黑蒜非發(fā)酵法制備工藝與抗氧化活性研究

王喜波 于 潔 張澤宇 徐曄曄 劉競男 江連洲

(東北農(nóng)業(yè)大學食品學院， 哈爾濱 150030)

黑蒜非發(fā)酵法制備工藝與抗氧化活性研究

王喜波 于 潔 張澤宇 徐曄曄 劉競男 江連洲

(東北農(nóng)業(yè)大學食品學院， 哈爾濱 150030)

為了提高黑蒜的生產(chǎn)效率、降低黑蒜的生產(chǎn)成本，將蒸制工藝與烘制工藝相結(jié)合，設(shè)計并優(yōu)化了一種非發(fā)酵黑蒜制備工藝。研究結(jié)果表明，非發(fā)酵黑蒜的最佳制備工藝參數(shù)為：蒸制溫度127℃、蒸制時間70 min、烘制溫度95℃、烘制時間6.5 h，在此工藝條件下制得的黑蒜總酚質(zhì)量比為11.15 mg/g，含水率為27.41%，還原糖和總酸質(zhì)量比分別為7.87 g/(100 g)和36.09 g/kg。在0.06～0.18 mg/mL質(zhì)量濃度范圍內(nèi)，黑蒜的還原能力是維生素C的1.4倍以上，說明黑蒜具有很強的抗氧化活性。與發(fā)酵工藝相比，總酚等活性成分含量相近，但極顯著地縮短了黑蒜的制備時間、提高了生產(chǎn)效率、降低能耗，為功能性蒜制品的開發(fā)利用提供了技術(shù)基礎(chǔ)。

黑蒜； 非發(fā)酵； 工藝優(yōu)化； 抗氧化性

引言

大蒜是百合科蔥屬植物蒜的鱗莖，多用作調(diào)味劑或中藥[1]。大蒜中含硫的有機化合物是其功能作用的主要化學成分[2]，具有抗菌消炎[3]、降血脂[4]、抗氧化[5]等作用，已經(jīng)成為我國特色的功能性食物資源。但新鮮大蒜本身特有的辛辣味導致其消費市場不大，過度食用還會對人胃腸黏膜細胞造成一定程度的損傷，使之成為大蒜產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸[6]。

黑蒜是由新鮮大蒜在適宜溫度和濕度環(huán)境下培養(yǎng)數(shù)天或數(shù)十天制成的食品[7]。與新鮮大蒜相比，黑蒜中糖分和總酸含量都顯著提高，揮發(fā)性有機硫化物含量減少[8]，不僅去除了新鮮大蒜的蒜臭味，同時還賦予其軟糯酸甜的口感，可直接食用。在生物活性方面，黑蒜提取液的超氧化物歧化酶活性、過氧化氫清除能力和總酚含量分別為鮮蒜提取液的13、10和7倍，表明黑蒜抗氧化能力明顯高于新鮮大蒜[9]。

黑蒜的制備方法主要有固態(tài)發(fā)酵和液態(tài)發(fā)酵。固態(tài)發(fā)酵是傳統(tǒng)的黑蒜加工工藝，雖然多位學者在預(yù)處理和發(fā)酵方面進行了一些改進[10-11]，但仍存在耗時太長、能耗過高的問題。羅蒼學等[12]研究了液態(tài)黑蒜發(fā)酵工藝，料液質(zhì)量比為2∶1，破碎粒度為4 mm，采用分段變溫發(fā)酵，將發(fā)酵時間縮短為11～13 d。相對于固態(tài)發(fā)酵和液態(tài)發(fā)酵，非發(fā)酵工藝是近年來黑蒜生產(chǎn)的新工藝，趙巖等[13]研究了黑蒜的非發(fā)酵制備工藝，把黑蒜加工時間縮短為1 d，降低了能耗成本，由該工藝制得的非發(fā)酵黑蒜總酚含量和氨基酸含量明顯高于發(fā)酵黑蒜，對DPPH自由基清除能力是發(fā)酵黑蒜的近2倍。因此，在前人研究的基礎(chǔ)上，本文研究一種非發(fā)酵黑蒜制備工藝，引入烘制工藝，以縮短黑蒜制備時間。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

白皮大蒜(市售)；焦性沒食子酸、碳酸鈉、福林-酚、無水乙醇、氫氧化鈉、葡萄糖、苯酚、亞硫酸鈉、酒石酸鉀鈉、鐵氰化鉀、三氯乙酸、抗壞血酸，以上試劑均為分析純。

BXM-30R型立式壓力蒸汽滅菌器，上海博訊實業(yè)有限公司；N24120型電子天平，瑞士Ohaus公司；101-3A型電熱鼓風干燥箱，余姚市東方電工儀器廠；HH-4型數(shù)顯恒溫水浴鍋，常州賽普實驗儀器廠；LE438型pH計，梅特勒-托利多儀器有限公司；LD4-2A型臺式低速離心機，北京眾益中和生物技術(shù)有限公司；TU-1800型紫外可見分光光度計，北京普析通用儀器有限責任公司。

1.2 黑蒜的制備工藝

工藝流程為：新鮮大蒜(約500 g)→去皮、清洗→均勻平鋪在托盤中→高溫高壓蒸制→恒溫烘制→空氣冷卻至室溫(25℃)→成品黑蒜。

1.3 測定指標與方法

(1)總酚含量測定參照SONG等[14]的方法，采用福林-酚比色法。

樣品液的制備：準確稱取100 g黑蒜，加入200 mL蒸餾水，于組織搗碎機中打碎成漿。取10 g黑蒜漿置于圓底燒瓶中，加入300 mL體積分數(shù)為60%的乙醇，95℃回流浸提1 h，提取完成后過濾得到黑蒜提取液。

(2)含水率的測定參考GB 5009.3—2010；總酸含量的測定參考GB/T 12456—2008。

(3)還原糖的測定參照柳珊等[15]的方法，采用3,5-二硝基水楊酸(DNS)比色法進行測定。

1.4 單因素試驗

1.4.1 蒸制溫度

在蒸制時間60 min，烘制溫度90℃，烘制時間7 h的條件下，選取110、115、120、125、130℃ 5個蒸制溫度研究黑蒜制備工藝，測定黑蒜的總酚含量、含水率、總酸含量和還原糖含量，確定最佳的蒸制溫度。

1.4.2 蒸制時間

在蒸制溫度125℃，烘制溫度90℃，烘制時間7 h的條件下，研究蒸制時間分別為40、50、60、70、80 min時對黑蒜制備工藝的影響，測定黑蒜的總酚含量、含水率、總酸含量和還原糖含量，探究不同蒸制時間對黑蒜制備工藝的影響。

1.4.3 烘制溫度

在蒸制溫度125℃，蒸制時間為60 min，烘制時間7 h的條件下，選取70、80、90、100、110℃ 5個不同的溫度，以總酚含量、含水率、總酸含量和還原糖含量為指標研究烘制溫度對黑蒜制備工藝的影響。

1.4.4 烘制時間

在蒸制溫度125℃，蒸制時間為60 min，烘制溫度90℃的條件下，研究烘制時間分別為5.0、5.5、6.0、6.5、7.0 h時對黑蒜制備工藝的影響，比較不同烘制時間制得的成品黑蒜中總酚含量、含水率、總酸含量和還原糖含量的變化，確定最佳烘制時間。

1.5 正交試驗設(shè)計

根據(jù)上述單因素試驗，選定合適的水平，以總酚含量為指標設(shè)計正交試驗，確定最佳的黑蒜制備工藝，其中因素與水平如表1所示。

表1 正交試驗因素與水平

1.6 還原能力的測定

以還原能力作為黑蒜抗氧化活性的評價指標，參照馬承慧等[16]的方法并略作改動。配制一系列濃度的乙醇提取液(具體配制方法參見1.3節(jié))200 μL，加入2 mL磷酸鹽緩沖液(0.2 mol/L，pH值6.6)和2 mL質(zhì)量分數(shù)為1%的鐵氰化鉀溶液，混勻，50℃反應(yīng)20 min，流水冷卻，加入2 mL質(zhì)量分數(shù)為10%的三氯乙酸溶液，離心10 min(4 000 r/min)。取2 mL上清液，依次加入2 mL蒸餾水、0.5 mL質(zhì)量分數(shù)為0.1%的FeCl3溶液，混勻，暗處反應(yīng)10 min，在700 nm波長下測定吸光度，平行試驗3次取平均值。以維生素C為陽性對照評價其還原能力。

1.7 數(shù)據(jù)處理

所有試驗重復(fù)3次取平均值，數(shù)據(jù)處理和分析采用SPSS 19.0、Orgin 9.0及SigmaPlot 12.5軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗

2.1.1 蒸制溫度

酚類物質(zhì)是黑蒜中的重要功能性成分之一，總酚含量很大程度上反映了黑蒜的功能作用[17]。含水率與黑蒜的形態(tài)、口感關(guān)系緊密。從圖1可以看出，隨著蒸制溫度的升高，總酚質(zhì)量比幾乎呈線性增加趨勢，這可能是因為蒸制溫度越高，壓力越大，在壓力和高溫協(xié)同作用下，大蒜中其它化合物可以轉(zhuǎn)化成多酚類物質(zhì)[18]。同時，壓力的升高破壞了大蒜的組織結(jié)構(gòu)，稀松多孔的形態(tài)使水分子更易進入蒜中，因此，蒸制溫度越高，含水率越大。含水率過高，黑蒜質(zhì)地軟爛，影響口感且不易儲存；含水率過低，黑蒜干硬，咀嚼性差。綜合考慮，125℃是較為適宜的蒸制溫度。從圖1可以看出，蒸制溫度125℃時，由于壓力和高溫的協(xié)同作用，大蒜中的多聚糖逐漸分解為單糖、雙糖，部分還原糖的—OH被氧化為有機酸的—COOH[19]，賦予黑蒜酸甜口感。

圖1 蒸制溫度對黑蒜品質(zhì)的影響Fig.1 Effect of steaming temperature on black garlic quality

圖2 蒸制時間對黑蒜品質(zhì)的影響Fig.2 Effect of steaming time on black garlic quality

2.1.2 蒸制時間

熱敏性果蔬具有多孔、向異性細胞結(jié)構(gòu)[20]，含水率高。如圖2所示，在蒸制時間為40 min時，得到的黑蒜成品含水率高達47.81%，這是由于蒸制時間較短，大蒜細胞尚未完全死亡，具有一定的持水性[21]。蒸制時間60 min時，大蒜細胞破碎，部分結(jié)合水暴露，在烘制時水分散失較快，含水率達到最低值28.76%。而后隨著蒸制時間的延長，更多的水分子進入到大蒜組織中，得到的成品黑蒜中含水率也略有提升。結(jié)合圖2可以發(fā)現(xiàn)，總酚質(zhì)量比、總酸質(zhì)量比和還原糖質(zhì)量比隨著蒸制時間的延長而增加，在60 min時即可達到較高水平。綜合考慮黑蒜的口感、質(zhì)地和組織狀態(tài)等因素以及生產(chǎn)成本，選擇60 min為最適宜的蒸制時間。

2.1.3 烘制溫度

物料的干燥過程常伴有依賴水分發(fā)生的生物、物理、化學反應(yīng)[22]。還原糖和總酸含量直接影響黑蒜的口感和褐變程度。從圖3可以看出，隨著烘制溫度的升高，還原糖和總酸的質(zhì)量比均呈現(xiàn)出先增加后減小的趨勢。這可能是因為高溫既有利于大蒜中多糖的分解，生成更多的還原糖，也會加快美拉德反應(yīng)進程[23]，還可促進還原糖的—OH被氧化為有機酸的—COOH[19]。烘制溫度低于90℃時，多糖分解速度大于美拉德反應(yīng)速度，還原糖質(zhì)量比高于總酸質(zhì)量比，之后隨著烘制溫度的升高，美拉德反應(yīng)速度加快，同時還有一部分還原糖被氧化為有機酸，還原糖質(zhì)量比迅速降低。因此，烘制溫度90℃時，黑蒜中還原糖和總酸的質(zhì)量比最高，有利于其酸甜口感的形成和類黑精的積累。圖3中，90℃時黑蒜的含水率和總酚質(zhì)量比分別為29.18%和8.58 mg/g，此時黑蒜的感官形態(tài)最佳。

圖3 烘制溫度對黑蒜品質(zhì)的影響Fig.3 Effect of roasting temperature on black garlic quality

2.1.4 烘制時間

食品物料在干燥過程中，一般先經(jīng)歷恒速干燥階段而后進入降速干燥階段。圖4中隨著烘制時間的增加，黑蒜的含水率先緩慢減小而后急速下降，總酚質(zhì)量比則呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢。乙酸、甲酸、琥珀酸、羥基丙酸等物質(zhì)在鮮蒜中不存在，但隨加工時間延長逐漸形成與積累[24]。由圖4可以看出，黑蒜中的總酸質(zhì)量比隨烘制時間的延長不斷增加，由此可以推測烘制過程是酸類物質(zhì)生成的重要階段。而還原糖的質(zhì)量比只略有降低，可能是因為在烘制過程中，多糖的分解與美拉德反應(yīng)同步進行，對還原糖質(zhì)量比變化影響不大，僅小部分還原糖發(fā)生氧化反應(yīng)生成有機酸。綜合考慮烘制時間對總酚、含水率、總酸和還原糖4個因素的影響，確定7.0 h為最佳烘制時間。

圖4 烘制時間對黑蒜品質(zhì)的影響Fig.4 Effect of roasting time on black garlic quality

2.2 黑蒜制備最佳工藝

在單因素試驗的基礎(chǔ)上，選取蒸制溫度、蒸制時間、烘制溫度、烘制時間4個因素，每個因素取3個水平，選用L9(34)正交試驗表，以總酚質(zhì)量比為指標，確定黑蒜最佳制備工藝。

由表2直觀分析結(jié)果可以看出，極差R反映出4種因素對黑蒜總酚質(zhì)量比影響從大到小依次為：烘制溫度、蒸制時間、蒸制溫度、烘制時間。從正交試驗的9組結(jié)果來看，5號試驗組的總酚質(zhì)量比最高，其工藝為：蒸制溫度125℃、蒸制時間60 min、烘制溫度95℃、烘制時間6.5 h，制得的黑蒜中總酚質(zhì)量比為11.04 mg/g；從正交試驗結(jié)果分析來看，最佳工藝組合為A3B3C3D1，即蒸制溫度127℃、蒸制時間70 min、烘制溫度95℃、烘制時間6.5 h。由于9組正交試驗中沒有最佳組合試驗，因此需要進行最佳組合的驗證試驗，經(jīng)過驗證試驗測得黑蒜總酚質(zhì)量比為11.15 mg/g，含水率為27.41%，還原糖和總酸質(zhì)量比分別為7.87 g/(100 g)和36.09 g/kg，表明正交試驗結(jié)果正確，此方案為黑蒜制備最佳工藝。

表2 黑蒜制備正交試驗設(shè)計與結(jié)果

將所得數(shù)據(jù)進行方差分析，由于烘制時間R值最小，可以合并為誤差項。由表3的方差分析結(jié)果可知，蒸制時間和烘制溫度對黑蒜總酚含量有顯著影響(p<0.05)，蒸制溫度和烘制時間對黑蒜總酚含量影響不顯著，與直觀分析結(jié)果一致。

表3 黑蒜制備正交試驗數(shù)據(jù)方差分析

注：*表示差異顯著。

2.3 抗氧化性

物質(zhì)的還原能力通常被認為與其抗氧化能力密切相關(guān)[25]。按1.6節(jié)的方法在700 nm處測定黑蒜乙醇提取液的還原能力，以維生素C做陽性對照，吸光度越大，表示還原能力越強。如圖5所示，在0.06～0.18 mg/mL質(zhì)量濃度范圍內(nèi)，黑蒜和維生素C的還原能力均隨著質(zhì)量濃度的增加而增強，呈顯著的量效關(guān)系，且黑蒜的還原能力始終高于維生素C，均在維生素C的1.4倍以上。由此可以看出該工藝制備的黑蒜具有很強的還原能力。

圖5 黑蒜對鐵離子的還原力Fig.5 Ferric ion reducing capacity of garlic

3 結(jié)束語

以總酚質(zhì)量比、含水率、總酸質(zhì)量比和還原糖質(zhì)量比4個指標為依據(jù)，對影響黑蒜制備工藝的4個因素(蒸制溫度、蒸制時間、烘制溫度和烘制時間)進行單因素分析，并以總酚質(zhì)量比為指標設(shè)計正交試驗，得出在蒸制溫度127℃、蒸制時間70 min、烘制溫度95℃、烘制時間6.5 h時制得的黑蒜總酚質(zhì)量比最高，且在此工藝條件下制得的黑蒜含水率為27.41%，還原糖和總酸質(zhì)量比為7.87 g/(100 g)和36.09 g/kg。研究了黑蒜的抗氧化活性，結(jié)果表明：在0.06～0.18 mg/mL質(zhì)量濃度范圍內(nèi)，黑蒜的還原能力高于維生素C。

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Non-fermentation Process Preparation of Black Garlic and Its Antioxidant Activity

WANG Xibo YU Jie ZHANG Zeyu XU Yeye LIU Jingnan JIANG Lianzhou

(CollegeofFoodScience,NortheastAgriculturalUniversity,Harbin150030,China)

Garlic is one of the species in onion genus, which has been used as both a flavoring agent and a complementary medicine. Although garlic has many active components that contribute to its health benefits, including allicin and its derivatives, consumption of unprocessed raw garlic is limited due to its characteristic odor, taste and tendency to cause stomach upset. Aged black garlic was prepared through natural fermentation of whole garlic at controlled high temperature and humidity, a process that resulted in black cloves. Aiming to obtain a non-fermented black garlic with low cost of ownership, which combined the steaming process with roasting process. The influences of steaming temperature, steaming time, roasting temperature and roasting time on preparation process for black garlic were investigated. The optimum processing parameters for the preparation of black garlic were determined by combined use of single factor and orthogonal experiments. The results showed that the optimal combination was steaming temperature of 127℃, steaming time of 70 min, roasting temperature of 95℃ and roasting time of 6.5 h. Under the optimum conditions, the black garlic had total phenols of 11.15 mg/g, moisture of 27.41%, reducing sugar of 7.87 g/(100 g) and total acid of 36.09 g/kg, reducing capacity of black garlic was more than 1.4 times of that of vitamin C in the 0.06～0.18 mg/mL concentration range. This showed black garlic possessed strong antioxidant capacity. Compared with the fermentation process, the research significantly shortened the preparation time of black garlic, improved production efficiency, reduced energy consumption, provided technical basis for the development and utilization of functional garlic products.

black garlic; non-fermentation; process optimization; antioxidation

10.6041/j.issn.1000-1298.2017.04.042

2016-08-08

2016-09-04

“十二五”國家科技支撐計劃項目(2014BAD22B01)和黑龍江省應(yīng)用技術(shù)研究與開發(fā)計劃項目(WB13C10201)

王喜波(1975—)，男，副教授，主要從事糧食油脂及植物蛋白工程研究，E-mail： wangxibo@neau.edu.cn

江連洲(1960—)，男，教授，博士生導師，主要從事糧食油脂及植物蛋白工程研究，E-mail： jlzname@163.com

TS255.1

A

1000-1298(2017)04-0321-06