Индустрия производства орехов стремительно развивается в последние несколько лет. Грецкий орех (Juglans regia) имеет ценное, богатое маслами, ядро, содержащее витамины, антиоксиданты и многие другие метаболиты. Грецкие орехи являются отличными источниками витаминов, клетчатки, магния и калия и, как известно, значительно богаты полиненасыщенными жирными кислотами омега-6 и омега-3, которые очень полезны для здоровья человека. Они также содержат аскорбиновую кислоту, алкалоиды, токоферолы, полифенолы, фитостерины, флавоноиды и пищевые волокна [1–2].
Потребление ореха для здоровья связано с профилактикой сердечно-сосудистых, онкологических заболеваний, ишемической болезни сердца и диабета II типа [3]. Свойства орехов и пищевая ценность зависят от сорта и условий его выращивания. Кроме того, питательные составы орехов также связаны с сезоном сбора урожая [4] и условием окружающей среды (температура) [5]. В исследованиях показано, что орехи, выращиваемые в регионах с более низкой средней максимальной годовой температурой, имеют повышенное содержание ненасыщенных жирных кислот (пальмитиновой, олеиновой и линолевой кислоты) и фитостерины (β-ситостерин) [6]. Вышеупомянутые факторы учитывались предуборочным периодом грецкого ореха. Однако во время послеуборочного периода температура становится одним из ключевых факторов, который влияет на свойства орехов [7].
Целью данной работы было оценить эффективность различных методов для сохранения качества ядер грецких орехов при хранении. В этом обзоре были изучены самые последние исследования, опубликованные за последние десять лет.
Изменения качества ореха при хранении
Ядра грецких орехов обычно содержат от 52 % до 72 % масла в зависимости от сорта, географического положения и скорости полива [8–9]. Это масло извлекается в небольших количествах для использования в пищевых продуктах в качестве ароматизирующего агента, в основном как заправка для салатов и в хлебобулочных изделиях. Оно также находит применение в косметической промышленности как компонент крема, средства против морщин и средства против старения [10]. Как и большинство орехов, грецкие орехи являются ценными источниками полиненасыщенных жирных кислот (ПНЖК; 90 % масла), преимущественно линолевой (47,4 %) и α-линоленовой кислоты (15,8 %). Из-за своего химического состава потребление масла грецкого ореха снижает уровень холестерина в сыворотке крови человека за счёт снижения липопротеинов низкой плотности и уровня общего триацилглицерина [11], а также уменьшает риск сердечно-сосудистых заболеваний [12]. Однако эти жирные кислоты, из-за своей высокой чувствительности к окислению, ограничивают срок хранения грецких орехов. Окисление липидов влияет на качества ореха и ореховых продуктов, снижает их пищевые, сенсорные и химические свойства.
Масло грецкого ореха очень чувствительно как к термическому, так и к фотоокислительному воздействию. Учитывая, что фенольные соединения грецкого ореха могут проявлять антиоксидантную активность и улавливать свободные радикалы, использование полифенолов грецкого ореха улучшает стабильность масла грецкого ореха, увеличивает срок его хранения и помогает избежать использования синтетических антиоксидантов.
Помимо масла, грецкие орехи также содержат значительное количество сырого протеина (15,17–19,24 %), углеводов (8,05–13,23 %) и других биологически активных соединений, таких как растительные стеролы, пищевые волокна и полифенолы, которые могут оказывать пользу для здоровья [13]. Например, фенольные соединения в большинстве случаев связаны с антиоксидантными, антиатерогенными, противовоспалительными и антимутагенными свойствами.
Измерено высокое содержание фенолов грецкого ореха в кожуре, покрывающей ядро. Содержание полифенолов сильно зависит от таких факторов, как температура, осадки, естественные причины (инфекции, повреждения и вредители), стадия созревания фруктов и хранение [9].
Добавление антиоксидантов в богатую липидами пищу – простая задача, а также способ уменьшения липидно-окислительных реакций. Синтетические антиоксиданты, такие как бутилированный гидрокситолуол (BHT), широко используются в продуктах питания благодаря их эффективности и невысокой стоимости.
Безопасность синтетических антиоксидантов была подвергнута сомнению [14]. Натуральные антиоксиданты больше принимаются потребителями, потому что они воспринимаются как безопасные продукты. Было доказано, что многие природные антиоксиданты эффективны и содержатся во многих продуктах, богатых липидами [15]. Следовательно, большое преимущество для промышленности – это использование антиоксидантов, которые имеют то же происхождение, что и пища, в которой они будут применяться.
В соответствии с исследованием [16], основными летучими соединениями, дающими прогорклость вкусов грецкого ореха, являются пентанал (0,07–0,12 %), гексанал (0,26–0,8 %), нонанал (0,34–0,89 %), 2–деценаль 0,25–0,68 %) и гексанол (0,21–1,58 %). Высокое содержание гексанала вместе с 1-октен-3-ол октаналь и 2-октеналь могут быть найдены в прогорклых грецких орехах, вызывающих характерный запах и вкус [17].
При хранении на воздухе ненасыщенные масла (особенно линолевая кислота) грецких орехов будут окисляться, что приведет к образованию соединений, которые уменьшают химические, питательные и органолептические свойства орехов и сокращают срок хранения [18].
На автоокисление масел влияют разные факторы, такие как кислород, температура, свет и ионы металлов. Известны различные методы предотвращения орехов от автоокисления: охлаждение с использованием антиоксидантных консервантов [19], упаковка в модифицированной атмосфере или комбинированные методы консервации [20]. Эфирные масла (ЭМ) получают из растительных материалов, а их антимикробные и антиоксидантные свойства всем известны. Около 300 ЭМ имеют коммерческое значение [21], и некоторые из них используются в пищевой промышленности в качестве ароматизаторов и натуральных пищевых консервантов [22]. Как консерванты на растительной основе, ЭМ могут продлить срок хранения продуктов, защищая их от микробного загрязнения или окислительного разложения во время хранения и обработки после сбора урожая [23]. Авторы [24] протестировали около 100 чистых соединений ЭМ и обнаружили, что фенолы обладают самыми высокими антиоксидантными активностями, которые сопровождаются некоторыми монотерпеновыми углеводородами, а именно терпинолен, α- и γ-терпинен. В исследованиях использованы соединения ЭМ как основные компоненты, содержащие бензольное кольцо, коричный альдегид (CIN – cinnamaldehyde) и эвгенол (EUG, фенол) [25]. Были исследованы влияния ЭМ на замедление окисления липидов сырого фундука и макового масла [26] и показано, что они проявляют значительный антиоксидантный эффект.
В исследовании [27] ядра грецких орехов хранились в холодильнике при 4 °C и при температуре окружающей среды в вакуумных упаковках или в контейнерах с корицей или эфирным маслом. Запах и вкус хранящихся очищенных грецких орехов исследовали сенсорным методом и измерением содержания гексанала во время хранения. А также определено адсорбированное количество двух основных компонентов, используемых ЭМ, таких как коричный альдегид (CIN) и эвгенол (EUG), также их влияние на сенсорные свойства ядер грецких орехов. Эфирным маслом (Syzygium aromaticum) предотвращена прогорклость.
Грецкий орех часто подвергается термической обработке для снижения влажности, а затем упаковывается для продажи или дальнейшей переработки. В работах исследовали влияние эффектов обжарки на питательные качества фундука [28], миндаля, фисташки, бразильских орехов [29] и грецких орехов [30]. Процесс обжарки осуществляется в электрической духовке и микроволновой печи [31]. Типичные условия обжарки варьируются от 140 °С/25 мин. до 160 °С/15 мин. для миндаля, фисташки, макадамии и до 176 °С/10 мин. для орехов, которые отражают минимальный и максимальный диапазон температуры обжарки и период времени, используемый для промышленных обжарок орехов [32]. Обжарка привела к изменениям микроструктуры и химического состава, таким как уменьшение содержания влаги, увеличение общего содержания полифенолов и флавоноидов, а также изменение содержания жирных кислот [33]. Некоторые исследования также показали, что обжарка приводит к формированию особого вкуса и аромата, а также к ломкости орехов.
Кроме термообработки, сублимационная сушка теперь широко используется для фруктов, овощей и орехов. Обычно процесс обезвоживания используется для удобства транспортировки материала. Сублимационная сушка сохраняет фрукты и овощи свежими, а пищевая ценность практически не изменяется [7; 34; 35].
Химический состав, жирные кислоты, общее содержание флавоноидов (TFC), общее содержание полифенолов (TPC) и минералы грецких орехов были исследованы после сублимационной сушки (55 °С) и в процессе тепловой сушки (60, 105, 140 °С). Результаты показали, что содержание протеина, растворимого сахара, минералов (кроме Mn) и углеводов увеличивалось с повышением температуры с 55 до 105 °С. Линолевая кислота и олеиновая кислота могут быть определены как основные жирные кислоты, с самым высоким содержанием при 105 °С (309,0 и 79,6 мг/г). Однако TFC и TPC были заметно увеличены на 36,9 % и 33,9 % в ядре, когда температура была увеличена с 55 до 140 °С. Таким образом, термоообработка может значительно улучшить питательные качества грецкого ореха. Рекомендованная температура для сушки грецкого ореха – 105 °С.
В исследовании [36] основное внимание уделялось роли предварительной обработки орехов с помощью микроволн для улучшения вкуса и устойчивости орехового масла к окислению, а также изучалось влияние предварительной обработки с помощью микроволн на ненасыщенные жирные кислоты (олеиновая, пальмитиновая, линолевая и линоленовая кислоты) и антиоксидантные компоненты (токоферолы и фитостеролы). Результаты показывают, что предварительная микроволновая обработка эффективна для образования пиразиновых соединений. Типичный «жареный» привкус присутствовал при предварительной обработке в течение 2 минут или более. Между тем, по сравнению с контрольным образцом, только тщательно обработанный образец (предварительно обработанный микроволнами в течение 4 минут) показал более высокую окислительную стабильность. Были обнаружены лишь небольшие изменения в составе ненасыщенных жирных кислот, в то время как уровень токоферолов и фитостеринов значительно снизился с увеличением продолжительности обработки микроволнами (P < 0,05). Результаты показывают, что реакция Майяра вызвала улучшение окислительной стабильности, поскольку эта реакция может также генерировать антиоксидантные продукты, (меланоидины) в дополнение к пиразинам. Более того, было обнаружено, что предварительная микроволновая обработка эффективна для увеличения выхода масла во время прессования. Следовательно, несмотря на неблагоприятное воздействие на токоферолы и фитостеролы, предварительная обработка с помощью микроволн может использоваться для улучшения вкуса и устойчивости к окислению орехового масла.
Анализировались летучие вещества обработанных и сырых грецких орехов с использованием твердофазной микроэкстракции в свободном пространстве, в сочетании с газовой хроматографией и масс-спектрометрией [37]. Была исследована окислительная стабильность высушенных на воздухе грецких орехов в различных антиоксидантах с вакуумной упаковкой или без нее, чтобы найти подходящую упаковку для устойчивости к окислению высушенных на воздухе грецких орехов. Результаты показали, что было 14 летучих веществ в сырых грецких орехах, 28 в грецких орехах, высушенных на воздухе, и 38 в жареных грецких орехах. Изменения показателей качества масла, общих фенолов, малонового диальдегида и активности по удалению свободных радикалов при хранении при 60 °C показали, что окисление масла возрастало со временем хранения. Добавление антиоксидантов и вакуумная упаковка могут замедлить окисление. Вакуумная упаковка из алюминиевой фольги (14×20 см) может задержать окисление масла и продлить срок хранения до ~ 230 дней, высушенных на воздухе грецких орехов, при 20 °C. С добавлением антиоксидантов это было продлено до ~ 257 дней.
В работе [38] исследовано влияние ультразвуковой экстракции (УЗЭ, 200 Вт, 20 мин.) на физико-химические свойства различных белков грецкого ореха (WNP, включая альбумин, глобулин и глутелин). Электрофорез в полиакриламидном геле с додецилсульфатом натрия показал, что УЗЭ может привести к молекулярной фрагментации белка альбумина, но не влияет на основные группы глобулина и глютелина. Спектры показали, что разные белки орехов, полученные УЗЭ, имели разные изменения во вторичной структуре. В УЗЭ наблюдалось увеличение поверхностной гидрофобности (ПГ) альбумина и глютена и отсутствие изменения интенсивности флуоресценции, в то же время наблюдалось снижение ПГ и интенсивность флуоресценции глобулина, а содержание общего и поверхностно свободного сульфогидрила в альбумине резко снизилось. УЗЭ снизила размер частиц и микроструктур в альбумине и глютене, указывающий на то, что ультразвук может разворачивать белковые агрегаты. Кроме того, УЗЭ увеличивает растворимость, эмульгирующую активность (EA), пенообразующую способность (FC) и стабильность пены (FS) полученных белков. Приведенные выше результаты указывают на то, что ультразвуковая экстракция является многообещающим подходом для улучшения выхода экстракции и свойств белков грецкого ореха.
В работе [39] показана оценка эффективности различных антиоксидантов (растворимые в этилацетате полифенолы, водорастворимые полифенолы, а также бутилированный гидрокситолуол) по сохранению качества масла грецкого ореха при хранении. Был проведен тест на пробах масел грецкого ореха без антиоксидантов (контроль) и с антиоксидантами при хранении в течение 16 дней при температуре 60 °C. Были проанализированы химические параметры, связанные с износом при хранении: пероксидное число (PV), конъюгированные диены (CD), сопряженные триены (CT) и каротиноиды (CC). Также были проанализированы летучие соединения, связанные с окислением липидов, таких как нонаналь, гексаналь, бутаналь и (E) – 2-гептеналь, которые увеличивались во всех образцах во время хранения. Увеличение этих переменных было больше в контрольных образцах без антиоксидантов и меньше с антиоксидантами. Масла ореха с антиоксидантами показали лучшее сохранение летучих соединений, влияющих на вкус грецкого ореха, как D-лимонен, и низкое увеличение альдегидов и фуранов.
Дана оценка эффективности различных пищевых покрытий для сохранения качества ядер грецких орехов при хранении. Использованы три съедобных покрытия на основе карбоксиметил целлюлозы (CMC), метилцеллюлозы (MC) и изолята сывороточного белка (WP). С покрытием и без покрытия грецкие орехи (WC) хранились 210 дней при комнатной температуре (23 ± 2 °C). Через 210 дней в WC было высокое содержание перекисного числа (PV = 3,06 мэкв O2/кг), сопряженные диены (CD = 3,01) и триены (CT = 0,31), пентаналь, нонаналь, гексаналь и декан, 5,6-бис (2,2-диметилпропилидена). Между тем WMC показал самый низкий PV (1,20 мэкв O2/кг), CD (2,26) и CT (0,17) и наименьшее снижение содержания каротиноидов (0,60 мг/кг). Покрытия MC, CMC и WP показали защиту грецких орехов от процесса ухудшения качества. Покрытие MC показало наилучшие характеристики [40].
Применение фенольных соединений грецких орехов, как антиоксидантных покрытий на основе белка грецкого ореха, полученного из остатков жмыха грецкого ореха, увеличивает срок хранения грецких орехов. Цель заключалась в оценке консервирующего действия полифенолов грецкого ореха, включенных в съедобное покрытие грецкого ореха, на ядра грецких орехов. Были приготовлены три вида обработки образца грецких орехов, покрытых грецкой ореховой мукой: без добавления антиоксидантов (контроль), с добавлением фенольного экстракта грецкого ореха и с добавлением бутилированного гидрокситолуола (BHT). Образец с добавлением фенолов грецкого ореха показал более низкое пероксидное (3,64 мэкв 02/кг масла) и анизидиновое число (1,11), также содержание конъюгированного диена (15,92) и гексанала (19,67×106), чем у контрольного образца (6,23, 1,81, 24,65 и 122,37×106 соответственно). Контрольный образец показал наибольшее ухудшение содержания полиненасыщенных жирных кислот (с 74,83 до 71,08 г/100 г), каротиноидов (с 3,43 до 1,90 мг/кг) и γ-токоферола (с 349,66 до 298,42 мг /кг). Кроме того, на 84-й день этот образец показал наивысшую степень окисления (20,33) и самую низкую интенсивность вкуса грецкого ореха (64,67). Что касается приемлемости потребителя, образец с добавлением фенола показал более высокую оценку приемлемости вкуса. Фенольные соединения грецкого ореха, содержащиеся в оболочке на основе белка грецкого ореха, улучшают сохранность грецких орехов. Учитывая практическую осуществимость, процедура, используемая для приготовления этих продуктов, проста и требует оборудования, уже имеющегося в пищевой промышленности. Кроме того, использование этого покрытия с фенольными соединениями грецкого ореха дает такие преимущества, как предотвращение перекрестного загрязнения аллергенами в производственной цепочке, утилизация промышленных отходов, замена синтетических антиоксидантов и уменьшение количества, толщины пластика, необходимого для упаковки грецких орехов [41].
Ядро грецкого ореха, будучи очень гигроскопичным, восприимчиво к развитию микробов при неправильном хранении. Воздействие кислорода, света, влаги и высокой температуры приводит к окислению жирных кислот и, как было установлено, является основным источником привкуса и снижения качества грецких орехов [42–44]. Исследовано влияние активности воды на окислительную и микробиологическую стабильность грецкого ореха. Грецкие орехи хранились под различными водными режимами и выдерживались в течение 16 недель. В течение этого периода наблюдались изменения влажности, перекисного числа, развитие микроорганизмов. Наибольшая скорость окисления наблюдалась у грецких орехов, хранящихся под водой, диапазоны активности у которых 0,01–0,28 и 0,48–1,00. Анализируя полученные результаты, авторы [45] пришли к выводу, что активность воды в хранилищах комнаты должна быть в пределах от 0,28 до 0,48 для сохранения их качества, снижения количества бактерий, плесени и пероксидного числа и содержания влаги в ядрах грецкого ореха.
Сравнивались различные методы обработки масла грецкого ореха (холодное прессование, обжарочное прессование, экстракция гексаном, докритическая экстракция бутаном и сверхкритическая экстракция диоксидом углерода), и было показано, что экстракция гексаном обеспечивает эффективное выделение липидов. Среди исследованных образцов масло после обжарки и экстракции гексаном показало самое высокое содержание C18:1n-9 (18,74 и 18,52 % соответственно), самое низкое содержание C18:2n-6 (63,06 и 62,95 % соответственно) и трилинолеина (32,82 и 32,06 % соответственно). Содержание токоферола (371,08 мг/кг) и фитостерола (1206,30 мг/кг) в масле грецкого ореха, экстрагированного бутаном в докритическом состоянии; содержание полифенолов в масле, экстрагированном гексаном (45,43 мг/кг); содержание сквалена в жареном прессованном масле грецкого ореха (14,19 мг/кг) показали высокие результаты. Было показано, что C16:0, полифенол, Δ5-авенастерин, γ-токоферол, C18:3n-3, и C18:0 способствовали антиоксидантной способности масла грецкого ореха. В целом полученные результаты способствуют разработке промышленных методов получения высококачественного и питательного масла грецкого ореха [46; 47].
Таким образом, анализируя вышеуказанные литературные данные, для сохранения качества орехов даются следующие рекомендации:
– термообработка, сублимационная сушка;
– предварительная обработка с помощью микроволн;
– ультразвуковая экстракция;
– обработка масла грецкого ореха (холодное прессование, обжарочное прессование, экстракция гексаном, докритическая экстракция бутаном и сверхкритическая экстракция диоксидом углерода)
– добавление различных антиоксидантов;
– различные пищевые покрытия;
– вакуумная упаковка.