃度為1.0 g/L，加入至核桃乳中，采用量筒法、離心法測定穩定性并進行感官評分，選出最佳復合乳化劑。

選擇4種穩定劑，分別為黃原膠、瓜爾膠、海藻酸鈉、果膠，其中每種穩定劑用量分別為總體積的0、0.1%、0.2%、0.3%和0.4%，加入至核桃乳中，采用量筒法、離心法測定穩定性，綜合評價選擇穩定劑。2種或2種以上的穩定劑混合使用往往具有協同效應。果膠和海藻酸鈉進行復配具有增效效應，因此選擇了對穩定性影響較大的果膠，海藻酸鈉按質量比為3∶7、4∶6、5∶5、6∶4、7∶3，添加量為總體積的0.1%、0.15%、0.2%，同時加入0.1%的復合乳化劑至核桃乳中，采用量筒法測定穩定性并測定感官評分。

(2)配料篩選

以感官評分為指標，分別對蔗糖添加量(25、35、45、55、65 g/kg)、香蘭素添加量(0.05、0.1、0.15、0.2、0.25 g/kg)、核桃仁添加量(100、150、200、250、300 g/kg)、辣木鈣粉添加量(30、35、40、45、50 g/kg)進行單因素實驗。

1.3.4 響應面優化

根據Box-Behnken的中心組合試驗設計原理，以辣木高鈣粉添加量A、白砂糖添加量B、以及核桃仁添加量C為自變量，辣木鈣核桃乳的感官分為響應值，設計3因素3水平的優化試驗。

表1 響應面優化實驗的因素及水平 單位：g/kg

1.3.5 感官評定測定方法

參照植物蛋白乳飲料的食品安全國家標準GB/T 31325—2014[14]，選擇20名點評員，取適量辣木鈣核桃乳置于50 mL燒杯中，在自然光下觀察色澤和組織狀態，聞其氣味，用溫開水漱口，品嘗滋味，感官評分標準見表2。

表2 辣木鈣核桃乳的感官評分標準Table 2 Sensory scoring criteria for Moringa calcium-Walnut milk

根據每個品評員的評分結果計算平均值，個別品評誤差大的可舍棄，舍棄后重新計算平均值。最后評分的平均值作為核桃奶酪的感官評價結果。

1.3.6 乳化穩定性的測定方法[15]

量筒法：取25 mL左右的樣品，用高速勻漿機10 000 r乳化1 min后倒入25 mL量筒中，靜置2 h后讀取乳狀液總高度及量筒上層乳狀液分層的高度，觀察乳狀液狀態的變化。

離心法：取25 mL左右的樣品，用高速勻漿機10 000 r乳化1 min后倒入離心杯中，于3 000 r離心30 min后讀取乳狀液總高度及離心杯上層乳狀液分層的高度，觀察乳狀液狀態的變化。乳化穩定性以公式(1)表示:

(1)

2 結果與分析

2.1 辣木鈣制備

辣木葉粉發酵后通過離心、噴霧干燥得到辣木發酵粉、辣木發酵渣。按GB 5009.5—2016測定蛋白質含量；按GB 5009.6—2016測定脂肪含量；按GB 5009.268—2016測定礦質元素；按GB 5009.124—2016方法測定游離氨基酸。結果如表3所示。

表3 辣木葉發酵前后營養指標變化Table 3 Changes of nutritional indicators of Moringaleaves after fermentation

從表3中可以看出，制備的辣木天然有機鈣粉中礦物質元素種類齊全，含量豐富，蛋白質含量可達24.1%，游離氨基酸總量為(18.61±3.92) g/kg，營養價值較高。通過發酵提取，辣木葉中游離鈣的含量從2.08%提高至4.90%,與陳丹等[16]的結果相似。通過乳酸菌發酵，產酶和產酸將大量的蛋白降解成短鏈肽段和氨基酸，同時將骨粒中的羥基磷灰石晶體Ca10(PO4)6(OH)2和無定型磷酸氫鈣破壞掉，以乳酸鈣、氨基酸鈣的形式游離出來，成為易被人體吸收和利用的游離鈣。

2.2 辣木鈣核桃乳乳化穩定劑確定

2.2.1 乳化劑確定

植物蛋白飲料的穩定性主要取決于體系的親水親油平衡狀態及各種添加劑與蛋白質及脂肪的相互作用[17]。乳化劑從構象來看其親水基團的結構有線性和環形2大類,單甘酯的親水基團是線性的，而蔗糖酯的親水基團是環形的，將2種乳化劑復合使用，界面上吸附形成“復合物”，定向排列緊密，從而能很好地防止聚結，增強乳化效果[18]。

表4 不同濃度單甘脂、蔗糖脂的乳化效果Table 4 Emulsifying effect of monoglyceride and sucroselipid with different concentration

表4表明，單一乳化劑的穩定效果隨其質量分數的增加逐漸提高。當單甘酯和蔗糖酯質量濃度從0增加至2.0 g/L時，分層時間呈不同程度地延長，浮層厚度呈減小趨勢，乳化效果隨添加量提高不斷增強。通過比較發現當單甘酯和蔗糖酯的質量濃度達到1.5 g/L時，乳化效果明顯增強。考慮到添加劑使用的最小原則，故選取質量濃度1.5 g/L為乳化劑的添加量。如圖1所示，量筒法和離心法都顯示出當單甘酯∶蔗糖酯為7∶3(m∶m)時，浮層厚度最小，出現分層時間最長，辣木高鈣核桃乳穩定性最高，隨著單甘酯與蔗糖酯添加比例提高，乳化效果呈下降趨勢，乳化穩定性降低。 當乳化劑添加量進一步增加時,超過了乳化劑的臨界膠束濃度,乳化劑分子就會在溶液內部聚集,構成親油基向內、親水基向外的球狀膠束[19]。因此確定單甘酯與蔗糖酯最適添加比例為7∶3(m∶m)。

圖1 復合乳化劑對乳化穩定性的影響Fig.1 Effect of Compound Emulsifier on Emulsion Stability

2.2.2 穩定劑的確定

不同穩定劑對復合乳的穩定性影響見圖2，復合穩定劑的乳化穩定效果見表5。

圖2 單一穩定劑對乳化穩定性的影響(量筒法)Fig.2 Effect of a single stabilizer on emulsion stability(cylinder method)

表5 不同濃度、比率的穩定劑的乳化穩定效果Table 5 Emulsification stabilization effect of stabilizerswith different concentration and ratio

由圖2所示，不同穩定劑的穩定性能也不同，隨著穩定劑濃度的增大，穩定性越好，4 種穩定劑的穩定性能依次為:果膠>黃原膠>海藻酸鈉>瓜爾膠。穩定劑添加量過大會使產品的黏稠度增大，影響核桃乳的口感，使其感官品質降低。且單一穩定劑都不能達到使產品長期穩定的目的，所有試驗樣品在7 d后均出現不同程度地分層。實驗發現，單一穩定劑中果膠的添加量為總體積的0. 4%時，乳化穩定性達98.5%，效果最好，但黏稠度較大、口感較差，因此將2種增稠劑復合使用，由表5所示，果膠和海藻酸鈉添加比例為4∶6(m∶m)時，添加量0.1%和0.15%(體積分數)下其穩定性最高，添加量為總體積的0.15%時，穩定性和感官評分均最高。

因此，試驗確定最佳復合穩定劑果膠和海藻酸鈉(4∶6，m∶m)添加量為總體積的0.15%，最佳復合乳化穩定劑為：單硬脂酸甘油酯和蔗糖脂肪酸酯(7∶3,m∶m)添加量為總體積的0.1%。使用此乳化穩定復合劑生產的辣木高鈣核桃乳黏度適當且具有較高的穩定性，感官評價好。

2.3 辣木高鈣核桃乳輔料確定

植物蛋白飲料中的配料成分對其體系穩定性的影響非常復雜。最主要的是糖類、乳化劑和增稠劑[20]，蔗糖的添加量在一定程度上決定了核桃乳的香甜程度，并且在很大程度上對產品的風味會產生影響。另外,鹽離子濃度影響蛋白質的溶解性，資料顯示Ca2+、Mg2+等二價鹽離子以及其他多價離子易導致蛋白質的析出[21]。

由圖3可知，蔗糖的添加量過大，核桃乳過于甜膩，口感下降，添加量為45 g/kg時感官品質最佳；香蘭素具有濃烈奶香氣息，廣泛運用在各種需要增加奶香氣息的調香食品中，香蘭素添加量為0.15 g/kg，感官評分最高；添加辣木鈣粉對核桃乳的感官品質有較大的影響,添加量過高,復合乳產生絮凝沉淀，出現分層現象，用量過低復合乳風味不突出，滋味單薄，顏色發白。核桃仁添加量為250 g/kg、辣木鈣粉添加量為40 g/kg時感官分值最高。分析原因主要是核桃漿的添加量過大導致飲料中油脂含量過高，引起油膩、黏稠的感覺。

圖3 不同輔料添加量對辣木鈣核桃乳感官評分的影響Fig.3 Effect of different excipients on the sensory score of Moringa calcium walnut

2.4 響應面優化

2.4.1 響應面設計及結果

響應面試驗方案及結果見表6。

2.4.2 模型建立及顯著性分析

利用Design-Expert 8.0.6軟件對表6進行多元回歸擬合，得到感官評分對A(辣木鈣粉添加量)、B(蔗糖添加量)、C(核桃仁添加量)的回歸模型進行方差分析。如表7所示。

表6 響應面分析方案及結果Table 6 response surface analysis and result

表7 回歸模型的方差分析和失擬性分析Table 7 Analysis of variance and derealization of regression model

感官評分對A(辣木鈣粉添加量)、B(蔗糖添加量)、C(核桃仁添加量)的回歸模型方程為：感官評分=86.40×A-2.87×B+1.38×C-3×A×B+1.5×A×C-2.25×B×C-5.08×A2-6.33×B2-10.32×C2

方差分析結果表明，回歸模型顯著性檢驗P=0.006 3<0.01，說明二次多元回歸模型極顯著；感官評分回歸模型失擬性檢驗P=0.298 1>0.05，可以認為所選辣木高鈣核桃乳的感官評分二次回歸模型與實際試驗擬合性充分模型失擬不顯著。辣木高鈣核桃乳感官評分回歸診斷表明，決定系數R2=0.910 1，信噪比Adeq precisior=7.334，這表明方程的擬合度和可信度均很高，可用于辣木高鈣核桃乳感官評分評價。通過分析模型各系數的P值可得出，在所取因素水平范圍內，各因素對辣木高鈣核桃乳感官評分影響的順序為：核桃仁添加量(C)>辣木鈣粉添加量(A)>蔗糖添加量(B)。

2.2.4 最佳條件的確定和回歸模型的驗證

由表8所示，回歸模型通過響應面法得到最優的辣木高鈣核桃乳工藝條件為辣木鈣粉添加量為40.47 g/kg，核桃漿添加量為255.12 g/kg，蔗糖添加量42.32 g/kg。考慮實際操作情況與設備參數狀況，確定辣木鈣核桃乳工藝條件為：辣木鈣粉添加量40 g/kg，蔗糖添加量42 g/kg，核桃漿添加量255 g/kg，辣木鈣核桃乳的感官評分值為86.856分。在上述最佳條件下進行驗證實驗，得到辣木鈣核桃乳的感官評分值為89.6，與理論值接近。

表8 響應面優化結果及驗證 單位：g/kg

3 結論

辣木葉粉經過發酵，可溶性鈣含量增加了1.3倍，游離氨基酸總量增加了25.7%；通過實驗確定了乳化劑、穩定劑添加量：單硬脂酸甘油酯和蔗糖脂肪酸酯(質量比7∶3)復合乳化劑質量濃度為1.0 g/L，果膠和海藻酸鈉(質量比4∶6)復合穩定劑添加量為總體積的0.15%；經單因素試驗、響應面優化確定辣木高鈣核桃乳的最佳配方參數：核桃仁添加量255 g/kg，辣木高鈣粉添加量40 g/kg，蔗糖添加量42 g/kg，香蘭素添加量0.15 g/kg。以此工藝生產的辣木鈣核桃乳口感細膩滑潤，穩定性良好，具有很好的外觀色澤。辣木高鈣核桃乳的研制，為云南特色核桃產業的開發提供理論參考。