響應(yīng)面法優(yōu)化草本風(fēng)味核桃加工工藝

包永華，呂 杰，李煌俊

（1.浙江經(jīng)貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江 杭州 310018；2.浙江巨邦高新技術(shù)有限公司，浙江 杭州 310018）

核桃又名胡桃，不僅是全球四大干果之一，也是我國主要的木本油料樹種，其種植面積及產(chǎn)量在全球都位居第一[1]。核桃內(nèi)核的外觀類似于人腦，被認(rèn)為是大腦的營養(yǎng)物質(zhì)。核桃因其具有較豐富的營養(yǎng)和較高的藥用價(jià)值，被聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織（FAO）列入優(yōu)先發(fā)展的植物名單[2]。

核桃富含維生素、礦物質(zhì)、Omega-3 脂肪酸和植物化學(xué)物質(zhì)[3]。越來越多的研究表明，日常食用核桃與某些疾病的防治之間存在著緊密的關(guān)系。根據(jù)Ni 等[4]的研究發(fā)現(xiàn)，核桃中的多酚類成分具有降低患心血管疾病風(fēng)險(xiǎn)的作用。此外，有研究表明，核桃（作為多不飽和脂肪酸的來源）對(duì)促進(jìn)大腦健康和功能有積極的影響[5-6]；核桃中的化合物（如鞣花酸）對(duì)抑制癌癥和炎癥具有一定的作用[7-8]；核桃還可作為益生元的來源，具有促進(jìn)腸道益生菌生長的潛力[9-11]；有調(diào)查顯示，長期食用核桃可以有效預(yù)防Ⅱ型糖尿病[12-13]。核桃的這些功效部分得益于其強(qiáng)大的抗氧化活性。核桃含有許多獨(dú)特而有效的抗氧化劑，如醌類、單寧類、兒茶素和類黃酮類化合物[14-15]。綜合而言，核桃因其豐富的營養(yǎng)和功效而被極力推薦作為一種健康的零食[16]。

核桃可直接生吃，也可經(jīng)烤制、腌制和調(diào)味加工后食用[17-18]。近年來，隨著人們對(duì)核桃保健功效認(rèn)識(shí)的逐步提高，我國市場(chǎng)對(duì)手剝核桃的需求與日俱增，亟需對(duì)該產(chǎn)品進(jìn)行開發(fā)。本研究以核桃為主料，草本植物大料作為輔料，研制手剝核桃產(chǎn)品，希望能夠開發(fā)出一種既方便食用又香脆可口的具有草本風(fēng)味的手剝核桃休閑食品，從而提升其商品價(jià)值，為核桃制品的開發(fā)及產(chǎn)業(yè)化利用提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

1.1.1 材料與試劑

新疆185 紙皮核桃，新疆果業(yè)集團(tuán)有限公司；白砂糖，廣東福正東海食品有限公司；安賽蜜，安徽維多食品配料有限公司；香蘭素、糖精鈉、甜蜜素、鮮味劑、乙基麥芽酚、三氯蔗糖，浙江巨邦高新技術(shù)有限公司；精制食用鹽，中鹽東興鹽化有限公司；紅燒肉香精、山核桃香精、香蔥香精，芬美意香精（上海）有限公司。

1.1.2 儀器與設(shè)備

TMS-PRO 質(zhì)構(gòu)儀，美國FTC 公司；BPG-9070A精密鼓風(fēng)干燥箱，上海一恒科學(xué)儀器有限公司；DKS12 數(shù)顯恒溫水浴鍋，上海森信實(shí)驗(yàn)儀器有限公司；SPS202F 電子天平，奧豪斯儀器（上海）有限公司；DL-BL20PP-A攪拌機(jī)，廣東隆特電子有限公司。

1.2 方法

1.2.1 工藝流程

1.2.2 操作要點(diǎn)

1.2.2.1 核桃預(yù)處理

稱取500 g 新疆185 紙皮核桃，用干凈清水清洗兩遍，將核桃在2 kg 質(zhì)量濃度為2 g/L 的碳酸氫鈉水溶液中浸泡1.5～2.0 min 后取出，對(duì)核桃殼進(jìn)行開裂處理，再用清水清洗兩遍。

1.2.2.2 殺青

將浸泡好的核桃放入鼓風(fēng)干燥箱中，烘烤溫度設(shè)置為80 ℃，時(shí)間為8 h。核桃單層擺放，要保證上下通風(fēng)，距結(jié)束20 min時(shí)，將溫度升至100 ℃。

1.2.2.3 調(diào)味液的配制

煮大料水：取桂皮8 g，甘草8 g，八角4 g，香葉1 g放入濾網(wǎng)制成料包。取1 kg水，將料包放入水中，煮沸后繼續(xù)煮1 h，然后取出料包，將大料水晾涼備用。

配制料水：稱取白砂糖150 g，食鹽160 g，甜蜜素4.5 g，安賽蜜2.8 g，糖精鈉1.2 g，鮮味劑8.5 g，乙基麥芽酚2.5 g，香蘭素0.5 g，三氯蔗糖1 g，紅燒肉香精1 g，山核桃香精13 g，香蔥香精2 g。將上述配料加入大料水中，再用水補(bǔ)至1 kg，用攪拌器攪拌0.5 h備用。

1.2.2.4 浸泡

待核桃殺青完成后，將其立刻從鼓風(fēng)干燥箱中取出，放到調(diào)味液中浸泡3 min，邊攪拌邊浸泡。浸泡完成后，取出核桃，瀝干，回收調(diào)味液。

1.2.2.5 烘烤

將入好味的核桃散鋪到鼓風(fēng)干燥箱中，溫度設(shè)置為80 ℃，時(shí)間為7 h。烘烤結(jié)束后，關(guān)閉鼓風(fēng)干燥箱電源，待鼓風(fēng)干燥箱中的溫度慢慢降至室溫后再取出核桃，以防止果仁吸濕，降低酥脆程度。

1.2.3 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

1.2.3.1 最佳殺青條件的確定

選取大小均勻的核桃3份，在相同加工工藝條件下，分別采用70、80、90 ℃殺青6、7、8 h，以核桃的失重率為考察指標(biāo)，篩選出最佳殺青條件。

1.2.3.2 浸泡和烘烤條件單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)

參照“1.2.2”中的方法制作草本風(fēng)味核桃，以成品核桃的感官評(píng)分和質(zhì)構(gòu)為指標(biāo)，分別探討浸泡時(shí)間（2.0、2.5、3.0、3.5、4.0 min）、烘烤溫度（70、75、80、85、90 ℃）和時(shí)間（6.0、7.0、8.0、9.0、10.0 h）對(duì)草本風(fēng)味核桃品質(zhì)的影響。

1.2.3.3 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)

在單因素試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上，選擇烘烤溫度（A）、烘烤時(shí)間（B）和浸泡時(shí)間（C）作為影響因子，以感官評(píng)分為響應(yīng)值，運(yùn)用Box-Behnken中心組合試驗(yàn)設(shè)計(jì)法，優(yōu)選出最優(yōu)的生產(chǎn)工藝。響應(yīng)面試驗(yàn)因素與水平如表1所示。

表1 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)因素與水平Table 1 Factors and levels of response surface experiment design

1.2.4 測(cè)定指標(biāo)與方法

1.2.4.1 失重率

1.2.4.2 草本風(fēng)味核桃感官評(píng)價(jià)

分別從色澤、風(fēng)味及口感對(duì)草本風(fēng)味核桃的感官品質(zhì)進(jìn)行綜合評(píng)分，樣本由10 名經(jīng)過感官評(píng)價(jià)訓(xùn)練的人進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果取平均值，草本風(fēng)味核桃的感官品質(zhì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)詳見表2。

表2 草本風(fēng)味核桃感官品質(zhì)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Sensory evaluation standard of walnut with herbal flavor

1.2.4.3 核桃仁質(zhì)構(gòu)

試驗(yàn)采用TMS-PRO 質(zhì)構(gòu)儀TPA 模式和P/37 探頭進(jìn)行測(cè)試。設(shè)定測(cè)前速率1 mm/s，測(cè)試速率1 mm/s，測(cè)后速率1 mm/s，壓縮比為50%。每個(gè)樣品重復(fù)測(cè)定3次，結(jié)果取平均值。選取硬度、咀嚼性和彈性3個(gè)指標(biāo)對(duì)核桃仁的質(zhì)地進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1.2.5 數(shù)據(jù)處理

采用Orgin 2021軟件處理數(shù)據(jù)并進(jìn)行圖表繪制，利用Design-Expert 軟件進(jìn)行響應(yīng)面分析并構(gòu)建回歸方程，所有數(shù)據(jù)均為3次獨(dú)立重復(fù)試驗(yàn)的平均值。

2 結(jié)果與分析

2.1 殺青最佳工藝條件的確定

殺青是核桃加工中的關(guān)鍵初制工序，采取高溫措施使核桃失水，除去核桃的澀味，以便后面工序更好的入味。一般情況下，失重率越高，說明殺青效果越好。但殺青最佳工藝條件的選擇必須同時(shí)考慮殺青后的核桃感官性狀，以及殺青的綜合生產(chǎn)成本。由表3可知，從失重率來看，90 ℃時(shí)，殺青8 h的失重率最高，但考慮90 ℃殺青生產(chǎn)成本較高，核桃也會(huì)產(chǎn)生一種不愉快氣味和苦味，綜合實(shí)際生產(chǎn)條件，試驗(yàn)選擇80 ℃烘烤8 h為最佳殺青條件。牛希躍等[19]在對(duì)核桃進(jìn)行干燥的研究中發(fā)現(xiàn)，在高溫條件下，含水量會(huì)發(fā)生明顯變化，且核桃的酸價(jià)和過氧化值也隨之不斷升高，導(dǎo)致核桃產(chǎn)生異味，這與本研究結(jié)論一致。

表3 不同殺青溫度和時(shí)間對(duì)核桃失重率的影響Table 3 Effects of different water removing temperature and time on weight loss rate of walnut單位：%

2.2 浸泡和烘烤條件單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.2.1 浸泡時(shí)間的確定

由圖1 可以看出，隨著浸泡時(shí)間的增加，加工后的核桃仁彈性變化不大，硬度表現(xiàn)為下降—上升—下降的變化趨勢(shì)，核桃仁咀嚼性整體呈下降趨勢(shì)，核桃感官評(píng)分表現(xiàn)為先上升后下降。當(dāng)浸泡時(shí)間為2.0、2.5 min 時(shí)，核桃仍在吸收料水，產(chǎn)品可能存在入味不足的情況，故其感官評(píng)分隨時(shí)間延長呈上升趨勢(shì)；浸泡時(shí)間為3.5、4.0 min 時(shí)，核桃內(nèi)部和外部料水濃度已經(jīng)平衡，核桃不再吸收料水，多余的料水附著在核桃表面，經(jīng)過烘烤會(huì)有少量鹽析出，導(dǎo)致核桃口感過咸，感官評(píng)分呈降低的趨勢(shì)；浸泡3.0 min 時(shí)，感官評(píng)分最高。因此，綜合考慮各因素的影響及生產(chǎn)實(shí)際需要，確定適宜浸泡時(shí)間為3.0 min。

圖1 浸泡時(shí)間對(duì)草本風(fēng)味核桃感官品質(zhì)和核桃仁質(zhì)構(gòu)的影響Fig.1 Effects of soaking time on herb-flavored walnut sensory quality and kernel texture

2.2.2 烘烤溫度的確定

由圖2可知，隨著烘烤溫度的升高，加工后的核桃仁彈性無明顯變化，硬度呈現(xiàn)先降低后上升再降低的趨勢(shì)，咀嚼性呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)，草本風(fēng)味核桃感官評(píng)分呈現(xiàn)先升高再降低的趨勢(shì)。這可能是因?yàn)楹婵緶囟绕蜁r(shí)，核桃內(nèi)部加熱不足導(dǎo)致核桃仁生硬、不脆，口感較差；烘烤溫度偏高時(shí)易導(dǎo)致核桃仁烤焦。當(dāng)烘烤溫度為80 ℃時(shí)，核桃仁咀嚼性較好，而且硬度適中且感官評(píng)分最高。因此，綜合考慮確定適宜的烘烤溫度為80 ℃。

圖2 烘烤溫度對(duì)草本風(fēng)味核桃感官品質(zhì)和核桃仁質(zhì)構(gòu)的影響Fig.2 Effects of roasting temperature on herb-flavored walnutsensory quality and kernel texture

2.2.2 烘烤時(shí)間對(duì)核桃品質(zhì)的影響

由圖3 可知，隨著烘烤時(shí)間的增加，核桃仁的硬度和咀嚼性及草本風(fēng)味核桃的感官評(píng)分均呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)。當(dāng)烘烤時(shí)間為8 h時(shí)，核桃仁的咀嚼性較好，硬度和感官評(píng)分均為最高值。這是因?yàn)楹婵緯r(shí)間過短，核桃仁水分偏高，口感生澀；烘烤時(shí)間過長，核桃仁會(huì)因?yàn)樗值倪^度散失，易烤焦。綜合考慮，確定適宜的烘烤時(shí)間為8 h。

圖3 烘烤時(shí)間對(duì)草本風(fēng)味核桃感官品質(zhì)和核桃仁質(zhì)構(gòu)的影響Fig.3 Effects of roasting time on herb-flavored walnut sensory quality and kernel texture

2.3 響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)結(jié)果

2.3.1 試驗(yàn)方案及結(jié)果

響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案及結(jié)果見表4。

表4 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果Table 4 Design and results of response surface testts

2.3.2 模型的建立

選用Design-Expert 統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行回歸分析，建立感官評(píng)分的回歸模型方程為：

2.3.3 方差分析

方差分析結(jié)果如表5所示，該模型的P＜0.01，說明此模型極顯著，能夠很好地對(duì)響應(yīng)值進(jìn)行分析和預(yù)測(cè)。所建立模型的決定系數(shù)R2=0.972 6，表明有97.26%的數(shù)據(jù)可以用此回歸方程進(jìn)行解釋，R2Adj=0.937 4，意味著該模型可以對(duì)93.74%的響應(yīng)值的改變做出解釋，并且試驗(yàn)誤差很小。其中，二次項(xiàng)A2的影響極顯著（P＜0.01），一次項(xiàng)A、交互項(xiàng)AC的影響顯著（P＜0.05）；各因素對(duì)感官評(píng)分影響程度由大到小為A＞B＞C，即烘烤溫度的影響最大，其次是烘烤時(shí)間，然后是浸泡時(shí)間。

表5 回歸模型的方差分析Table 5 Variance analysis of regression model

2.3.4 響應(yīng)面分析

兩兩因素之間交互作用的效應(yīng)可以通過響應(yīng)曲面梯度變化的陡峭形狀來反映[20]。由圖4～圖6 可知，圖5 整體曲面較陡峭，表明了AC因素間的交互作用對(duì)響應(yīng)值的影響更明顯。烘烤溫度對(duì)感官評(píng)分的影響最明顯，呈一條陡峭的曲線，烘烤時(shí)間和浸泡時(shí)間次之，相應(yīng)表現(xiàn)為曲線較為緩和，這與表4 的結(jié)果一致。在風(fēng)味核桃生產(chǎn)過程中，烘烤溫度是影響產(chǎn)品品質(zhì)的主要因素[21]。當(dāng)核桃表面受熱后，其吸收的熱量一部分用于蒸發(fā)水分，另一部分以熱傳導(dǎo)的方式傳到核桃內(nèi)部，致使核桃干燥[22]。烘烤溫度較低，由于核桃內(nèi)部的水分沒有蒸發(fā)掉，此時(shí)入味效果并不好。溫度過高，核桃仁內(nèi)油脂易發(fā)生變質(zhì)反應(yīng)[23-24]。

圖4 烘烤溫度和烘烤時(shí)間的交互作用對(duì)核桃感官評(píng)分影響的響應(yīng)曲面圖Fig.4 Response surface plot of effect of interaction between roasting temperature and time on walnut sensory score

圖5 烘烤溫度和浸泡時(shí)間的交互作用對(duì)核桃感官評(píng)分影響的響應(yīng)曲面圖Fig.5 Response surface plot of effect of interaction between roasting temperature and soaking time on walnut sensory score

圖6 烘烤時(shí)間和浸泡時(shí)間的交互作用對(duì)核桃感官評(píng)分影響的響應(yīng)曲面圖Fig.6 Response surface plot of effect of interaction between roasting time and soaking time on walnut sensory score

2.3.5 最優(yōu)配方驗(yàn)證試驗(yàn)

應(yīng)用Design-Expert 軟件對(duì)二次多項(xiàng)式回歸模型方程進(jìn)行計(jì)算，得到最佳工藝條件為：烘烤溫度79.9 ℃，烘烤時(shí)間7 h，浸泡時(shí)間2.5 min，模型預(yù)測(cè)在此工藝條件下的感官評(píng)分為93.8。為了便于實(shí)際操作，優(yōu)化工藝條件為烘烤溫度80 ℃，烘烤時(shí)間7 h，浸泡時(shí)間2.5 min，對(duì)該最優(yōu)條件進(jìn)行了3次平行驗(yàn)證試驗(yàn)，加工的草本風(fēng)味核桃感官品質(zhì)最佳，核桃色澤美觀，核桃仁金黃，草本風(fēng)味佳，無苦澀味，口感酥脆，感官評(píng)分的平均分?jǐn)?shù)是93.5 分，與預(yù)測(cè)的數(shù)值比較接近，由此表明響應(yīng)面分析法提供的模型較真實(shí)地?cái)M合了實(shí)際情況。

3 結(jié)論

上述試驗(yàn)結(jié)果表明：以核桃失重率為評(píng)價(jià)指標(biāo)，綜合實(shí)際生產(chǎn)條件，確定最佳殺青條件為80 ℃下殺青8 h；基于單因素試驗(yàn)結(jié)果，選用Box-Behnken試驗(yàn)方案，對(duì)響應(yīng)面進(jìn)行回歸分析，得到3 個(gè)條件對(duì)于核桃感官品質(zhì)影響程度由大到小為：烘烤溫度＞烘烤時(shí)間＞浸泡時(shí)間，烘烤溫度和浸泡時(shí)間兩因素的相互作用對(duì)響應(yīng)值影響顯著（P＜0.05）。模型確定的最佳工藝條件為：浸泡時(shí)間2.5 min，烘烤溫度80 ℃，烘烤時(shí)間7 h。經(jīng)過驗(yàn)證試驗(yàn)，感官評(píng)分結(jié)果與預(yù)測(cè)值較相近。