山核桃活性成分及初加工工藝技術(shù)的研究進(jìn)展

摘要 山核桃是一種高營養(yǎng)的堅(jiān)果食品，含有豐富的生物活性物質(zhì)，可廣泛應(yīng)用于食品、藥品、保健品等領(lǐng)域。山核桃初加工工藝對于提升產(chǎn)品的品相和品質(zhì)以及經(jīng)濟(jì)效益具有重要價(jià)值，優(yōu)化山核桃初加工工藝技術(shù)，推動(dòng)機(jī)械設(shè)備加快實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化和智能化勢在必行。為此，對山核桃中主要生物活性成分研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，總結(jié)了山核桃初級加工工藝的研究現(xiàn)狀，并且對當(dāng)前產(chǎn)品加工工藝突破點(diǎn)進(jìn)行分析討論。以期為消費(fèi)者提供正確選擇堅(jiān)果的科學(xué)依據(jù)，為推動(dòng)山核桃產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化、智能化提供理論支持。

關(guān)鍵詞 山核桃；生物活性成分；初加工工藝

中圖分類號(hào) TS255 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 0517-6611（2024）21-0005-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.21.002

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

Research Progress of Bioactive Compounds and Primary Processing Technology of Carya cathayensis Sarg

WANG Yan-hui1， HONG Ai-juan2， YAO Qi3 et al

（1. Key Lab. of Biomass Energy and Material， Jiangsu Province/Key Lab. of Chemical Engineering of Forest Products， National Forestry and Grassland Administration/ National Engineering Research Center for Low Carbon and Efficient Utilization of Forest Biomass，Institute of Chemical Industry of Forest Products， CAF，Nanjing， Jiangsu 210042;2.Huangshan Mountain Wild Local Products Co.， Ltd.， Huangshan， Anhui 245000;3.Forestry Research Institute of Shexian County， Huangshan， Anhui 245000）

Abstract Carya cathayensis Sarg was a kind of high nutrition nut， containing rich bioactive substances， could be widely used in food， medicine， functional food and other fields. Carya cathayensis Sarg primary processing technology was important for improving product appearance and quality as well as economic benefits. It was imperative to optimize Carya cathayensis Sarg primary processing technology and promote machinery and equipment to accelerate mechanization， automation and intelligence. In this paper， the research progress of the main bioactive ingredients in Carya cathayensis Sarg was reviewed， the research status of the primary processing technology of pecan was summarized， and the breakthrough point of the current product processing technology was discussed. In order to provide consumers with the scientific basis for the correct choice of nuts， to provide theoretical support for promoting the pecan industry to achieve mechanization， automation， intelligence.

Key words Carya cathayensis Sarg;Bioactive compounds;Preliminary working technology

基金項(xiàng)目 黃山市科技計(jì)劃項(xiàng)目（2021KN-05）；中央財(cái)政林業(yè)科技推廣示范資金項(xiàng)目（蘇〔2023〕TG04）。

作者簡介 王艷輝（1994—），女，黑龍江大慶人，碩士，從事天然產(chǎn)物化學(xué)研究。*通信作者，助理研究員，博士，從事植物學(xué)研究。

收稿日期 2023-11-03；修回日期 2024-01-17

山核桃（Carya cathayensis Sarg）又名小胡桃，屬胡桃科（Juglandacea）山核桃屬（Carya Nutt），屬于高檔干果和木本油料種屬，在我國資源豐富，分布廣泛［1］。山核桃喜陰濕怕干熱，適宜于中性至微堿性、鹽基飽和度高的土壤，常選擇于海拔500 m以下的陰坡、半陰坡和海拔500 m以上的陽坡、半陽坡塊狀整地種植［2］。山核桃在全世界共有18個(gè)種、3個(gè)亞種，我國原產(chǎn)的山核桃品種有5個(gè)種，分別是浙江山核桃、大別山山核桃、貴州山核桃、湖南山核桃、越南山核桃，引進(jìn)1種，薄殼山核桃，分布在浙江、安徽、河南、湖北、遼寧、四川、陜西等地［3-5］。在所有山核桃屬種中浙江山核桃和薄殼山核桃的知名度和經(jīng)濟(jì)價(jià)值相對較高，其他品種栽培、利用較少，或處于野生狀態(tài)［6］。

山核桃油脂的含量超過70%，其中，不飽和脂肪酸達(dá)到97%，主要成分油酸和亞油酸。此外，還有蛋白質(zhì)、氨基酸、脂肪、糖、礦質(zhì)元素、維生素、酶以及多種活性物質(zhì)，對人體健康具有重要營養(yǎng)價(jià)值，如抗氧化［7］、抗老化［8］和保肝護(hù)肝［9］等作用，可加工成手剝山核桃、山核桃油、山核桃仁、山核桃粉等產(chǎn)品，因其獨(dú)特的保健和藥用價(jià)值深受廣大消費(fèi)者的喜愛［10-12］。

隨著對山核桃生物活性功能成分的深入探索，利用山核桃獨(dú)特風(fēng)味和營養(yǎng)價(jià)值所開展的加工工藝研究也逐漸深入。該研究介紹山核桃生物活性成分的應(yīng)用價(jià)值，并對山核桃初加工工藝的現(xiàn)階段的發(fā)展情況進(jìn)行綜述，以期為我國山核桃產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供借鑒。

1 山核桃中的主要生物活性成分

成熟的山核桃果仁中含有的主要營養(yǎng)成分為脂肪，約占75%，其次是大量的蛋白質(zhì)、酚類化合物、維生素（特別是維生素E）和礦物質(zhì)養(yǎng)分等［13-14］。

1.1 脂肪酸

山核桃核桃仁營養(yǎng)豐富，油脂含量最高，核桃油是一種高級食用油。山核桃中脂肪酸尤其是不飽和脂肪酸的含量已經(jīng)成為衡量果實(shí)品質(zhì)的重要指標(biāo)。山核桃油中不飽和脂肪酸含量超過80%，包括油酸、亞油酸、棕櫚酸和亞麻酸，可作為人體不飽和脂肪酸的攝入重要來源之一［15-17］。此外，山核桃油中還存在生育酚、植物甾醇和角鯊烯等多種人體無法自身合成的活性成分，這些成分對預(yù)防高血脂、心血管疾病、糖尿病等老年病具有顯著效果［18-19］。近年來，對于山核桃中油脂的研究方向除了側(cè)重研究油酸、亞油酸等不飽和脂肪酸含量的測定，還探究了其含量變化因素的影響條件，例如果實(shí)成熟度越大，其不飽和脂肪酸與飽和脂肪酸的比值越大，其中油酸的增長速度最快［20］。山核桃油中n-6脂肪酸與n-3脂肪酸的比值為5.31∶1，符合我國食品營養(yǎng)安全推薦標(biāo)準(zhǔn)，因此，可將山核桃油作為理想食用油的備選。但是，山核桃油中的不飽和脂肪酸容易被氧化，使其營養(yǎng)作用的發(fā)揮受到限制，因此，開發(fā)出合適的制備技術(shù)和工藝是山核桃油未來發(fā)展的重要方向。

1.2 蛋白質(zhì)

山核桃果仁中含有豐富的蛋白質(zhì)，含量約為9.00%［21］。山核桃蛋白與動(dòng)物蛋白的效價(jià)接近，其生物價(jià)能達(dá)到98.77%，消化率能達(dá)到87.20%［22-24］。山核桃蛋白種含有18種氨基酸，其中包括8種人體必需氨基酸（表1），與世界衛(wèi)生組織和聯(lián)合國糧農(nóng)組織推薦氨基酸攝入含量配比標(biāo)準(zhǔn)接近［25］；除人體必需氨基酸外，還富含能夠提高大腦記憶力的谷氨酸，提高人體免疫力的精氨酸和對心肌細(xì)胞具有保護(hù)作用的天冬氨酸，可見山核桃蛋白是一種優(yōu)質(zhì)植物蛋白，對人體具有很強(qiáng)的營養(yǎng)保健作用。劉威等［26］對6種山核桃單株果實(shí)的蛋白質(zhì)及氨基酸含量進(jìn)行測定，發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)含量在6.38%～9.24%，氨基酸含量在6.06%～8.76%。王江銘等［21］對比山核桃與大別山山核桃種仁氨基酸含量差異，發(fā)現(xiàn)山核桃種蛋白質(zhì)及氨基酸含量顯著高于大別山山核桃，可以作為良種選育的潛力更大。

1.3 酚類化合物

在山核桃果實(shí)中，還有一類非常重要的營養(yǎng)物質(zhì)——酚類化合物。一般來說，苯環(huán)上含有酚羥基的物質(zhì)都統(tǒng)稱為酚類化合物［27］。常見的包括酚酸、類黃酮、香豆素、木質(zhì)素和單寧［28］。酚類為植物次生代謝產(chǎn)物，含量低但功效大。起初，研究者發(fā)現(xiàn)山核桃采后種皮顏色變化和油脂氧化似乎與酚類化合物相關(guān)，隨后人們逐漸注意到酚類化合物的存在，加快了對其的深入研究［29-30］。目前已從山核桃中鑒定酚類代謝物67個(gè)，其中包括36種單寧、22種類黃酮和9種酚酸［27］。已鑒定出的代謝物中，以鞣花酸為結(jié)構(gòu)單元的水解單寧數(shù)量最多，其次是以沒食子酸為結(jié)構(gòu)單元的水解單寧。鑒定出的類黃酮代謝物包含4種母核，分別是槲皮素、山核桃黃素、杜鵑黃素和山奈酚。山核桃具有較強(qiáng)的抗氧化活性，研究者發(fā)現(xiàn)這種抗氧化性的物質(zhì)基礎(chǔ)是其中所含的酚類化合物［31］。山核桃中的酚類化合物能夠有效緩解采收后種皮色變、油脂變質(zhì)，因此，研究其酚類代謝物的變化及影響因素，對山核桃的提質(zhì)增效具有重要意義。但是，當(dāng)前對山核桃中酚類化合物的研究多數(shù)集中在核桃仁中，未來應(yīng)該要加大對殼、外果皮、樹枝中酚類化合物的研究，為今后廢棄物綜合利用奠定基礎(chǔ)。

1.4 維生素

在山核桃果仁中，維生素的含量居多，這也是山核桃抗氧化性在所有干果種類中排名第一的原因。其中維生素E是主要的抗氧化活性成分，可以作為抗氧化劑抑制不飽和脂肪酸的氧化，可以用于預(yù)防腦部疾病，如動(dòng)脈硬化、阿爾茲海默癥等［32］。除去維生素E，果仁中還有維生素A和葉酸，含量在20～25 mg，維生素A可以提供人體視覺保護(hù)，同時(shí)提升免疫力，而葉酸能夠供給制造神經(jīng)末梢和構(gòu)成傳遞神經(jīng)沖動(dòng)的重要化學(xué)物質(zhì)原料，主要可以用于預(yù)防嬰兒早期畸形。

1.5 礦物質(zhì)元素

在自然界中有25種元素是人體所必需的元素，分為常量元素和微量元素，其中微量元素需要通過食物獲取。不同于其他營養(yǎng)元素能夠自身體內(nèi)合成或者體內(nèi)貯存，礦質(zhì)元素會(huì)隨著能量進(jìn)行消耗，需要隨時(shí)補(bǔ)充。山核桃中的礦質(zhì)元素也比較豐富，種類可達(dá)到22種，特別是磷、鈣、鋅等元素的含量普遍高于一般堅(jiān)果仁。李新委等［33］測定出了每100 g山核桃種仁中鈣、鐵、鋅、碘、錳的含量，其中鈣元素含量最高可達(dá)到132 mg/100 g，其次是碘元素18.8 mg，錳11.39 mg、鋅元素7.07 mg、鐵元素6.0 mg。依據(jù)山核桃種仁礦質(zhì)元素水平，成年人每日食用5～6顆山核桃，便可滿足部分礦質(zhì)元素的需求。類似的結(jié)果在常君等［34］的試驗(yàn)中得到的驗(yàn)證?？梢娚胶颂沂莾?yōu)良的人體必需礦質(zhì)元素來源食品。

1.6 其他

除了上述主要生物活性物質(zhì)之外，在山核桃中還發(fā)現(xiàn)了類胡蘿卜素化合物、萘醌及其苷類化合物、角鯊烯、磷脂等其他生物活性成分。有研究者在其未成熟的外果皮中發(fā)現(xiàn)了以胡桃醌和氫化胡桃醌及其苷類衍生物為主的萘醌及其苷類化合物。并且其含量受采摘時(shí)間和存放時(shí)長的影響［35］。角鯊烯是一種合成維生素D、類固醇激素和膽固醇的三萜前體化合物，親和皮膚，可做潤膚劑，還可以用于降低患癌風(fēng)險(xiǎn)、降低固醇水平等生物效用［36］。山核桃中的類胡蘿卜素主要分為葉黃素和玉米黃質(zhì)，可與維生素E協(xié)同作用增強(qiáng)抗氧化能力。有研究者發(fā)現(xiàn)在山核桃發(fā)育過程中，類胡蘿卜素含量可在開花后的第20周達(dá)到峰值，隨后逐漸降低［37］。磷脂作為細(xì)胞膜的主要組成成分，在生物體生長發(fā)育過程中的作用是至關(guān)重要的。研究發(fā)現(xiàn)，山核桃中林芝總磷脂含量約為1.19%，與其他堅(jiān)果相比含量較低［38］。

2 加工工藝

2.1 預(yù)處理

在進(jìn)行加工之前，山核桃要進(jìn)行預(yù)處理，目的是減少損失，提高果實(shí)賣相，有效提高山核桃售價(jià)。主要流程包括采收前處理、采收、脫蒲水選。①采收前處理：一般在采收前4周對結(jié)果枝進(jìn)行乙烯利制劑處理，可以省去堆漚去青的過程，統(tǒng)一成熟時(shí)間，整齊果實(shí)品質(zhì)，有利于節(jié)省成本從而提高銷售利潤［39］；②山核桃采摘技術(shù)主要是揮桿擊打法和自然落果法。揮桿擊打采摘方式較為原始，主要是利用人工在樹上擊打山核桃與樹下拾山核桃的人配合，操作危險(xiǎn)系數(shù)高，不僅提高了成本，同時(shí)也對樹枝造成傷害，降低了產(chǎn)量。因此，需要大力開發(fā)機(jī)械化采摘設(shè)備，目前機(jī)械化采收裝置也是利用振動(dòng)原理，連接振動(dòng)器與樹枝，將果實(shí)振落。此外還有旋轉(zhuǎn)敲打，依靠沖擊力敲落果實(shí)，其中沖擊頭可以旋轉(zhuǎn)擺動(dòng)和收縮，免去了果農(nóng)爬樹的風(fēng)險(xiǎn)［40］。但是目前生產(chǎn)采摘設(shè)備機(jī)械化發(fā)展水平相較于國外還處于落后的狀態(tài)，主要是因?yàn)榈匦螐?fù)雜，大型設(shè)備智能化水平低，無法滿足現(xiàn)有全部需求［41］。自然落果法則是等待山核桃自然成熟掉落于安全采收網(wǎng)中，此方法安全性高，減少樹體損傷，但是現(xiàn)在對于安全網(wǎng)材料的選擇還有一定的優(yōu)化空間；③采收的山核桃果實(shí)經(jīng)過3 d左右的堆放后，應(yīng)及時(shí)脫去外殼（蒲），通常采用機(jī)械脫殼和木磨脫殼2種方法。脫去外殼后，果實(shí)進(jìn)行水選工序，篩選出空籽、癟籽，然后進(jìn)行烘干至果實(shí)水分低于4.3%［42］。當(dāng)前階段前處理主要依靠人工操作，機(jī)械化、智能化程度不夠，未來需要加大在采收機(jī)械研發(fā)方向的研究力度，減少勞動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)，降低勞動(dòng)成本。

2.2 初加工

山核桃經(jīng)過預(yù)處理后就可以進(jìn)入到初加工流程，其中包括干燥、人工分級、破殼。一般需要借助機(jī)械設(shè)備實(shí)現(xiàn)（表2）。

2.2.1 干燥技術(shù)。

干燥技術(shù)對于堅(jiān)果營養(yǎng)組成和貯藏裝填具有顯著影響，直接影響產(chǎn)品的品質(zhì)和貯藏期［47］。目前果農(nóng)處理山核桃原料的干燥方式仍然以晾曬為主，但是受天氣制約影響，導(dǎo)致一些原料只能放在家中陰干，使得原料品質(zhì)下降。近年來，一些企業(yè)開始采用烘干的方式進(jìn)行干燥處理，利用干燥機(jī)進(jìn)行原料處理，目前已經(jīng)應(yīng)用的技術(shù)包括熱風(fēng)干燥、熱泵干燥、太陽能干燥、紅外干燥、微波干燥、射頻干燥等多種干燥技術(shù)［48］。同時(shí)還可以多種干燥技術(shù)聯(lián)合使用達(dá)到更佳干燥效果。目前正在通過計(jì)算機(jī)等設(shè)備進(jìn)行智能調(diào)控參數(shù)，實(shí)時(shí)檢測原料變化，提高工作效率，可見發(fā)展智能干燥技術(shù)是干燥加工環(huán)節(jié)的研究新方向。

2.2.2 分級技術(shù)。

山核桃分級是產(chǎn)品進(jìn)行商品化所必需的環(huán)節(jié)，能夠有效提高山核桃產(chǎn)品附加值，同時(shí)也為后續(xù)破殼加工提供操作基礎(chǔ)。一般是通過機(jī)械直接作用果殼進(jìn)行破殼［49］，或者在預(yù)處理工藝下進(jìn)行破殼［50］。此外，陳思偉等［51］提出了依據(jù)構(gòu)建ResNet152V2模型對臨安山核桃進(jìn)行等級分類，該模型能夠?qū)崿F(xiàn)較好的分級效果，可用于山核桃智能分級。我國在2009年發(fā)布實(shí)施了GB/T 24307—2009山核桃產(chǎn)品質(zhì)量等級，規(guī)定了山核桃的分類、技術(shù)要求、檢測方法、檢驗(yàn)規(guī)則和包裝、運(yùn)輸、貯藏的要求。但是，劉建軍等［52］認(rèn)為國家標(biāo)準(zhǔn)不完全適用于浙江山核桃。因此，應(yīng)加快推進(jìn)山核桃分級標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化以滿足實(shí)際生產(chǎn)需求。

2.2.3 破殼技術(shù)。

山核桃果殼堅(jiān)硬，內(nèi)部多出分離，殼仁間隙小，加工難度大。目前中國山核桃的初加工技術(shù)和設(shè)備相對落后，人工成本較高［53］。國內(nèi)外學(xué)者對山核桃破殼機(jī)械設(shè)備進(jìn)行了大量的研究。宋超等［54］設(shè)計(jì)了一種分級擊打式山核桃破殼機(jī)，樣機(jī)破殼率在99.24%左右，果仁損傷率在合理區(qū)間，可以用實(shí)際加工生產(chǎn)。趙艷莉等［55］建立一條基于PLC控制技術(shù)的山核桃自動(dòng)化破殼生產(chǎn)線控制系統(tǒng)。破殼率達(dá)到100%，核仁損傷率為5.02%，完全符合生產(chǎn)需求。彭美樂［56］通過建立數(shù)學(xué)模型同時(shí)對裂紋擴(kuò)展的理論分析的方法解決了山核桃破殼過程中果仁易碎和殼仁分離不完全的問題，同時(shí)提高了團(tuán)仁率。還有研究者通過對山核桃初次破殼后物料進(jìn)按照破壞程度進(jìn)行識(shí)別，收集數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確識(shí)別率達(dá)到99.50%，提高了山核桃深加工水平，避免資源浪費(fèi)［57］。此外，還有殼仁智能分選設(shè)備（表3），這種方式能更好的減少損耗、降低成本、提高效率。

3 小結(jié)與討論

山核桃營養(yǎng)豐富，含有多種生物活性物質(zhì)，具有較高的營養(yǎng)價(jià)和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。隨著現(xiàn)代社會(huì)消費(fèi)者對健康食品的需求逐漸增高，山核桃產(chǎn)業(yè)已然發(fā)展成農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化重要的組成部分。但是山核桃產(chǎn)品加工的規(guī)模和技術(shù)方面還存在許多問題。①加工規(guī)模小，缺乏大型生產(chǎn)線和現(xiàn)代化加工機(jī)械設(shè)備；②加工技術(shù)落后，主要依靠人工操作，勞動(dòng)力成本高；③分級標(biāo)準(zhǔn)未明確，國家標(biāo)準(zhǔn)不適用所有山核桃品種，產(chǎn)品分級制度不規(guī)范；④加工能力弱，龍頭企業(yè)數(shù)量少，研發(fā)能力弱；⑤綜合利用能力弱，廢棄物綜合利用效率低，資源浪費(fèi)嚴(yán)重。為了提升國內(nèi)山核桃的生產(chǎn)和加工水平，需要：①引進(jìn)先進(jìn)加工技術(shù)，同時(shí)加大科技創(chuàng)新研發(fā)投入，提高機(jī)械化水平，盡快實(shí)現(xiàn)品牌化、標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)；②推廣精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)，結(jié)合現(xiàn)代信息技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)科學(xué)施肥、精準(zhǔn)灌溉、科學(xué)防治等一系列科學(xué)精準(zhǔn)管理，加快實(shí)現(xiàn)智能化加工；③繼續(xù)深耕產(chǎn)品深加工，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)鏈融合；④提升山核桃廢棄物利用效率，充分利用副產(chǎn)物，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品高值化。

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