核桃飲料加工工藝優(yōu)化

李明娟 ，張雅媛 ,*，游向榮 ，周 葵 ，王 穎 ，衛(wèi) 萍

（1.廣西農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所，廣西 南寧 530007；2.廣西果蔬貯藏與加工新技術重點實驗室，廣西 南寧 530007；3.廣西香蕉保鮮與加工工程技術研究中心，廣西 南寧 530007）

核桃營養(yǎng)豐富，脂質(zhì)含量高達60%～70%，蛋白質(zhì)含量達15%～20%，核桃蛋白含有18 種氨基酸，其中8 種為人體必需氨基酸，含量接近聯(lián)合國糧農(nóng)組織（FAO) 和世界衛(wèi)生組織（WHO ) 規(guī)定的標準[1]，消化率高達85%，屬于優(yōu)質(zhì)植物蛋白[2]；此外，核桃還含有大量的碳水化合物及鈣、磷、鐵、鎂等多種人體所需礦物質(zhì)和微量元素，各種維生素、胡蘿卜素、核黃素、磷脂、煙酸、尼克酸等也十分豐富[3]，賦予核桃極強的抗氧化能力[4]，具有抗衰老、抗癌、預防神經(jīng)退變、強身補腦、增強記憶力等作用[5-8]，具有極高的營養(yǎng)保健和藥理功效，被稱為“長壽果”，極受消費者青睞。

近年來，隨著消費者對健康、營養(yǎng)膳食的日益關注，植物蛋白飲料在市場上越來越暢銷[9]。以核桃為原料，研究開發(fā)口感爽滑、風味濃郁、營養(yǎng)豐富、易于吸收的飲料產(chǎn)品，可充分利用核桃的營養(yǎng)保健價值，利于更好地開發(fā)利用核桃蛋白資源[10]，廣泛適合嬰幼兒、青少年和中老年人飲用，且能有效緩解核桃鮮果因采后呼吸強度大、含水量高、不飽和脂肪酸豐富、酶活性較高而引起的果仁易失水、哈敗、霉變等不耐貯藏現(xiàn)象[11]，市場前景廣闊。

然而，核桃仁外面有一層薄且緊密的褐色外衣，影響飲料產(chǎn)品的色澤，還會產(chǎn)生苦澀口感；核桃飲料是由蛋白質(zhì)、脂肪、卵磷脂等成分組成的復雜乳狀液，且核桃蛋白以球蛋白為主，水溶性和熱穩(wěn)定性差，在貯藏過程中，產(chǎn)品很容易出現(xiàn)沉淀、分層等不穩(wěn)定現(xiàn)象，嚴重影響產(chǎn)品質(zhì)量[12-14]。因此，去皮、打漿、提高產(chǎn)品穩(wěn)定性及品質(zhì)是核桃飲料加工中的關鍵控制環(huán)節(jié)，以往的研究并沒有提出系統(tǒng)的工藝方法。該文以廣西本地核桃為原料制備飲料，采用單因素及正交試驗從核桃仁去皮、打漿、調(diào)配和穩(wěn)定性工藝等方面進行系統(tǒng)研究，獲得具有良好穩(wěn)定性的核桃飲料產(chǎn)品，為促進廣西地方核桃產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供一定的技術指導，并為企業(yè)工業(yè)化生產(chǎn)提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料與設備

1.1.1 材料與試劑

核桃：采自廣西河池市鳳山縣；白砂糖、植脂末：食品級，市售；蔗糖脂肪酸酯（HLB=15）、單甘酯、果膠、羧甲基纖維素鈉（CMC-Na）、黃原膠、微晶纖維素：食品級，購于河南圣斯德實業(yè)有限公司；食用級NaOH：購于廣西南寧泰諾生物工程有限公司。

1.1.2 儀器與設備

JYL-Y20 型破壁打漿機，JM-L50 型膠體磨，NH300型色差儀，TG16-WS 型臺式高速離心機，JRJ300-I 型高速剪切乳化機，GYB60-6S 型高壓均質(zhì)機，其他儀器設備為實驗室常用儀器設備。

1.2 方法

1.2.1 核桃飲料加工工藝流程

1.2.2 操作要點

1.2.2.1 核桃仁去殼、去皮

選擇外殼完整、無蟲蛀、核桃仁含水量低于2.5%的干核桃，去殼后，將核桃仁放入一定質(zhì)量濃度的熱氫氧化鈉溶液中熱燙數(shù)分鐘，撈出后置于水龍頭下沖洗，直至核桃仁外表那層薄且緊密的褐色皮脫除。

1.2.2.2 漂洗、打漿、過濾

將去皮后的核桃仁用清水浸泡數(shù)次至中性，加一定溫度的蒸餾水打漿數(shù)分鐘過濾后備用。

1.2.2.3 調(diào)配

打漿后以核桃漿為原料，添加白砂糖和植脂末進行調(diào)配后制備成飲料。

1.2.2.4 乳化、均質(zhì)、殺菌

核桃飲料中添加增稠劑、乳化穩(wěn)定劑進行乳化、均質(zhì)，然后進行巴氏滅菌，再灌裝即得成品。

1.2.3 試驗設計

1.2.3.1 核桃仁去皮工藝的研究

（1）采用食用級NaOH 溶液對核桃仁進行去皮處理，在熱燙溫度為80 ℃、熱燙時間為2.0 min 條件下，考察不同NaOH 溶液濃度（0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%）對核桃仁去皮難易程度、脫皮率以及核桃仁打漿后色度L*值的影響；（2）在NaOH 溶液濃度為0.4%、熱燙時間為2.0 min 條件下，考察熱燙溫度（60、70、80、90、100 ℃）對核桃仁去皮難易程度、脫皮率以及核桃仁打漿后色度L*值的影響；（3）在NaOH 溶液濃度為0.4%、熱燙溫度為90 ℃條件下，考察熱燙時間（0.5、1.0、2.0、3.0、4.0 min）對核桃仁去皮難易程度、脫皮率以及核桃仁打漿后色度L*值的影響。去皮后隨機稱取 100 g 核桃仁，按料液比為 1∶20（g/g）添加常溫水，打漿5 min，測定核桃漿色度L*值。

1.2.3.2 核桃打漿工藝的研究

將去皮的核桃仁用清水漂洗數(shù)次至中性，每個處理隨機稱取100 g 核桃仁，進行打漿工藝研究。在單因素試驗的基礎上，以料液比、打漿用水溫度和打漿時間為主要因素，設計正交試驗，各因素及水平如表1 所示，以核桃漿感官評價及色度L*值為考核指標，確定最優(yōu)打漿工藝參數(shù)。

表1 打漿工藝正交試驗因素及水平Table 1 Factors and levels of orthogonal experiment for pulping

1.2.3.3 核桃飲料調(diào)配配方的研究

在步驟“1.2.3.2”確定的最佳打漿工藝條件下，將核桃仁進行打漿，打漿后以核桃漿為原料，輔以白砂糖和植脂末進行調(diào)配后制備成飲料，進行飲料感官品質(zhì)（色澤、風味、口感、組織狀態(tài)）評價，以感官評分為考察指標（見表3），確定白砂糖和植脂末的添加量。

1.2.3.4 核桃飲料穩(wěn)定性的研究

在前期單因素試驗基礎上，篩選出復配增稠劑（果膠∶CMC-Na∶黃原膠=4∶1∶0.8，質(zhì)量比，下同）、復配乳化劑（蔗糖脂肪酸酯∶單甘酯=3∶1）和微晶纖維素進行三因素三水平正交試驗，具體因素水平見表2，以離心沉淀率為考核指標，對核桃飲料穩(wěn)定性進行進一步優(yōu)化試驗。

表2 穩(wěn)定性正交試驗因素及水平Table 2 Factors and levels of orthogonal experiment for walnut beverage stability

1.2.4 測定項目與方法

1.2.4.1 脫皮率

采用肉眼觀察法，直接觀察核桃仁在水龍頭下沖洗后脫皮部分占總果皮的百分率。

1.2.4.2 核桃漿色度值

利用NH300 型色差儀測定核桃漿色度L*值（L*值為核桃漿亮度，0 代表黑色，100 代表白色），分析核桃漿色度，L*值越大表示核桃漿色澤越白，每個樣品重復3 次，取平均值。

1.2.4.3 核桃飲料感官品質(zhì)評價

由經(jīng)過專門培訓的8 名科技人員組成評價小組，對核桃飲料進行感官品質(zhì)評價并評分，取平均值為最終得分，具體評分標準見表3。

表3 核桃飲料感官評分標準Table 3 Sensory score standard of walnut beverage

1.2.4.4 核桃飲料離心沉淀率

稱取核桃飲料50 g 放入離心管中，6 000 r/min 離心15 min，棄去上浮的乳析層和中間的乳清層，稱量沉淀物的質(zhì)量，每個樣品重復3 次，取平均值[15]。離心沉淀率公式如下：

1.2.5 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 軟件和DPS 7.05 軟件對試驗數(shù)據(jù)進行處理。

2 結果與分析

2.1 核桃去皮工藝研究

2.1.1 NaOH 濃度對核桃去皮效果的影響

由表4 可知，隨著NaOH 濃度的不斷升高，核桃去皮難易程度由難到易，脫皮率不斷升高，核桃漿色度L*值先升高后降低。當NaOH 濃度為0.1%時，核桃仁去皮難，脫皮率約為65%，因為低濃度的堿液不能溶解核桃仁中的果膠層，達不到去皮的目的，皮里的色素影響了打漿后的顏色，L*值顯著低于其他處理組（P＜0.05）；NaOH 濃度為 0.2%時，去皮較難，脫皮率為75%，有部分縫隙里的皮未能完全被水龍頭的水沖洗去除，導致打漿后顏色較暗，L*值相對較低；堿液濃度升高到0.4%時容易去皮，脫皮率達到95%，與0.3%濃度處理組L*值差異不顯著；NaOH 濃度升高至0.5%，幾乎能全部脫皮，去皮非常容易，但核桃漿L*值明顯降低，因為過高堿液濃度對核桃仁具有一定的腐蝕性，色澤褐變加深。因此，選用0.4%NaOH 濃度為宜。

表4 NaOH 溶液濃度對核桃去皮難易程度及色度L*值的影響Table 4 Effects of NaOH concentration on peeling and chromatic value L*of walnut

2.1.2 熱燙溫度對核桃去皮效果的影響

由表5 可知，隨著熱燙溫度不斷升高，核桃仁去皮由難變易，脫皮率逐漸升高，核桃漿色度L*值基本呈不斷升高的變化趨勢。熱燙溫度為60～80 ℃，核桃仁去皮難，脫皮率為60%～80%，有不同程度的褐色薄皮殘留，尤其是縫隙里面的皮有殘留而影響核桃漿的顏色；熱燙溫度為90 ℃，去皮容易，脫皮率達95%，核桃漿色度L*值顯著升高；熱燙溫度升至100 ℃時，去皮非常容易，脫皮率與90 ℃基本一樣，打漿后的L*值與90 ℃處理組差異不顯著，考慮到溫度過高會引起核桃仁蛋白發(fā)生水解和變性，選擇熱燙溫度為90 ℃。

表5 熱燙溫度對核桃去皮難易程度及色度值的影響Table 5 Effects of blanching temperature on peeling and chromatic value L*of walnut

2.1.3 熱燙時間對核桃去皮效果的影響

由表6 可知，隨著熱燙時間不斷延長，核桃仁去皮由難到易，脫皮率不斷升高，核桃漿色度L*值不斷上升。由于核桃仁組織結構較緊密，且有很多縫隙，吸收堿液的速度相對較慢，熱燙時間小于1.0 min，去皮難且效果差，脫皮率低于80%，核桃仁表面褐色薄衣未完全除去，導致打漿后色度L*值顯著偏低（P＜0.05）；熱湯時間為3.0 min 以上，去皮容易，脫皮率高達98%，去皮效果好，打漿后的L*值差異不大，但若浸泡太久則會引起堿液殘留多，不利于食品安全。因此，綜合考慮，選擇熱燙時間為3.0 min。

表6 熱燙時間對核桃去皮難易程度及色度值的影響Table 6 Effects of blanching time on peeling and chromatic value L*of walnut

2.2 核桃打漿工藝優(yōu)化

在前期單因素試驗的基礎上，以核桃漿感官評價和色度L*值為考核指標，設計料液比、打漿用水溫度和打漿時間進行正交試驗，優(yōu)化確定最佳打漿工藝條件。由表7 可知，極差R值大小為A＞B＞C，即打漿工藝條件對核桃漿L*值的影響因素主次順序為料液比＞打漿用水溫度＞打漿時間；由k值可知，最佳組合條件為A2B2C3，即料液比為 1∶20（g/g）、打漿溫度80 ℃、打漿時間6 min，該組合即為試驗設計中的試驗號5，在此工藝條件下制備的核桃漿L*值最高為70.39，顯著高于其他試驗號L*值（P＜0.05），色澤相對最白，具有核桃風味，口感純正、細膩。

2.3 核桃飲料調(diào)配配方確定

打漿后的核桃漿，通過添加白砂糖和植脂末后制備成飲料來達到消費者喜歡的口感和風味要求。由表8 調(diào)配結果顯示，添加5%白砂糖和0.2%植脂末調(diào)配制備出來的核桃飲料的色澤、風味、口感和組織狀態(tài)較好，口感潤滑，具有核桃風味和奶香味，流動性好，感官評分最高為80.25 分，顯著高于其他添加組合（P＜0.05）。

2.4 核桃飲料穩(wěn)定性優(yōu)化

離心沉淀率（Centrifugal sedimentation rate，SR）是反映飲料穩(wěn)定性的一個重要指標，離心沉淀率越小，產(chǎn)品穩(wěn)定性越好[16]。以核桃飲料離心沉淀率為考核指標，在大量單因素試驗基礎上，篩選出復配增稠劑（果膠∶CMC-Na∶黃原膠=4∶1∶0.8）、復配乳化劑（蔗糖脂肪酸酯:單甘酯=3:1）和微晶纖維素，進行三因素三水平正交優(yōu)化試驗。由表9 正交試驗結果中各因素的R和k值大小可知，極差R值大小為A＞C＞B，說明復合穩(wěn)定劑中復配增稠劑對核桃飲料離心沉淀率影響最大，其次為微晶纖維素，最后是復配乳化劑；據(jù)k的最小值確定最優(yōu)水平為A2B1C2，該組合即為試驗設計中的試驗號4，即0.06%復配增稠劑（果膠∶CMC-Na∶黃原膠=4∶1∶0.8）、0.10%復配乳化劑（蔗糖脂肪酸酯:單甘酯=3∶1）和0.15%微晶纖維素，在此工藝條件下制備的核桃飲料為乳白色，具有較濃郁的核桃風味，口感細膩，離心沉淀率最小為0.95%，產(chǎn)品穩(wěn)定性良好。

表7 打漿工藝正交試驗結果Table 7 The results of orthogonal experiment for pulping

表8 核桃飲料調(diào)配配方試驗感官評定結果Table 8 The sensory evaluation results for formulation of walnut beverage

表9 核桃飲料穩(wěn)定性正交試驗結果Table 9 The results of orthogonal experiment for walnut beverage stability

3 結論與討論

該研究以廣西本地核桃為原料開發(fā)飲料產(chǎn)品，采用單因素和正交試驗設計方法對核桃飲料去皮、打漿、調(diào)配及穩(wěn)定性等加工工藝條件進行系統(tǒng)研究。結果表明，核桃仁在0.4%NaOH 濃度、90 ℃的熱水中、熱燙3.0 min，容易去皮，去皮效果好，且同時達到脫苦脫澀的作用。于明等[17]研究了新疆鮮核桃仁去皮處理結果為在溫度為95 ℃、濃度為1.0%NaOH 溶液中浸泡10 min 去皮效果最佳，可能是品種不同、新鮮程度不同導致了研究結果存在差異。

核桃仁中蛋白質(zhì)以緊密的螺旋結構存在，打漿時隨著加水量的增加，水分子可充分地與核桃蛋白質(zhì)暴露出來的親水基團結合，相互作用加強，有利于蛋白的溶出；但加水量也不能過大，過大會使體系黏度降低，且會影響產(chǎn)品風味、口感及營養(yǎng)價值[18]。若打漿溫度較低、時間較短，則不利于水分子與蛋白質(zhì)分子相互作用；但溫度過高或打漿時間太長，則會影響蛋白質(zhì)過分變性，產(chǎn)生凝結沉淀，也影響了產(chǎn)品質(zhì)量。該試驗研究表明，在料液比為 1∶20（g/g）、打漿溫度 80 ℃、打漿時間6 min 條件下制備的核桃漿L*值最高（70.39），產(chǎn)品色澤乳白，具有明顯的核桃風味。李慧蕓[19]研究發(fā)現(xiàn)，烘烤過的核桃仁最適打漿溫度也是80 ℃，與本研究結果一致。

為了達到消費者喜歡的口感和風味要求，打漿后的核桃漿中添加白砂糖和植脂末來調(diào)節(jié)核桃飲料達到清爽潤滑、甜味適中的口感和奶香味。該試驗研究表明，核桃漿添加5%白砂糖+0.2%植脂末調(diào)配加工出來的飲料感官評分最高，為80.25 分，顯著高于其他添加組合（P＜0.05），調(diào)配出來的核桃飲料為均勻的乳白色，具有核桃風味和奶香味，口感純正，流動性好。

飲料加工過程中穩(wěn)定體系的建立是衡量飲料質(zhì)量的一項重要指標，同時也是影響產(chǎn)品口感、質(zhì)地和貨架期的關鍵因素[20-21]。核桃飲料富含蛋白質(zhì)和脂肪，屬極不穩(wěn)定體系，在儲藏過程中，因重力或分子締合作用容易發(fā)生分層、絮凝等破乳現(xiàn)象[22]，從而影響產(chǎn)品的口感和保質(zhì)期，該研究通過使用復合增稠劑和乳化穩(wěn)定劑來增強產(chǎn)品的穩(wěn)定性，可充分利用單一穩(wěn)定劑之間的協(xié)同互作效應，降低生產(chǎn)成本，同時可避免某種單一成分添加量過大而影響產(chǎn)品風味和口感[23]。王英臣等[24]研究表明，添加0.05%復合乳化劑（蔗糖酯: 單甘酯=4:1）、0.15%黃原膠、0.15%羧甲基纖維素鈉和0.08%海藻酸鈉制備的核桃蛋白飲料穩(wěn)定性好。而本研究則表明，0.06%復配增稠劑（果膠∶CMC-Na∶黃原膠=4∶1∶0.8）、0.10%復配乳化劑（蔗糖脂肪酸酯∶單甘酯=3∶1）和0.15%微晶纖維素制備的核桃飲料穩(wěn)定性良好。

近年來，核桃在廣西種植面積越來越大，產(chǎn)量不斷攀升，但卻缺乏對其深加工產(chǎn)品的開發(fā)，不利于當?shù)睾颂耶a(chǎn)業(yè)長遠發(fā)展。本研究為核桃全果深加工利用提供了新思路，對提高核桃經(jīng)濟價值和加工利用率具有一定的指導意義。后期可從核桃飲料均質(zhì)、滅菌、包裝等加工工藝及其保健功效等方面開展進一步的研究。