汪卿卿，徐一凡，何志平*，吴峰华，何浙华，余琳

1. 浙江农林大学食品与健康学院（杭州 311300）；2. 杭州千岛湖瑶记实业有限公司（淳安 311700）

山核桃（Caryacathayensis）是我国的特有的坚果之一，截至2018年，全国山核桃种植面积约9.33万 hm2，产量3.15万 t左右。山核桃仁含有丰富的不饱和脂肪酸（45.81%）[1]，蛋白质和多酚等营养物质，具有较高的营养价值和经济价值[2]。山核桃加工产品主要有光籽、手剥山核桃和山核桃仁。近几年，由于消费者食用习惯的改变，光籽山核桃的市场日益萎缩，手剥山核桃和山核桃仁产品份额不断上升。但后两者产品没有完整木质壳的物理保护，导致油脂氧化速度加快，使得货架期问题成为众多山核桃企业关注的产业共性问题。由于油脂氧化是不可逆的，降低原料的氧化水平是延长山核桃产品货架期的有效手段之一。

影响山核桃原料品质的影响因素很多，如采收时间[3]、收获方式、干燥前的贮藏时间、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处理步骤。山核桃企业采用的干燥方式主要是自然晾晒和热风干燥。由于自然晾晒极易受到天气影响，品质很不稳定。而热风干燥则由于山核桃原料具有坚硬的木质壳，存在很大的传热和传质阻力，干燥时间往往需要40 h以上，因而容易导致山核桃不饱和脂肪酸在干燥过程中氧化，山核桃原料品质下降。因而应用新的干燥工艺来提高山核桃原料品质成为山核桃产业当务之急。

真空干燥是实现热敏性物料高品质干燥的常见方式，在金橘[6]、马基莓[7]、油菜籽[8]，黄秋葵[9]等产品干制过程中已有应用。通过分析山核桃真空干燥的干燥过程，检测真空干燥山核桃在加速贮藏期间品质变化来评估真空干燥在山核桃采后处理上的可行性，从而为真空干燥在山核桃产业上的应用提供技术依据和参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

山核桃（采自杭州市临安区岛石镇；收获当天去除蒲壳和空子，清洗后运至实验室过夜晾干）。

十一烷酸标准品（上海安普实验科技股份有限公司）；福林酚试剂（生工生物工程上海股份有限公司）；DPPH（美国SIGMA Aldrich公司）。

1.2 仪器与设备

DZF-6094A真空干燥箱（上海一恒科学仪器有限公司）；QP-2010 GC/MS气相色谱-质谱联用仪（日本岛津公司）；智能恒温恒湿培养箱HWS-250（宁波赛福实验仪器有限公司）。

1.3 方法

1.3.1 山核桃初始含水量测定

初始含水量测定采用AOAC Official Method 925.40，试验样品的初始含水量为36.86%（干基）。

1.3.2 45 ℃真空干燥试验

选取大小均匀的新鲜山核桃（平均内径17.88 mm），放入真空干燥箱进行连续真空干燥（干燥温度45 ℃，真空度0.08 MPa），每隔2 h取出快速称重（称重时间小于0.5 min），称重完毕放回烘箱继续干燥，14 h后结束干燥。

1.3.3 干基含水率和水分比的计算

1.3.3.1 干基含水率

烘干过程干基含水率Xt的计算方法见式（1）。

式中：Xt为干燥至t时刻的干基含水率，g水/g干料；Wt为试样干燥至t时刻的质量，g；Wb为试样的干物质含量（依据1.3.1的初始含水率计算）。

1.3.3.2 水分比

水分比（MR）用于表示一定干燥条件下，t时刻样品的水分与初始样品水分的比值，可用于反映物料干燥速率的快慢，计算方法见式（2）。

式中：Xt为干燥至t时刻的干基含水率，g水/g干料；X0为初始水分，g水/g干料；Xe为平衡水分，g水/g干料。

1.3.4 山核桃加速氧化贮藏试验

将装有山核桃干燥样品的尼龙网兜放在35 ℃培养箱中进行贮藏，在4，8和12周时分别取样，样品在-80 ℃贮藏等待分析。Q10模型是常见的预测贮藏期间食品品质的变化的模型，如式（3）所示。Q10取3.4[1]，正常贮藏温度取15 ℃，则山核桃加速贮藏4，8和12周接近于15 ℃贮藏1年（323 d），2年（647 d）和3年（971 d）。

式中：T1为正常贮藏温度，℃；T2为加速贮藏温度，℃；θT1为正常贮藏时间，d；θT2为加速贮藏时间，d。

1.3.5 山核桃油品质提取与检测

1.3.5.1 山核桃油的制备

将山核桃敲碎，移入棕色广口瓶中，加入石油醚（料液比1∶3 g/mL）混匀浸泡过夜，过滤，石油醚在50 ℃的水浴锅中水浴挥干，得到山核桃油，储存于4 ℃待测。

1.3.5.2 油脂分析

酸价（AV）测定，参考GB 5009.229—2016《食品安全国家标准 食品中酸价的测定》；过氧化值（POV）测定，参考GB 5009.227—2016；碘价测定，参考GB/T 5532—2008。

1.3.6 山核桃抗氧化成分及活性的测定

将山核桃提油所得滤渣取样2.00 g，置于50 mL离心管中，加入30 mL 80%乙醇溶液，混匀，超声辅助提取（功率100 W，温度20 ℃，时间30 min），按3 600 r/min离心10 min，取上清液于50 mL比色管中，用80%乙醇溶液定容至50 mL，将提取液转移至离心管-4 ℃密封保存，作为总酚和DPPH自由基清除率的待测液备用。总酚含量和DPPH自由基清除率的测定方法参照Ozer[10]的方法稍作修改。

1.3.7 山核桃脂肪酸组成的测定

1.3.7.1 甲酯化

参照文献[11]方法。取0.05 g油样，加2 mL正己烷溶解，并加入20 μL的1 mg/mL十一烷酸甲醇标品。加入2 mL 0.5 mol/L KOH-CH3OH溶液，漩涡振荡2 min，在70 ℃水浴20 min。加入4 mL 0.5 mol/L H2SO4-CH3OH溶液，漩涡振荡2 min，在70 ℃水浴10 min。加入0.2 g NaCl促进分层，加入2 mL蒸馏水和2 mL正己烷，漩涡振荡2 min进行萃取，静置分层，取上清液。

1.3.7.2 色谱条件

色谱柱Rxi-5 ms（30.0 m×0.25 mm，0.25 μm）；进样量1 μL；进样口温度250 ℃。升温程序：柱温100 ℃，以10 ℃/min升到170 ℃，保持1 min后，以3 ℃/min升到230 ℃，保持12 min。载气，采用高纯氦气（99.999%）；恒流流速1 mL/min；分流比60∶1。

1.3.7.3 质谱条件

电子轰击离子源（EI），离子源温度200 ℃，接口温度250 ℃，电离电压70 eV，扫描离子范围为45～ 500。

1.3.8 数据处理

测定结果以平均值±标准差（mean±SD）表示。采用Excel软件进行数据处理和统计分析。数据结果以图表形式呈现。

2 结果与分析

2.1 山核桃真空干燥操作的干燥曲线

真空干燥（45 ℃）过程中山核桃含水量和水分比变化如图1所示。依据GB/T 24307—2009《山核桃产品质量等级》，山核桃原料含水量小于等于6%。从图1可以发现真空干燥只需要5 h即可完成。与45 ℃热风干燥达到6%时所需得60 h相比[12]，干燥时间显著缩短。由于山核桃中含有大量不饱和脂肪酸，受热容易氧化，因而加热时间的缩短将有利于降低山核桃原料的氧化水平。

图1 山核桃真空干燥曲线

2.2 山核桃真空干燥有效水分扩散系数的计算

从图1还可以发现，山核桃干燥速度一直处于下降阶段，因而干燥阻力属于内部控制过程，可以使用菲克第二定律描述水分扩散过程。考虑到山核桃接近球形，并且干燥过程几乎不存在形状变化，菲克第二定律可以简化成式（4）进行计算[13]。其中的有效水分扩散系数（Deff）是描述难干食品物料干燥特性的重要参数。Deff可以通过（图3）中得到的斜率计算（图2）。

式中：MR为水分比；Deff为干燥过程中物料的水分扩散系数，m2/s；t为干燥时间，s；r为核桃物料的平均半径，m。

将图2中ln(MR)-t曲线进行线性回归，回归方程如表1所示。通过斜率法计算，山核桃真空干燥的Deff为1.1×10-9m2/s。该结果与Aghbashlo等[14]报道的食品物料干燥过程中测得的Deff范围10-12～10-8m2/s十分接近，证明试验结果可靠。山核桃真空干燥水分扩散系数比油菜籽（1.371×10-8m2/s）要小，这说明山核桃的干燥难度比油菜籽要大。山核桃真空干燥水分扩散系数的结果可以为山核桃真空干燥机械的开发及真空干燥工艺设计提供技术参数。

图2 ln MR与干燥时间的关系图

表1 真空干燥有效水分扩散系数

2.3 真空干燥山核桃贮藏期间油脂氧化水平的检测

酸价、碘价、过氧化值是评价山核桃油脂品质的主要指标，真空干燥的山核桃在贮藏阶段酸价、碘价、过氧化值的变化如表2所示。酸价是衡量山核桃油脂水解酸败程度的指标，而山核桃油脂酸败后，在色泽、滋味、气味上都会发生一系列变化，严重时会产生酸败味[15]。山核桃的初始酸价为（0.071± 0.012）mg/g，这比已有报道的山核桃酸价（1.37 mg/g）[2]要低，原因在于试验的山核桃原料在采收以后立即进行干燥处理，避免坚果在高含水量期间贮藏所导致的油脂的快速劣变[16]。整个贮藏阶段，山核桃酸价持续上升，这说明山核桃油脂水解产生的脂肪酸不断增加。贮藏初期（0～4周），酸价变化不明显，从0.071 mg/g增加到0.125 mg/g。后期，酸价变化加快，8周增加至0.333 mg/g，12周为1.051 mg/g。

表2 储藏期间山核桃酸价、碘价、过氧化值含量的变化

过氧化值是判断油脂初期氧化程度的指标，在一定范围内随油脂氧化而增大，过氧化值高意味着氧化程度大，品质不稳定[17]。与酸价原因类似，初始过氧化值为（0.007 3±0.001 0）g/100 g，也低于Ni等[18]对山核桃的检测结果。整个贮藏阶段，山核桃过氧化值一直上升，这说明山核桃油脂氧化加剧。贮藏后期，过氧化值增加的速度加快，12周后过氧化值达到（0.027 9±0.001 9）g/100 g。

碘价是鉴别油脂的一个重要指标，可以判断所含脂肪酸的不饱和程度[19]。山核桃油脂初始碘价为（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饱和脂肪酸为单不饱和脂肪酸，而核桃油中主要不饱和脂肪酸为多不饱和脂肪酸。在贮藏过程中，碘价呈现下降趋势，12周后达到（88.18± 0.78）g/100 g。

GB/T 24307—2009《山核桃产品质量等级》对山核桃原料的要求为：酸价≤4 mg/g，过氧化值≤0.08 g/100 g。试验中，真空干燥的新鲜山核桃加速贮藏12周（相当于15 ℃贮藏3年）后，酸价和过氧化值依然在国家标准范围以内。这说明真空干燥可以延长山核桃原料的保质期，使得原料处于较低的氧化水平，从而满足山核桃仁生产企业对原料品质的需求。对于这些企业来说，可以统一采用真空干燥作为原料干燥的标准化工艺，并依据上述的研究结果制定相对更严格的原料品质要求。

2.4 真空干燥山核桃贮藏期间总酚含量和抗氧化能力的检测

现代研究表明核桃饮食能降血脂、预防心血管疾病和糖尿病，并降低癌症的风险[20]。Domínguez-Avila等[21]进行的动物试验表明与山核桃油脂相比，山核桃多酚是降低血脂的主要功效物质。真空干燥以后山核桃多酚含量为（38.94±0.90）mg/g，低于已有报道的（78.28±0.38）mg/g[22]，原因可能是试验检测样品中含有山核桃木质壳，而原先报道中检测的是山核桃仁脱脂粉，不包含木质壳。在贮藏过程中，多酚呈现下降趋势，这与Bakkalbasi等[23]的研究结果一致。12周后，多酚含量下降到（23.92±1.19）mg/g，下降38.57%（见表3）。

表3 储藏期间山核桃总酚含量和抗氧化能力的变化

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为71.95 mg VC当量/g，多酚抗氧化活性是VC的1.84倍。随着贮藏时间延长，山核桃抗氧化活性不断下降，12周后降到（28.47±1.70）mg VC当量/g，下降60.43%。抗氧化能力下降幅度比多酚大，这说明单位质量山核桃多酚抗氧化活性下降，原因可能是抗氧化活性较强的山核桃多酚比例下降或者结构发生改变。

2.5 真空干燥山核桃贮藏期间脂肪酸成分及含量的检测

坚果中一般含有丰富的不饱和脂肪酸，真空干燥山核桃的脂肪酸组成如表4所示。山核桃中油酸的含量最丰富（702.5±4.4 mg/g），其次是亚油酸（233.8±4.4 mg/g）、棕榈酸（63.49±0.20 mg/g）、硬脂酸（27.83±0.86 mg/g），这与Atanosov等[26]的报道结果接近。真空干燥山核桃的不饱和脂肪酸比例达90.98%，与王芳[27]测得的结果一致。贮藏期间，脂肪酸含量均呈现下降趋势，下降最快的是亚油酸（16.47%），其次是油酸（12.37%）。山核桃中总不饱和脂肪酸下降13.38%，而饱和脂肪酸只下降了2.42%，说明与饱和脂肪酸相比，山核桃不饱和脂肪酸在贮藏过程中由于易被氧化而损失更多，其在细胞内氧化的机理还有待下一步深入研究。

表4 贮藏期间山核桃脂肪酸含量变化 单位：mg/g

3 结论

山核桃原料采用真空干燥工艺进行干燥，干燥至含水量6%以下仅需5 h。而这与前期进行的核桃热风干燥所需的60 h相比[28]，干燥时间大幅缩短，也使得山核桃中大量热敏性的不饱和脂肪酸受热的时间缩短，提高了原料品质。从山核桃真空干燥过程来看，干燥速度一直处于下降过程，因而可以推测山核桃真空干燥过程属于内部控制干燥，可采用菲克第二定律描绘水分扩散过程，由此获得的水分扩散系数为1.1× 10-9m2/s。但由于山核桃木质壳的存在，干燥过程中热量传递和水分扩散相对比较复杂，如何通过优化干燥温度、真空度等工艺参数来建立更加适合山核桃干燥的真空干燥工艺还需进一步研究。

加速贮藏试验表明真空干燥的山核桃原料在贮藏12周（相当于15 ℃贮藏3年）后依然符合GB/T 24307—2009的要求，这说明真空干燥可以显著提高山核桃原料的品质。我国山核桃原料采后处理技术依然比较落后，阴干现象普遍存在，山核桃原料的保质期往往还不到1年。同时，随着手剥山核桃和山核桃仁产品市场份额不断上升，对山核桃原料的品质要求越来越高。试验结果说明真空干燥在山核桃采后处理上有巨大潜力。