風(fēng)味黑大蒜快速發(fā)酵工藝研究

湯薇，時(shí)培寧，王穎，李勇*，胡欣恬

(1.徐州工程學(xué)院 食品(生物)工程學(xué)院，江蘇 徐州 221018；2.徐州工程學(xué)院 江蘇省 食品資源開發(fā)與質(zhì)量安全重點(diǎn)建設(shè)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 徐州 221018)

百合科蔥屬草本植物大蒜是藥食兩用食物，具有健胃、消食、抗菌、抗病毒、解毒、降血糖、預(yù)防心血管疾病以及防癌抗癌等功效，而大蒜擁有的獨(dú)特性辛辣刺激氣味，食用后會(huì)造成人體不適，如果長(zhǎng)期食用或食用過多，還會(huì)在一定程度上損傷人體的肝臟或眼睛。黑大蒜，是由新鮮帶皮的生蒜，在高溫高濕的環(huán)境下自然發(fā)酵而成的制品，與新鮮大蒜相比，黑大蒜在新鮮生蒜原有的營(yíng)養(yǎng)成分的基礎(chǔ)上，多酚類物質(zhì)大幅提高，在抗氧化、抗酸化等方面的作用可提高5～10倍，使黑大蒜具有增強(qiáng)機(jī)體免疫力、抗癌、抗衰老、抗疲勞、改善糖代謝、抗過敏等作用。此外，黑大蒜沒有新鮮生蒜中的刺激性辛辣味，口感酸甜軟糯，無刺激的蒜味，所以近年來該產(chǎn)品發(fā)展迅速[1-3]。

目前國(guó)內(nèi)對(duì)于黑大蒜的研究還處于初級(jí)階段。日本傳統(tǒng)黑蒜發(fā)酵周期為3～6個(gè)月，我國(guó)傳統(tǒng)黑蒜機(jī)械發(fā)酵周期為30 d，生產(chǎn)周期長(zhǎng)，成本較高，不利于產(chǎn)品的普及生產(chǎn)，致使產(chǎn)品價(jià)位較高，在縮短黑大蒜發(fā)酵時(shí)間的研究方面，主要集中在對(duì)大蒜進(jìn)行冷凍處理、高溫短時(shí)加熱、超聲預(yù)處理及調(diào)整發(fā)酵溫度和濕度等方面[4-6]，對(duì)于黑大蒜快速發(fā)酵及美拉德反應(yīng)對(duì)黑蒜發(fā)酵速度的影響方面的研究較少。本文主要研究了美拉德反應(yīng)對(duì)黑蒜品質(zhì)及發(fā)酵速度的影響，經(jīng)優(yōu)化美拉德反應(yīng)液配方預(yù)處理鮮大蒜，研究不同的發(fā)酵時(shí)間和預(yù)處理方法對(duì)黑蒜的總酚含量、還原糖含量、色差、水分含量及風(fēng)味品質(zhì)的影響，確定了黑大蒜發(fā)酵的最佳工藝，大大縮短了黑蒜的發(fā)酵周期，具有良好的應(yīng)用前景。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

邳州大蒜、蜂蜜：購自徐州七里溝農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)；福林酚試劑、無水乙醇、甲醇、蒽酮、鹽酸：均為分析純，購自國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；葡萄糖、甘氨酸、賴氨酸：均為食品級(jí)，購自浙江一諾生物科技有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

TC-HSS16智能黑蒜發(fā)酵機(jī) 佛山市順德區(qū)甜城電器有限公司；FA2004B電子天平 上海精科天美科學(xué)儀器有限公司；TDZ4臺(tái)式低速離心機(jī) 湖南赫西儀器裝備有限公司；HH-4數(shù)顯恒溫水浴鍋 國(guó)華電器有限公司；721型分光光度計(jì) 上海欣茂儀器有限公司；WF32精密色差儀 深圳市威福光電科技有限公司。

1.3 黑大蒜的制備方法

1.3.1 美拉德反應(yīng)液的配制

稱取不同量的葡萄糖、賴氨酸、甘氨酸、蜂蜜，并加50 g蒸餾水配制，共配制9組不同的美拉德反應(yīng)液，用于進(jìn)行正交試驗(yàn)。

1.3.2 大蒜預(yù)處理

將新鮮大蒜清洗，去除最外層的皮，保留其余外皮的完整，自然風(fēng)干。選取大小均勻一致的5粒蒜瓣(重約20 g)備用。

1.3.3 黑大蒜制作工藝流程

美拉德反應(yīng)液配制→攪拌→靜置→浸泡(預(yù)處理后的大蒜12 h)→清洗→擦干→智能黑蒜發(fā)酵機(jī)中發(fā)酵→冷卻至室溫→裝袋→封口→成品。

1.4 單因素試驗(yàn)確定發(fā)酵時(shí)間

利用智能黑蒜發(fā)酵機(jī)在恒溫恒濕(溫度70 ℃，濕度90%)條件下發(fā)酵黑大蒜，發(fā)酵時(shí)間分別設(shè)為96，120，144，168，192 h，測(cè)定不同發(fā)酵時(shí)間下黑大蒜的總酚含量、色差、還原糖含量、水分含量，研究不同發(fā)酵時(shí)間對(duì)黑大蒜品質(zhì)的影響。

1.5 正交試驗(yàn)方法

美拉德反應(yīng)液由不同量的葡萄糖、賴氨酸、甘氨酸、蜂蜜，并加50 g蒸餾水配制，選用葡萄糖、蜂蜜、兩種不同的氨基酸(甘氨酸、賴氨酸)進(jìn)行正交試驗(yàn)，正交試驗(yàn)因素水平見表1。

表1 正交試驗(yàn)因素水平表Table 1 Factors and levels of orthogonal test

1.6 感官評(píng)價(jià)方法

對(duì)發(fā)酵好的黑大蒜進(jìn)行感官評(píng)價(jià)，見表2。從氣味、色澤、質(zhì)地、口感4個(gè)方面對(duì)發(fā)酵的黑蒜成品進(jìn)行評(píng)價(jià)，共計(jì)100分，每項(xiàng)25分。邀請(qǐng)9位專業(yè)人士進(jìn)行感官評(píng)分，每項(xiàng)指標(biāo)取平均值，分項(xiàng)測(cè)評(píng)匯總。

表2 黑蒜感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Sensory evaluation criteria of black garlic

1.7 檢測(cè)方法

1.7.1 總酚的測(cè)定

以沒食子酸為標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，選用福林-酚比色法[7]測(cè)定總酚的含量，取2 g黑大蒜干燥樣品，用乙醇提取，根據(jù)提取液體積計(jì)算總酚含量。

1.7.2 色差的測(cè)定

利用色差儀來測(cè)定黑蒜的色差，隨機(jī)選擇發(fā)酵過程中的黑大蒜，取其橫切面，測(cè)定橫切面的ΔE，ΔE是樣品的總色差，ΔE值越大，則表明色差越大，大蒜褐變的程度越大。

1.7.3 可溶性糖的測(cè)定

利用蒽酮比色法[8]測(cè)定黑大蒜中可溶性糖的含量。

1.7.4 水分含量的測(cè)定

利用直接干燥法[9]測(cè)定黑大蒜的水分含量。

將黑蒜樣品磨碎，迅速過20～40目篩，混勻，放入潔凈的扁形玻璃稱量瓶中，置于85 ℃干燥箱中烘干，取出冷卻，精確稱量直至恒重。根據(jù)下式計(jì)算水分含量。

式中：X為樣品中水分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；a為稱量瓶和試樣干燥前的質(zhì)量，g；b為稱量瓶和試樣干燥后的質(zhì)量，g；c為稱量瓶的質(zhì)量，g。

2 結(jié)果與分析

2.1 黑蒜發(fā)酵單因素試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1.1 不同發(fā)酵時(shí)間對(duì)黑大蒜總酚含量的影響

酚類物質(zhì)具有預(yù)防心血管疾病、抗輻射、抗腫瘤、抗氧化等作用。研究黑蒜加工過程中總酚的含量變化，對(duì)加快研究黑蒜工藝和提高黑蒜中功能性成分含量具有重要意義。

在恒溫恒濕條件下發(fā)酵黑大蒜，分別在發(fā)酵的第96，120，144，168，192 h測(cè)定黑大蒜的總酚含量，結(jié)果見圖1。

圖1 不同發(fā)酵時(shí)間對(duì)黑大蒜總酚含量的影響Fig.1 Effect of different fermentation time on total polyphenol content of black garlic

由圖1可知，在大蒜發(fā)酵開始時(shí)，總酚含量隨時(shí)間的增加而增加，這可能是因?yàn)榘l(fā)酵初期，大蒜中的大分子酚類物質(zhì)發(fā)生降解反應(yīng)，釋放大量的酚羥基，從而使總酚含量升高，主要為沒食子酸類化合物，具有良好的抗氧化能力[10]。當(dāng)發(fā)酵時(shí)間達(dá)到144 h時(shí)，總酚的含量達(dá)到最大值，之后總酚含量隨著時(shí)間的增加而下降，這可能是因?yàn)榘l(fā)酵后期酚類物質(zhì)自身發(fā)生縮合，生成褐色物質(zhì)，縮合反應(yīng)的速度大于降解的速度，導(dǎo)致總酚含量有所下降。

2.1.2 不同發(fā)酵時(shí)間對(duì)黑大蒜色差的影響

發(fā)酵的大蒜顏色由淺變深，大致經(jīng)過白色、黃色、褐色、深褐色、黑色等顏色變化的過程。色差反映了褐變的程度，可以反映黑大蒜的質(zhì)量。在恒溫恒濕條件下，分別在發(fā)酵的第96，120，144，168，192 h測(cè)定黑大蒜的色差，結(jié)果見圖2。

圖2 不同發(fā)酵時(shí)間對(duì)黑大蒜色差的影響Fig.2 Effect of different fermentation time on color difference of black garlic

由圖2可知，在發(fā)酵過程中，隨著時(shí)間推移，黑蒜的色差先急劇增加，在發(fā)酵144 h后趨于平緩，即褐變程度先越來越快然后趨于穩(wěn)定。這主要是由于發(fā)酵過程中通過微生物的分解作用、酶促褐變反應(yīng)以及非酶促褐變反應(yīng)，也包括美拉德反應(yīng)和焦糖化反應(yīng)在內(nèi)，從而產(chǎn)生黑色，并且產(chǎn)生的呈色物質(zhì)本身也存在一定的生物活性。

2.1.3 不同發(fā)酵時(shí)間對(duì)黑大蒜可溶性糖含量的影響

與生蒜相比，黑蒜的營(yíng)養(yǎng)功能和藥用價(jià)值都有了很大的提高。其中可溶性糖含量可以在一定程度上反映出發(fā)酵黑大蒜的甜度，與黑大蒜風(fēng)味聯(lián)系密切。在恒溫恒濕條件下，分別在發(fā)酵的第96，120，144，168，192 h測(cè)定黑大蒜的可溶性糖含量，結(jié)果見圖3。

圖3 不同發(fā)酵時(shí)間對(duì)黑大蒜可溶性糖含量的影響Fig.3 Effect of different fermentation time on soluble sugar content of black garlic

由圖3可知，在發(fā)酵初期，可溶性糖含量隨發(fā)酵時(shí)間增加而升高，這可能是因?yàn)榘l(fā)酵時(shí)大蒜中的多糖分解為單糖、雙糖，使可溶性糖含量增加，大蒜的甜度升高；在發(fā)酵144 h時(shí)可溶性糖含量達(dá)到最大值，此后，可溶性糖含量呈降低趨勢(shì)，這可能是因?yàn)榘l(fā)酵后期可溶性糖參與美拉德反應(yīng)，所以含量降低。研究黑蒜加工過程中可溶性糖含量的變化，對(duì)于加快研究黑蒜發(fā)酵工藝具有重要的意義。

2.1.4 不同發(fā)酵時(shí)間對(duì)黑大蒜水分含量的影響

發(fā)酵黑大蒜的口感是軟糯香甜的，黑大蒜的水分含量可以影響黑蒜的感官鑒評(píng)。研究黑大蒜水分含量對(duì)于加快研究黑大蒜工藝有著重要意義。

在恒溫恒濕條件下，分別在發(fā)酵的第96，120，144，168，192 h測(cè)定黑大蒜的水分含量，結(jié)果見圖4。

圖4 不同發(fā)酵時(shí)間對(duì)黑大蒜水分含量的影響Fig.4 Effect of different fermentation time on water content of black garlic

由圖4可知，隨著發(fā)酵時(shí)間增加，黑大蒜的水分含量越來越少，這是因?yàn)樵诎l(fā)酵過程中黑蒜不斷與外界環(huán)境發(fā)生熱傳遞，從而使水分蒸發(fā)，使黑蒜水分與外部環(huán)境達(dá)到平衡，所以水分含量一直下降。

通過對(duì)總酚含量的變化、色差的變化、可溶性糖含量的變化以及水分含量的變化分析可知，在恒溫恒濕條件下，黑蒜發(fā)酵的最佳發(fā)酵時(shí)間為144 h。

2.2 正交試驗(yàn)結(jié)果與分析

選擇葡萄糖、蜂蜜、氨基酸3個(gè)因素(其中氨基酸選用賴氨酸與甘氨酸)，以這3個(gè)因素對(duì)黑大蒜品質(zhì)的影響進(jìn)行正交試驗(yàn)，采用四因素三水平正交試驗(yàn)表。邀請(qǐng)9位專業(yè)人士進(jìn)行感官評(píng)價(jià)，并對(duì)總酚含量進(jìn)行測(cè)定。正交試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 正交試驗(yàn)結(jié)果分析Table 3 Result analysis of orthogonal test

由表3可知，影響黑大蒜品質(zhì)的因素由主到次依次為C>A>B，即氨基酸添加量對(duì)黑大蒜品質(zhì)的影響最大，其次是葡萄糖的添加量，最后為蜂蜜的添加量。最優(yōu)的方案為A2B3C2，即氨基酸的添加量為賴氨酸1 g、甘氨酸1 g，葡萄糖的添加量為1 g，蜂蜜的添加量為1.5 g。

按照A2B3C2的方案，配制美拉德反應(yīng)液，將新鮮大蒜浸泡其中發(fā)酵為黑大蒜，其感官評(píng)價(jià)為93分，總酚的含量為2.207 mg/g。最終，確定黑大蒜發(fā)酵美拉德反應(yīng)液的最佳配方為A2B3C2，即葡萄糖1 g、蜂蜜1.5 g、賴氨酸1 g、甘氨酸1 g配制而成的美拉德反應(yīng)液對(duì)促進(jìn)黑大蒜發(fā)酵的效果最好。

3 結(jié)論

通過單因素試驗(yàn)，確定在恒溫恒濕的條件下，黑大蒜發(fā)酵的最佳時(shí)間為144 h，在此條件下得到的黑大蒜總酚含量為2.097 mg/g，色差值為61.70，可溶性糖含量為37.11 mg/g，水分含量為32.13%。

通過正交試驗(yàn)，確定預(yù)處理浸泡黑大蒜的美拉德反應(yīng)液最優(yōu)配方為：葡萄糖1.34%、蜂蜜2.01%、賴氨酸1.34%、甘氨酸1.34%。以此配方得到的黑大蒜的感官評(píng)分為93分，總酚含量為2.207 mg/g。

該工藝制作的黑大蒜其本身的蒜臭味或蒜辛味極小，反而帶有甜味、質(zhì)地柔軟、不粘牙、口感很好，使傳統(tǒng)黑大蒜6個(gè)月的發(fā)酵時(shí)間縮短為6 d，且黑大蒜的總酚含量、可溶性糖含量較高，功能效果較強(qiáng)，營(yíng)養(yǎng)豐富，對(duì)人類身體健康更加有益，具有一定的開發(fā)前景。