動態(tài)監(jiān)測破碎大蒜發(fā)酵過程研究

朱妞，羅倉學(xué)，蘇東霞

（1.西安醫(yī)學(xué)院，西安 710021；2.陜西科技大學(xué)，西安 710021）

黑蒜又名發(fā)酵黑蒜，是一種熱處理的大蒜［1］。目前國際上一貫將黑蒜加工過程中有效的理化反應(yīng)稱為“黑蒜發(fā)酵”，因此本文延用黑蒜發(fā)酵這一叫法。經(jīng)過發(fā)酵的黑蒜不僅去除了生食大蒜的辛辣味和刺激性臭味［2］，而且保留了生大蒜原有的營養(yǎng)成分和保健功能［3］，據(jù)報道，黑蒜與未發(fā)酵大蒜相比，具有較強的抗氧化活性，可以預(yù)防代謝性疾病和酒精性肝臟損傷［4］。在國外已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在保健食品加工中。

現(xiàn)階段國內(nèi)黑蒜加工技術(shù)主要分3大類：固態(tài)發(fā)酵、半固態(tài)發(fā)酵和液態(tài)發(fā)酵［5］，固態(tài)發(fā)酵被廣泛應(yīng)用，半固態(tài)發(fā)酵與固態(tài)發(fā)酵相似，區(qū)別在于將去皮蒜瓣破碎成蒜泥進行發(fā)酵，液態(tài)發(fā)酵是以蒜泥和蒜粒為發(fā)酵基質(zhì)，適量添加水或大蒜油等進行發(fā)酵，目前對半固態(tài)發(fā)酵和液態(tài)發(fā)酵的相關(guān)研究報道較少。本研究主要對破碎大蒜發(fā)酵過程進行動態(tài)檢測，探討了溫度、濕度、料液比對破碎大蒜發(fā)酵過程的影響，為優(yōu)化液態(tài)黑蒜發(fā)酵工藝提供了理論依據(jù)，并對發(fā)酵后黑蒜汁的脫水溫度及含水量進一步進行研究，旨在提高發(fā)酵黑蒜中有效活性物質(zhì)的含量及改善產(chǎn)品的感官質(zhì)量。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料

市售新鮮紫皮大蒜：無破損，無發(fā)芽，產(chǎn)于山東金鄉(xiāng)。

1.1.2 試劑

濃硫酸、三羥甲基氨基甲烷、鄰苯三酚、沒食子酸、無水碳酸鈉、葡萄糖、三氯乙酸、Folin-Ciocalteu試劑等皆為分析純。

1.1.3 儀器設(shè)備

722型可見光分光光度計 上海金科機械制造有限公司；600B電子天平 常熟市天量儀器有限責(zé)任公司；800型電動離心機 上海浦東物理光學(xué)儀器廠；101-2型電熱鼓風(fēng)干燥箱 北京科偉永興儀器有限公司；CM-5色差計 日本科尼卡美能達公司；榨汁機 廣東美的生活電器制造有限公司。

1.2 工藝流程

選取新鮮大蒜→原料預(yù)處理→裝袋→發(fā)酵箱中發(fā)酵→去袋脫水→黑蒜產(chǎn)品。

1.3 試驗設(shè)計

1.3.1 溫度對破碎大蒜發(fā)酵的影響

1.3.1.1 恒溫發(fā)酵對破碎大蒜發(fā)酵的影響

對發(fā)酵溫度在破碎大蒜發(fā)酵過程中的影響進行系統(tǒng)研究，將紫皮蒜泥包裝密封后，分別在65，70，80，85，90℃5個發(fā)酵溫度下發(fā)酵15～45天。在發(fā)酵期間每隔5天測定蒜泥中質(zhì)量指標(biāo)（可溶性糖含量、總酚含量、SOD活性）的變化情況，確定破碎大蒜發(fā)酵的時間范圍，探討不同溫度對大蒜黑變過程的影響。

1.3.1.2 變溫發(fā)酵對破碎大蒜發(fā)酵的影響

在恒溫發(fā)酵試驗的前提下，將紫皮蒜泥包裝密封后，分別在發(fā)酵前期高溫（80℃和85℃）、后期低溫（65℃和70℃）的變溫組合中發(fā)酵，其組合方式為80℃－65℃，80℃－70℃，85℃－65℃，85℃－70℃，發(fā)酵前期時間設(shè)定為5～6天，發(fā)酵后期時間設(shè)定為12～20天。同樣在發(fā)酵期間每隔5天測定蒜泥中質(zhì)量指標(biāo)的變化情況，探討變溫發(fā)酵對破碎大蒜發(fā)酵過程的影響，同時優(yōu)化發(fā)酵工藝參數(shù)。

1.3.2 濕度對破碎大蒜發(fā)酵過程的影響

將紫皮蒜泥包裝后，在發(fā)酵室內(nèi)進行變溫發(fā)酵，選取的溫度組合為85℃－70℃，前期時間為5天，后期時間為25天，控制發(fā)酵室濕度，濕度范圍分別為（45±5）%，（65±5）%，（85±5）%。在發(fā)酵期間每隔5天測定蒜泥中水分含量及質(zhì)量指標(biāo)的變化情況，探討濕度對破碎大蒜發(fā)酵過程的影響。

1.3.3 不同料液比對液態(tài)大蒜發(fā)酵過程的影響

水是各種反應(yīng)中的媒介（介質(zhì)），將適量水分添加到蒜泥中，可增加大蒜泥中游離水的比例，便于大蒜發(fā)酵中相關(guān)反應(yīng)物在游離水中充分反應(yīng)［6］。將紫皮蒜泥添加一定質(zhì)量的水分制備成蒜汁，在前期預(yù)試驗的基礎(chǔ)上，選取料液比為4∶1、2∶1和蒜泥，在發(fā)酵室內(nèi)進行變溫發(fā)酵，選取的溫度組合為85℃－70℃，前期時間為5天，后期時間為25天，發(fā)酵期間每隔5天測定蒜泥中質(zhì)量指標(biāo)的變化情況，探討加水量對破碎大蒜發(fā)酵的影響，同時優(yōu)化液態(tài)黑蒜的發(fā)酵工藝參數(shù)。

1.3.4 黑蒜脫水溫度及水分含量對黑蒜膏的影響

將發(fā)酵后的黑蒜汁進行脫水，選取干燥溫度45，50，55，60，65℃，脫水過程中定期測定其含水量和SOD活性變化，并對最終產(chǎn)品進行感官評價，探討黑蒜汁脫水過程中脫水溫度及水分含量對黑蒜膏質(zhì)量的影響。

1.4 測定方法

1.4.1 黑蒜膏感官評價

隨機選取10位人員對發(fā)酵黑蒜進行感官評價打分，以蒜泥口感、色澤、氣味、可接受度、蒜泥質(zhì)感5項為評定指標(biāo)。按照不同評分級別及指標(biāo)加權(quán)進行評分，見表1。根據(jù)評分標(biāo)準(zhǔn)及加權(quán)比例，最后取其平均值［7，8］。

表1 黑蒜感官評價標(biāo)準(zhǔn)Table1 The sensory quality standard of black garlic

1.4.2 含水量的測定

采用直接干燥法（熱干燥法）［9］。

1.4.3 可溶性糖含量的測定

按苯酚－硫酸比色法［10］。

1.4.4 總酚含量的測定

按福林-酚比色法［11］。

1.4.5 黑蒜抗氧化活性（SOD）的測定

按鄰苯三酚自氧化法［12，13］

1.5 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)采用SPSS 17.0軟件進行統(tǒng)計分析，圖中所采用的數(shù)據(jù)以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 溫度對破碎大蒜發(fā)酵的影響

2.1.1 恒溫發(fā)酵對破碎大蒜發(fā)酵的影響

蒜泥在一定溫度、濕度條件下，自然發(fā)酵。持續(xù)濕熱的發(fā)酵環(huán)境使得蒜泥組織遭到破壞，細胞間相關(guān)酶與底物接觸發(fā)生分解或聚合，其蛋白質(zhì)降解成游離氨基酸和低分子肽鏈，多聚糖逐漸分解為單糖、多糖，使發(fā)酵黑蒜口感酸甜，蒜肉質(zhì)地柔軟；部分游離氨基酸與還原糖參與Maillard反應(yīng)產(chǎn)生類黑素蛋白，使黑蒜產(chǎn)品色澤呈黑褐色；在高溫條件下，蒜素轉(zhuǎn)化成甜味很強的硫醇化合物，致使大蒜特有的辛辣味和刺激性蒜臭味消失［14］。

在蒜泥恒溫發(fā)酵過程中，動態(tài)監(jiān)測其有效成分，見圖1～圖3。

圖1 不同發(fā)酵溫度條件下黑蒜泥中可溶性糖含量變化趨勢Fig.1 The change trends of soluble sugar content of mashed black garlic under different fermentation temperatures

由圖1可知，蒜泥中可溶性多糖在不同恒溫發(fā)酵條件下，隨著發(fā)酵時間的延長，蒜泥中可溶性多糖均持續(xù)下降，發(fā)酵后期其下降趨勢減緩。另外發(fā)酵溫度越低，蒜泥中可溶性低分子糖下降幅度減緩。蒜泥中多酚類物質(zhì)的增加也是評價黑蒜品質(zhì)優(yōu)劣的重要指標(biāo)，見圖2。

圖2 不同發(fā)酵溫度條件下黑蒜泥中總酚含量變化趨勢Fig.2 The change trends of total phenol content of mashed black garlic under different fermentation temperatures

由圖2可知，在各個發(fā)酵溫度下，蒜泥中的總酚含量均高于未發(fā)酵蒜泥中總酚的含量，隨著發(fā)酵時間的持續(xù)，蒜泥中總酚含量呈現(xiàn)先升高后降低的變化趨勢，溫度越高其升高或降低的趨勢越明顯，在較低溫度條件下（65℃左右）蒜泥中多酚類物質(zhì)更容易積累。

大蒜中富含SOD，蒜泥在發(fā)酵過程中SOD活性均呈現(xiàn)增長趨勢，說明大蒜發(fā)酵過程中SOD活性均有提高。

圖3 不同發(fā)酵溫度條件下黑蒜泥中SOD活性變化趨勢Fig.3 The change trends of SOD activity of mashed black garlic under different fermentation temperatures

由圖3可知，在各個發(fā)酵溫度下，蒜泥中SOD活性在發(fā)酵前期（10天內(nèi)）均呈現(xiàn)先持續(xù)增長后開始下降的趨勢，且發(fā)酵溫度越高，下降趨勢越明顯。蒜泥發(fā)酵過程中SOD活性在適宜溫度范圍（85℃左右）內(nèi)更容易積累。

綜上所述，溫度對黑蒜泥中有效成分的變化均有影響，在發(fā)酵后期，蒜泥中的總酚含量和SOD活性均出現(xiàn)下降趨勢，尤其是在較高的發(fā)酵溫度（80～90℃）條件下，這種趨勢越明顯，這為提高黑蒜中活性指標(biāo)提供了一個突破口，為后續(xù)變溫發(fā)酵提供了理論依據(jù)。

2.1.2 變溫發(fā)酵對破碎大蒜發(fā)酵的影響

在恒溫發(fā)酵的基礎(chǔ)上，對蒜泥進行變溫發(fā)酵，動態(tài)監(jiān)測其物料中可溶性糖含量、總酚含量、SOD活性的變化，見圖4～圖6。

由圖4可知，蒜泥中可溶性糖含量在發(fā)酵期間呈現(xiàn)下降趨勢，發(fā)酵前期階段，其可溶性糖含量下降幅度較大，發(fā)酵后期采用低溫發(fā)酵，其可溶性糖含量減少幅度降低，可達到黑蒜酸甜的口感要求，在不同發(fā)酵溫度組合下，黑蒜中可溶性糖含量下降趨勢比較接近。

圖4 不同發(fā)酵溫度組合下黑蒜泥中可溶性糖含量變化趨勢Fig.4 The change trends of soluble sugar content of mashed black garlic under different fermentation temperatures＇combination

圖5 不同發(fā)酵溫度組合下黑蒜泥中總酚含量變化趨勢Fig.5 The change trends of total phenol content of mashed black garlic under different fermentation temperatures＇combination

由圖5可知，在不同發(fā)酵溫度組合下，黑蒜泥的總酚含量均大大提高，其中變溫組合（85℃－70℃和80℃－70℃）條件下，黑蒜泥中總酚含量在發(fā)酵20天時達到最大值12.82mg／g和12.52mg／g，比未發(fā)酵蒜泥中的多酚類物質(zhì)含量（2.43mg／g）提高了5倍左右，在發(fā)酵后期，其總酚含量出現(xiàn)下降趨勢。

由圖6可知，不同發(fā)酵溫度組合下，SOD活性都隨時間變化出現(xiàn)先升高后下降的趨勢，增長趨勢同恒溫發(fā)酵，其中變溫組合（85℃－70℃和85℃－65℃）條件下，黑蒜泥的SOD活性值在發(fā)酵20天左右時達到最大值454.32U／g和465.53U／g，比未發(fā)酵大蒜泥中的SOD活性值（40.42U／g）提高了10倍左右。

綜上所述，采用變溫組合發(fā)酵，黑蒜泥的質(zhì)量比恒溫發(fā)酵黑蒜泥的質(zhì)量有很大的提高，發(fā)酵前期，采用高溫發(fā)酵可以使蒜泥組織破壞，相關(guān)底物充分結(jié)合，物化反應(yīng)劇烈，高溫階段可以促進Maillard反應(yīng)，形成大量黑色素，后期低溫發(fā)酵有利于活性物質(zhì)的積累，其中變溫組合85℃－70℃條件下黑蒜質(zhì)量較高［15，16］。

圖6 不同發(fā)酵溫度組合下黑蒜泥中SOD活性變化趨勢Fig.6 The change trends of SOD activity of mashed black garlic under different fermentation temperatures＇combination

2.2 濕度對破碎大蒜發(fā)酵過程的影響

溫度和濕度是黑蒜發(fā)酵過程中的2個重要因素［17］。在發(fā)酵過程中需要控制發(fā)酵室內(nèi)的濕度范圍，發(fā)酵濕度過高，黑蒜泥水分含量增大，組織過于軟爛，相關(guān)活性成分得不到積累；濕度過低，蒜泥含水量降低，不利于蒜泥中的底物反應(yīng)，后期發(fā)酵黑蒜泥發(fā)硬發(fā)粘，苦澀味嚴(yán)重，失去食用價值，同時不利于一些功能性成分的積累。在整個發(fā)酵過程中，控制發(fā)酵室濕度，從而控制蒜泥發(fā)酵過程中的水分含量。

圖7 不同濕度條件下黑蒜泥中可溶性糖含量變化趨勢Fig.7 The change trends of soluble sugar content of mashed black garlic under different humidity conditions

由圖7可知，蒜泥中的可溶性糖含量隨著發(fā)酵時間的延長均持續(xù)下降，濕度越大，蒜泥中可溶性糖含量下降趨勢較緩慢，從而反映出蒜泥中水分含量對大蒜可溶性糖含量的影響。

圖8 不同濕度條件下黑蒜泥中總酚含量變化趨勢Fig.8 The change trends of total phenol content of mashed black garlic under different humidity conditions

由圖8可知，濕度控制在（65±5）%范圍內(nèi)可使大蒜的總酚含量在20天時達到最大值12.82mg／g，在較高的濕度條件下，總酚含量增長趨勢比較緩慢。

圖9 不同濕度條件下黑蒜泥中SOD活性變化趨勢Fig.9 The change trends of SOD activity of mashed black garlic under different humidity conditions

由圖9可知，在較高的濕度條件下，可以使蒜泥的SOD活性大大提高，濕度控制在（65±5）%和（85±5）%范圍內(nèi)，在發(fā)酵20天左右時，黑蒜的SOD活性達到最大值454.32U／g和434.89U／g。

綜上所述，控制適宜的發(fā)酵室內(nèi)濕度，可有效提高黑蒜泥的質(zhì)量指標(biāo)，其中濕度在（65±5）%范圍內(nèi)可以使黑蒜泥的質(zhì)量指標(biāo)較高。

2.3 不同料液比對液態(tài)大蒜發(fā)酵過程的影響

以水作為液態(tài)黑蒜發(fā)酵的外來添加物，旨在降低發(fā)酵成本的同時簡化工藝。水是各種反應(yīng)的媒介（介質(zhì)），添加適量水分到蒜泥中，可以增加蒜泥中游離水的比例，便于大蒜發(fā)酵中相關(guān)反應(yīng)物在游離水中充分反應(yīng)。將紫皮蒜泥添加一定質(zhì)量的水分制備成蒜汁，在前期預(yù)試驗的基礎(chǔ)上，選取料液比為4∶1、2∶1和蒜泥，進行變溫發(fā)酵，動態(tài)監(jiān)測其有效成分的變化，檢測結(jié)果見圖10。

由圖10可知，蒜汁中可溶性糖含量均呈現(xiàn)下降趨勢，隨著料液比增大，其可溶性糖含量下降趨勢較緩慢。

圖10 不同料液比下黑蒜汁可溶性糖含量變化趨勢Fig.10 The change trends of soluble sugar content of black garlic juice under different solid-liquid ratios

圖11 不同料液比下黑蒜汁總酚含量變化趨勢Fig.11 The change trends of total phenol content of black garlic juice under different solid-liquid ratios

由圖11可知，蒜泥和料液比為4∶1的蒜汁中總酚含量在20天左右達到最大值12.82mg／g和12.91mg／g，添加適量水分可以使黑蒜中總酚含量達到較高值。

圖12 不同料液比下黑蒜汁SOD活性變化趨勢Fig.12 The change trends of SOD activity of black garlic juice under different solid-liquid ratios

由圖12可知，料液比為2∶1的蒜汁在發(fā)酵25天左右時其SOD活性達到最大值489.22U／g，蒜泥和料液比為4∶1的蒜汁中SOD活性在20天左右達到最大值454.32U／g和482.11U／g。

綜上所述，添加適量的水分有利于發(fā)酵黑蒜汁中有效成分的積累，同時縮短發(fā)酵工藝，其中料液比在4∶1的黑蒜汁綜合指標(biāo)較高。

2.4 黑蒜脫水溫度及含水量對黑蒜膏品質(zhì)的影響

對于發(fā)酵好的黑蒜汁，其活性成分達到較高值，適量脫去一定水分后得到黑蒜膏。黑蒜膏中的水分含量影響其組織狀態(tài)和感官要求，通過對脫去一定量水分的黑蒜膏進行感官評價，結(jié)果見圖13～圖15。

圖13 不同含水量下黑蒜膏感官評價Fig.13 The sensory evaluation of black garlic paste under different water content

圖14 不同含水量下黑蒜膏中SOD活性Fig.14 SOD activity of black garlic paste under different water content

由圖13可知，黑蒜膏的水分含量在40%～60%之間，其組織均勻，感官評價值較高；黑蒜膏含水量在45%～55%之間，其組織色澤均一，呈黑褐色，口感酸甜、細膩；黑蒜膏水分含量低于35%時，黑蒜組織發(fā)粘發(fā)硬，苦味明顯，幾乎無甜酸感；水分含量高于60%時，黑蒜為流體狀黑蒜汁。

目前對發(fā)酵黑蒜脫水過程中SOD活性穩(wěn)定性的研究報道很少，黑蒜汁脫水時既要滿足可食用價值，同時又要使其SOD活性具有較高的穩(wěn)定值。測定黑蒜膏不同含水量時的SOD活性值，結(jié)果見圖14。

由圖14可知，在黑蒜膏不同含水量下，其SOD活性發(fā)生變化，當(dāng)黑蒜膏含水量在45%～70%之間，其SOD活性基本無變化；當(dāng)水分含量低于45%時，SOD活性急劇下降，之后隨著含水量的減少，其SOD活性逐漸降低。

對于脫水溫度的選擇，考慮到黑蒜中SOD活性的穩(wěn)定，根據(jù)相關(guān)文獻資料，將溫度范圍控制在30～65℃之間［18］，所以選取45，50，55，60，65，70℃這6個脫水溫度進行研究，結(jié)果見圖15。

圖15 不同脫水溫度下黑蒜膏中SOD活性Fig.15 SOD activity of black garlic paste under different dehydration temperatures

由圖15可知，脫水溫度在45～55℃范圍內(nèi)，所得黑蒜膏的SOD活性基本穩(wěn)定；當(dāng)脫水溫度在60℃以上時，其SOD活性降低。綜上所述，脫水溫度控制在45～55℃之間，其含水量控制在45%～55%，所得黑蒜膏中的SOD活性幾乎無損失并且感官評價值較高。

3 結(jié)論

對不同溫度和濕度條件下的紫皮蒜泥進行發(fā)酵及動態(tài)監(jiān)測研究發(fā)現(xiàn)，溫度和濕度對蒜泥發(fā)酵的影響很大，采用變溫組合發(fā)酵蒜泥，黑蒜泥的質(zhì)量比恒溫發(fā)酵黑蒜泥的質(zhì)量有很大的提高，其中變溫組合85℃－70℃條件下黑蒜泥質(zhì)量較高。濕度控制在（65±5）%范圍內(nèi)可使蒜泥在均勻的濕熱環(huán)境中充分發(fā)酵。

對液態(tài)黑蒜發(fā)酵工藝的研究發(fā)現(xiàn)，適量水分的添加（料液比為4∶1），使得液態(tài)黑蒜的質(zhì)量大大提高，比較未發(fā)酵蒜泥，總酚含量提高了4.98～5.67倍，SOD活性提高了10.41～11.23倍。

對發(fā)酵后的黑蒜進行脫水，研究了其SOD活性的穩(wěn)定性。脫水溫度在45～55℃范圍內(nèi)，含水量控制在45%～55%，所得黑蒜膏中SOD活性幾乎無損失并且感官評價值較高。