黑蒜快速发酵工艺研究
2021-03-23丘苑新杨静娴何娣邵晓敏李存港
丘苑新，杨静娴，何娣，邵晓敏，李存港
(仲恺农业工程学院 现代农业创新研究院，广州 510225)
大蒜被发酵加工成黑蒜，其营养成分发生了变化，有效成分含量也得到了显著提高。与大蒜相比，黑蒜的水分、脂肪等相对较低。微量元素相对较高，且糖分、蛋白质等含量是大蒜的2倍以上[1]，因此黑蒜的营养价值极高。黑蒜不仅保留原有大蒜的生理活性物质，其总酚含量也是大蒜的10倍[2]。研究发现，黑蒜的抗氧化效果极好，且具有抗酸化、抑菌、抗癌、调节血糖、降血压、保肝护脏、提高机体免疫力等方面功能[3-4]。
随着生活水平的提高，人们开始追求生活品质，一些人被黑蒜的保健功能、养生价值所吸引，且黑蒜改善了大蒜的风味和口感，增加了活性成分，这使得黑蒜更符合人体营养和保健需求，具有广阔的市场前景[5]。因此，我们应该尽力提高产品的内在质量、外观质量和产品价值。相信随着人们对健康的关注以及对黑蒜健康功能的逐步认识，黑蒜将成为未来重要的保健食品。
因此，本研究以新鲜多瓣蒜为原料，通过变温发酵和恒温发酵以及添加多酚氧化酶对黑蒜的发酵工艺进行研究，以期解决传统黑蒜加工周期长的问题，并对黑蒜的成分进行分析，研究黑蒜在加工过程中总酚和还原糖含量的变化，监控黑蒜的品质变化，为扩展黑蒜的新型食品市场以及开发黑蒜的下游加工产品，运用现代加工技术开发多元化的产品提供了参考。
1 材料与方法
1.1 材料与仪器
新鲜大蒜：市售；多酚氧化酶(1000 U/mg)：合肥博美生物科技有限责任公司；福林酚试剂：深圳市康初源有限公司；葡萄糖、没食子酸：上海源叶生物科技有限公司；乙酸锌、亚铁氰化钾、硫酸铜、酒石酸钾钠、氢氧化钠、碳酸钠、无水乙醇：均为分析纯。
HH-S2电子恒温水浴锅 金坛市大地自动化仪器厂；CR-400色彩色差仪 日本柯尼卡美能达控股公司；TU-1900双光束紫外可见分光光度计 天津凯尔曼丰科技有限公司。
1.2 实验方法
1.2.1 黑蒜制备流程
鲜蒜→挑选→装罐→70 ℃恒温预处理→去皮→喷洒多酚氧化酶溶液→60 ℃恒温发酵→包装→成品。
1.2.2 不同处理条件对黑蒜品质的影响
1.2.2.1 变温发酵、恒温发酵对黑蒜品质的影响
60 ℃恒温发酵35 d；70 ℃处理5 h后降温至60 ℃恒温发酵35 d；70 ℃处理10 h后降温至60 ℃恒温发酵35 d。
1.2.2.2 添加多酚氧化酶对黑蒜品质的影响
在蒜表面喷洒多酚氧化酶溶液后于60 ℃恒温发酵35 d；70 ℃处理5 h后，在蒜表面喷洒多酚氧化酶溶液，调节温度至60 ℃恒温发酵35 d；70 ℃处理10 h后，在蒜表面喷洒多酚氧化酶溶液，调节温度至60 ℃恒温发酵35 d。实验分为6组，见表1。
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表1 不同处理条件实验组Table 1 The test groups under different treatment conditions
1.2.3 色差
式中:ΔL=L样品-L目标值；Δa=a样品-a目标值；Δb=b样品-b目标值。
1.2.4 总酚含量
采用Folin-Ciocalteu法[6]测定黑蒜的总酚含量，以没食子酸为标准品，测定发酵5，10，15，20，25，30，35 d黑蒜的总酚含量，重复3次取平均值。
1.2.5 还原糖含量
1.2.6 感官评价
以色泽、气味、口感、质地、可接受度[8]这5项作为黑蒜的感官评价指标，按表2黑蒜品质感官评价参考标准对成熟黑蒜进行独立评分。
表2 黑蒜品质感官评价参考标准Table 2 The sensory evaluation reference standard for black garlic quality
1.3 数据处理
数据处理和分析采用SPSS 25进行统计分析，用Origin Pro 9.0 软件进行数据处理和绘图，实验结果均重复3次，取平均值。
2 结果与分析
2.1 加工过程中黑蒜褐变度分析
黑蒜的褐变度是反映黑蒜酶促褐变程度最直观的指标。本实验用总色差△E来表示黑蒜的褐变度，△E值越大表明颜色越深，酶促褐变的程度越高。按照表1进行实验，由图1可知，在发酵前期和中期，大蒜的褐变度都呈现快速上升阶段，经过70 ℃变温处理的S3、S4、S5、S6的褐变度明显高于未经过变温处理的S1、S2；同组之间，经过多酚氧化酶处理的S1、S3、S5的褐变度比未经过多酚氧化酶处理的S2、S4、S6要高一些。到发酵后期，经过预处理组的大蒜褐变度几乎都趋于平缓，△E都几乎趋于70 ℃。根据姜雪[9]的研究得知，多瓣黑蒜达到成熟时的褐变度△E集中在70 ℃左右，而60 ℃恒温发酵的大蒜褐变度变化较缓慢。
图1 不同处理条件对黑蒜褐变度的影响
黑蒜在制备过程中外观变化见图2，黑蒜在不同温度下处理的成熟度明显不同，变温发酵达到黑蒜成熟颜色所需的时间更短，在较高温度下褐变的速度更快。发酵至30 d时，处理组S5和S6已完全具备黑蒜的深黑色外观，且外形和柔软度都已经达到黑蒜成品的程度。
图2 黑蒜加工过程中外观的变化
2.2 加工过程中黑蒜的成分变化
2.2.1 总酚含量
黑蒜中的酚类物质是反映黑蒜品质的重要功能性成分之一[10-11]。按照表1的处理条件，对发酵期间各组大蒜中的总酚含量进行测定，见图3。
图3 不同处理条件对黑蒜总酚的影响
由图3可知，各实验组总酚含量随发酵时间的变化出现先增加后降低的趋势，在发酵初期，各组大蒜的总酚含量都比较低。随着发酵时间的推进，总酚呈现出量的积累，当发酵至25 d时，经过70 ℃处理的S3～S6的总酚含量达到最大值，这是由于大蒜在发酵过程中，高温高湿的环境使多酚氧化酶活性减弱，而蒜瓣本身的多酚类物质在高温环境中分解出更多的酚羟基，导致总酚的相对含量提高。而未经处理的实验组S1和S2的总酚仍呈现积累状态，这可能是由于黑蒜在60 ℃条件下发酵时间缓慢。
2.2.2 还原糖含量
黑蒜在加工过程中的风味变化与可溶性糖的含量有密切的关系，可溶性糖的含量在一定程度上反映了黑蒜的甜度[12]。在表1的处理条件下，对大蒜在发酵期间的还原糖含量进行测定，结果见图4。
图4 不同处理条件对黑蒜还原糖的影响
由图4可知，各实验组还原糖总体上呈现上升的趋势，说明还原糖随着发酵时间的推迟在蒜瓣内进行量的积累，这一结果与王玉荣等[13]的研究结果一致。其中，经过70 ℃处理10 h的大蒜还原糖的含量要高于其他组，说明经过高温处理后大蒜的美拉德反应和焦糖化反应速度比其他两种处理组要快，因此还原糖积累速度较快。
2.3 成熟黑蒜各指标及感官评价分析
由表3可知，不同处理条件下，成熟黑蒜的各指标具有显著性差异(P<0.05)，经过变温处理的成熟黑蒜的感官评价差异显著(P<0.05)，70 ℃处理10 h的成熟黑蒜的感官评价要高于其他两种处理组，而直接60 ℃发酵的黑蒜，无论从各指标还是感官分析来看，均低于预处理组；添加多酚氧化酶对黑蒜的感官评价差异不显著(P>0.05)，可能原因是影响黑蒜感官评价的主要指标是口感和风味。
表3 黑蒜各指标及感官评价的显著性分析Table 3 The significance analysis of indexes and sensory evaluation of black garlic
由表4相关性分析可知，影响黑蒜感官评价的指标是褐变度和还原糖，而影响黑蒜褐变度的主要指标是还原糖，说明黑蒜的感官品质与还原糖密切相关。
表4 黑蒜各指标及感官评价的相关性分析Table 4 The correlation analysis of indexes and sensory evaluation of black garlic
3 讨论与结论
根据Kimura等的报道[14]，高温可以缩短黑蒜的发酵周期，但对黑蒜的风味和口感会造成一定的影响，低温下发酵的黑蒜产品颜色不够深，且发酵周期长。本次实验对黑蒜的感官品质进行了考察，采用变温发酵和添加多酚氧化酶对大蒜进行发酵，研究结果表明，通过70 ℃处理的大蒜发酵时间明显缩短，是因为在高温环境下，大蒜的组织结构被破坏，蒜膜屏障受损，因此大蒜本身的酚类物质和酚酶接触再加上活性氧的参与，促进了大蒜的酶促褐变反应；对大蒜添加多酚氧化酶以加速大蒜褐变反应的研究发现，在产品的外观上较难观察出颜色的变化，但是通过测定色差值可以看出，添加多酚氧化酶处理的大蒜褐变速度要快于未添加组，主要原因是酶促褐变发生的3个条件是酚类物质、酶和氧，而大蒜中的酚类物质含量较高，额外地添加酚酶意味着催化剂浓度的提升，加之高温对大蒜的组织结构造成一定程度的破坏，促使多酚氧化酶更快地进入组织结构内部，加速了酶促褐变的进程，说明添加多酚氧化酶对黑蒜的发酵周期有一定的影响。
在分析黑蒜加工过程中的成分变化发现，酚类物质和还原糖作为衡量黑蒜产品品质的一个重要指标，其含量的高低影响黑蒜的功效性及感官品质[15]，而总酚和还原糖的浓度在不同处理条件下与黑蒜的发酵时间呈正相关，其中，总酚的蓄积在发酵后期呈现相对下降的趋势，原因可能是多酚类物质自身发生缩合反应形成褐色物质，随着发酵时间的延长，生成的有色物质含量多，导致总酚的含量相对降低。结合感官评价分析可以看出，影响黑蒜感官品质的主要成分是还原糖，因此黑蒜褐变度的差别主要是成熟过程中美拉德反应和酶促褐变引起的，但美拉德反应起主要作用。从总体上看，经过70 ℃处理10 h后的实验组S5和S6的感官品质和成分分析总体上要高于其他两种处理组，可以结合添加多酚氧化酶促进黑蒜的酶促褐变，缩减发酵时间，节约能量，减少成本。
