核桃仁炒制工藝優化及其風味成分分析

劉杰梅，李雪玲，孫 玥，梁 進

（安徽農業大學茶與食品科技學院；農業農村部江淮農產品精深加工與資源利用重點實驗室；安徽省農產品加工工程實驗室，合肥 230036）

核桃（Juglans regia L.）屬于樹堅果［1］，我國核桃種植主要分布在新疆、云南、皖南山區等地［2］。新疆核桃種植產業歷史悠久，是中國生產核桃的主要產區［3］。核桃營養價值豐富，含質量分數為62% ～68%的脂肪，15% ～22%的蛋白質和12% ～16%的碳水化合物［4］，對降低心血管疾病［5］、抗氧化［6］、抗炎［7］等有促進作用。目前，對于核桃的加工技術多采用煎炸、烘烤和水煮等處理工藝，而使用炒制核桃仁的相關研究鮮見報道。炒制工藝是廣泛應用于堅果中的一種熱處理方式，具有提色、改善口感和提高整體風味等特點［8，9］。

近年來，核桃的風味成分成為研究的熱點之一，核桃仁不僅具有一定的藥用價值，還具有特殊的風味物質，相關研究發現，烘烤工藝對核桃仁揮發性風味物質呈顯著相關［10］。有研究從5 種核桃中檢測到73 種揮發性風味成分，其中，醛類物質質量分數較高，為1.76% ～16.46%［11］。醛類物質是食品中重要的揮發性物質，其氣味閾值低，對核桃整體香氣的形成貢獻較大，特別是己醛具有豐富的堅果香氣，主要通過脂質氧化和氨基酸降解產生［12］。目前，市場上熟制的核桃類健康食品很多，其制作工藝主要是烘烤，而用炒貨機炒制的核桃仁炒貨產品還相對較少。因此，開發具有核桃特色風味的深加工食品不僅能提高產品品質，還促進核桃產業的開發利用。

本研究旨在開發一種風味獨特的核桃食品，主要選取核桃仁為主要原料，對核桃仁進行炒制加工，優化獲得最佳工藝參數，分析其炒制過程中風味成分變化，以期得到炒制加工方式對核桃仁風味成分的影響，為以核桃仁為原料的深加工利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

核桃、食鹽。

1.2 儀器與設備

TA－XTPlus型質構儀，PEN3 型電子鼻，Flavour-Spec風味分析儀，GZX－9146MBE 電熱鼓風干燥箱，5 －型炒貨機。

1.3 實驗方法

1.3.1 核桃仁炒制工藝

將購買的185 薄殼核桃經人工剝殼得到直徑大小為（2.0 ±0.1）cm的核桃仁，在炒貨機上設置好炒制溫度，向炒貨機內加入500 g市售食鹽作為炒制介質，待炒貨機滾筒內達到所設置的炒制溫度后加入50 g核桃仁，同時設置炒制時間進行炒制，炒制結束后將食鹽和核桃仁一起倒出，經20 目篩網篩去食鹽得到熟制核桃仁，將其在室溫下冷卻后保存備用。

1.3.2 響應面實驗設計

在單因素實驗優化的基礎上，以炒制溫度（A）、炒制時間（B）和食鹽與核桃仁質量比值（C）為因素，炒制產品的咀嚼性和感官評分為響應值設計響應面實驗，見表1。根據響應面實驗結果進行分析與驗證，獲得最佳工藝參數。

表1 響應面實驗設計表

1.3.3 質構測定

樣品的質構測定主要依據相關文獻［13］。質構儀參數為探頭：P／2；測試模式：TPA；測前速度：1 mm／s；測中速度：1 mm／s；測后速度：1 mm／s；測試距離：2 mm；觸發力：5 g。

實驗利用咀嚼性作為質構分析的重要檢測指標。咀嚼性主要是將樣品咀嚼成吞咽時的穩定狀態所需的能量，計算公式＝硬度×黏聚性×彈性，該值越大，樣品吃起來就越硬，粘牙，缺乏彈性。本研究是將炒制前的核桃仁、炒制后的核桃仁放于質構儀載物臺上進行測定，每組樣品測定10 次，在去掉最大值和最小值后，取剩余結果的平均值。

1.3.4 感官評分

感官評分依據參考文獻［14］進行評定。由10名食品專業學生組成評定小組，逐一對炒制前后中核桃仁的色澤、氣味、滋味和咀嚼性進行感官評分，結果取平均值，評價標準見表2。

表2 核桃仁感官評分標準

1.3.5 電子鼻測定

電子鼻測定依據參考文獻［15］進行風味成分檢測。稱取3 g 核桃仁樣品于10 mL 頂空瓶中，密封，放置待檢。樣品在室溫條件下富集香氣15 min后測定，載氣為干燥空氣，采樣間隔1 s；清洗時間100 s；歸零時間5 s；預進樣時間5 s；采集時間為180 s，傳感倉流量為150 mL／min，初始注射流量為150 mL／min，每個樣品重復測定3 次。

1.3.6 GC－IMS測定

利用GC－IMS并參考文獻［16］進行樣品檢測。樣品前處理：分別取2 g核桃仁樣品置于20 mL 的頂空瓶，在80 ℃條件下孵育20 min，隨后進樣。

氣相離子遷移譜單元分析條件：分析時間為30 min，色譜柱類型為MXT－5（長30 m，內徑0.53 mm，膜厚1 μm），色譜柱溫度60 ℃，溫度45 ℃。

自動頂空進樣單元分析條件：進樣體積為200 μL，孵育時間為15 min，孵育溫度80 ℃，進樣針溫度85 ℃，孵化轉速500 r／min。

氣相色譜條件：漂移氣、載氣均為高純N2，流速為150 mL／min，保持30 min；初試流速為2 mL／min，保持2 min，接著在3 min內流速升到10 mL／min，再在20 min內流速升到100 mL／min，保持5 min。

1.4 數據處理

實驗結果均為3 次獨立實驗均值。采用Design Expert 8.0.6 對響應面數據進行分析，Origin 2022 軟件繪制雷達圖，Gallery Plot 插件繪制指紋圖譜，采用SIMCA 14.1 繪制判別模型及模型交叉驗證，IBM SPSS Statistics 21.0 軟件計算平均值、標準差及顯著性，表達方式采用“x－± y”。

2 結果與分析

2.1 響應面實驗結果

2.1.1 響應面實驗設計及結果分析

由單因素實驗結果得到炒制溫度（A）、炒制時間（B）和食鹽與核桃仁質量比值（C）3 個因素的水平范圍，利用Box－Behnken 設計17 個實驗，其中包括5個中心點重復實驗來確定核桃仁的最佳工藝參數，響應面實驗設計及結果見表3。

表3 響應面實驗設計及結果表

由回歸分析結果得到咀嚼性（Y1）預測值對炒制溫度（A）、炒制時間（B）和食鹽與核桃仁質量比值（C）3 個因素的二次多項方程如下：

Y1＝39.98 ＋3.32A ＋1.58B －1.96C －0.43AB ＋2.07AC ＋0.20BC－5.63A2－1.46B2－8.05C2

從表4 可知，模型（P ＜0.05）是有顯著的。失擬項Р 值為0.634 5（P ＞0.05），說明模型選擇合適。從結果中可知，A、A2、C2項的影響極顯著，B、C、AC 項差異顯著，其余項則對核桃仁的炒制則無顯著影響。由此可知，影響核桃仁炒制工藝的主次因素為：炒制溫度＞食鹽與核桃仁質量比值＞炒制時間。

表4 響應面實驗方差分析表

由回歸分析結果得到感官評分（Y2）預測值對炒制溫度（A）、炒制時間（B）和食鹽與核桃仁質量比值（C）3 個因素的二次多項方程如下：

Y2＝85.52 ＋5.63A ＋1.77B －2.42C －1.09AB ＋4.91AC－0.56BC－15.29A2－3.89B2－17.82C2

從表5 可知，模型0.667 8（P ＜0.05）是有顯著的。失擬項P 值0.667 8（P ＞0.05），說明模型選擇合適。從結果中可知，A、A2、C2項的影響極顯著，AC、B2項差異顯著，其余項則對核桃仁的炒制則無顯著影響。由此可知，影響核桃仁炒制工藝的主次因素為：炒制溫度＞食鹽與核桃仁質量比值＞炒制時間。

表5 響應面實驗方差分析表

由炒制溫度、炒制時間和食鹽與核桃仁質量比值三因素之間相互作用的結果可知，隨著炒制溫度與炒制時間的增加及炒制時間與食鹽與核桃仁質量比值的增加，咀嚼性和感官評分均呈現先升高后下降趨勢，其二維等高線圖偏圓形，說明炒制溫度與炒制時間的交互作用及炒制時間與食鹽與核桃仁質量比值的交互作用對咀嚼性和感官評分影響不顯著。而隨著炒制溫度與食鹽與核桃仁質量比值的增加，咀嚼性和感官評分先增加后減少，其二維等高線圖呈現橢圓形，說明炒制溫度與食鹽與核桃仁質量比值的交互作用對咀嚼性和感官評分影響顯著。

2.1.2 最佳炒制條件確定及驗證實驗

由響應面實驗對最佳炒制工藝參數預測可知，當炒制溫度為144.18 ℃，炒制時間為3.67 min，食鹽與核桃仁質量比值為9.87∶1 時，核桃仁產品的評分最高，其咀嚼性為40.83 mJ，感官評分為86.14。考慮到實驗的可行性，將參數調整為炒制溫度為144 ℃，炒制時間為3.6 min，食鹽與核桃仁質量比值為9.8∶1。在此條件下，炒制得到的核桃仁其咀嚼性為40.14 mJ，感官評分為86.04。由此得出，此條件下獲得相對較好的核桃仁產品。

2.2 揮發性成分分析

2.2.1 基于電子鼻技術的2 種核桃仁品質差異分析

2 種核桃仁電子鼻傳感器穩定響應數據值如表6所示，通過對2 種核桃仁電子鼻數據進行OPLS －DA分析，結果如圖1a。第一主成分（PC1）貢獻率97.8%，第二主成分（PC2）貢獻率1.07%，累計貢獻率達到98.87%。其中，炒制前核桃仁均勻分布在橫軸的負半軸，炒制后核桃仁均勻分布在橫軸的正半軸，同種核桃仁重復性良好，說明LDA 中，2 個主成分能代表樣品的主要風味信息特征，炒制前核桃仁和炒制后核桃仁香氣存在一定區別。

圖1 炒制前后核桃仁的電子鼻OPLS－DA分析及雷達圖

表6 炒仁前后核桃仁電子鼻響應值

結合表6 數據繪制的電子鼻特征氣味雷達指紋圖（圖1b），可看出10 個傳感器對2 種核桃仁揮發性成分的響應值不同。在10 個傳感器中，W2S、W5S、W1W，這3 個傳感器對炒制后核桃仁響應值顯著高于炒制前核桃仁（P ＜0.05，VIP ＞1），說明這些傳感器可能在本實驗OPLS － DA 判別模型中的貢獻較大，其中W2S傳感器最敏感，核桃仁中常見的芳香物質有醇類、醛類、酮類、酯類及含氮化合物等［17，18］。綜合電子鼻PCA、LDA圖譜分析和表6 數據可知，電子鼻基本可以客觀區分2 種核桃仁的香氣。

2.2.2 基于GC －IMS 技術的2 種核桃仁香氣成分特征分析

為研究炒制前后的核桃仁制成核桃仁的香氣特征，利用頂空固相微萃取與GC －IMS 聯用的方法對2 種核桃仁樣品的香氣化合物成分及相對含量進行分析鑒定［19］。由表7 可知，共檢測到共檢出72 種揮發性物質，包括14 種無法定性的揮發性物質，這是由于數據庫中的數據有限，很難表征所有物質。這定性出來的58 種揮發性物質中，包括醛類22 種、醇類13 種、酯類9 種、酮類8 種、酸類2 種、吡嗪類2 種和烯類2 種。以58 個共有香氣組分作為因變量，不同種類作為自變量進行判別分析，通過OPLS －DA分析（圖2a）可知，2 個核桃仁樣品可以被有效區分，本次分析中的自變量擬合指數（）為0.896，自變量擬合指數（）為0.999，模型預測指數（Q2）為0.998，R2和Q2超過0.5，說明模型擬合結果合理。經過200 次置換檢驗，如圖2b所示，Q回歸線與縱軸的相交點小于零，說明模型不存在過擬合，模型驗證有效，認為該結果可用于2 種核桃仁香氣的種類鑒別［20，21］。

圖2 炒制前后2 種核桃仁的正交偏小二乘判別分析、模型交叉驗證結果及香氣指紋圖譜

表7 2 種核桃仁揮發性物質歸類

根據這些香氣成分的峰保留時間、峰面積值等相關參數建立炒制前后2 種核桃仁香氣指紋圖譜（圖2c），2 種核桃仁樣品香氣指紋圖譜之間具有明顯差異。2 種核桃仁樣品香氣組分種類相似，但各類的總濃度有差異，含量最高的香氣組分是醛類，其次是醇類、酯類和酮類，酸類、吡嗪類和烯類最少。其中炒制后核桃仁中的醛類、酯類、吡嗪類和酮類化合物含量顯著高于炒制前核桃仁（P ＜0.05）。

醛類是這2 種核桃仁樣中種類最多的揮發性物質，是食品中重要的揮發性物質，其氣味閾值低，對核桃仁的整體香氣貢獻較大，主要通過脂質氧化和氨基酸降解產生［22，23］。2 種核桃仁樣醛類總的相對質量分數在33.92% ～36.87%，雖然炒制后核桃仁和炒制前核桃仁含有的醛類物質的種類相同，但是每種風味物質含量有很大差別［24］。其中，炒制后核桃仁的E－2 －戊烯醛、E －2 －甲基－丁烯醛、2－甲基丁醛、戊醛、2－己烯醛、Z －2 －丙烯醛的質量分數分別為（1.22 ±0.01）%、（2.70±0.04）%、（3.85±0.09）%、（2.25±0.05）%、（1.03 ±0.01）%、（1.14 ±0.09）%，明顯高于炒制前核桃仁的。醛類是核桃仁中最豐富的物質，是亞油酸氧化過程中形成的此生代謝物，賦予了產品果香［25］、堅果味［26］和麥芽味［27］。酯類物質賦予了產品果香和甜香風味［28］，酯類物質相對質量分數不高，僅占16.98% ～17.32%，吡嗪類物質主要是核桃仁在炒制過程中蛋白質加熱分解獲得的產物，具有烘烤焦香風味［29］。

因此，2 種核桃仁樣品之間揮發性成分能被很好的區分，其風味物質相對含量有所區別。炒制前的風味物質相對含量較少，炒制后核桃仁其香氣化合物濃度增加主要是炒制過程中脂質發生氧化降解，促進了核桃仁揮發性成分合成，影響著核桃仁的整體風味［30］。從而可知，核桃仁的主要香氣成分來源于醛、醇、酯、酮、酸等成分，在風味中起著重要的調和、協同或互補的作用。

3 結論

經過炒制可使核桃仁具有較好的色澤且有效改善其風味成分成分，與烘烤核桃仁相比，炒制核桃仁其風味成分種類較多。本研究以核桃仁為原料，對其進行炒制工藝優化，獲得核桃仁的最優炒制工藝條件為：炒制溫度為144 ℃、炒制時間為3.6 min、食鹽與核桃仁質量比值為9.8∶1。