動態監測破碎大蒜發酵過程研究

朱妞，羅倉學，蘇東霞

（1.西安醫學院，西安 710021；2.陜西科技大學，西安 710021）

黑蒜又名發酵黑蒜，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稱為“黑蒜發酵”，因此本文延用黑蒜發酵這一叫法。經過發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成分和保健功能［3］，據報道，黑蒜與未發酵大蒜相比，具有較強的抗氧化活性，可以預防代謝性疾病和酒精性肝臟損傷［4］。在國外已經被廣泛應用在保健食品加工中。

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

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，無發芽，產于山東金鄉。

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任公司；800型電動離心機 上海浦東物理光學儀器廠；101-2型電熱鼓風干燥箱 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→原料預處理→裝袋→發酵箱中發酵→去袋脫水→黑蒜產品。

1.3 試驗設計

1.3.1 溫度對破碎大蒜發酵的影響

1.3.1.1 恒溫發酵對破碎大蒜發酵的影響

對發酵溫度在破碎大蒜發酵過程中的影響進行系統研究，將紫皮蒜泥包裝密封后，分別在65，70，80，85，90℃5個發酵溫度下發酵15～45天。在發酵期間每隔5天測定蒜泥中質量指標（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 變溫發酵對破碎大蒜發酵的影響

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

1.3.2 濕度對破碎大蒜發酵過程的影響

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

1.3.3 不同料液比對液態大蒜發酵過程的影響

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

1.3.4 黑蒜脫水溫度及水分含量對黑蒜膏的影響

將發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、蒜泥質感5項為評定指標。按照不同評分級別及指標加權進行評分，見表1。根據評分標準及加權比例，最后取其平均值［7，8］。

表1 黑蒜感官評價標準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 數據處理

試驗數據采用SPSS 17.0軟件進行統計分析，圖中所采用的數據以平均值±標準差表示。

2 結果與分析

2.1 溫度對破碎大蒜發酵的影響

2.1.1 恒溫發酵對破碎大蒜發酵的影響

蒜泥在一定溫度、濕度條件下，自然發酵。持續濕熱的發酵環境使得蒜泥組織遭到破壞，細胞間相關酶與底物接觸發生分解或聚合，其蛋白質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，使發酵黑蒜口感酸甜，蒜肉質地柔軟；部分游離氨基酸與還原糖參與Maillard反應產生類黑素蛋白，使黑蒜產品色澤呈黑褐色；在高溫條件下，蒜素轉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］。

在蒜泥恒溫發酵過程中，動態監測其有效成分，見圖1～圖3。

圖1 不同發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酵條件下，隨著發酵時間的延長，蒜泥中可溶性多糖均持續下降，發酵后期其下降趨勢減緩。另外發酵溫度越低，蒜泥中可溶性低分子糖下降幅度減緩。蒜泥中多酚類物質的增加也是評價黑蒜品質優劣的重要指標，見圖2。

圖2 不同發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，在各個發酵溫度下，蒜泥中的總酚含量均高于未發酵蒜泥中總酚的含量，隨著發酵時間的持續，蒜泥中總酚含量呈現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）蒜泥中多酚類物質更容易積累。

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

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

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

2.1.2 變溫發酵對破碎大蒜發酵的影響

在恒溫發酵的基礎上，對蒜泥進行變溫發酵，動態監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酵期間呈現下降趨勢，發酵前期階段，其可溶性糖含量下降幅度較大，發酵后期采用低溫發酵，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酵20天時達到最大值12.82mg／g和12.52mg／g，比未發酵蒜泥中的多酚類物質含量（2.43mg／g）提高了5倍左右，在發酵后期，其總酚含量出現下降趨勢。

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

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

圖6 不同發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 濕度對破碎大蒜發酵過程的影響

溫度和濕度是黑蒜發酵過程中的2個重要因素［17］。在發酵過程中需要控制發酵室內的濕度范圍，發酵濕度過高，黑蒜泥水分含量增大，組織過于軟爛，相關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，后期發酵黑蒜泥發硬發粘，苦澀味嚴重，失去食用價值，同時不利于一些功能性成分的積累。在整個發酵過程中，控制發酵室濕度，從而控制蒜泥發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酵時間的延長均持續下降，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，在發酵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，控制適宜的發酵室內濕度，可有效提高黑蒜泥的質量指標，其中濕度在（65±5）%范圍內可以使黑蒜泥的質量指標較高。

2.3 不同料液比對液態大蒜發酵過程的影響

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

由圖10可知，蒜汁中可溶性糖含量均呈現下降趨勢，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酵黑蒜汁中有效成分的積累，同時縮短發酵工藝，其中料液比在4∶1的黑蒜汁綜合指標較高。

2.4 黑蒜脫水溫度及含水量對黑蒜膏品質的影響

對于發酵好的黑蒜汁，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，黑蒜組織發粘發硬，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。

目前對發酵黑蒜脫水過程中SOD活性穩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活性具有較高的穩定值。測定黑蒜膏不同含水量時的SOD活性值，結果見圖14。

由圖14可知，在黑蒜膏不同含水量下，其SOD活性發生變化，當黑蒜膏含水量在45%～70%之間，其SOD活性基本無變化；當水分含量低于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活性的穩定，根據相關文獻資料，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，所得黑蒜膏的SOD活性基本穩定；當脫水溫度在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 結論

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

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

對發酵后的黑蒜進行脫水，研究了其SOD活性的穩定性。脫水溫度在45～55℃范圍內，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。