黑蒜快速發(fā)酵工藝研究

丘苑新，楊靜嫻，何娣，邵曉敏，李存港

(仲愷農(nóng)業(yè)工程學院 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)創(chuàng)新研究院，廣州 510225)

大蒜被發(fā)酵加工成黑蒜，其營養(yǎng)成分發(fā)生了變化，有效成分含量也得到了顯著提高。與大蒜相比，黑蒜的水分、脂肪等相對較低。微量元素相對較高，且糖分、蛋白質(zhì)等含量是大蒜的2倍以上[1]，因此黑蒜的營養(yǎng)價值極高。黑蒜不僅保留原有大蒜的生理活性物質(zhì)，其總酚含量也是大蒜的10倍[2]。研究發(fā)現(xiàn)，黑蒜的抗氧化效果極好，且具有抗酸化、抑菌、抗癌、調(diào)節(jié)血糖、降血壓、保肝護臟、提高機體免疫力等方面功能[3-4]。

隨著生活水平的提高，人們開始追求生活品質(zhì)，一些人被黑蒜的保健功能、養(yǎng)生價值所吸引，且黑蒜改善了大蒜的風味和口感，增加了活性成分，這使得黑蒜更符合人體營養(yǎng)和保健需求，具有廣闊的市場前景[5]。因此，我們應(yīng)該盡力提高產(chǎn)品的內(nèi)在質(zhì)量、外觀質(zhì)量和產(chǎn)品價值。相信隨著人們對健康的關(guān)注以及對黑蒜健康功能的逐步認識，黑蒜將成為未來重要的保健食品。

因此，本研究以新鮮多瓣蒜為原料，通過變溫發(fā)酵和恒溫發(fā)酵以及添加多酚氧化酶對黑蒜的發(fā)酵工藝進行研究，以期解決傳統(tǒng)黑蒜加工周期長的問題，并對黑蒜的成分進行分析，研究黑蒜在加工過程中總酚和還原糖含量的變化，監(jiān)控黑蒜的品質(zhì)變化，為擴展黑蒜的新型食品市場以及開發(fā)黑蒜的下游加工產(chǎn)品，運用現(xiàn)代加工技術(shù)開發(fā)多元化的產(chǎn)品提供了參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

新鮮大蒜：市售；多酚氧化酶(1000 U/mg)：合肥博美生物科技有限責任公司；福林酚試劑：深圳市康初源有限公司；葡萄糖、沒食子酸：上海源葉生物科技有限公司；乙酸鋅、亞鐵氰化鉀、硫酸銅、酒石酸鉀鈉、氫氧化鈉、碳酸鈉、無水乙醇：均為分析純。

HH-S2電子恒溫水浴鍋 金壇市大地自動化儀器廠；CR-400色彩色差儀 日本柯尼卡美能達控股公司；TU-1900雙光束紫外可見分光光度計 天津凱爾曼豐科技有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 黑蒜制備流程

鮮蒜→挑選→裝罐→70 ℃恒溫預處理→去皮→噴灑多酚氧化酶溶液→60 ℃恒溫發(fā)酵→包裝→成品。

1.2.2 不同處理條件對黑蒜品質(zhì)的影響

1.2.2.1 變溫發(fā)酵、恒溫發(fā)酵對黑蒜品質(zhì)的影響

60 ℃恒溫發(fā)酵35 d；70 ℃處理5 h后降溫至60 ℃恒溫發(fā)酵35 d；70 ℃處理10 h后降溫至60 ℃恒溫發(fā)酵35 d。

1.2.2.2 添加多酚氧化酶對黑蒜品質(zhì)的影響

在蒜表面噴灑多酚氧化酶溶液后于60 ℃恒溫發(fā)酵35 d；70 ℃處理5 h后，在蒜表面噴灑多酚氧化酶溶液，調(diào)節(jié)溫度至60 ℃恒溫發(fā)酵35 d；70 ℃處理10 h后，在蒜表面噴灑多酚氧化酶溶液，調(diào)節(jié)溫度至60 ℃恒溫發(fā)酵35 d。實驗分為6組，見表1。

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表1 不同處理條件實驗組Table 1 The test groups under different treatment conditions

1.2.3 色差

式中:ΔL=L樣品-L目標值；Δa=a樣品-a目標值；Δb=b樣品-b目標值。

1.2.4 總酚含量

采用Folin-Ciocalteu法[6]測定黑蒜的總酚含量，以沒食子酸為標準品，測定發(fā)酵5，10，15，20，25，30，35 d黑蒜的總酚含量，重復3次取平均值。

1.2.5 還原糖含量

1.2.6 感官評價

以色澤、氣味、口感、質(zhì)地、可接受度[8]這5項作為黑蒜的感官評價指標，按表2黑蒜品質(zhì)感官評價參考標準對成熟黑蒜進行獨立評分。

表2 黑蒜品質(zhì)感官評價參考標準Table 2 The sensory evaluation reference standard for black garlic quality

1.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理和分析采用SPSS 25進行統(tǒng)計分析，用Origin Pro 9.0 軟件進行數(shù)據(jù)處理和繪圖，實驗結(jié)果均重復3次，取平均值。

2 結(jié)果與分析

2.1 加工過程中黑蒜褐變度分析

黑蒜的褐變度是反映黑蒜酶促褐變程度最直觀的指標。本實驗用總色差△E來表示黑蒜的褐變度，△E值越大表明顏色越深，酶促褐變的程度越高。按照表1進行實驗，由圖1可知，在發(fā)酵前期和中期，大蒜的褐變度都呈現(xiàn)快速上升階段，經(jīng)過70 ℃變溫處理的S3、S4、S5、S6的褐變度明顯高于未經(jīng)過變溫處理的S1、S2；同組之間，經(jīng)過多酚氧化酶處理的S1、S3、S5的褐變度比未經(jīng)過多酚氧化酶處理的S2、S4、S6要高一些。到發(fā)酵后期，經(jīng)過預處理組的大蒜褐變度幾乎都趨于平緩，△E都幾乎趨于70 ℃。根據(jù)姜雪[9]的研究得知，多瓣黑蒜達到成熟時的褐變度△E集中在70 ℃左右，而60 ℃恒溫發(fā)酵的大蒜褐變度變化較緩慢。

圖1 不同處理條件對黑蒜褐變度的影響

黑蒜在制備過程中外觀變化見圖2，黑蒜在不同溫度下處理的成熟度明顯不同，變溫發(fā)酵達到黑蒜成熟顏色所需的時間更短，在較高溫度下褐變的速度更快。發(fā)酵至30 d時，處理組S5和S6已完全具備黑蒜的深黑色外觀，且外形和柔軟度都已經(jīng)達到黑蒜成品的程度。

圖2 黑蒜加工過程中外觀的變化

2.2 加工過程中黑蒜的成分變化

2.2.1 總酚含量

黑蒜中的酚類物質(zhì)是反映黑蒜品質(zhì)的重要功能性成分之一[10-11]。按照表1的處理條件，對發(fā)酵期間各組大蒜中的總酚含量進行測定，見圖3。

圖3 不同處理條件對黑蒜總酚的影響

由圖3可知，各實驗組總酚含量隨發(fā)酵時間的變化出現(xiàn)先增加后降低的趨勢，在發(fā)酵初期，各組大蒜的總酚含量都比較低。隨著發(fā)酵時間的推進，總酚呈現(xiàn)出量的積累，當發(fā)酵至25 d時，經(jīng)過70 ℃處理的S3～S6的總酚含量達到最大值，這是由于大蒜在發(fā)酵過程中，高溫高濕的環(huán)境使多酚氧化酶活性減弱，而蒜瓣本身的多酚類物質(zhì)在高溫環(huán)境中分解出更多的酚羥基，導致總酚的相對含量提高。而未經(jīng)處理的實驗組S1和S2的總酚仍呈現(xiàn)積累狀態(tài)，這可能是由于黑蒜在60 ℃條件下發(fā)酵時間緩慢。

2.2.2 還原糖含量

黑蒜在加工過程中的風味變化與可溶性糖的含量有密切的關(guān)系，可溶性糖的含量在一定程度上反映了黑蒜的甜度[12]。在表1的處理條件下，對大蒜在發(fā)酵期間的還原糖含量進行測定，結(jié)果見圖4。

圖4 不同處理條件對黑蒜還原糖的影響

由圖4可知，各實驗組還原糖總體上呈現(xiàn)上升的趨勢，說明還原糖隨著發(fā)酵時間的推遲在蒜瓣內(nèi)進行量的積累，這一結(jié)果與王玉榮等[13]的研究結(jié)果一致。其中，經(jīng)過70 ℃處理10 h的大蒜還原糖的含量要高于其他組，說明經(jīng)過高溫處理后大蒜的美拉德反應(yīng)和焦糖化反應(yīng)速度比其他兩種處理組要快，因此還原糖積累速度較快。

2.3 成熟黑蒜各指標及感官評價分析

由表3可知，不同處理條件下，成熟黑蒜的各指標具有顯著性差異(P<0.05)，經(jīng)過變溫處理的成熟黑蒜的感官評價差異顯著(P<0.05)，70 ℃處理10 h的成熟黑蒜的感官評價要高于其他兩種處理組，而直接60 ℃發(fā)酵的黑蒜，無論從各指標還是感官分析來看，均低于預處理組；添加多酚氧化酶對黑蒜的感官評價差異不顯著(P>0.05)，可能原因是影響黑蒜感官評價的主要指標是口感和風味。

表3 黑蒜各指標及感官評價的顯著性分析Table 3 The significance analysis of indexes and sensory evaluation of black garlic

由表4相關(guān)性分析可知，影響黑蒜感官評價的指標是褐變度和還原糖，而影響黑蒜褐變度的主要指標是還原糖，說明黑蒜的感官品質(zhì)與還原糖密切相關(guān)。

表4 黑蒜各指標及感官評價的相關(guān)性分析Table 4 The correlation analysis of indexes and sensory evaluation of black garlic

3 討論與結(jié)論

根據(jù)Kimura等的報道[14]，高溫可以縮短黑蒜的發(fā)酵周期，但對黑蒜的風味和口感會造成一定的影響，低溫下發(fā)酵的黑蒜產(chǎn)品顏色不夠深，且發(fā)酵周期長。本次實驗對黑蒜的感官品質(zhì)進行了考察，采用變溫發(fā)酵和添加多酚氧化酶對大蒜進行發(fā)酵，研究結(jié)果表明，通過70 ℃處理的大蒜發(fā)酵時間明顯縮短，是因為在高溫環(huán)境下，大蒜的組織結(jié)構(gòu)被破壞，蒜膜屏障受損，因此大蒜本身的酚類物質(zhì)和酚酶接觸再加上活性氧的參與，促進了大蒜的酶促褐變反應(yīng)；對大蒜添加多酚氧化酶以加速大蒜褐變反應(yīng)的研究發(fā)現(xiàn)，在產(chǎn)品的外觀上較難觀察出顏色的變化，但是通過測定色差值可以看出，添加多酚氧化酶處理的大蒜褐變速度要快于未添加組，主要原因是酶促褐變發(fā)生的3個條件是酚類物質(zhì)、酶和氧，而大蒜中的酚類物質(zhì)含量較高，額外地添加酚酶意味著催化劑濃度的提升，加之高溫對大蒜的組織結(jié)構(gòu)造成一定程度的破壞，促使多酚氧化酶更快地進入組織結(jié)構(gòu)內(nèi)部，加速了酶促褐變的進程，說明添加多酚氧化酶對黑蒜的發(fā)酵周期有一定的影響。

在分析黑蒜加工過程中的成分變化發(fā)現(xiàn)，酚類物質(zhì)和還原糖作為衡量黑蒜產(chǎn)品品質(zhì)的一個重要指標，其含量的高低影響黑蒜的功效性及感官品質(zhì)[15]，而總酚和還原糖的濃度在不同處理條件下與黑蒜的發(fā)酵時間呈正相關(guān)，其中，總酚的蓄積在發(fā)酵后期呈現(xiàn)相對下降的趨勢，原因可能是多酚類物質(zhì)自身發(fā)生縮合反應(yīng)形成褐色物質(zhì)，隨著發(fā)酵時間的延長，生成的有色物質(zhì)含量多，導致總酚的含量相對降低。結(jié)合感官評價分析可以看出，影響黑蒜感官品質(zhì)的主要成分是還原糖，因此黑蒜褐變度的差別主要是成熟過程中美拉德反應(yīng)和酶促褐變引起的，但美拉德反應(yīng)起主要作用。從總體上看，經(jīng)過70 ℃處理10 h后的實驗組S5和S6的感官品質(zhì)和成分分析總體上要高于其他兩種處理組，可以結(jié)合添加多酚氧化酶促進黑蒜的酶促褐變，縮減發(fā)酵時間，節(jié)約能量，減少成本。