汪卿卿，徐一凡，何志平*，吳峰華，何浙華，余琳

1. 浙江農(nóng)林大學食品與健康學院（杭州 311300）；2. 杭州千島湖瑤記實業(yè)有限公司（淳安 311700）

山核桃（Caryacathayensis）是我國的特有的堅果之一，截至2018年，全國山核桃種植面積約9.33萬 hm2，產(chǎn)量3.15萬 t左右。山核桃仁含有豐富的不飽和脂肪酸（45.81%）[1]，蛋白質(zhì)和多酚等營養(yǎng)物質(zhì)，具有較高的營養(yǎng)價值和經(jīng)濟價值[2]。山核桃加工產(chǎn)品主要有光籽、手剝山核桃和山核桃仁。近幾年，由于消費者食用習慣的改變，光籽山核桃的市場日益萎縮，手剝山核桃和山核桃仁產(chǎn)品份額不斷上升。但后兩者產(chǎn)品沒有完整木質(zhì)殼的物理保護，導致油脂氧化速度加快，使得貨架期問題成為眾多山核桃企業(yè)關(guān)注的產(chǎn)業(yè)共性問題。由于油脂氧化是不可逆的，降低原料的氧化水平是延長山核桃產(chǎn)品貨架期的有效手段之一。

影響山核桃原料品質(zhì)的影響因素很多，如采收時間[3]、收獲方式、干燥前的貯藏時間、干燥方式[4]、干燥原料的含水量[5]等，其中干燥是山核桃最主要的采后處理步驟。山核桃企業(yè)采用的干燥方式主要是自然晾曬和熱風干燥。由于自然晾曬極易受到天氣影響，品質(zhì)很不穩(wěn)定。而熱風干燥則由于山核桃原料具有堅硬的木質(zhì)殼，存在很大的傳熱和傳質(zhì)阻力，干燥時間往往需要40 h以上，因而容易導致山核桃不飽和脂肪酸在干燥過程中氧化，山核桃原料品質(zhì)下降。因而應用新的干燥工藝來提高山核桃原料品質(zhì)成為山核桃產(chǎn)業(yè)當務之急。

真空干燥是實現(xiàn)熱敏性物料高品質(zhì)干燥的常見方式，在金橘[6]、馬基莓[7]、油菜籽[8]，黃秋葵[9]等產(chǎn)品干制過程中已有應用。通過分析山核桃真空干燥的干燥過程，檢測真空干燥山核桃在加速貯藏期間品質(zhì)變化來評估真空干燥在山核桃采后處理上的可行性，從而為真空干燥在山核桃產(chǎn)業(yè)上的應用提供技術(shù)依據(jù)和參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

山核桃（采自杭州市臨安區(qū)島石鎮(zhèn)；收獲當天去除蒲殼和空子，清洗后運至實驗室過夜晾干）。

十一烷酸標準品（上海安普實驗科技股份有限公司）；福林酚試劑（生工生物工程上海股份有限公司）；DPPH（美國SIGMA Aldrich公司）。

1.2 儀器與設備

DZF-6094A真空干燥箱（上海一恒科學儀器有限公司）；QP-2010 GC/MS氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀（日本島津公司）；智能恒溫恒濕培養(yǎng)箱HWS-250（寧波賽福實驗儀器有限公司）。

1.3 方法

1.3.1 山核桃初始含水量測定

初始含水量測定采用AOAC Official Method 925.40，試驗樣品的初始含水量為36.86%（干基）。

1.3.2 45 ℃真空干燥試驗

選取大小均勻的新鮮山核桃（平均內(nèi)徑17.88 mm），放入真空干燥箱進行連續(xù)真空干燥（干燥溫度45 ℃，真空度0.08 MPa），每隔2 h取出快速稱重（稱重時間小于0.5 min），稱重完畢放回烘箱繼續(xù)干燥，14 h后結(jié)束干燥。

1.3.3 干基含水率和水分比的計算

1.3.3.1 干基含水率

烘干過程干基含水率Xt的計算方法見式（1）。

式中：Xt為干燥至t時刻的干基含水率，g水/g干料；Wt為試樣干燥至t時刻的質(zhì)量，g；Wb為試樣的干物質(zhì)含量（依據(jù)1.3.1的初始含水率計算）。

1.3.3.2 水分比

水分比（MR）用于表示一定干燥條件下，t時刻樣品的水分與初始樣品水分的比值，可用于反映物料干燥速率的快慢，計算方法見式（2）。

式中：Xt為干燥至t時刻的干基含水率，g水/g干料；X0為初始水分，g水/g干料；Xe為平衡水分，g水/g干料。

1.3.4 山核桃加速氧化貯藏試驗

將裝有山核桃干燥樣品的尼龍網(wǎng)兜放在35 ℃培養(yǎng)箱中進行貯藏，在4，8和12周時分別取樣，樣品在-80 ℃貯藏等待分析。Q10模型是常見的預測貯藏期間食品品質(zhì)的變化的模型，如式（3）所示。Q10取3.4[1]，正常貯藏溫度取15 ℃，則山核桃加速貯藏4，8和12周接近于15 ℃貯藏1年（323 d），2年（647 d）和3年（971 d）。

式中：T1為正常貯藏溫度，℃；T2為加速貯藏溫度，℃；θT1為正常貯藏時間，d；θT2為加速貯藏時間，d。

1.3.5 山核桃油品質(zhì)提取與檢測

1.3.5.1 山核桃油的制備

將山核桃敲碎，移入棕色廣口瓶中，加入石油醚（料液比1∶3 g/mL）混勻浸泡過夜，過濾，石油醚在50 ℃的水浴鍋中水浴揮干，得到山核桃油，儲存于4 ℃待測。

1.3.5.2 油脂分析

酸價（AV）測定，參考GB 5009.229—2016《食品安全國家標準 食品中酸價的測定》；過氧化值（POV）測定，參考GB 5009.227—2016；碘價測定，參考GB/T 5532—2008。

1.3.6 山核桃抗氧化成分及活性的測定

將山核桃提油所得濾渣取樣2.00 g，置于50 mL離心管中，加入30 mL 80%乙醇溶液，混勻，超聲輔助提?。üβ?00 W，溫度20 ℃，時間30 min），按3 600 r/min離心10 min，取上清液于50 mL比色管中，用80%乙醇溶液定容至50 mL，將提取液轉(zhuǎn)移至離心管-4 ℃密封保存，作為總酚和DPPH自由基清除率的待測液備用。總酚含量和DPPH自由基清除率的測定方法參照Ozer[10]的方法稍作修改。

1.3.7 山核桃脂肪酸組成的測定

1.3.7.1 甲酯化

參照文獻[11]方法。取0.05 g油樣，加2 mL正己烷溶解，并加入20 μL的1 mg/mL十一烷酸甲醇標品。加入2 mL 0.5 mol/L KOH-CH3OH溶液，漩渦振蕩2 min，在70 ℃水浴20 min。加入4 mL 0.5 mol/L H2SO4-CH3OH溶液，漩渦振蕩2 min，在70 ℃水浴10 min。加入0.2 g NaCl促進分層，加入2 mL蒸餾水和2 mL正己烷，漩渦振蕩2 min進行萃取，靜置分層，取上清液。

1.3.7.2 色譜條件

色譜柱Rxi-5 ms（30.0 m×0.25 mm，0.25 μm）；進樣量1 μL；進樣口溫度250 ℃。升溫程序：柱溫100 ℃，以10 ℃/min升到170 ℃，保持1 min后，以3 ℃/min升到230 ℃，保持12 min。載氣，采用高純氦氣（99.999%）；恒流流速1 mL/min；分流比60∶1。

1.3.7.3 質(zhì)譜條件

電子轟擊離子源（EI），離子源溫度200 ℃，接口溫度250 ℃，電離電壓70 eV，掃描離子范圍為45～ 500。

1.3.8 數(shù)據(jù)處理

測定結(jié)果以平均值±標準差（mean±SD）表示。采用Excel軟件進行數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計分析。數(shù)據(jù)結(jié)果以圖表形式呈現(xiàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 山核桃真空干燥操作的干燥曲線

真空干燥（45 ℃）過程中山核桃含水量和水分比變化如圖1所示。依據(jù)GB/T 24307—2009《山核桃產(chǎn)品質(zhì)量等級》，山核桃原料含水量小于等于6%。從圖1可以發(fā)現(xiàn)真空干燥只需要5 h即可完成。與45 ℃熱風干燥達到6%時所需得60 h相比[12]，干燥時間顯著縮短。由于山核桃中含有大量不飽和脂肪酸，受熱容易氧化，因而加熱時間的縮短將有利于降低山核桃原料的氧化水平。

圖1 山核桃真空干燥曲線

2.2 山核桃真空干燥有效水分擴散系數(shù)的計算

從圖1還可以發(fā)現(xiàn)，山核桃干燥速度一直處于下降階段，因而干燥阻力屬于內(nèi)部控制過程，可以使用菲克第二定律描述水分擴散過程?？紤]到山核桃接近球形，并且干燥過程幾乎不存在形狀變化，菲克第二定律可以簡化成式（4）進行計算[13]。其中的有效水分擴散系數(shù)（Deff）是描述難干食品物料干燥特性的重要參數(shù)。Deff可以通過（圖3）中得到的斜率計算（圖2）。

式中：MR為水分比；Deff為干燥過程中物料的水分擴散系數(shù)，m2/s；t為干燥時間，s；r為核桃物料的平均半徑，m。

將圖2中l(wèi)n(MR)-t曲線進行線性回歸，回歸方程如表1所示。通過斜率法計算，山核桃真空干燥的Deff為1.1×10-9m2/s。該結(jié)果與Aghbashlo等[14]報道的食品物料干燥過程中測得的Deff范圍10-12～10-8m2/s十分接近，證明試驗結(jié)果可靠。山核桃真空干燥水分擴散系數(shù)比油菜籽（1.371×10-8m2/s）要小，這說明山核桃的干燥難度比油菜籽要大。山核桃真空干燥水分擴散系數(shù)的結(jié)果可以為山核桃真空干燥機械的開發(fā)及真空干燥工藝設計提供技術(shù)參數(shù)。

圖2 ln MR與干燥時間的關(guān)系圖

表1 真空干燥有效水分擴散系數(shù)

2.3 真空干燥山核桃貯藏期間油脂氧化水平的檢測

酸價、碘價、過氧化值是評價山核桃油脂品質(zhì)的主要指標，真空干燥的山核桃在貯藏階段酸價、碘價、過氧化值的變化如表2所示。酸價是衡量山核桃油脂水解酸敗程度的指標，而山核桃油脂酸敗后，在色澤、滋味、氣味上都會發(fā)生一系列變化，嚴重時會產(chǎn)生酸敗味[15]。山核桃的初始酸價為（0.071± 0.012）mg/g，這比已有報道的山核桃酸價（1.37 mg/g）[2]要低，原因在于試驗的山核桃原料在采收以后立即進行干燥處理，避免堅果在高含水量期間貯藏所導致的油脂的快速劣變[16]。整個貯藏階段，山核桃酸價持續(xù)上升，這說明山核桃油脂水解產(chǎn)生的脂肪酸不斷增加。貯藏初期（0～4周），酸價變化不明顯，從0.071 mg/g增加到0.125 mg/g。后期，酸價變化加快，8周增加至0.333 mg/g，12周為1.051 mg/g。

表2 儲藏期間山核桃酸價、碘價、過氧化值含量的變化

過氧化值是判斷油脂初期氧化程度的指標，在一定范圍內(nèi)隨油脂氧化而增大，過氧化值高意味著氧化程度大，品質(zhì)不穩(wěn)定[17]。與酸價原因類似，初始過氧化值為（0.007 3±0.001 0）g/100 g，也低于Ni等[18]對山核桃的檢測結(jié)果。整個貯藏階段，山核桃過氧化值一直上升，這說明山核桃油脂氧化加劇。貯藏后期，過氧化值增加的速度加快，12周后過氧化值達到（0.027 9±0.001 9）g/100 g。

碘價是鑒別油脂的一個重要指標，可以判斷所含脂肪酸的不飽和程度[19]。山核桃油脂初始碘價為（98.78±0.07）g/100 g，接近花生油（86～107 g/100 g），低于核桃油（140～152 g/100 g）。原因在于山核桃油中主要不飽和脂肪酸為單不飽和脂肪酸，而核桃油中主要不飽和脂肪酸為多不飽和脂肪酸。在貯藏過程中，碘價呈現(xiàn)下降趨勢，12周后達到（88.18± 0.78）g/100 g。

GB/T 24307—2009《山核桃產(chǎn)品質(zhì)量等級》對山核桃原料的要求為：酸價≤4 mg/g，過氧化值≤0.08 g/100 g。試驗中，真空干燥的新鮮山核桃加速貯藏12周（相當于15 ℃貯藏3年）后，酸價和過氧化值依然在國家標準范圍以內(nèi)。這說明真空干燥可以延長山核桃原料的保質(zhì)期，使得原料處于較低的氧化水平，從而滿足山核桃仁生產(chǎn)企業(yè)對原料品質(zhì)的需求。對于這些企業(yè)來說，可以統(tǒng)一采用真空干燥作為原料干燥的標準化工藝，并依據(jù)上述的研究結(jié)果制定相對更嚴格的原料品質(zhì)要求。

2.4 真空干燥山核桃貯藏期間總酚含量和抗氧化能力的檢測

現(xiàn)代研究表明核桃飲食能降血脂、預防心血管疾病和糖尿病，并降低癌癥的風險[20]。Domínguez-Avila等[21]進行的動物試驗表明與山核桃油脂相比，山核桃多酚是降低血脂的主要功效物質(zhì)。真空干燥以后山核桃多酚含量為（38.94±0.90）mg/g，低于已有報道的（78.28±0.38）mg/g[22]，原因可能是試驗檢測樣品中含有山核桃木質(zhì)殼，而原先報道中檢測的是山核桃仁脫脂粉，不包含木質(zhì)殼。在貯藏過程中，多酚呈現(xiàn)下降趨勢，這與Bakkalbasi等[23]的研究結(jié)果一致。12周后，多酚含量下降到（23.92±1.19）mg/g，下降38.57%（見表3）。

表3 儲藏期間山核桃總酚含量和抗氧化能力的變化

抗氧化活性是食品中天然多酚的主要活性之一[24-25]。真空干燥的山核桃抗氧化活性為71.95 mg VC當量/g，多酚抗氧化活性是VC的1.84倍。隨著貯藏時間延長，山核桃抗氧化活性不斷下降，12周后降到（28.47±1.70）mg VC當量/g，下降60.43%?？寡趸芰ο陆捣缺榷喾哟?，這說明單位質(zhì)量山核桃多酚抗氧化活性下降，原因可能是抗氧化活性較強的山核桃多酚比例下降或者結(jié)構(gòu)發(fā)生改變。

2.5 真空干燥山核桃貯藏期間脂肪酸成分及含量的檢測

堅果中一般含有豐富的不飽和脂肪酸，真空干燥山核桃的脂肪酸組成如表4所示。山核桃中油酸的含量最豐富（702.5±4.4 mg/g），其次是亞油酸（233.8±4.4 mg/g）、棕櫚酸（63.49±0.20 mg/g）、硬脂酸（27.83±0.86 mg/g），這與Atanosov等[26]的報道結(jié)果接近。真空干燥山核桃的不飽和脂肪酸比例達90.98%，與王芳[27]測得的結(jié)果一致。貯藏期間，脂肪酸含量均呈現(xiàn)下降趨勢，下降最快的是亞油酸（16.47%），其次是油酸（12.37%）。山核桃中總不飽和脂肪酸下降13.38%，而飽和脂肪酸只下降了2.42%，說明與飽和脂肪酸相比，山核桃不飽和脂肪酸在貯藏過程中由于易被氧化而損失更多，其在細胞內(nèi)氧化的機理還有待下一步深入研究。

表4 貯藏期間山核桃脂肪酸含量變化 單位：mg/g

3 結(jié)論

山核桃原料采用真空干燥工藝進行干燥，干燥至含水量6%以下僅需5 h。而這與前期進行的核桃熱風干燥所需的60 h相比[28]，干燥時間大幅縮短，也使得山核桃中大量熱敏性的不飽和脂肪酸受熱的時間縮短，提高了原料品質(zhì)。從山核桃真空干燥過程來看，干燥速度一直處于下降過程，因而可以推測山核桃真空干燥過程屬于內(nèi)部控制干燥，可采用菲克第二定律描繪水分擴散過程，由此獲得的水分擴散系數(shù)為1.1× 10-9m2/s。但由于山核桃木質(zhì)殼的存在，干燥過程中熱量傳遞和水分擴散相對比較復雜，如何通過優(yōu)化干燥溫度、真空度等工藝參數(shù)來建立更加適合山核桃干燥的真空干燥工藝還需進一步研究。

加速貯藏試驗表明真空干燥的山核桃原料在貯藏12周（相當于15 ℃貯藏3年）后依然符合GB/T 24307—2009的要求，這說明真空干燥可以顯著提高山核桃原料的品質(zhì)。我國山核桃原料采后處理技術(shù)依然比較落后，陰干現(xiàn)象普遍存在，山核桃原料的保質(zhì)期往往還不到1年。同時，隨著手剝山核桃和山核桃仁產(chǎn)品市場份額不斷上升，對山核桃原料的品質(zhì)要求越來越高。試驗結(jié)果說明真空干燥在山核桃采后處理上有巨大潛力。