大蒜含水率的測定方法

陳宇曦，阮培英，王　健，翁修海，李澤洋

大蒜含水率的測定方法

陳宇曦，阮培英*，王健，翁修海，李澤洋

(山東理工大學(xué)農(nóng)業(yè)工程與食品科學(xué)學(xué)院，山東 淄博 255000)

我國是世界上最大的大蒜種植和出口國，快速發(fā)展大蒜深加工是提升產(chǎn)品市場競爭力的重要途徑。大蒜含水率的測定是進(jìn)行大蒜深加工的基礎(chǔ)，也是影響大蒜產(chǎn)品的運(yùn)輸和貯存質(zhì)量的關(guān)鍵因素，因此，進(jìn)行大蒜含水率測定方法的研究具有重要意義。結(jié)合大量文獻(xiàn)簡述了大蒜及其產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)含水率測定方法，通過歸納鮮蒜目前常用的干燥方法對其干燥質(zhì)量進(jìn)行了分析和總結(jié)。深入探索各種干燥方法對大蒜水分測定的可行性，并在此基礎(chǔ)上，提出了采用快速干燥方法以及近紅外光譜法等作為大蒜水分含量檢測方法的建議。

大蒜；含水率；測定；干燥；深加工

中國的大蒜種植有著悠久的歷史，鮮品大蒜具有保護(hù)心臟、抗菌、降低膽固醇、抗炎和抗癌的功效，常作為調(diào)味品和藥材使用[1]。水分是大蒜的主要組成部分，鮮蒜的含水率通常在50%以上[2]。水分含量對大蒜結(jié)構(gòu)形態(tài)、新鮮度、風(fēng)味以及貯存時限等均會產(chǎn)生影響，過高的水分含量會給病原體和霉菌等提供繁殖條件，導(dǎo)致鮮蒜在運(yùn)輸和貯存的過程中發(fā)霉變質(zhì)，影響其經(jīng)濟(jì)效益。從我國大蒜深加工發(fā)展現(xiàn)狀來看，脫水蒜片、蒜粉、黑蒜和大蒜精油等產(chǎn)品均擁有良好的市場前景，這幾種深加工技術(shù)以大蒜素、果糖和葡萄糖等作為主要有效成分[3]；而大蒜產(chǎn)品中的水分含量則會影響這些重要成分的濃度，從而影響大蒜產(chǎn)品的質(zhì)量，因此，采用標(biāo)準(zhǔn)、合理和高效的含水率測定方法十分重要。目前國內(nèi)通常根據(jù)《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)》中的減壓干燥法與直接干燥法測定鮮蒜的含水率，暫未有應(yīng)用其他干燥方法進(jìn)行大蒜含水率測定的相關(guān)研究和報道。本文在總結(jié)大蒜及大蒜深加工制品的標(biāo)準(zhǔn)水分測定方法的基礎(chǔ)上，探討了諸如微波干燥、紅外干燥等方法對大蒜品質(zhì)的影響，探索了以上方法用于大蒜水分測定的可行性，以期為進(jìn)一步拓寬大蒜含水率測定方法提供理論依據(jù)。

1　大蒜含水率的標(biāo)準(zhǔn)測定方法

根據(jù)我國《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)》GB/T5009.3— 2016的規(guī)定，食品含水率的測定方法包括蒸餾法、卡爾·費(fèi)休法、直接干燥法與減壓干燥法[4]。其中，卡爾·費(fèi)休法適用于精準(zhǔn)測量食品中的微量水分[5]；蒸餾法通常用于水分高且含有較多揮發(fā)性物質(zhì)的肉類、肉制品和水果等的水分測定。目前，國內(nèi)測定鮮蒜含水率主要以《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)》GB/T5009.3—2016和《中國藥典》為依據(jù)，采用直接干燥或烘干與減壓干燥兩類方法，卡爾·費(fèi)休法和蒸餾法不適合用于鮮蒜的含水率測定?！妒称钒踩珖覙?biāo)準(zhǔn)》GB/T5009.3—2016中的直接干燥法與《中國藥典》中的烘干法[6]，以及《美國藥典》中的重量分析法[7]和《印度藥典》中的熱重分析法[8]均采用相同的水分測定原理——使鮮蒜樣品中的水分在101～105℃高溫下蒸發(fā)，稱取干燥前后樣品的重量，從而測得鮮蒜的含水率。101～105℃的高溫既能保證鮮蒜中的水分充分蒸發(fā)，又不容易破壞鮮蒜中的成分，可以有效保證鮮蒜的品質(zhì)。減壓干燥法則適用于水分不易揮發(fā)或在高溫條件下易分解的食品，通過降低干燥溫度、延長干燥時間使水分在較低氣壓下?lián)]發(fā)，完成干燥和測定。在參考趙東升等[2]的研究內(nèi)容基礎(chǔ)上，通過對照并補(bǔ)充了《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)》、《中國藥典》等方法的規(guī)定，結(jié)合劉睿婷的試驗(yàn)研究[9]，對大蒜含水率不同測定方法的操作要點(diǎn)、具體干燥方法、切片厚度、干燥時長和干燥品質(zhì)等進(jìn)行了總結(jié)，如表1所示。

表1　不同大蒜含水率測定方法的比較*

*表1中第3-10行、3-6列的內(nèi)容均引用自趙東升等的研究[2]；第2列和第7列的內(nèi)容則分別引用自《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)》[4]和劉睿婷等的研究[9]。

各含水率測定方法在進(jìn)行大蒜干燥時均需通過首次干燥、冷卻后稱重、干燥1h后冷卻稱重、重復(fù)直到恒重等流程。由表1可以看出，各方法采用的首次干燥時長不同，減壓干燥法因采用了較低干燥溫度，首次干燥時長明顯多于其他方法，因此，采用高溫直接干燥法和烘干法等進(jìn)行大蒜含水率測定時，所需的干燥總時長稍短，一般為6h以上，但干燥后的大蒜呈焦黃色；而低溫減壓干燥法則需要的總時長為17～25 h以上，干燥后的大蒜呈淡黃色。此外，趙東升等[2]的研究發(fā)現(xiàn)，采用65℃的減壓干燥法測得的大蒜含水量稍低于采用105℃干燥方法所得結(jié)果，原因可能是105℃的高溫會使鮮蒜中的某些物質(zhì)揮發(fā)、導(dǎo)致含水率數(shù)值偏大。

綜上，大蒜含水率測試中的直接干燥法、烘干法與減壓干燥法操作流程簡單清晰、重復(fù)度高，便于形成標(biāo)準(zhǔn)的測定方法，但卻存在著效率較低，耗時較長的缺陷，因此研究和選擇適合大蒜深加工高效、便捷和準(zhǔn)確的水分檢測方法，同時能滿足使用工業(yè)化設(shè)備進(jìn)行快速、大規(guī)模的鮮蒜水分測定的需求，具有重要意義。

2　大蒜深加工制品的含水率測定方法

蒜粉以鮮蒜為原料，其應(yīng)用范圍非常廣泛，通常用作調(diào)味品和保健品。張春等[10]采用我國《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)》中的直接干燥法，甲苯蒸餾法和出口脫水大蒜制品檢驗(yàn)規(guī)程，美國食品藥品監(jiān)督管理局規(guī)定中的真空干燥法以及正己烷蒸餾法共五種方法對蒜粉的含水率進(jìn)行了檢測，并對不同測試方法的含水率結(jié)果以及樣品干燥后的色澤進(jìn)行比較后發(fā)現(xiàn)：由于蒜粉的含糖量較高，使用甲苯蒸餾法測定蒜粉的含水率時，樣品容易焦炭化；直接干燥法的高溫也會使蒜粉變黑；而真空干燥法和正己烷蒸餾法的蒜粉含水率測定結(jié)果十分接近，且干燥前后樣品的色澤基本保持不變，是最適合用于蒜粉含水率測定的兩種方法。

干燥的蒜片由于含水率低可以長期保存，且便于運(yùn)輸和食用，是大蒜深加工產(chǎn)品常見的形式。蒜片的含水率可采用常壓干燥法進(jìn)行測定，但會產(chǎn)生樣品焦糊的現(xiàn)象。阮建苗等[11]以“食品水分檢測的仲裁法”——甲苯蒸餾法測定的蒜片水分含量實(shí)驗(yàn)結(jié)果為標(biāo)準(zhǔn)，找出105℃常壓干燥條件下既能與標(biāo)準(zhǔn)結(jié)果基本一致，又能避免樣品焦糊的最短干燥時長為40 min，得到了結(jié)果準(zhǔn)確、品質(zhì)無損的蒜片常壓干燥法測定條件。

3　鮮蒜常用的干燥方法

3.1　熱風(fēng)干燥

熱風(fēng)干燥是目前應(yīng)用最廣泛的大蒜脫水干燥方法，具有成本低、操作簡單等優(yōu)點(diǎn)。李湘利等[12]將脫皮大蒜進(jìn)行切粒和護(hù)色后平鋪于恒定風(fēng)速0.5 m/s的鼓風(fēng)干燥箱中，之后分別在不同溫度下進(jìn)行熱風(fēng)干燥，試驗(yàn)結(jié)果表明：干燥溫度高，則干燥速率快、干燥耗時短；當(dāng)干燥溫度為80℃時，干燥速率較高，為0.054 g/(g·min)，但大蒜素含量會受到影響。張杰等[13]則分別在120℃、100℃、80℃和50℃下進(jìn)行大蒜熱風(fēng)干燥，發(fā)現(xiàn)樣品在80℃下進(jìn)行30 min的熱風(fēng)干燥后，脫水率約為30%、復(fù)水率最高為123%，且色澤保持良好；而在120℃下干燥30 min后，大蒜的脫水率超過70%，但樣品發(fā)生碳化、質(zhì)量受損。綜上，熱風(fēng)干燥的效率高，可以較好保持樣品品質(zhì)，在選擇好干燥溫度的情況下，可以嘗試用于測定鮮蒜的水分含量。

3.2　微波干燥

微波干燥的原理是通過微波加熱使物料中的水分受熱而蒸發(fā)。張杰等[13]在對大蒜進(jìn)行脫皮、切片、漂洗以及護(hù)色預(yù)處理后，采用150 W的微波功率進(jìn)行大蒜的干燥。試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著微波干燥時間延長，樣品的復(fù)水率增加，但會逐漸產(chǎn)生皺縮現(xiàn)象、且有碳化趨勢；當(dāng)干燥時長為13 min時，干燥效果最好；微波干燥功率越高，大蒜素越容易被破壞。

微波干燥具有加熱比較均勻、干燥效率高、色澤保持度好等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)被應(yīng)用于大蒜等食品的脫水干燥中，但目前由于缺乏配套的工業(yè)化設(shè)備，影響了其大規(guī)模應(yīng)用[13]，且樣品容易干燥過度[14]。應(yīng)用微波干燥法進(jìn)行大蒜等食品含水率的測定，可實(shí)現(xiàn)對干燥過程的精準(zhǔn)控制，具有廣闊的應(yīng)用前景。

3.3　微波熱風(fēng)干燥

微波干燥效率高、能耗低，但費(fèi)用較高；而熱風(fēng)干燥成本低，但能耗較高、用時較長。為了融合兩種方法的優(yōu)點(diǎn)，李湘利等[12]利用正交試驗(yàn)將微波干燥與熱風(fēng)干燥進(jìn)行分段聯(lián)合，前期采用微波干燥，后期采用熱風(fēng)干燥，二者轉(zhuǎn)換點(diǎn)的含水率(干基)為1.200 g/g。研究結(jié)果表明，微波熱風(fēng)聯(lián)合干燥法可以增加樣品中大蒜素的保留量和復(fù)水率，不但樣品形狀變化小，并且還能降低總體費(fèi)用和時間。將微波熱風(fēng)干燥法應(yīng)用于鮮蒜水分檢測，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注控制轉(zhuǎn)換點(diǎn)的水分含量、干燥溫度以及干燥功率等主要影響因素。

3.4　紅外干燥

Thuwapanichayana等[15]將切碎的大蒜平鋪在托盤后放入干燥室，在50℃下進(jìn)行熱泵干燥，并增設(shè)了功率分別為250、350和450W的遠(yuǎn)紅外輻射。試驗(yàn)結(jié)果顯示，紅外輻射的加入使得干燥速度提升，同時樣品中的大蒜素含量降低；而當(dāng)紅外輻射功率增加時，樣品中大蒜素的含量無明顯變化。與單獨(dú)的熱泵干燥和熱風(fēng)干燥相比，紅外干燥使大蒜水分下降更快，干燥后大蒜的色澤更亮。

紅外干燥耗時短、效率高，且對樣品的損傷程度較小，但與之配套的設(shè)備價格較高，用于大蒜含水率的檢測經(jīng)濟(jì)效益欠佳，但通過結(jié)合熱泵干燥、熱風(fēng)干燥等方法的優(yōu)勢，可達(dá)到高效、保質(zhì)以及節(jié)能的目的[16]。

3.5　真空冷凍干燥

真空冷凍干燥的原理是先將樣品中的水分凍結(jié)成冰，之后在真空環(huán)境下使冰升華從而完成干燥[17]，能夠很好地保持樣品的形態(tài)及色澤。Yabin Feng等[18]先將蒜片在-40 ℃下冷凍3 h之后，在-18℃下以0.518 mbar的真空度干燥約10h使蒜片含水率(干基)達(dá)到8.43%。試驗(yàn)結(jié)果顯示，真空冷凍干燥前后蒜片的大蒜素含量變化小于熱風(fēng)干燥(P<0.05)，同時蒜片的營養(yǎng)物質(zhì)和色澤保持度較好，但真空冷凍干燥耗時長，能源消耗高，且設(shè)備的投資成本高[13]。在適當(dāng)提高蒸發(fā)溫度并降低真空度以降低能耗的基礎(chǔ)上，真空冷凍干燥或許也可以作為大蒜含水率的精準(zhǔn)檢測的一種備選方法。

4　結(jié)論與建議

標(biāo)準(zhǔn)的鮮蒜含水率測定方法普適性強(qiáng)，流程簡單清晰、重復(fù)度高，但操作繁瑣，需將樣品反復(fù)從干燥箱中拿出、待其冷卻后進(jìn)行稱重，耗時長、效率低。與目前大蒜含水率測定采用的直接干燥法和減壓干燥法相比，鮮蒜常用的干燥方法更加高效、便捷；熱風(fēng)干燥法效率高，可以保持樣品的品質(zhì)；微波干燥法、紅外干燥法及冷凍干燥法的效率高、且大蒜品質(zhì)保持度較好，但設(shè)備價格較貴、能耗較高；熱風(fēng)微波法以及熱泵紅外等聯(lián)合干燥法能夠結(jié)合各種技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，在增加效率的同時降低能耗，保證樣品品質(zhì)。由此可見，在解決諸如精準(zhǔn)過程控制和相應(yīng)設(shè)備工業(yè)化的基礎(chǔ)上，微波、紅外和冷凍干燥等方法可以作為備選的大蒜含水率檢測方法。

在總結(jié)現(xiàn)有的大蒜標(biāo)準(zhǔn)含水率測定方法與鮮蒜常用干燥方法的基礎(chǔ)上，提出如下建議。一是為縮短測試時間，提高測試準(zhǔn)確度，在控制好干燥溫度、干燥時長、設(shè)備功率等因素的基礎(chǔ)上，將包括微波、紅外和冷凍等大蒜干燥方法聯(lián)合熱風(fēng)干燥嘗試應(yīng)用于鮮蒜的含水率測定，并逐步形成標(biāo)準(zhǔn)；二是隨著加工設(shè)備自動化與智能化的發(fā)展，高效、便捷的近紅外光譜等無損水分檢測技術(shù)也逐漸得到了應(yīng)用，可以嘗試將紅外光譜測試技術(shù)應(yīng)用于大蒜深加工中，完成鮮蒜和大蒜制品的含水率測定；三是科研機(jī)構(gòu)、生產(chǎn)企業(yè)、各大高校需要研制適合于工業(yè)化的大蒜及其制品的水分測試設(shè)備，以降低加工成本，提高工作效率，減少人力消耗。

[1] CATANZARO E, CANISTRO D, PELLICIONI V, et al. Anticancer potential of allicin: a review[J]. Pharmacological Research, 2022, 177: 106118.

[2] 趙東升,宋百靈,史榮梅，等.關(guān)于《中國藥典》大蒜藥材水分測定標(biāo)準(zhǔn)的商榷[J].時珍國醫(yī)國藥,2016,27(5): 1175-1178.

[3] 于小禾,江南平.直接干燥法測定糧食水分的條件優(yōu)化[J].糧食儲藏,2011,40(4):46-49.

[4] 中華人民共和國衛(wèi)生部. 食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中水分的測定: GB 5009.3—2010[S]. 北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2016,GB/T5009.3.

[5] 侯洋,薛峰,彭亞鋒.卡爾·費(fèi)休庫倫法測定三水合檸檬酸鈣水分研究[J].中國食品添加劑,2022,33(1):173-177.

[6] 國家藥典委員會.中國藥典,四部[S].北京:中國醫(yī)藥科技出版社,2020,1114.

[7] United States Pharmacopeial Committee.United States Pharmacopeial.35th ed[S].USA: USP, 2012, 427.

[8] The Indian Pharmacopoeia Commission, Indian Pharma- copoeia Laboratory.Indian Pharmacopoeia 2010(VolumeⅠ)[S]. Ghaziabad: The Indian Pharmacopoeia Commission, Government of India,Ministry of Health＆Family Welfare,2010, 139-140.

[9] 劉睿婷,宋百靈,史榮梅，等.3種測定鮮蒜中水分含量方法的比較[J].新疆醫(yī)科大學(xué)學(xué)報,2014,37(1):9-11.

[10] 張春.洋蔥粉及蒜粉水分檢測方法探討[J].食品科技,2005, 30(11): 63-65..

[11] 阮建苗,孫大為,張雅芬.凍干蔬菜中水分快速檢測方法研究[J].食品科技,2009,34(5):287-290.

[12] 李湘利,劉靜,侯一超,等.大蒜粒微波-熱風(fēng)聯(lián)合干燥的工藝優(yōu)化[J].食品與發(fā)酵工業(yè),2018,44(11):237-244.

[13] 張杰,侯小歌,李新欣.大蒜3種脫水加工工藝比較[J].食品安全質(zhì)量檢測學(xué)報，2021,12(4):1398-1404.

[14] 郝啟棟,宮明杰,盧曉明.大蒜干燥技術(shù)研究進(jìn)展[J].中國調(diào)味品,2020,45(1):193-195.

[15] and moisture transport behaviour and quality of chopped garlic undergoing different drying methods[J]. Journal of Food Engineering, 2014, 136: 34-41.

[16] 于賢龍,褚斌,肖紅偉,等.紅外輻射食品熱處理機(jī)制及應(yīng)用研究進(jìn)展[J].食品與機(jī)械,2022,38(4):213-219.

[17] 劉業(yè)鳳, 周國梁, 李續(xù). 真空冷凍干燥蒜丁實(shí)際生產(chǎn)的能耗研究[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報, 2014, 30(10): 242-247.

[18] FENG Y B, XU B G, ELGASIM A YAGOUB A, et al. Role of drying techniques on physical, rehydration, flavor, bioactive compounds and antioxidant characteristics of garlic[J]. Food Chemistry, 2021, 343: 128404.

The determining methods for the moisture content of garlic

CHEN Yuxi, RUAN Peiying, WANG Jian, WENG Xiuhai, LI Zeyang

(College of Agricultural Engineering and Food Science, Shandong University of Technology, Zibo, Shandong 255000, China)

China is the largest garlic-planting and exporting country in the world. The rapid development of garlic deep processing is an important way to improve the market competitiveness of our garlic products. The determination of garlic moisture content is the basis of garlic deep processing, and also the key factor that will affect the transportation and storage quality of garlic products. Therefore, it is of great significance to study the determination method of garlic moisture content. Based on consulting and combining a large number of documents, this paper briefly describes the standard moisture content determination methods of garlic and its products, summarizes the commonly used drying methods of fresh garlic at present, and analyzes and summarizes its drying quality. The feasibility of various drying methods for garlic moisture determination was explored. It is suggested that the rapid drying method and near-infrared spectroscopy should be used as the detection method of potential garlic moisture content.

garlic; moisture content; determination; drying; deep processing

S513

A

2096–8736(2022)06–0018–04

2021年教育部產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項(xiàng)目——基于創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)目標(biāo)的智能農(nóng)機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系建設(shè)(202102425032)。

陳宇曦(2001—)，女，吉林松原人，大學(xué)本科，主要研究方向?yàn)檗r(nóng)業(yè)機(jī)械工程。

阮培英(1979—)，女，內(nèi)蒙古烏蘭察布人，博士研究生，副教授，主要研究方向?yàn)檗r(nóng)業(yè)機(jī)械工程。

責(zé)任編輯：陽湘暉

英文編輯：唐琦軍