动态监测破碎大蒜发酵过程研究

朱妞，罗仓学，苏东霞

（1.西安医学院，西安 710021；2.陕西科技大学，西安 710021）

黑蒜又名发酵黑蒜，是一种热处理的大蒜［1］。目前国际上一贯将黑蒜加工过程中有效的理化反应称为“黑蒜发酵”，因此本文延用黑蒜发酵这一叫法。经过发酵的黑蒜不仅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营养成分和保健功能［3］，据报道，黑蒜与未发酵大蒜相比，具有较强的抗氧化活性，可以预防代谢性疾病和酒精性肝脏损伤［4］。在国外已经被广泛应用在保健食品加工中。

现阶段国内黑蒜加工技术主要分3大类：固态发酵、半固态发酵和液态发酵［5］，固态发酵被广泛应用，半固态发酵与固态发酵相似，区别在于将去皮蒜瓣破碎成蒜泥进行发酵，液态发酵是以蒜泥和蒜粒为发酵基质，适量添加水或大蒜油等进行发酵，目前对半固态发酵和液态发酵的相关研究报道较少。本研究主要对破碎大蒜发酵过程进行动态检测，探讨了温度、湿度、料液比对破碎大蒜发酵过程的影响，为优化液态黑蒜发酵工艺提供了理论依据，并对发酵后黑蒜汁的脱水温度及含水量进一步进行研究，旨在提高发酵黑蒜中有效活性物质的含量及改善产品的感官质量。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

1.1.1 材料

市售新鲜紫皮大蒜：无破损，无发芽，产于山东金乡。

1.1.2 试剂

浓硫酸、三羟甲基氨基甲烷、邻苯三酚、没食子酸、无水碳酸钠、葡萄糖、三氯乙酸、Folin-Ciocalteu试剂等皆为分析纯。

1.1.3 仪器设备

722型可见光分光光度计 上海金科机械制造有限公司；600B电子天平 常熟市天量仪器有限责任公司；800型电动离心机 上海浦东物理光学仪器厂；101-2型电热鼓风干燥箱 北京科伟永兴仪器有限公司；CM-5色差计 日本科尼卡美能达公司；榨汁机 广东美的生活电器制造有限公司。

1.2 工艺流程

选取新鲜大蒜→原料预处理→装袋→发酵箱中发酵→去袋脱水→黑蒜产品。

1.3 试验设计

1.3.1 温度对破碎大蒜发酵的影响

1.3.1.1 恒温发酵对破碎大蒜发酵的影响

对发酵温度在破碎大蒜发酵过程中的影响进行系统研究，将紫皮蒜泥包装密封后，分别在65，70，80，85，90℃5个发酵温度下发酵15～45天。在发酵期间每隔5天测定蒜泥中质量指标（可溶性糖含量、总酚含量、SOD活性）的变化情况，确定破碎大蒜发酵的时间范围，探讨不同温度对大蒜黑变过程的影响。

1.3.1.2 变温发酵对破碎大蒜发酵的影响

在恒温发酵试验的前提下，将紫皮蒜泥包装密封后，分别在发酵前期高温（80℃和85℃）、后期低温（65℃和70℃）的变温组合中发酵，其组合方式为80℃－65℃，80℃－70℃，85℃－65℃，85℃－70℃，发酵前期时间设定为5～6天，发酵后期时间设定为12～20天。同样在发酵期间每隔5天测定蒜泥中质量指标的变化情况，探讨变温发酵对破碎大蒜发酵过程的影响，同时优化发酵工艺参数。

1.3.2 湿度对破碎大蒜发酵过程的影响

将紫皮蒜泥包装后，在发酵室内进行变温发酵，选取的温度组合为85℃－70℃，前期时间为5天，后期时间为25天，控制发酵室湿度，湿度范围分别为（45±5）%，（65±5）%，（85±5）%。在发酵期间每隔5天测定蒜泥中水分含量及质量指标的变化情况，探讨湿度对破碎大蒜发酵过程的影响。

1.3.3 不同料液比对液态大蒜发酵过程的影响

水是各种反应中的媒介（介质），将适量水分添加到蒜泥中，可增加大蒜泥中游离水的比例，便于大蒜发酵中相关反应物在游离水中充分反应［6］。将紫皮蒜泥添加一定质量的水分制备成蒜汁，在前期预试验的基础上，选取料液比为4∶1、2∶1和蒜泥，在发酵室内进行变温发酵，选取的温度组合为85℃－70℃，前期时间为5天，后期时间为25天，发酵期间每隔5天测定蒜泥中质量指标的变化情况，探讨加水量对破碎大蒜发酵的影响，同时优化液态黑蒜的发酵工艺参数。

1.3.4 黑蒜脱水温度及水分含量对黑蒜膏的影响

将发酵后的黑蒜汁进行脱水，选取干燥温度45，50，55，60，65℃，脱水过程中定期测定其含水量和SOD活性变化，并对最终产品进行感官评价，探讨黑蒜汁脱水过程中脱水温度及水分含量对黑蒜膏质量的影响。

1.4 测定方法

1.4.1 黑蒜膏感官评价

随机选取10位人员对发酵黑蒜进行感官评价打分，以蒜泥口感、色泽、气味、可接受度、蒜泥质感5项为评定指标。按照不同评分级别及指标加权进行评分，见表1。根据评分标准及加权比例，最后取其平均值［7，8］。

表1 黑蒜感官评价标准Table1 The sensory quality standard of black garlic

1.4.2 含水量的测定

采用直接干燥法（热干燥法）［9］。

1.4.3 可溶性糖含量的测定

按苯酚－硫酸比色法［10］。

1.4.4 总酚含量的测定

按福林-酚比色法［11］。

1.4.5 黑蒜抗氧化活性（SOD）的测定

按邻苯三酚自氧化法［12，13］

1.5 数据处理

试验数据采用SPSS 17.0软件进行统计分析，图中所采用的数据以平均值±标准差表示。

2 结果与分析

2.1 温度对破碎大蒜发酵的影响

2.1.1 恒温发酵对破碎大蒜发酵的影响

蒜泥在一定温度、湿度条件下，自然发酵。持续湿热的发酵环境使得蒜泥组织遭到破坏，细胞间相关酶与底物接触发生分解或聚合，其蛋白质降解成游离氨基酸和低分子肽链，多聚糖逐渐分解为单糖、多糖，使发酵黑蒜口感酸甜，蒜肉质地柔软；部分游离氨基酸与还原糖参与Maillard反应产生类黑素蛋白，使黑蒜产品色泽呈黑褐色；在高温条件下，蒜素转化成甜味很强的硫醇化合物，致使大蒜特有的辛辣味和刺激性蒜臭味消失［14］。

在蒜泥恒温发酵过程中，动态监测其有效成分，见图1～图3。

图1 不同发酵温度条件下黑蒜泥中可溶性糖含量变化趋势Fig.1 The change trends of soluble sugar content of mashed black garlic under different fermentation temperatures

由图1可知，蒜泥中可溶性多糖在不同恒温发酵条件下，随着发酵时间的延长，蒜泥中可溶性多糖均持续下降，发酵后期其下降趋势减缓。另外发酵温度越低，蒜泥中可溶性低分子糖下降幅度减缓。蒜泥中多酚类物质的增加也是评价黑蒜品质优劣的重要指标，见图2。

图2 不同发酵温度条件下黑蒜泥中总酚含量变化趋势Fig.2 The change trends of total phenol content of mashed black garlic under different fermentation temperatures

由图2可知，在各个发酵温度下，蒜泥中的总酚含量均高于未发酵蒜泥中总酚的含量，随着发酵时间的持续，蒜泥中总酚含量呈现先升高后降低的变化趋势，温度越高其升高或降低的趋势越明显，在较低温度条件下（65℃左右）蒜泥中多酚类物质更容易积累。

大蒜中富含SOD，蒜泥在发酵过程中SOD活性均呈现增长趋势，说明大蒜发酵过程中SOD活性均有提高。

图3 不同发酵温度条件下黑蒜泥中SOD活性变化趋势Fig.3 The change trends of SOD activity of mashed black garlic under different fermentation temperatures

由图3可知，在各个发酵温度下，蒜泥中SOD活性在发酵前期（10天内）均呈现先持续增长后开始下降的趋势，且发酵温度越高，下降趋势越明显。蒜泥发酵过程中SOD活性在适宜温度范围（85℃左右）内更容易积累。

综上所述，温度对黑蒜泥中有效成分的变化均有影响，在发酵后期，蒜泥中的总酚含量和SOD活性均出现下降趋势，尤其是在较高的发酵温度（80～90℃）条件下，这种趋势越明显，这为提高黑蒜中活性指标提供了一个突破口，为后续变温发酵提供了理论依据。

2.1.2 变温发酵对破碎大蒜发酵的影响

在恒温发酵的基础上，对蒜泥进行变温发酵，动态监测其物料中可溶性糖含量、总酚含量、SOD活性的变化，见图4～图6。

由图4可知，蒜泥中可溶性糖含量在发酵期间呈现下降趋势，发酵前期阶段，其可溶性糖含量下降幅度较大，发酵后期采用低温发酵，其可溶性糖含量减少幅度降低，可达到黑蒜酸甜的口感要求，在不同发酵温度组合下，黑蒜中可溶性糖含量下降趋势比较接近。

图4 不同发酵温度组合下黑蒜泥中可溶性糖含量变化趋势Fig.4 The change trends of soluble sugar content of mashed black garlic under different fermentation temperatures＇combination

图5 不同发酵温度组合下黑蒜泥中总酚含量变化趋势Fig.5 The change trends of total phenol content of mashed black garlic under different fermentation temperatures＇combination

由图5可知，在不同发酵温度组合下，黑蒜泥的总酚含量均大大提高，其中变温组合（85℃－70℃和80℃－70℃）条件下，黑蒜泥中总酚含量在发酵20天时达到最大值12.82mg／g和12.52mg／g，比未发酵蒜泥中的多酚类物质含量（2.43mg／g）提高了5倍左右，在发酵后期，其总酚含量出现下降趋势。

由图6可知，不同发酵温度组合下，SOD活性都随时间变化出现先升高后下降的趋势，增长趋势同恒温发酵，其中变温组合（85℃－70℃和85℃－65℃）条件下，黑蒜泥的SOD活性值在发酵20天左右时达到最大值454.32U／g和465.53U／g，比未发酵大蒜泥中的SOD活性值（40.42U／g）提高了10倍左右。

综上所述，采用变温组合发酵，黑蒜泥的质量比恒温发酵黑蒜泥的质量有很大的提高，发酵前期，采用高温发酵可以使蒜泥组织破坏，相关底物充分结合，物化反应剧烈，高温阶段可以促进Maillard反应，形成大量黑色素，后期低温发酵有利于活性物质的积累，其中变温组合85℃－70℃条件下黑蒜质量较高［15，16］。

图6 不同发酵温度组合下黑蒜泥中SOD活性变化趋势Fig.6 The change trends of SOD activity of mashed black garlic under different fermentation temperatures＇combination

2.2 湿度对破碎大蒜发酵过程的影响

温度和湿度是黑蒜发酵过程中的2个重要因素［17］。在发酵过程中需要控制发酵室内的湿度范围，发酵湿度过高，黑蒜泥水分含量增大，组织过于软烂，相关活性成分得不到积累；湿度过低，蒜泥含水量降低，不利于蒜泥中的底物反应，后期发酵黑蒜泥发硬发粘，苦涩味严重，失去食用价值，同时不利于一些功能性成分的积累。在整个发酵过程中，控制发酵室湿度，从而控制蒜泥发酵过程中的水分含量。

图7 不同湿度条件下黑蒜泥中可溶性糖含量变化趋势Fig.7 The change trends of soluble sugar content of mashed black garlic under different humidity conditions

由图7可知，蒜泥中的可溶性糖含量随着发酵时间的延长均持续下降，湿度越大，蒜泥中可溶性糖含量下降趋势较缓慢，从而反映出蒜泥中水分含量对大蒜可溶性糖含量的影响。

图8 不同湿度条件下黑蒜泥中总酚含量变化趋势Fig.8 The change trends of total phenol content of mashed black garlic under different humidity conditions

由图8可知，湿度控制在（65±5）%范围内可使大蒜的总酚含量在20天时达到最大值12.82mg／g，在较高的湿度条件下，总酚含量增长趋势比较缓慢。

图9 不同湿度条件下黑蒜泥中SOD活性变化趋势Fig.9 The change trends of SOD activity of mashed black garlic under different humidity conditions

由图9可知，在较高的湿度条件下，可以使蒜泥的SOD活性大大提高，湿度控制在（65±5）%和（85±5）%范围内，在发酵20天左右时，黑蒜的SOD活性达到最大值454.32U／g和434.89U／g。

综上所述，控制适宜的发酵室内湿度，可有效提高黑蒜泥的质量指标，其中湿度在（65±5）%范围内可以使黑蒜泥的质量指标较高。

2.3 不同料液比对液态大蒜发酵过程的影响

以水作为液态黑蒜发酵的外来添加物，旨在降低发酵成本的同时简化工艺。水是各种反应的媒介（介质），添加适量水分到蒜泥中，可以增加蒜泥中游离水的比例，便于大蒜发酵中相关反应物在游离水中充分反应。将紫皮蒜泥添加一定质量的水分制备成蒜汁，在前期预试验的基础上，选取料液比为4∶1、2∶1和蒜泥，进行变温发酵，动态监测其有效成分的变化，检测结果见图10。

由图10可知，蒜汁中可溶性糖含量均呈现下降趋势，随着料液比增大，其可溶性糖含量下降趋势较缓慢。

图10 不同料液比下黑蒜汁可溶性糖含量变化趋势Fig.10 The change trends of soluble sugar content of black garlic juice under different solid-liquid ratios

图11 不同料液比下黑蒜汁总酚含量变化趋势Fig.11 The change trends of total phenol content of black garlic juice under different solid-liquid ratios

由图11可知，蒜泥和料液比为4∶1的蒜汁中总酚含量在20天左右达到最大值12.82mg／g和12.91mg／g，添加适量水分可以使黑蒜中总酚含量达到较高值。

图12 不同料液比下黑蒜汁SOD活性变化趋势Fig.12 The change trends of SOD activity of black garlic juice under different solid-liquid ratios

由图12可知，料液比为2∶1的蒜汁在发酵25天左右时其SOD活性达到最大值489.22U／g，蒜泥和料液比为4∶1的蒜汁中SOD活性在20天左右达到最大值454.32U／g和482.11U／g。

综上所述，添加适量的水分有利于发酵黑蒜汁中有效成分的积累，同时缩短发酵工艺，其中料液比在4∶1的黑蒜汁综合指标较高。

2.4 黑蒜脱水温度及含水量对黑蒜膏品质的影响

对于发酵好的黑蒜汁，其活性成分达到较高值，适量脱去一定水分后得到黑蒜膏。黑蒜膏中的水分含量影响其组织状态和感官要求，通过对脱去一定量水分的黑蒜膏进行感官评价，结果见图13～图15。

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

图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

由图13可知，黑蒜膏的水分含量在40%～60%之间，其组织均匀，感官评价值较高；黑蒜膏含水量在45%～55%之间，其组织色泽均一，呈黑褐色，口感酸甜、细腻；黑蒜膏水分含量低于35%时，黑蒜组织发粘发硬，苦味明显，几乎无甜酸感；水分含量高于60%时，黑蒜为流体状黑蒜汁。

目前对发酵黑蒜脱水过程中SOD活性稳定性的研究报道很少，黑蒜汁脱水时既要满足可食用价值，同时又要使其SOD活性具有较高的稳定值。测定黑蒜膏不同含水量时的SOD活性值，结果见图14。

由图14可知，在黑蒜膏不同含水量下，其SOD活性发生变化，当黑蒜膏含水量在45%～70%之间，其SOD活性基本无变化；当水分含量低于45%时，SOD活性急剧下降，之后随着含水量的减少，其SOD活性逐渐降低。

对于脱水温度的选择，考虑到黑蒜中SOD活性的稳定，根据相关文献资料，将温度范围控制在30～65℃之间［18］，所以选取45，50，55，60，65，70℃这6个脱水温度进行研究，结果见图15。

图15 不同脱水温度下黑蒜膏中SOD活性Fig.15 SOD activity of black garlic paste under different dehydration temperatures

由图15可知，脱水温度在45～55℃范围内，所得黑蒜膏的SOD活性基本稳定；当脱水温度在60℃以上时，其SOD活性降低。综上所述，脱水温度控制在45～55℃之间，其含水量控制在45%～55%，所得黑蒜膏中的SOD活性几乎无损失并且感官评价值较高。

3 结论

对不同温度和湿度条件下的紫皮蒜泥进行发酵及动态监测研究发现，温度和湿度对蒜泥发酵的影响很大，采用变温组合发酵蒜泥，黑蒜泥的质量比恒温发酵黑蒜泥的质量有很大的提高，其中变温组合85℃－70℃条件下黑蒜泥质量较高。湿度控制在（65±5）%范围内可使蒜泥在均匀的湿热环境中充分发酵。

对液态黑蒜发酵工艺的研究发现，适量水分的添加（料液比为4∶1），使得液态黑蒜的质量大大提高，比较未发酵蒜泥，总酚含量提高了4.98～5.67倍，SOD活性提高了10.41～11.23倍。

对发酵后的黑蒜进行脱水，研究了其SOD活性的稳定性。脱水温度在45～55℃范围内，含水量控制在45%～55%，所得黑蒜膏中SOD活性几乎无损失并且感官评价值较高。