變溫滾筒催化紅外-熱風(fēng)干燥核桃營養(yǎng)品質(zhì)研究

曲文娟 ，凡 威，朱亞楠，馬海樂，師俊玲，潘忠禮

（1.江蘇大學(xué), 食品物理加工研究院, 江蘇鎮(zhèn)江 212013；2.江蘇大學(xué)食品與生物工程學(xué)院, 江蘇鎮(zhèn)江 212013；3.西北工業(yè)大學(xué)生命學(xué)院, 陜西西安 710072；4.美國加州大學(xué)戴維斯分校生物與農(nóng)業(yè)工程系, 美國加州 95616）

核桃果仁中含有豐富的營養(yǎng)物質(zhì)，其中脂質(zhì)含量約占60%以上，以不飽和脂肪酸為主，此外還含有蛋白質(zhì)以及抗氧化多酚等物質(zhì)[1-2]，對心血管疾病、降血脂以及糖尿病等均有較大的益處，具有較高的醫(yī)療保健價值[1]。核桃由于采收量大、采收時間短以及采收后新鮮核桃初始含水率高（40%～55%）等特點，絕大多數(shù)核桃在采收后均需進(jìn)行干燥處理，便于后續(xù)的運輸、貯藏、銷售以及深加工[3]。

核桃仁含油率、多酚和蛋白含量較高[2,4-5]，在加工以及運輸過程中極易發(fā)生氧化[6-8]，使得核桃產(chǎn)生異味以及對人體有害的物質(zhì)，從而導(dǎo)致核桃產(chǎn)品品質(zhì)降低。目前，核桃干燥工業(yè)化生產(chǎn)中多采用熱風(fēng)干燥[9]，以熱空氣為傳熱介質(zhì)，將物料表面的水分蒸發(fā)并去除，物料內(nèi)部水分由于水分梯度不斷向表面遷移，以此循環(huán)往復(fù)從而達(dá)到干燥的目的，但仍存在干燥效率低、時間長、能耗高、干燥過程中易氧化從而導(dǎo)致營養(yǎng)物質(zhì)損失等問題[10-11]。而催化式紅外輻射[9]干燥以天然氣為能源，利用紅外加熱器發(fā)射出的紅外線照射到被加熱物料上，無需加熱介質(zhì)，物料中的水分直接吸收紅外輻射能量，從而使物料內(nèi)部溫度快速升高，實現(xiàn)物料快速脫水干燥的目的。與傳統(tǒng)熱風(fēng)干燥相比，具有干燥效率高、化學(xué)分解作用小以及產(chǎn)品營養(yǎng)物質(zhì)保留較好等特點。Gabel等[12]研究洋蔥片紅外干燥得出，紅外干燥比熱風(fēng)干燥得到的洋蔥片具有更好的顏色和風(fēng)味物質(zhì)保留。陳文敏等[13]研究紅棗紅外干燥發(fā)現(xiàn)，與熱風(fēng)干燥相比，紅外干燥的紅棗營養(yǎng)物質(zhì)保留率高、色澤和外觀質(zhì)量最好。雷宏杰等[14]研究花椒葉干燥發(fā)現(xiàn)，與熱風(fēng)干燥和真空干燥相比，紅外干燥耗時短，且干制花椒葉中黃酮和總酚含量高。

近年來，國內(nèi)外學(xué)者大多關(guān)注于熱風(fēng)干燥工藝[15]、包裝[16-17]、貯藏因素[18-19]等方面對核桃品質(zhì)變化的影響，對于新型干燥方式——變溫滾筒式催化紅外-熱風(fēng)聯(lián)合干燥工藝以及其對核桃營養(yǎng)品質(zhì)影響的研究未見報道。溫度作為干燥參數(shù)之一，對于干燥產(chǎn)品的干燥過程具有重要的影響。干燥溫度越高，干燥時間越短，但同時也會導(dǎo)致產(chǎn)品品質(zhì)受損，熱量破壞物料表觀結(jié)構(gòu)；低溫干燥可以改善產(chǎn)品品質(zhì)，但是干燥速率較低，延長了干燥時間，造成更高的能量消耗。變溫式干燥[20]是解決這一問題的重要途徑，可以在降低干燥時間的同時，改善產(chǎn)品品質(zhì)。有相關(guān)研究[20]也表明，與恒溫干燥相比，變溫干燥工藝在干燥時間、產(chǎn)品色澤以及營養(yǎng)物質(zhì)保留等方面均有優(yōu)勢。因而為進(jìn)一步縮短干燥時間以及改善核桃營養(yǎng)品質(zhì)，

本研究將變溫滾筒催化紅外-熱風(fēng)聯(lián)合干燥工藝引入核桃干燥中，考察其對核桃油、蛋白、多酚品質(zhì)的影響，并與單一熱風(fēng)干燥（HAD）和恒溫滾筒催化紅外—熱風(fēng)聯(lián)合干燥（CTDCIR-HAD）進(jìn)行對比，考察該新型干燥技術(shù)的優(yōu)勢，為干果的新型干燥技術(shù)開發(fā)提供更豐富的基礎(chǔ)理論支撐。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

新鮮帶青皮核桃清香型 陜西農(nóng)貿(mào)市場；Folin-Ciocalteu試劑、無水碳酸鈉、百里酚酞、氫氧化鈉、鹽酸、硫酸、無水乙醇、三氯甲烷、冰醋酸、無水乙醚、硫酸亞鐵、鐵氰化鉀、三氯化鐵、硼酸、磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉、碘化鉀、甲醇、苯、硫代硫酸鈉、重鉻酸鉀、鄰苯二甲酸氫鉀、氫氧化鉀、一氯化碘、正己烷、可溶性淀粉、8-苯胺-1-萘磺酸（ANS）、氯化鉀、均為分析純 國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

滾筒催化紅外干燥設(shè)備（圖1） 江蘇大學(xué)食品學(xué)院聯(lián)合鎮(zhèn)江美博紅外科技有限公司研制；熱風(fēng)干燥設(shè)備 江蘇大學(xué)食品學(xué)院聯(lián)合泰州圣泰科紅外科技有限公司研制；Card-F98型熒光分光光度計 美國Varian公司；SU8200型場發(fā)射掃描電鏡 日本HITACHI公司；Nexusn670型傅里葉紅外光譜儀美國Niccolet儀器公司；Card-2010plus型氣相色譜日本島津公司；S-433D型全自動氨基酸分析儀德國Sykam公司；UV-2800型紫外可見光分光光度計 上海尤尼科科學(xué)儀器有限公司；J-815型圓二色光譜儀 日本JASCO公司；ZNCL-BS型智能數(shù)顯磁力加熱攪拌器 上海越眾儀器設(shè)備有限公司；FD-8型冷凍干燥儀 北京博醫(yī)康試驗儀器有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 核桃干燥實驗 參考前期干燥工藝優(yōu)化的方法[9]，將鮮核桃從冷凍室取出，室溫（25 ℃）解凍，除去外層青皮及表面雜質(zhì)，清洗后于通風(fēng)處瀝干表面水分，分別經(jīng)恒溫滾筒催化紅外—熱風(fēng)干燥（CTDCIRHAD）、變溫滾筒催化紅外—熱風(fēng)干燥（VTDCIRHAD）和單一熱風(fēng)干燥（HAD），具體干燥條件詳見表1。收集3種干燥方式處理后的干核桃作為后續(xù)品質(zhì)評價試驗原料。

表1 不同干燥方法的條件Table 1 Conditions of different drying methods

1.2.2 核桃油特性測定 參照孟阿會[21]的方法提取3種干核桃樣品中的油脂，并略改。取核桃仁粉碎后，與正己烷按 m核桃粉:V正己烷為 1:5（g/mL）混合，暗處提取12 h，真空抽濾，經(jīng)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)處理除去提取劑，得到核桃油樣。

碘值：按GB/T 5532-2008《動植物油脂碘值的測定》[22]執(zhí)行；酸價：按 GB 5009.229-2016《食品中酸價的測定》[23]執(zhí)行；過氧化值：按GB 5009.227-2016《食品中過氧化值的測定》[24]執(zhí)行。脂肪酸組成的測定：參照孟阿會[21]的方法略作修改。氣相色譜起始溫度180 ℃并維持4 min，以3 ℃/min的升溫速率至230 ℃后維持15 min，分別設(shè)置進(jìn)樣口和檢測器溫度為250和260 ℃，分流比設(shè)置為40:1，氮氣、空氣和氫氣流速分別為100、40和400 mL/min，進(jìn)樣量為1 μL，通過對樣品與4種脂肪酸甲酯化標(biāo)準(zhǔn)品的保留時間確定樣品脂肪酸的種類和比例。

1.2.3 核桃蛋白特性測定 參照毛曉英[25]的方法提取3種干核桃樣品中的蛋白并略作修改。取脫油的核桃仁殘渣粉碎后，與去離子水按m脫脂核桃粉:V水為1:26（g/mL）混合，使用 0.05 mol/L NaOH 溶液調(diào)節(jié)pH至11.0，在45 ℃下磁力攪拌1.5 h，然后10000×g下離心10 min，取上清液凍干（溫度-60 ℃，真空度1.0 Pa，時間24 h）即為核桃蛋白樣，測定以下指標(biāo)。

1.2.3.1 傅里葉紅外變換（FTIR）光譜測定 參照毛曉英[25]的方法，按1:100比例加入核桃蛋白與溴化鉀，研磨后進(jìn)行壓片處理上機檢測。儀器掃描波數(shù)范圍4000～400 cm-1，分辨率4 cm-1，掃描次數(shù)32次。

1.2.3.2 圓二色譜（CD）測定 參照毛曉英[25]的方法并略作修改。將核桃蛋白稀釋至濃度0.2 mg/mL，在充N2的環(huán)境下進(jìn)行圓二色譜掃描。掃描波長190～250 nm，光徑 1 cm，掃描速度 50 nm/min，分辨率0.1 nm，響應(yīng)時間1 s，掃描3次。

1.2.3.3 熒光特性和表面疏水性測定 參照毛曉英[25]的方法并略作修改。將核桃蛋白用去離子水稀釋至濃度0.1 mg/mL上機檢測。熒光發(fā)射光譜掃描條件為：光徑1 cm，激發(fā)波長370 nm，發(fā)射波長400～500 nm，速度120 nm/min，激發(fā)和發(fā)射波長狹縫寬度均為10 nm；激發(fā)光譜掃描條件為：發(fā)射波長429 nm，激發(fā)波長300～400 nm，其它條件同發(fā)射光譜條件。

使用pH8.0的磷酸鹽緩沖液稀釋核桃蛋白濃度至0.10～0.02 mg/mL，取4 mL稀釋蛋白樣品加入20 μL ANS試劑（8 mmol/L），混勻避光反應(yīng)15 min后測定樣品的熒光強度，設(shè)定激發(fā)波長為370 nm，發(fā)射波長為429 nm，以樣品濃度和熒光強度制作線性回歸方程，其斜率即為疏水性指數(shù)H0。

1.2.3.4 掃描電鏡（SEM）測定 取少量核桃蛋白樣，用雙面導(dǎo)電膠粘在樣品臺上，以離子濺射儀噴金，最后將樣品置于SEM下觀察其顯微結(jié)構(gòu)。

1.2.4 氨基酸組成測定 參照耿樹香等[26]的方法略作修改。精確稱取一定量核桃蛋白樣，加入6 mol/L HCl，真空封口，在110 ℃下水解24 h，冷卻后過濾、48 ℃下抽真空濃縮，殘留物用0.5 mL去離子水溶解后再次濃縮，經(jīng)0.22 μm濾膜過濾后，采用全自動氨基酸分析儀進(jìn)行氨基酸組分測試。

1.2.5 核桃多酚特性測定 參照李笑笑[2]的方法，提取3種干核桃樣品中的多酚并略作修改。取核桃仁10 g粉碎后，與添加0.05 mol/L HCl的70%乙醇按m脫脂核桃粉:V乙醇為 1:5（g/mL）混合，在超聲輔助下提取40 min，10000×g下離心10 min后，收集上清液。采用Folin-Ciocalteu法[8]測定總多酚（TPC）含量，總酚含量表示為每1 g核桃仁相當(dāng)于沒食子酸的毫克數(shù)（mg沒食子酸/g核桃仁）。并測定其抗氧化能力。

1.2.5.1 DPPH自由基清除能力 參照李笑笑[2]的方法測定。將提取的核桃多酚樣品，以95%乙醇配制成質(zhì)量濃度分別為 20、40、60、80、100 μg/mL 的溶液，取上述溶液各 0.1 mL，加入 3.9×10-9mol/L DPPH（95%乙醇配制），充分混勻，37 ℃保溫60 min，在波長517 nm下測定吸光值。樣品吸光值記做As1，95%乙醇為空白對照，吸光值記做Ab1，DPPH自由基清除率（RSA(DPPH)）計算公式如下：

1.2.5.2 ABTS+自由基清除能力 參照李笑笑[2]的方法測定。取 7 mmol/L ABTS乙醇溶液50 mL和5 mmol/L過硫酸鉀乙醇溶液50 mL，混合，室溫避光靜置12 h，作為反應(yīng)貯備液，然后用 70%乙醇稀釋，使其吸光值在734 nm處為0.7±0.02；將提取的核桃多酚樣品，以70%乙醇配制成質(zhì)量濃度分別為20、40、60、80、100 μg/mL 的溶液，取各溶液 0.1 mL，加入3.9 mL 反應(yīng)貯備液，混合，室溫避光 6 min，在波長734 nm下測定吸光值。樣品吸光值記做As2，70%乙醇為空白對照，吸光值記做Ab2，ABTS+自由基清除率（RSA(ABTS)）計算公式如下：

1.2.5.3 鐵離子還原能力 參照李笑笑[2]的方法測定。將提取的核桃多酚樣品，用蒸餾水配成濃度分別為 20、40、60、80、100 μg/mL 的溶液，各取 2 mL，再加入2 mL 0.2 mol/mL pH 6.6 的磷酸鹽緩沖溶液和2 mL 1%鐵氰化鉀溶液，充分混勻，50 ℃水浴20 min；再加入2 mL 10%三氯乙酸溶液混勻，于3000 r/min離心10 min，取上清液4 mL，加入4 mL蒸餾水和0.8 mL 0.1%三氯化鐵溶液，振蕩混合均勻，在波長700 nm處測定其吸光值。

1.3 數(shù)據(jù)處理

所有試驗均做3個平行試驗，所有數(shù)據(jù)均以“平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差”的形式表示，采用OriginPro 9.1軟件畫圖。利用IBM SPSS Statistics 25軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行顯著性分析，采取Duncan檢驗，P＜0.05代表數(shù)據(jù)之間存在顯著性差異。

2 結(jié)果與分析

2.1 變溫紅外熱風(fēng)干燥方式對核桃油特性的影響

以酸價、過氧化值、碘值為評價指標(biāo)，系統(tǒng)考察變溫紅外熱風(fēng)干燥處理對核桃油品質(zhì)的影響，并與單一熱風(fēng)干燥（HAD）和恒溫滾筒催化紅外-熱風(fēng)干燥（CTDCIR-HAD）相比較。在光、熱或脂肪酶的作用下，脂質(zhì)分子會釋放出游離脂肪酸。酸價反映游離脂肪酸的多少，數(shù)值越高，表明油脂越易氧化[27]。氫過氧化物是脂肪酸氧化過程中積累的主要產(chǎn)物，反映了脂質(zhì)氧化程度，數(shù)值越高，油脂穩(wěn)定性越差[28]。碘價則反映油脂不飽和程度，數(shù)值越大，表明不飽和度越高[21]。由表2可知，經(jīng)3種干燥方式處理后的核桃油碘價之間均無顯著差異（136.12～137.18 g/100g）（P＞0.05），而酸價和過氧化值之間均存在顯著差異（P＜0.05），表明紅外輻射處理對核桃油不飽和度的影響較小，但對其酸敗氧化程度影響顯著。與HAD處理相比，VTDCIR-HAD處理的核桃油酸價和過氧化值最低，低了28.85%和20%；其次是CTDCIR-HAD處理，低了17.31%和4%。綜上所述，與HAD和CTDCIR-HAD處理相比，VTDCIR-HAD處理的核桃油品質(zhì)最優(yōu)，能夠明顯減緩核桃油的氧化酸敗速度，對脂肪酸保護(hù)效果最好，與王文倩等[10]報道的結(jié)論一致。這與催化紅外干燥與熱風(fēng)干燥的機理及過程不同有關(guān)。在催化紅外干燥過程中，紅外線有一定的穿透性，可以促進(jìn)由內(nèi)向外的熱擴散過程，加快水分遷移，縮短物料受熱時間[29]。這與3種干燥方式的實際干燥時間長短相一致，達(dá)到相同干燥效果（干基含水率8%），VTDCIR-HAD時間為14.38 h，CTDCIRHAD時間為16.16 h，HAD時間為20 h。其中VTDCIRHAD的核桃總受熱時間較短，是其延緩核桃氧化酸敗的主要原因。HA由于熱處理時間長，導(dǎo)致核桃油脂長時間的水解酸敗和氧化，從而表現(xiàn)出更高的酸價和過氧化值。此外還發(fā)現(xiàn)，3種干燥方式處理的核桃酸價（0.37～0.52 mg/g）和過氧化值（0.0020～0.0025 g/100g）均未超過GB 19300-2014《堅果與籽類食品》[30]規(guī)定的上限（酸價上限為3 mg/g，過氧化值上限為0.08 g/100 g），表明3種干燥方式處理的核桃油品質(zhì)均達(dá)標(biāo)。

表2 不同干燥方式下的核桃油品質(zhì)Table 2 Quality of walnut oil in different drying methods

此外還考察了變溫紅外熱風(fēng)干燥處理對核桃油中油酸、亞油酸、亞麻酸和棕櫚酸含量的影響。由表3可知，核桃油中油酸、亞油酸、亞麻酸不飽和脂肪酸的含量豐富，三者相加的總含量高達(dá)89.91%～91.35%，與趙志剛[31]報道的鮮山核桃不飽和脂肪酸含量95%接近。3種干燥方式處理之間的油酸、亞油酸、亞麻酸含量無顯著差異（P＞0.05）。這是因為紅外輻射能夠激活一些抗氧化成分，如抗壞血酸、多酚類等，進(jìn)而提高抗氧化能力，減緩不飽和脂肪酸的氧化[32]。王文倩等[10]研究不同干燥方法對核桃不飽和脂肪酸影響時，也發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)紅外干燥能有效保護(hù)核桃中油酸、亞油酸和亞麻酸的穩(wěn)定性。此外，VTDCIRHAD和CTDCIR-HAD處理的核桃油棕櫚酸含量均高于HAD處理的核桃。綜上所述，VTDCIR-HAD和CTDCIR-HAD處理均優(yōu)于HAD，可有效保護(hù)核桃中油酸、亞油酸、亞麻酸以及棕櫚酸，且兩種聯(lián)合干燥方式處理后核桃油酸/亞油酸比值均高于HAD，表明其氧化穩(wěn)定性較優(yōu)[33]。此外還發(fā)現(xiàn)，3種干燥方式處理的核桃油酸（14.70%～14.86%）、亞油酸（64.74%～66.85%）、亞麻酸（9.75%～10.16%）和棕櫚酸（7.69%～8.55%）均在國標(biāo)范圍內(nèi)，表明3種干燥方式處理的核桃油均含有標(biāo)準(zhǔn)的不飽和脂肪酸含量，品質(zhì)優(yōu)良。

表3 不同干燥方式下的核桃油脂肪酸相對含量Table 3 Fatty acid relative content of walnut oil in different drying methods

2.2 變溫紅外熱風(fēng)干燥方式對核桃蛋白品質(zhì)的影響

2.2.1 FTIR分析結(jié)果 FTIR是表征蛋白聚合物分子間作用力的主要技術(shù)之一[35]，在FTIR光譜圖上表征為振動譜帶的寬度、強度以及峰的位置[36]。本研究通過FTIR檢測考察變溫紅外熱風(fēng)干燥處理對核桃蛋白分子間作用力的影響，并與單一熱風(fēng)干燥（HAD）和恒溫滾筒催化紅外-熱風(fēng)干燥（CTDCIRHAD）相比較。由圖2可知，3種干燥方式處理的核桃蛋白均具有典型的酰胺特征吸收峰，在3296 cm-1處出現(xiàn)了較寬的酰胺A帶特征吸收峰，主要為氨基與羥基的伸縮振動峰[37]，此外分別在2926 cm-1（CH伸縮振動峰，屬于酰胺B帶）、1744～1746、1655 cm-1（C=O 振動，C=N 伸縮，屬于酰胺I帶）、1538～1541 cm-1（N-H面內(nèi)彎曲，部分C-N伸縮振動，酰胺II帶）處也出現(xiàn)了酰胺特征吸收峰。此外還發(fā)現(xiàn)，3種干燥方式處理的核桃蛋白的大部分化學(xué)鍵之間均并未產(chǎn)生明顯偏移，但是與HAD處理相比，VTDCIR-HAD和CTDCIR-HAD處理的核桃蛋白紅外吸收強度均明顯增大，兩者之間沒有明顯差別，表明紅外輻射處理并未使核桃蛋白形成新的化學(xué)鍵，但增強了核桃蛋白分子間作用力，改善了核桃蛋白結(jié)構(gòu)，使其變得更穩(wěn)定。這與催化紅外干燥機理有關(guān)，由于紅外線輻射穿透性較強，會使物料內(nèi)部分子振動增強，對蛋白分子間作用力有一定的影響[38]。

圖2 不同干燥方式下的核桃蛋白FTIR圖譜Fig.2 FTIR spectra of walnut protein in different drying methods

2.2.2 CD分析結(jié)果 CD光譜技術(shù)是研究溶液狀態(tài)下蛋白質(zhì)或多肽構(gòu)象的一種重要手段。本研究通過CD檢測考察變溫紅外熱風(fēng)干燥處理對核桃蛋白二級結(jié)構(gòu)的影響，并與單一熱風(fēng)干燥（HAD）和恒溫滾筒催化紅外-熱風(fēng)干燥（CTDCIR-HAD）相比較。圖3顯示，3種干燥方式處理的核桃蛋白均在203～206.5 nm處有1個負(fù)峰，在236～238 nm處有1個正峰。根據(jù)CDPro軟件分析得到蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)含量，結(jié)果見表4。由表4發(fā)現(xiàn)，3種干燥方式處理的核桃蛋白二級結(jié)構(gòu)占比從大到小依次為β-折疊（40.8%～41.2%）、無規(guī)則卷曲（34.5%～36.1%）、β-轉(zhuǎn)角（21.1%～21.2%）、α-螺旋（1.6%～3.2%），表明核桃蛋白結(jié)構(gòu)是以β-折疊和無規(guī)則卷曲為主。與HAD處理相比，CTDCIRHAD和VTDCIR-HAD處理的核桃蛋白的α-螺旋含量均顯著降低（P＜0.05），分別下降了50%和18.75%，無規(guī)則卷曲含量均上升，表明紅外輻射處理對核桃蛋白二級結(jié)構(gòu)有一定的影響，使核桃蛋白結(jié)構(gòu)變得伸展，改善了蛋白結(jié)構(gòu)，使其變得更柔性。趙潤澤[39]的研究也得出相似結(jié)論。紅外輻射處理改變了核桃蛋白的二級結(jié)構(gòu)，可能是由于輻射處理過程中的分子振動與熱效應(yīng)破壞了蛋白α-螺旋結(jié)構(gòu)，使其含量有所下降，而無規(guī)則卷曲結(jié)構(gòu)增加，這種改變會增大蛋白質(zhì)分子的柔性[25]。CD分析結(jié)果與紅外光譜分析結(jié)果（見2.2.1）一致，共同表明變溫滾筒催化紅外-熱風(fēng)干燥技術(shù)除了可以提高核桃干燥效率以外，還可以改善蛋白結(jié)構(gòu)，從而改善蛋白功能特性，將有利于核桃產(chǎn)品的深加工以及功能性核桃蛋白新產(chǎn)品的開發(fā)。

圖3 不同干燥方式下的核桃蛋白CD色譜圖Fig.3 Circular dichroism chromatograms of walnut protein in different drying methods

表4 不同干燥方式下的核桃蛋白二級結(jié)構(gòu)含量（%）Table 4 Secondary structure contents of walnut protein in different drying methods (%)

2.2.3 熒光分析結(jié)果 根據(jù)主要熒光來源色氨酸（Trp）、酪氨酸（Tyr）和苯丙氨酸（Phe）的分子環(huán)境是否發(fā)生變化，可以表征蛋白分子三級構(gòu)象的變化。本研究通過熒光光譜檢測考察變溫紅外熱風(fēng)干燥處理對核桃蛋白三級結(jié)構(gòu)的影響，并與單一熱風(fēng)干燥（HAD）和恒溫滾筒催化紅外-熱風(fēng)干燥（CTDCIRHAD）相比較。由圖4可知，3種干燥方式處理的核桃蛋白的熒光發(fā)射和激發(fā)光譜的波形與最大波長的位置沒有發(fā)生明顯變化，但熒光強度發(fā)生了明顯的改變。與HAD處理相比，CTDCIR-HAD和VTDCIRHAD處理的核桃蛋白的熒光強度均顯著增強，但兩者之間沒有明顯差別，表明紅外輻射處理改變了核桃蛋白三級結(jié)構(gòu)，與夏珂[40]的研究結(jié)論相似。這是由于短時間的紅外輻射高溫加熱處理，促進(jìn)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)舒展，使其變得更加無序[41]（這一點已由2.2.1紅外光譜和2.2.2圓二色譜的結(jié)果證實），因而分子外部的極性環(huán)境中產(chǎn)熒光集團(tuán)數(shù)量增加，從而導(dǎo)致熒光強度增強，將有利于改善蛋白結(jié)構(gòu)，提高其功能特性。

圖4 不同干燥方式下的核桃蛋白熒光發(fā)射與激發(fā)光譜Fig.4 Fluorescence emission and excitation spectra of walnut protein in different drying methods

2.2.4 表面疏水性分析結(jié)果 表面疏水性是蛋白質(zhì)分子表觀特征之一，反映蛋白分子三級結(jié)構(gòu)的改變。表面疏水性的變化影響著蛋白質(zhì)分子間的相互作用，從而對蛋白質(zhì)的功能性有著更大的影響作用[42]。本研究通過表面疏水性測定考察變溫紅外熱風(fēng)干燥處理對核桃蛋白分子表面疏水基團(tuán)數(shù)量的影響，并與單一熱風(fēng)干燥（HAD）和恒溫滾筒催化紅外-熱風(fēng)干燥（CTDCIR-HAD）相比較。由表5可知，與HAD處理相比，CTDCIR-HAD和VTDCIR-HAD處理的核桃蛋白表面疏水性均有顯著提升（P＜0.05），分別增加了28.27%和12.51%，表明紅外輻射處理能促使核桃蛋白分子表面疏水基團(tuán)數(shù)量提升，與夏珂[40]和呂彤等[43]報道的結(jié)論一致。這是由于紅外輻射熱效應(yīng)使得蛋白結(jié)構(gòu)打開（這一點已由2.2.1紅外光譜、2.2.2圓二色譜和2.2.3熒光光譜的結(jié)果證實），隱藏在內(nèi)部的疏水性基團(tuán)暴露到分子表面，從而導(dǎo)致表面疏水性的提升。蛋白質(zhì)疏水性提高將有利于提高蛋白降血壓、抗氧化等功能特性，對功能性核桃蛋白產(chǎn)品開發(fā)具有重要意義。

表5 不同干燥方式下的核桃蛋白表面疏水性Table 5 Surface hydrophobicity of walnut protein in different drying methods

2.2.5 SEM分析結(jié)果 通過掃描電鏡（SEM）觀察蛋白質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)，可以反映變溫紅外熱風(fēng)干燥處理對核桃蛋白微觀結(jié)構(gòu)的影響，結(jié)果見圖5。在掃描電子顯微鏡下放大2000倍，觀察核桃蛋白的表觀結(jié)構(gòu)。從圖5a可知，HAD處理的核桃蛋白表面不平整，呈不規(guī)則凹凸?fàn)?。此外，從圖5b和圖5c可知，CTDCIRHAD和VTDCIR-HAD處理的核桃蛋白表面也較為粗糙，兩者之間無明顯差異，且與HAD處理相比也無明顯差別，表明紅外輻射干燥處理對核桃蛋白表觀結(jié)構(gòu)無明顯影響。這種經(jīng)過熱處理后蛋白表觀結(jié)構(gòu)變得粗糙的現(xiàn)象，在趙潤澤[39]等烘烤對核桃蛋白影響的研究中也有出現(xiàn)。這可能是由于三種干燥方式均是利用物料表面水分的蒸發(fā)和內(nèi)部水分由內(nèi)向外擴散從而達(dá)到干燥的目的，在熱處理過程中分子振動增強，導(dǎo)致蛋白高級結(jié)構(gòu)發(fā)生去螺旋現(xiàn)象，無規(guī)則卷曲增多[44]（這一點已由2.2.2圓二色譜結(jié)果證實），從而導(dǎo)致蛋白表觀結(jié)構(gòu)變得粗糙，將有利于提高蛋白溶解性，改善其功能特性。

圖5 不同干燥方式下的核桃蛋白SEM圖Fig.5 SEM images of walnut protein in different drying methods

2.2.6 氨基酸組成分析結(jié)果 游離氨基酸組成是蛋白質(zhì)的一個重要化學(xué)特性，決定了蛋白質(zhì)的營養(yǎng)價值高低。本研究通過氨基酸組成測定考察變溫紅外熱風(fēng)干燥處理對核桃蛋白中氨基酸含量的影響，并與單一熱風(fēng)干燥（HAD）和恒溫滾筒催化紅外-熱風(fēng)干燥（CTDCIR-HAD）相比較。由表6可知，經(jīng)3種干燥方式處理的核桃蛋白氨基酸組成中，谷氨酸含量最高，分別占到氨基酸總量的20.71%、22.22%和22.27%，其次是精氨酸、天冬氨酸，與毛曉英[25]報道中的核桃蛋白氨基酸組成成分相似。與HAD處理相比，CTDCIRHAD和VTDCIR-HAD處理的核桃蛋白中游離疏水性氨基酸占比分別降低了19.24%和9.49%，親水性氨基酸占比分別增加了9.84%和4.85%，表明紅外輻射干燥處理使得核桃蛋白中水溶性氨基酸占比增多，改善了核桃蛋白的氨基酸組成，有利于后續(xù)蛋白產(chǎn)品的深加工，提高其水溶性。

表6 不同干燥方式下的核桃蛋白氨基酸組成Table 6 Amino acid composition of walnut protein in different drying methods

綜合上述所有蛋白指標(biāo)得出，與HAD相比，恒溫和變溫滾筒紅外-熱風(fēng)聯(lián)合干燥方式處理的核桃蛋白紅外吸收強度增大，α-螺旋結(jié)構(gòu)含量降低，熒光強度增強，表面疏水性增加，游離疏水性氨基酸占比降低，親水性氨基酸占比增加，表明紅外輻射干燥處理在一定程度上改善了核桃蛋白分子結(jié)構(gòu)和表面微觀結(jié)構(gòu)，以及氨基酸組成，提高了其表面疏水性，將有利于提高蛋白功能特性，對后續(xù)核桃深加工以及功能性核桃蛋白新產(chǎn)品開發(fā)具有重要意義。

2.3 變溫紅外熱風(fēng)干燥方式對核桃多酚品質(zhì)的影響

由表7可知，經(jīng)VTDCIR-HAD處理的核桃多酚含量最高，達(dá)到了14.42 mg沒食子酸/g核桃仁，與李笑笑[2]測得結(jié)果相似，其次是CTDCIR-HAD處理的核桃（13.68 mg/g），HAD處理的核桃多酚含量最低（13.00 mg/g）。與HAD處理相比，CTDCIR-HAD和VTDCIR-HAD處理的核桃多酚含量顯著增高了5.23%和10.92%（P＜0.05），表明紅外輻射干燥處理可以有效減少酚類化合物的損失。有研究報道顯示，催化紅外輻射在干燥過程中能使多酚氧化酶失活，從而減少酚類化合物的損失[45]。紅外輻射能量通過分子振動轉(zhuǎn)化為熱能[46]，并在干燥過程中被迅速地均勻吸收至物料中心，可能會破壞聚合多酚的共價鍵，該化學(xué)鍵不牢固，因此會釋放并激活物料中的小分子酚類化合物[32]，從而使多酚含量增高。VTDCIR-HAD處理的核桃多酚含量高于CTDCIR-HAD處理組是因為VTDCIR-HAD紅外輻射時間較長，為22.5 min，而CTDCIR-HAD僅為9.5 min，可以釋放并激活出的小分子酚類化合物更多，從而導(dǎo)致多酚含量更高。此外，HAD干燥時間較長，導(dǎo)致活性抗氧化物質(zhì)與空氣接觸的時間增加，并加劇了氧化程度，從而使得干燥樣品中的酚類物質(zhì)減少。

表7 不同干燥方式下的核桃多酚抗氧化能力Table 7 Antioxidant abilities of walnut polyphenols in different drying methods

本研究通過DPPH自由基清除率的測定考察變溫紅外熱風(fēng)干燥處理對核桃多酚抗氧化活性的影響，并與單一熱風(fēng)干燥（HAD）和恒溫滾筒催化紅外-熱風(fēng)干燥（CTDCIR-HAD）相比較。由圖6和表7可知，DPPH·清除能力最強的為CTDCIR-HAD處理組，IC50值為 47.63 μg/mL，其次是 VTDCIR-HAD 處理組（55.68 μg/mL），清除能力最弱的為HAD處理組，IC50值為62.97 μg/mL。與HAD處理相比，CTDCIRHAD和VTDCIR-HAD處理的核桃多酚均具有較強的DPPH·清除能力，IC50(DPPH)分別降低了24.36%和11.58%，表明紅外輻射干燥處理能顯著提高核桃多酚的 DPPH·清除能力（P＜0.05）。

圖6 不同干燥方式下的核桃多酚DPPH自由基清除率Fig.6 DPPH radical scavenging rates of walnut polyphenols in different drying methods

此外，本研究還通過測定ABTS+自由基清除率考察變溫紅外熱風(fēng)干燥處理對核桃多酚抗氧化活性的影響。由圖7和表7可知，ABTS+自由基清除能力與DPPH·清除能力規(guī)律相似，清除能力順序由高到低分別為 CTDCIR-HAD＞VTDCIR-HAD＞HAD。與HAD處理相比，CTDCIR-HAD和VTDCIR-HAD處理的核桃多酚IC50(ABTS)分別降低了14.72%和10.60%，表明紅外輻射干燥處理也能顯著提高核桃多酚的ABTS+自由基清除能力（P＜0.05）。

圖7 不同干燥方式下的核桃多酚ABTS+自由基清除率Fig.7 ABTS+ radical scavenging rates of walnut polyphenols in different drying methods

本研究進(jìn)一步通過測定鐵離子還原能力考察變溫紅外熱風(fēng)干燥處理對核桃多酚抗氧化活性的影響。由圖8可知，HAD處理組核桃多酚鐵離子還原能力最低，明顯低于CTDCIR-HAD和VTDCIR-HAD處理組，表明紅外輻射干燥處理能顯著提高核桃多酚的鐵離子還原能力，與Ren等[45]的研究結(jié)論一致，紅外輻射能夠釋放物料中一些與高分子量化合物以共價鍵結(jié)合或以高分子量聚合物重復(fù)單元存在的小分子抗氧化物質(zhì)，并激活其活性，進(jìn)而提高抗氧化活性，顯示出優(yōu)異的抗氧化能力。

圖8 不同干燥方式下的核桃多酚鐵離子還原能力Fig.8 Iron ion reduction abilities of walnut polyphenols in different drying methods

綜合上述得出，與HAD相比，CTDCIR-HAD處理的核桃多酚抗氧化活性最強，VTDCIR-HAD處理的核桃多酚含量最高，但兩種干燥處理方式均優(yōu)于HAD，多酚含量分別增加 5.23% 和 10.92%，IC50(DPPH)與IC50(ABTS)分別降低24.36%、11.58%和14.72%、10.60%，鐵離子還原能力明顯提高，表明紅外輻射干燥處理可以有效減少干燥過程中酚類化合物的損失，并顯著（P＜0.05）提升其抗氧化活性，更有利保護(hù)營養(yǎng)物質(zhì)，顯示出了紅外輻射處理在核桃干燥中的優(yōu)異性。

3 結(jié)論與討論

本研究系統(tǒng)評價了變溫滾筒紅外-熱風(fēng)聯(lián)合干燥方法對干制核桃營養(yǎng)品質(zhì)的影響。與單一熱風(fēng)干燥和恒溫滾筒紅外-熱風(fēng)聯(lián)合干燥相比，變溫滾筒紅外-熱風(fēng)聯(lián)合干燥方式處理后的核桃油品質(zhì)最好，酸價和過氧化值最低，而碘價、油酸、亞油酸和亞麻酸含量無顯著變化，對核桃油保護(hù)效果最好；此外核桃蛋白分子結(jié)構(gòu)明顯改善，表現(xiàn)為紅外吸收強度增大，α-螺旋結(jié)構(gòu)含量降低，熒光強度增強，同時蛋白表面疏水性增強，游離疏水性氨基酸占比降低，親水性氨基酸占比增加，表面微觀結(jié)構(gòu)粗糙，均有利于提高蛋白功能特性。變溫滾筒紅外-熱風(fēng)聯(lián)合干燥方式處理后核桃多酚含量最高，DPPH和ABTS+自由基清除能力以及鐵離子還原能力均有顯著性升高（P＜0.05） 。綜上所述，與單一熱風(fēng)干燥和恒溫滾筒紅外-熱風(fēng)聯(lián)合干燥相比，變溫滾筒紅外-熱風(fēng)聯(lián)合干燥方式更有利于保護(hù)干制核桃營養(yǎng)品質(zhì)，可以有效減緩核桃內(nèi)部油脂氧化酸敗速度，改善蛋白結(jié)構(gòu)、表面疏水性以及氨基酸組成，減少干燥過程中酚類化合物的損失，顯著提升其抗氧化活性。綜合考量核桃油、蛋白以及多酚品質(zhì)，變溫滾筒紅外-熱風(fēng)聯(lián)合干燥方法最優(yōu)，但由于試驗中考察的品質(zhì)指標(biāo)有限，后續(xù)可針對核桃仁的更多營養(yǎng)品質(zhì)、感官品質(zhì)和功能特性，例如核桃蛋白的溶解性、持水性、乳化性、起泡性、凝膠性等以及核桃的貯藏特性進(jìn)行進(jìn)一步分析，以進(jìn)一步評價和改善干燥工藝，提高產(chǎn)品品質(zhì)，為后續(xù)核桃產(chǎn)品的深加工以及功能性產(chǎn)品的開發(fā)提供理論依據(jù)。