核桃仁去種皮方法的探究與開發(fā)

張 旋，孟 佳，史宣明，方曉璞，魯海龍

中糧工科(西安)國際工程有限公司 (西安 710082)

核桃，又稱胡桃、羌桃，為胡桃科植物。核桃仁是核桃的種仁，其表面有一層緊密的褐色薄皮衣，也稱之為核桃內種皮，酚類物質含量豐富，占核桃仁總酚含量的90%以上，成熟干制后呈金黃色，有苦澀味[1]。核桃內種皮中的主要成分是纖維素、果膠質、單寧和色素等。單寧又稱鞣制，是一種具有沉淀蛋白質性質的水溶性多元酚類化合物，多酚與唾液蛋白結合時，會使舌頭上皮組織細胞收縮，產生澀味口感[2]。單寧主要存在于核桃內種皮中，約占其單寧總量的92%[3]。研究表明：核桃仁中含有的單寧是產生苦澀味和褐變的主要原因，單寧含量越高，澀味越重，同時影響核桃蛋白的品質和穩(wěn)定性，因此核桃加工過程中去除核桃內種皮非常有必要[4-5]。

目前，常規(guī)去核桃內種皮的方法主要有烘烤去皮法、堿液去皮法和沸水去皮法。Sze-Tao等通過綜合分析和對比，認為對核桃仁進行烘烤去皮能增加核桃香味，但基本起不到去皮的效果；沸水去皮法可以有效去核桃內種皮，但熱燙處理溫度過高，較大影響核桃仁中蛋白質的品質，不利用核桃仁的綜合開發(fā)利用；當用濃度為0.3%的脫皮劑和1%的NaOH溶液混合液進行浸煮處理2 min，核桃仁的去皮效果較好，但經堿液去皮處理后的核桃仁中不飽和脂肪酸減少，同時產生大量廢水，廢水處理成本高[6]。為了解決現有核桃脫皮法帶來的上述問題，提出開發(fā)一種新的核桃脫皮工藝—干法脫皮工藝，即先將核桃整仁壓榨提取油脂，再將得到的核桃餅經研磨到一定細度利用皮和粉比重的不同依靠風選分離去除核桃皮，實現節(jié)約投資，零廢水排放和降低核桃蛋白變性的可能。

1 常規(guī)核桃仁去種皮方法的探究

核桃仁外形凹凸不平，機械化去除核桃內種皮相當困難。目前，常規(guī)去核桃內種皮的方法主要有堿液去皮法、沸水去皮法、烘烤去皮法，也有真空冷凍干燥法、鹽液浸漬去皮法和超聲波去皮法的相關研究應用。

1.1 堿液去皮法

目前，國內核桃加工企業(yè)多采用堿液去皮法對核桃仁進行去皮，堿液去皮法是將核桃仁用Na2CO3溶液、NaOH溶液、Ga(OH)2溶液或者其混合溶液的稀堿液在一定溫度下浸泡不同時間，然后清水洗至中性。

影響核桃仁去皮率的主要因素有：堿液濃度、堿液溫度和浸泡時間，隨著堿液濃度、溫度的升高，浸燙時間的延長，去皮效果提高，當堿液濃度達到一定值后，去皮效果反而降低；堿液濃度和浸泡時間同時會影響核桃仁的色澤。

核桃仁堿液去皮的基本原理是以稀堿液在一定溫度下浸泡核桃仁，其皮與仁之間的果膠層先被溶解，然后整皮脫落，皮塊易去掉，易于漂洗干凈。堿液浸泡法的去皮效果好是因為果膠質在堿的作用下會發(fā)生水解，一部分果膠質被解聚，從而提高了在水中的溶解度；另一方面，果膠酸在堿的作用下轉變成水溶性較好的果膠酸鈉等鹽類，所以堿泡可以較徹底地去除果膠質，核桃仁皮從而脫落[7]。低濃度堿液在中等溫度下浸泡核桃仁，有利于保證核仁質地不受破壞；高濃度堿液由于腐蝕性較強，應在短時間內低溫下浸泡去皮，但在短時間內浸泡核仁，因還未來得及潤濕核仁表皮而達不到理想的去皮效果，長時間浸泡又會腐蝕核仁使其質地變差、造成質量損失；高濃度堿液在低溫下也不易完全去皮，高溫時同樣存在會腐蝕核仁使其質地變差的現象。因此，低濃度NaOH溶液在中等溫度下較短時間內浸泡山核桃仁，既可以達到去皮的目的，又可以保證核桃仁質地較為完好。

核桃仁堿液去皮車間所排廢水呈黑黃色、較渾濁，表面伴有大量懸浮物和白色泡沫，并含有核桃仁碎末、蛋白質和脂類等有機物。趙聰等[8]研究指出，堿液去皮后，不僅核桃仁中的不飽和脂肪酸顯著減少，而且廢水污染指標較差。由表1可以看出，堿液去皮廢水的各項指標與國家二級排放標準相比，差距較大。其中COD高達21 100 mg/L、SS高達4 500 mg/L，分析原因可能是該廢水中含有大量核桃內種皮和核桃仁碎渣的原因。高濃度有機廢水，具有強堿性、色澤深、SS含量高、氣味大等特點，其廢水處理費用高。

表1 堿液去皮工藝廢水的污染指標

堿液的去皮率相對于其他去皮方法雖高，但堿液有一定的腐蝕性，且產生大量廢水，經堿液處理后的果仁外表面一定程度發(fā)綿，并且該法對核桃仁營養(yǎng)成分的影響較大，已成為核桃產業(yè)化發(fā)展的瓶頸，新的去皮工藝還有待開發(fā)研究[9]。

1.2 沸水去皮法

沸水去皮法是將核桃仁置于100 ℃沸水中熱燙處理一定時間，冷水處理后取出手工去皮。

熱燙處理時間是影響去皮效果的因素，實驗表明熱燙4～6 min時較容易去皮，核桃仁質地較脆，隨著熱燙時間的延長，去皮效果越好，但核桃仁質地會變軟[10]。

沸水去皮法操作簡便、較堿液去皮法污染小，但存在去皮效果不徹底等缺點，而且由于沸水溫度高，很難保持核桃仁的質地和顏色，同時會影響核桃仁中蛋白質的品質，不利于核桃的綜合開發(fā)利用。

1.3 烘烤去皮法

烘烤去皮法有烘箱和微波爐加熱兩種方式。烘箱去皮法，即將核桃仁放入一定溫度的烘箱中，烘烤加熱一定時間取出。微波去皮法，即將核桃仁放入一定溫度的微波爐中，微波加熱一定時間取出。有的烘烤前增加浸泡處理工序，即將核桃仁與常溫清水按一定質量比浸泡一定時間，再進行烘烤處理。

浸泡時間、烘烤溫度和烘烤時間是影響去皮效果的主要因素。在一定范圍內(1～11 min)，隨著浸泡時間的延長去皮率提高，當浸泡時間達到11 min的時，去皮率達到93%，之后隨著浸泡時間的延長去皮率反而降低；隨著烘烤溫度的升高，去皮程度有所提高，但是核桃仁色澤逐漸由原來的乳白色變?yōu)楹诤稚?，核桃仁逐漸產生焦糊味[11]；在一定時間內，去皮率隨烘烤時間的延長升高，超過一定時間，去皮率隨烘烤時間的延長下降，烘烤時間過長，會將核桃仁烤焦，核桃仁發(fā)黑。

烘烤加熱不易控制，加熱效果不均勻，容易導致部分核桃燒焦，因此烘烤去皮法效果較差，易造成核桃的浪費，生產上不宜大規(guī)模采用[12]。

1.4 真空冷凍干燥法

核桃仁真空冷凍干燥是在真空環(huán)境下，將核桃仁冷凍到一定溫度，進而進行干燥過程，使核桃仁的結構發(fā)生變化，從而達到簡易脫皮的目的。

核桃仁真空冷凍干燥的工藝流程包括前處理、預凍、升華干燥以及解析干燥過程[13]。復水時間、升華干燥時間、解析干燥時間、干燥溫度，是影響核桃仁凍干脫皮效果的因素。汪亮等[10]通過實驗研究得到，復水時間2 h，升華干燥時間4 h、解析干燥時間4 h、干燥溫度30 ℃條件下，核桃仁脫皮較容易。

隨著真空度的升高，水的沸點將大幅降低，一般使沸點降低到0 ℃以下，這樣核桃仁和種皮內水分在冰點以下大量蒸發(fā)，一方面迅速降溫會使種皮迅速冷凍，由于冰的密度比水要小，種皮會有一定的膨脹，另一方面水的大量揮發(fā)會使種皮產生大量的孔洞和裂紋，由于種皮含有韌皮組織，具有一定的韌性，部分水分子會從種皮和核桃仁之間經過會產生一定寬度的縫隙。由于上述現象的存在，會使種皮在干燥復水后軟化，同時種皮的膨脹和這兩者之間的縫隙形成都構成兩者相分離的條件，最后達到去皮的目的。

1.5 鹽液浸漬去皮法

鹽液浸漬去皮法是配置一定量的復合鹽溶液并加熱至一定溫度，將核桃仁浸泡其中一定時間，瀝水后用高壓氣槍將核桃仁氣動吹射去皮。

經鹽液浸漬去皮法處理后的核桃仁，粗蛋白和粗脂肪含量明顯多于堿液去皮法得到的核桃仁，核桃仁中不飽和脂肪酸的相對百分含量降低較少，種皮種含有較多的多酚和黃酮。鹽液浸漬去皮法較堿液去皮法能夠更多的保留核桃仁的營養(yǎng)成分[8]，核桃仁種皮更易于收集，但加工成本較高，用高壓氣槍將核桃仁氣動吹射去皮，不利于工廠化操作。

1.6 超聲波去皮法

近年來也有超聲波去除核桃內種皮方面的研究，超聲波去皮是因為超聲波具有一定的能量，在一定條件下可以將核桃仁與核桃皮分離[14]。超聲波是一種頻率高于20 000 Hz的聲波，在媒質中能形成介質粒子的機械振動，從而引起媒介的相互作用，可以產生熱作用、機械傳質作用和空化作用[15]。

沸水去皮法、烘烤去皮法、真空冷凍干燥法、鹽液浸漬去皮法和超聲波去皮法去皮效果不理想，相比之下堿液去皮法去皮效果較好，但這種濕法脫皮存在以下缺點，一是堿水浸泡產生大量廢水，于環(huán)保不利；二是烘干消耗大量蒸汽能源，工藝不節(jié)能。而且清洗不干凈的核桃仁殘留堿液還會帶來食品安全問題。堿水浸泡還會帶來一定程度的蛋白變性，降低蛋白的營養(yǎng)價值和功能特性。

2 核桃仁去種皮方法的研發(fā)

為了解決濕法脫皮帶來的上述問題，開發(fā)一種新的核桃脫皮工藝—干法脫皮工藝，即先將核桃整仁壓榨提取油脂，再將得到的核桃餅經研磨到一定細度利用皮和粉比重的不同依靠風選分離去除核桃皮，實現節(jié)約投資，零廢水排放和降低核桃蛋白變性的可能。

(1)干法脫皮技術路線

打包←核桃皮←清粉機→核桃粉→打包

核桃餅→破碎→篩分→松粉機→篩分→撞擊磨→篩分→磨粉機→脫皮核桃粉→包裝→入庫

(2)干法脫皮工藝概要

核桃仁經液壓榨油機，得到核桃壓榨餅，核桃餅干基含油≤15%，含水≤12%。從壓榨車間送來經過粉碎機的核桃餅，由氣力輸送進入高方篩(40目)進行第一次分離篩分分離，然后核桃粉進入松粉機撞擊后，進入高方篩(60目)進行第二次分離，分皮后的核桃粉進入撞擊磨使核桃皮仁進一步分離，再進入高方篩(80目)進行第三次分離。脫皮后的核桃粉經磨粉機加工成100目的細粉，包裝后入庫儲存。三次分離的皮進入清粉機使核桃皮和核桃仁細粉分離后，皮打包儲存，核桃粉進行包裝儲存。

(3)主要產品指標

核桃仁：含皮4%，含油63%，粗纖維含量2.4%；液壓榨核桃餅：蛋白含量52%，含油14.21%，粗纖維含量5.62%；核桃粉：蛋白含量56%，粗纖維含量0.96%，脫皮率82%。

(4)技術優(yōu)缺點

缺點：測定中試試驗脫皮率82%左右，脫皮率低。

優(yōu)點：干法脫皮是利用種皮與胚物理性質的差異使皮與胚脫離，再借助外力(破碎與風選等)將皮與仁相分離，干法脫皮技術實現污水零排放，大大減少污水排放；未經堿液、高溫等處理，大大降低了蛋白變形的可能性，蛋白、維生素E等活性物質得以最大程度保留，產品質量高。本技術的提出是結合多年工程經驗，已經小試、中試試驗驗證。本技術的提出旨在為提高行業(yè)加工技術水平提供理論參考。