蒜蓉超高壓處理條件優(yōu)化及其理化性質(zhì)

龍姣麗，周佺，艾民珉，李樹長，郭善廣，黃煒儀，黃婉瑩，蔣愛民*

（1.華南農(nóng)業(yè)大學食品學院，廣東 廣州 510642；2.畜禽產(chǎn)品精準加工與安全控制技術(shù)國家地方聯(lián)合工程研究中心，廣東 廣州 510642）

大蒜屬百合科蔥屬，是我國傳統(tǒng)的食物及多種調(diào)味品的原料，以“陸地上生長的天然抗生素”而聞名[1]。大蒜含有多種生物活性物質(zhì)，具有抗菌、抗氧化、抗病毒、抗癌、降血脂等生物活性[2-3]。大蒜在我國培育歷史悠久、單項出口總額位列農(nóng)產(chǎn)品第一，出口形式主要以新鮮大蒜和干大蒜為主[1，4]。傳統(tǒng)大蒜加工主要以熱泵干燥[5]、微波干燥[6]等熱處理為主；雖然這些方法成本低，便于操作，但會破壞大蒜的生物活性及營養(yǎng)成分[7]，目前，也有雙酶法提取技術(shù)[8]、包埋技術(shù)[9]等部分新型加工技術(shù)應用于大蒜研究，但種類較少。

超高壓技術(shù)是一種新型非熱加工技術(shù)，被譽為21世紀綠色無污染的食品加工技術(shù)[10]，已被廣泛應用于果蔬[11]、肉制品[12]和水產(chǎn)品[13]等方面的研究。超高壓技術(shù)因其處理溫度低，食品營養(yǎng)成分及色香味損失少、效率高、能耗少等優(yōu)點[14]而成為廣大學者的研究熱點。王凌云等[15]研究表明低溫有利于保存超高壓果肉飲料中的維生素C。Ma等[16]研究表明適宜超高壓處理能改善大蒜風味。孫思成等[7]研究表明適宜超高壓處理能脫除大蒜臭味并保持其抗氧化和抑菌能力。縱偉等[17]優(yōu)化大蒜渣多糖的超高壓提取工藝，得到最佳提取條件為壓力 400 MPa、時間 4.5 min、固液比 1 ∶16（g/mL）。雖然超高壓技術(shù)已經(jīng)在大蒜相關(guān)研究上有所應用，但在大蒜產(chǎn)品加工方面的應用研究較少，因此本研究以感官評分和b*值為考察指標，以超高壓壓力、保壓時間和黃原膠添加量為考察因素，采用Design-Expert響應面法優(yōu)化蒜蓉超高壓處理工藝，為蒜蓉超高壓處理提供技術(shù)和理論支持，同時也為拓寬超高壓技術(shù)的應用方向提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

山東紫皮大蒜、鹽、食用油、檸檬酸、黃原膠：市售；L-半胱氨酸、葡萄糖、濃硫酸、苯酚（均為分析純）：廣州化學試劑廠。

1.2 儀器與設備

超高壓設備（UHP800 MPa）：包頭文天科技有限責任公司；紫外可見分光光度計（UV-1800）：日本島津儀器有限公司；高速分散均質(zhì)機（IKA T25 digital）：德國IKA公司；冷凍高速離心機（5804 R）：德國艾本德儀器公司；色差儀（X-RITE SP62）：美國愛色麗公司。

1.3 方法

1.3.1 蒜蓉制作流程

原料蒜→去皮、切端→浮選→清洗→滅酶→搗碎→加配料充分混勻→真空包裝→超高壓處理

1.3.2 操作要點

1.3.2.1 原料蒜前處理

選用大小均勻、無損傷、無霉變的大蒜樣品。

1.3.2.2 浮選

將蒜瓣放入清水中，去除上浮蒜瓣。

1.3.2.3 滅酶

對蒜瓣進行燙漂處理，使酶失活。

1.3.2.4 真空包裝

將制作好的蒜蓉進行真空包裝。

1.3.2.5 超高壓處理

真空包裝好的蒜蓉在2 h內(nèi)進行超高壓處理。

1.3.3 感官評分方法

參考黃智[18]的方法對超高壓處理后的蒜蓉進行感官評價。挑選20名經(jīng)過培訓的人員對蒜蓉進行感官評分。各指標的評分采用5分法，感官評分結(jié)果以平均分表示。具體感官評分標準見表1。

表1 蒜蓉感官評分標準Table 1 Criteria for sensory evaluation of mashed garlic

1.3.4 色澤測定

用色差儀測定蒜蓉表面b*值（b*值越小，表示褐變程度越低），每個樣品測定5次，結(jié)果取平均值。

1.3.5 理化指標及微生物指標檢測

根據(jù)Q/SYF 0004S—2019《蒜蓉系列調(diào)料》中規(guī)定的各項理化指標檢測方法測定蒜蓉中的水分、酸價、過氧化值、菌落總數(shù)及大腸桿菌數(shù)；同時，采用苯酚-硫酸法測定水溶性多糖含量；根據(jù)王玨[19]的方法測定蒜蓉中大蒜素含量。

1.4 單因素試驗設計

基礎添加條件：3%鹽、0.3%檸檬酸，50%食用油。

1.4.1 超高壓壓力的確定

在基礎添加條件下，黃原膠添加量為0.3%，分別在 200、300、400、500、600 MPa 下處理 15 min，通過感官評分和蒜蓉b*值確定最佳超高壓壓力。

1.4.2 保壓時間的確定

在基礎添加條件下，黃原膠添加量為0.3%，在400 MPa 下分別處理 5、10、15、20、25 min，通過感官評分和蒜蓉b*值確定最佳保壓時間。

1.4.3 黃原膠添加量的確定

前期預試驗結(jié)果表明黃原膠添加過少或不添加會導致蒜蓉質(zhì)地不均勻，添加過多會導致蒜蓉黏稠性過大，不利于食用，因此本試驗選擇黃原膠作為蒜蓉體系的增稠劑，使蒜蓉保持均勻的質(zhì)地。在預試驗的基礎上對黃原膠添加量進行優(yōu)化。在基礎添加條件下，分別添加 0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%黃原膠，在400 MPa下處理15 min，通過感官評分和蒜蓉b*值確定最佳黃原膠添加量。

1.5 響應面優(yōu)化試驗設計

以壓力（A）、保壓時間（B）、黃原膠添加量（C）為響應因素，感官評分為響應值，設計三因素三水平響應面試驗[20]。蒜蓉超高壓處理響應面試驗設計見表2。

表2 響應面試驗因素及水平Table 2 Factors and levels of response surface design

1.6 數(shù)據(jù)處理

使用Microsoft Excel 2016軟件分析單因素試驗數(shù)據(jù)，計算誤差及平均值；利用SPSS 20.0軟件進行相關(guān)性分析和差異顯著性分析，P＜0.05表示差異顯著，P＞0.05表示差異不顯著。用Design-Expert 8.0.6軟件處理響應面試驗數(shù)據(jù)，得出回歸方程、方差及多因素交互作用對超高壓處理后蒜蓉感官評分影響的響應曲面和等高線圖。根據(jù)預測值，進行驗證試驗，通過與模型對比，得出最佳工藝參數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗結(jié)果分析

2.1.1 壓力的確定

壓力對蒜蓉感官評分和b*值的影響如圖1所示。

圖1 壓力對蒜蓉感官評分和b*值的影響Fig.1 Influences of ultra-high-pressure on sensory score and b*value of mashed garlic

由圖1可知，隨超高壓壓力的增加，蒜蓉感官評分呈先上升后下降的趨勢，b*值呈先下降后上升的趨勢。400 MPa時蒜蓉感官評分最高，且前后差距較大；500 MPa時蒜蓉b*值最小，且前后差距較小。綜合考慮，選擇400 MPa為最佳超高壓處理壓力。

2.1.2 保壓時間的確定

保壓時間對蒜蓉感官評分和b*值的影響如圖2所示。

圖2 保壓時間對蒜蓉感官評分和b*值的影響Fig.2 Influences of dwell time on sensory score and b*value of mashed garlic

由圖2可知，隨著保壓時間的延長，蒜蓉感官評分先上升后下降，b*值先下降后上升，這是因為在超高壓處理前期，蒜蓉酶促褐變占主導，保壓時間小于15min，酶活性降低，b*值（褐變度）降低；當保壓時間大于15 min時，b*值（褐變度）升高可能是蒜蓉發(fā)生了美拉德非酶褐變反應，褐變程度加深。感官評分和b*值均在超高壓處理15 min時分別達到最大值和最小值，即超高壓處理15 min時蒜蓉感官評分最高且褐變程度最低，因此選擇15 min為最佳保壓時間。

2.1.3 黃原膠添加量的確定

黃原膠添加量對蒜蓉感官評分和b*值的影響如圖3所示。

圖3 黃原膠添加量對蒜蓉感官評分和b*值的影響Fig.3 Influences of xanthan gum addition amount on sensory score and b*value of mashed garlic

由圖3可知，隨著黃原膠添加量的增加，蒜蓉感官評分先上升后下降，當黃原膠添加量為0.3%時，蒜蓉感官評分最高，這是因為黃原膠自身具有較強的親水性及黏性特征，添加到蒜蓉中會增加蒜蓉體系的黏稠度[21]，當黃原膠添加量大于0.3%時，蒜蓉黏性變大，感官評分下降；b*值先下降后上升，黃原膠添加量為0.3%時，b*值最低，即此時蒜蓉褐變程度最低。因此，選擇0.3%為最佳黃原膠添加量。

2.2 響應面試驗結(jié)果

2.2.1 響應面試驗設計及結(jié)果

以單因素試驗結(jié)果為基礎，確定各個因素的水平范圍，采用Design-Expert 8.0.6軟件Box-Behnken原理建立數(shù)學模型，以壓力（A）、保壓時間（B）、黃原膠添加量（C）為響應因素，以感官評分為響應值，進行響應面試驗。試驗結(jié)果見表3。

表3 響應面試驗設計及結(jié)果Table 3 Response surface design and test results

2.2.2 回歸方程與方差分析

利用Design-Expert 8.0.6軟件分析試驗結(jié)果，得到蒜蓉超高壓處理的回歸方程為y=17.80+0.88A+1.13B+0.25C+1.50AB-1.25AC+0.25BC-2.15A2-2.15B2-2.90C2。響應面二次模型的方差分析見表4。

表4 方差分析Table 4 Analysis of variance

由表4可知，模型的P值為0.001 5＜0.01，影響極顯著。相關(guān)系數(shù)R2為0.942 3，說明該模型擬合度較好，能夠清楚反映響應值的變化。失擬項的P值為0.253＞0.05，差異不顯著，表示該模型預測結(jié)果良好，預測值與實際值接近，可以用來預測蒜蓉超高壓處理的最佳工藝。由表4中F值大小可得到3個因素對蒜蓉感官品質(zhì)的影響大小為B保壓時間＞A壓力＞C黃原膠添加量。

模型中A壓力、B保壓時間影響顯著（P＜0.05），C黃原膠添加量影響不顯著（P＞0.05），表明超高壓壓力和保壓時間對蒜蓉超高壓處理的影響大于黃原膠添加量；模型中的二次項A2、B2、C2對蒜蓉超高壓處理均有極顯著影響（P＜0.01）。

2.2.3 多因素交互作用響應面分析

多因素交互作用響應面分析結(jié)果見圖4～圖6。

圖4 壓力和保壓時間對蒜蓉感官評分影響的響應曲面及等高線Fig.4 Response surface and contour plot of the influences of ultrahigh-pressure and dwell time on sensory score of mashed garlic

圖5 壓力和黃原膠添加量對蒜蓉感官評分影響的響應曲面及等高線Fig.5 Response surface and contour plot of the influences of ultrahigh-pressure and xanthan gum addition amount on sensory score of mashed garlic

圖6 保壓時間和黃原膠添加量對蒜蓉感官評分影響的響應曲面及等高線Fig.6 Response surface and contour plot of the influences of dwell time and xanthan gum addition amount on sensory score of mashed garlic

由圖4可知，壓力和保壓時間的交互作用對蒜蓉感官評分的影響先上升后下降，當壓力400 MPa、保壓時間15 min時，感官評分最大。等高線呈橢圓形，說明A、B兩種交互作用對蒜蓉感官評分影響顯著（P＜0.05）。

由圖5可知，壓力和黃原膠添加量的交互作用對蒜蓉感官評分的影響先上升后下降，呈弧形，當保壓時間一定時，壓力400 MPa、黃原膠添加量0.3%時，感官評分為18。等高線呈橢圓形，說明A、C兩種交互作用對蒜蓉感官評分影響顯著（P＜0.05）。

由圖6可知，保壓時間和黃原膠添加量的交互作用對蒜蓉感官評分的影響先上升后下降，呈弧形，保壓時間15 min、黃原膠添加量0.3%時感官評分最高。等高線接近圓形，說明B、C兩種交互作用對蒜蓉感官評分影響不顯著（P＞0.05）。

2.3 蒜蓉超高壓處理最佳工藝的預測及驗證

模型預測最佳蒜蓉超高壓處理工藝為壓力434.04 MPa、保壓時間16.9 min、黃原膠添加量0.3%，此時感官評分為18.16；從試驗便捷性和成本角度出發(fā)，將驗證試驗條件調(diào)整為超高壓壓力400 MPa、保壓時間15 min、黃原膠添加量0.3%，此時得出的感官評分為17.80，與預測值接近，說明響應面法優(yōu)化蒜蓉超高壓處理工藝合理。

2.4 理化指標及微生物檢測

根據(jù)Q/SYF 0004S—2019《蒜蓉系列調(diào)料》中規(guī)定的各項理化指標檢測方法，測得最優(yōu)超高壓工藝條件下的蒜蓉各理化指標值如表5所示。

表5 蒜蓉各理化指標值Table 5 Physicochemical properties of mashed garlic

由表5可知，超高壓處理后蒜蓉各理化指標均符合標準規(guī)定要求，即水分≤80%，酸價≤5 mg/g，過氧化值≤0.25 g/100 g，菌落總數(shù)≤105CFU/g，大腸桿菌≤102CFU/g。此外，蒜蓉中水溶性多糖含量為132.04 mg/g，大蒜素含量為0.102 mg/mL。超高壓處理后蒜蓉中未檢出微生物和大腸桿菌，因此，超高壓技術(shù)可作為一種蒜蓉殺菌技術(shù)。

3 結(jié)論

國內(nèi)關(guān)于利用超高壓技術(shù)進行條件優(yōu)化的研究較多，但缺少以蒜蓉為對象的超高壓處理條件優(yōu)化研究。本試驗通過單因素試驗和響應面優(yōu)化，得出了壓力、保壓時間、黃原膠添加量3個因素對超高壓處理后蒜蓉感官評分的綜合影響，確定蒜蓉超高壓處理最佳條件為壓力400 MPa、保壓時間15 min、黃原膠添加量0.3%，蒜蓉感官評分為17.80，與預測值（18.16）接近，且此時蒜蓉質(zhì)地均勻，蒜香濃郁。