水代法制備核桃油過程中冷凍解凍破乳工藝的優化

馮紅霞 ，常云鶴 *，馬立志 ，王瑞，龐俊曉，李雷

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

核桃又名胡桃，與扁桃、榛子、腰果并稱世界四大干果。核桃原產于中亞、西亞、南亞以及歐洲等地[1-3]，現分布遍及六大洲50多個國家和地區，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國[4]。核桃仁中含有豐富的營養物質，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。眾多學術成果表明，核桃中的營養物質對多種疾病等有一定的預防和治療作用[5]。

目前，我國核桃加工產品主要有核桃油及其他核桃蛋白制品[6]，其中大部分的產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較好，但設備投資和運行成本大，很難在生產實踐中進行推廣。水代法是利用油水互不相溶得原理，根據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，工藝簡單、成本低、安全可靠，具有工業化應用的經濟可行性[10-11]，但在提取過程中蛋白與油脂相互吸附產生大量乳狀液，降低了出油率，限制了水代法在工業上的大規模應用[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，為水代法的推廣應用提供基礎理論依據。

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上，通過正交試驗，優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市赫章縣產的黔核5號。試驗主要試劑見表1。

表1 試驗試劑

1.2 儀器與設備

試驗儀器與設備如表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。核桃油水分及揮發性物質含量測定：GB 5009.236—2016。核桃乳狀液脂肪含量測定：AOAC 995.19。核桃乳狀液蛋白質含量測定：GB 5009.5—2016。核桃乳狀液水分及揮發性物質含量測定：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]，剝去核桃表皮，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 ℃的環境中冷凍15 h，取出解凍，在50 ℃環境下加熱15 min。

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

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

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

1.3.3 破乳率計算

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

1.3.4 試驗設計

試驗以破乳率為指標，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行研究，在單因素的基礎上，采用正交試驗設計優化破乳條件。

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行優化，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進行L9(34)正交試驗設計，找尋最佳的破乳方案。

1.4 統計與分析

采用Origin 8.0軟件、Design Expert 8.0軟件對試驗數據、正交試驗進行分析處理。

2 結果與討論

2.1 原料的成分測定

原核桃仁的成分測定結果如表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，結果如圖2所示。破乳率隨著冷凍溫度的降低而增加。當冷凍溫度達到-20 ℃時，破乳率最高，為93.11%；當繼續降低冷凍溫度時，破乳率呈現緩慢升高的趨勢。這是由于在冷凍條件下，乳狀液會出現油相結晶現象，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，油相結晶現象減少，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，當達到15 h時破乳率增長緩慢。乳狀液中的油脂含油量是一定的，當達到油相結晶的最大值時，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，結果如圖3所示。隨著解凍溫度的升高，破乳率依次升高，當達到50 ℃時破乳率反而下降，可能是隨著解凍溫度的升高，油相結晶完全解離，油滴溶解，乳狀液與蛋白質再次結合，導致破乳率降低[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，結果如圖4所示。隨著時間的加長，破乳的效果依次增加，當達到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合時間，導致再次乳化，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進行L9(34)正交試驗設計，具體因素水平設計表如表4所示，所得試驗結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。在此條件下進行驗證試驗，乳狀液破乳率高達93.27%。

表4 正交試驗因素水平表

表5 正交試驗設計及結果

3 結論

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行優化。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%。