琥珀大蒜加工工艺研究

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(徐州工程学院 食品(生物)工程学院，江苏 徐州 221018)

大蒜具有杀菌、抗血栓、降血脂、预防中风和高血压、保护肝脏和提高肌体免疫力、抗癌等功能，而加工成黑蒜、琥珀大蒜产品可进一步提高其抗氧化能力。其原理是美拉德反应生成类黑精、还原酮、含氮、含硫杂环化合物和多酚类化合物[1]，多酚类化合物具有抗氧化、调节血糖水平、抗诱变等特性。本实验开发的琥珀大蒜是以新鲜大蒜为原料，经高温高湿发酵及烤制而成的大蒜深加工产品。琥珀大蒜的发酵过程是自身发生的理化反应，且在发酵过程中用蜂蜜上色，使大蒜外观呈琥珀的色泽。实验探讨了琥珀大蒜的加工工艺，研究了温度、湿度、时间、氨基酸和还原糖等对琥珀大蒜产品褐变程度及总酚含量的影响；优化其工艺参数，实验确定的工艺与配方对该产品的产业化加工具有重要指导意义[2]。

1 材料与方法

1.1 仪器与设备

WF32色差仪、BE-TH-80H8可程式恒温恒湿试验机、HH-B11-500S电热恒温培养箱、Q-TBCR2可见分光光度仪、K3042全能王多功能电热锅、PM6508数字温湿度计、02810253真空抽滤机、FA1004B电子天平、实验室玻璃器具等。

1.2 原料与试剂

新鲜大蒜、蜂蜜；食品级L-半胱氨酸、食品级赖氨酸、食品级甘氨酸、食品级乳糖、食品级核糖；福林-酚试剂、碳酸钠、没食子酸、95%乙醇、甲醇等分析纯。

1.3 试验方法

1.3.1 琥珀大蒜的生产工艺

大蒜→挑选→储藏→调配溶液→加热→保温→冷却→浸泡→清洗→沥水→发酵→冷却→上色→烤制→冷却→计量→装瓶→封口→冷却→成品。

1.3.2 工艺操作要点

1.3.2.1 大蒜的预处理

市购的独头蒜可以用来生产琥珀大蒜，云南洱海的独头蒜因其独特的生长环境而具有更高的含糖量。应选择饱满充实、体型较大、无破损、未发芽的大蒜为原料。将大蒜去蒂并去外层皮，冲洗干净，避光低温储藏。

1.3.2.2 配制美拉德反应溶液

做不同氨基酸和还原糖添加量的正交表，正交表为3因素4水平，并加40 g水和1 g蜂蜜，用玻璃棒搅拌，配制成16种不同的溶液于烧杯中，放入水浴锅中煮，水浴锅预热至100 ℃，反应时间为1 h，反应结束后保温冷却。

1.3.2.3 浸泡大蒜

将16种溶液一一标好序号，将准备好的大蒜浸泡其中，每个烧杯放2～3瓣大蒜，浸泡时间为12 h，用保鲜膜将每个烧杯密封好，防止外界杂质进入。浸泡后的大蒜因反应溶液的浸入会出现轻微变色，浸泡结束后清洗、沥水。

1.3.2.4 放入培养箱发酵

将浸泡好的大蒜粒拿出，标好对应的序号，放入恒温恒湿培养箱发酵[3]。对发酵的温度、湿度、时间做3因素3水平的正交表，选出最佳的工艺条件，使得大蒜发酵可以达到最佳的工艺效果。待大蒜进入熟化阶段、颜色变为褐色即可拿出冷却。

1.3.2.5 蜂蜜上色

蜂蜜的主要成分是单糖类物质，代替白糖用来上色的优势是更容易掌握和更好成色，当温度达到一定程度时，单糖就能呈红色。将烤箱预热至100 ℃，在所有大蒜外刷上一层蜂蜜，放入烤箱烤制10 min拿出冷却，此时大蒜外层的蜂蜜已有些呈固态，再将所有的大蒜外层刷上蜂蜜，放入烤箱于110 ℃烤制10 min拿出冷却，贴近大蒜的那一层蜂蜜已呈固态，靠外的一层蜂蜜有些呈固态，此时再刷一层蜂蜜，放入烤锅于120 ℃的温度下烤制10 min，拿出冷却12 h，直至外层蜂蜜冷却至固态，此时的大蒜外观有琥珀的色泽和甜软的口感。

1.3.2.6 计量

将每个发酵后的琥珀大蒜用电子天平称重，观察反应前后的变化。

1.3.2.7 装瓶

将冷却好的琥珀大蒜装瓶，隔绝外界的灰尘等杂质，防止污染和氧化，延长琥珀大蒜的保藏期限。装瓶结束后封口、冷却，则制成成品。

1.3.3 加工方式的选择方法

对于调配的美拉德反应溶液是否加热后与大蒜反应以及与大蒜反应的方式，是浸泡大蒜或将大蒜与溶液放入真空泵抽真空，使溶液渗入大蒜中，分别进行2次对比实验，测出不同加工方式制成的琥珀大蒜的色差及总酚含量，选出最佳的加工方式。

1.3.4 单因素试验方法

大蒜发酵成琥珀色的原理是在一定条件下发生美拉德反应形成的，美拉德反应的底物是氨基酸和还原糖，以温度、湿度、时间、氨基酸和还原糖为因素进行单因素试验，研究其对琥珀大蒜褐变程度和总酚含量的影响。

1.3.5 工艺条件及配方的正交试验

1.3.5.1 温度、湿度、时间的正交试验

温度、湿度、时间是影响大蒜发酵的工艺参数，设计正交试验表优化工艺参数，选出最佳的工艺条件(见表2)。

1.3.5.2 氨基酸与还原糖的正交试验

美拉德反应受较多因素的影响，反应体系的底物是其中一个极其重要的因素。美拉德反应的反应底物包括糖类和氨基化合物[4]。实验选择的氨基酸是赖氨酸、甘氨酸和半胱氨酸，还原糖选择的是乳糖和核糖，以这些为主要原料，根据以上正交试验确定好最佳温度、湿度和时间的条件下进行美拉德反应，在此确定一个不同氨基酸和还原糖组合的3因素4水平正交表。称取不同的量后，分别加40 g水和1 g蜂蜜。对依此发酵的琥珀大蒜分别测其色差及总酚含量，选择最佳工艺配方，正交因素水平表见表1。

表1 氨基酸与还原糖的正交试验因素水平表

1.3.6 琥珀大蒜品质的测定方法

1.3.6.1 褐变程度的测定

琥珀大蒜的褐变程度主要是利用大蒜的颜色变化来反映，需要用到色差仪，色差仪根据人的双眼对光的感知程度进行测量，主要测量显示出标准样品和试样之间的色差ΔE，也就是显示新鲜大蒜与琥珀大蒜颜色的变化程度。ΔE被定义为琥珀大蒜的总色差，ΔE数值越大，说明大蒜的色差越大，即褐变程度越大。使用色差仪要遵循正确的测量方法。

1.3.6.2 总酚含量的测定

本实验采用福林-酚比色法测定总酚含量。绘制标准曲线及琥珀大蒜总酚含量的测定按鲍建峰、崔春兰等报道的方法进行[5，6]。根据下式计算总酚含量：

X=C×50/m。

式中：X为每克琥珀大蒜样品中含有的总酚的毫克数，mg/g；C为琥珀大蒜提取液中含有的总酚的浓度，mg/mL；m为每个琥珀大蒜样品的质量，g。

2 结果与分析

2.1 没食子酸标准曲线的结果与分析

测得的没食子酸的标准曲线见图1。

图1 没食子酸标准曲线Fig.1 Standard curve of gallic acid

由图1可知，没食子酸标准曲线的回归方程为y=0.0018x+0.1172,R2=0.9927，吸光度与总酚的浓度具有良好的线性关系。

2.2 工艺条件对琥珀大蒜品质影响的结果与分析

2.2.1 发酵温度对琥珀大蒜品质的影响

按1.3.4的实验方法进行此实验。发酵温度分别选用5个水平：60，70，80，90，100 ℃，其他工艺条件及试剂的添加保持不变，结果分析见图2。

图2 发酵温度对琥珀大蒜品质的影响Fig.2 Effect of fermentation temperature on the quality of honeyed garlic

由图2可知，温度对琥珀大蒜的品质有很大影响。温度越高，琥珀大蒜的褐变程度越高，而总酚含量相反，温度太高或太低都不利于琥珀大蒜的发酵，温度低于75 ℃时，会减缓大蒜发酵的速度，而温度高于90 ℃，也会抑制大蒜发酵，所以发酵温度应控制在一定范围内。

2.2.2 发酵湿度对琥珀大蒜品质的影响

按1.3.4的实验方法进行此实验。发酵湿度分别选用5个水平：55%，65%，75%，85%，95%，其他工艺条件及试剂的添加保持不变，结果分析见图3。

图3 发酵湿度对琥珀大蒜品质的影响Fig.3 Effect of fermentation humidity on the quality of honeyed garlic

由图3可知，湿度对琥珀大蒜品质的影响很大。湿度越大，琥珀大蒜褐变程度越高，在湿度为小于85%时，琥珀大蒜褐变越快；在湿度大于85%时，琥珀大蒜褐变的程度趋于平稳。而湿度小于85%时，湿度越大，琥珀大蒜产生的总酚含量越多；湿度大于85%时，湿度越大，总酚含量越少，所以湿度要选在合理的范围内。

2.2.3 发酵时间对琥珀大蒜品质的影响

按1.3.4的实验方法进行此实验。发酵时间分别选用5个水平：5，6，7，8，9 h，其他工艺条件及试剂的添加保持不变，结果分析见图4。

图4 发酵时间对琥珀大蒜品质的影响Fig.4 Effect of fermentation time on the quality of honeyed garlic

由图4可知，时间对琥珀大蒜的品质有很大的影响。随着时间的增加，琥珀大蒜的褐变程度越大。而在时间小于8 h时，琥珀大蒜的总酚含量随着时间的增加而增加；而大于8 h时，总酚含量减少，所以发酵时间不可以过长，要选择合适的时间。

2.3 工艺配方对琥珀大蒜品质影响的结果与分析

2.3.1 不同氨基酸对琥珀大蒜品质的影响

按1.3.4的实验方法进行此实验。本实验选用3个水平：赖氨酸、甘氨酸、半胱氨酸，研究这3个水平对琥珀大蒜品质的影响，这3个水平分别取2 g，与1.5 g乳糖、1.5 g 核糖配成溶液反应，其他的工艺条件及试剂不变，结果分析见图5。

图5 不同氨基酸对琥珀大蒜品质的影响Fig.5 Effect of different amino acids on the quality of honeyed garlic

由图5可知，氨基酸的种类对琥珀大蒜的影响很大，氨基酸种类会直接影响美拉德反应的进行。赖氨酸对琥珀大蒜褐变程度及总酚含量影响最大，其次是甘氨酸，半胱氨酸的影响最小。赖氨酸属于碱性氨基酸，碱性氨基酸对美拉德反应的反应速度有很大的促进作用[7]，所以为了促进琥珀大蒜发生美拉德反应，应选用赖氨酸或者氨基酸中赖氨酸的比重应该最大。

2.3.2 不同还原糖对琥珀大蒜品质的影响

按1.3.4的实验方法进行此实验。本实验选用2个水平：乳糖、核糖，研究这2个水平对琥珀大蒜品质的影响，这2个水平分别取1 g，与2 g赖氨酸、1 g甘氨酸配成溶液反应，其他的工艺条件及试剂不变，结果分析见图6。

图6 不同还原糖对琥珀大蒜品质的影响Fig.6 Effect of different reducing sugars on the quality of honeyed garlic

由图6可知，还原糖对琥珀大蒜品质的影响较大，其中核糖对琥珀大蒜褐变程度及总酚含量的影响比乳糖大，因为单糖分子的美拉德反应比双糖更易进行[8]。所以在选择还原糖时，要选择单糖，最好是五碳糖[9]。

2.4 加工方式对琥珀大蒜品质影响的结果与分析

按1.3.5的实验方法进行此实验。选择2 g赖氨酸、1 g甘氨酸、1.5 g乳糖、1.5 g核糖、1 g蜂蜜、40 g水制成溶液，对溶液加热的选择和渗入大蒜的方式分别选用4个水平：溶液加热后浸泡大蒜、溶液不加热浸泡大蒜、溶液加热后与大蒜同抽真空、溶液不加热与大蒜同抽真空。其中加热是在水浴锅中100 ℃下加热1 h，抽真空使用的是循环水真空抽滤装置，将溶液和大蒜放入抽滤瓶，打开真空泵，使得大蒜内外形成渗透压，从而溶液可渗入大蒜中。根据这4个水平进行实验，然后在温度85 ℃、湿度85%的条件下发酵6 h，其他工艺条件和配方保持不变。测定成品的色差及总酚含量，研究加工方式对琥珀大蒜品质的影响，测定结果见图7。

由图7可知，不同的加工方式对琥珀大蒜品质有较大的影响。配制好的溶液加热后浸泡大蒜对最后制成的琥珀大蒜的色差影响较大，生成的总酚含量也最高，说明加热后的溶液浸泡大蒜更能促进大蒜的发酵。对于大蒜发酵前后，总酚含量是有显著增加的，因为随着温度的升高推进发酵的进行，蒜样中的多酚氧化酶被激活，使得多酚物质在其作用下被分解出很多酚羟基，因此总酚含量提高[10]。

图7 加工方式对琥珀大蒜品质的影响Fig.7 Effect of processing methods on the quality of honeyed garlic

2.5 琥珀大蒜加工工艺优化的结果与分析

2.5.1 工艺条件的优化

琥珀大蒜发酵的主要工艺条件是恒温恒湿培养箱的设定温度、湿度及发酵时间，利用这3个因素做正交试验，将大蒜预处理后放入恒温恒湿培养箱，依据正交表依次进行发酵，发酵结束后拿出，刷上蜂蜜进行烤制，对成品进行色差及总酚含量的测定，选出最佳的工艺条件。

温度的3个水平为75，85，95 ℃,湿度的3个水平为75%，85%，95%，时间的3个水平为5，6，7 h，其他原辅料添加量和工艺条件保持不变，设计3因素3水平L9(33)正交表，得出的分析结果见表2。

表2 温度、湿度、时间的正交试验结果表Table 2 Orthogonal test results table of temperature，humidity and time

根据表2正交试验结果的极差R值可知，影响琥珀大蒜品质的工艺条件因素关系为：B>A>C，即对琥珀大蒜品质影响最大的是湿度，其次是温度，时间的影响比较小。最优方案为A2B2C2，表明最佳的工艺条件为：温度85 ℃，湿度85%，时间6 h,在此条件下发酵的效果最好。

2.5.2 工艺配方的优化

为了改善琥珀大蒜发酵的效果，以氨基酸和还原糖作配方，使其渗入到大蒜中帮助更好地发酵。以氨基酸、乳糖、核糖为3个因素，分别设计4个水平的添加和组合，采用3因素4水平L16(34)正交试验表，依据正交表称量，加入40 g水、1 g蜂蜜，制成16种不同的溶液，在高温下发生美拉德反应，将大蒜浸泡其中，使得美拉德反应的产物浸入大蒜内，浸泡结束后发酵，再刷蜂蜜烤制，其他原辅料添加量和工艺条件保持不变，完成此正交试验。对成品进行色差及总酚含量的测定，并选出最佳的配方。按3.5.2的方法和正交水平表，得出的正交表分析结果见表3。

表3 氨基酸与还原糖正交试验结果表Table 3 Orthogonal test results table of amino acid and reducing sugar

根据表3正交试验结果的极差R值可知，影响琥珀大蒜品质的因素关系为：A>C>B，即氨基酸的添加量对琥珀大蒜品质的影响最大，其次为核糖添加量，乳糖添加量的影响最小。琥珀大蒜最佳工艺配方为A1B3C3，即前期美拉德溶液的配制为：添加2 g赖氨酸、1 g甘氨酸、1.5 g乳糖、1.5 g核糖时琥珀大蒜的发酵效果最好。

2.6 最优配方试验验证

对最佳成品进行色差及总酚含量的测定，得到最优配方下的色差ΔE为58.32,总酚含量为5.68 mg/g。该结果比每组配方试验所得结果都好，且进行3次平行试验的结果稳定且良好，因此，认为正交试验设计所得的配方为最佳配方。

3 结论

确定制作琥珀大蒜的工艺流程为：大蒜→挑选→储藏→调配溶液→加热→保温→冷却→浸泡→清洗→沥水→发酵→冷却→上色→烤制→冷却→计量→装瓶→封口→冷却→成品。

经过温度、湿度、时间、氨基酸与还原糖的单因素试验，可得出各因素对琥珀大蒜褐变程度及总酚含量的影响：温度、湿度、时间越大，褐变程度越大；而温度、湿度、时间需要在一定范围内总酚含量才会高，过高或过低都会抑制琥珀大蒜的发酵；氨基酸对琥珀大蒜品质的影响较大，其中赖氨酸的影响最大，半胱氨酸的影响较小，还原糖的影响较大，核糖比乳糖的影响大。

确定浸泡琥珀大蒜的反应溶液的最佳配方为：赖氨酸2 g，甘氨酸1 g，乳糖1.5 g，核糖1.5 g，水40 g，蜂蜜1 g。

通过多次试验得到琥珀大蒜的最佳工艺条件为：用氨基酸与还原糖配制的美拉德反应溶液浸泡大蒜，拿出放入恒温恒湿培养箱中，设定温度为85 ℃，湿度为85%，时间为6 h，拿出冷却，刷一层蜂蜜，在烤箱中烤制，温度为100 ℃，时间为20 min，拿出冷却。

在最佳配方和最佳工艺条件下，测出琥珀大蒜的色差ΔE为58.32,总酚含量为5.68 mg/g。