不同超高壓處理對獨頭黑蒜加工品質的影響

孟令冬，賀瑞璽，李昀,2*

（1.天津農學院食品科學與生物工程學院，天津300384；2.天津市農副產品深加工技術工程中心，天津300384）

獨頭大蒜又名獨頭蒜頭、獨頭胡蒜，是蒜類植物的統稱[1]。獨頭大蒜是百合科蔥屬，多年生草本植物的地下鱗莖，溫通達，性味辛，入肺、脾、心經，具有殺菌、抗癌和預防多種疾病的功效，其食用價值和藥用價值較大[2]。食用大蒜后產生部分有機含硫化合物，有令人不愉悅的氣味發生，且易引起腸胃消化功能紊亂、腸道菌群失調等問題[3-6]。獨頭黑蒜又名獨頭黑蒜頭、獨頭黑大蒜、獨頭發酵黑蒜，是由獨頭新鮮的帶皮生蒜在高濕高溫的環境下，發生美拉德反應，不添加任何添加劑自然發酵而成，使大蒜鱗莖呈現黑色[7-11]。獨頭黑蒜可以直接食用，口感柔軟且富有彈性，味道酸甜，沒有生食鮮蒜的臭味和辛辣味，也不會對胃和腸道產生不良刺激[12]。與獨頭鮮蒜相比，獨頭黑蒜的營養更豐富，各種生理活性功能也更強[10,13]。肖克飛等[14]通過鮮蒜與黑蒜的對比研究表明，加工成黑蒜后可溶性糖含量增加20倍，大蒜素含量降至零。朱新鵬等[15]對大蒜發酵前后的還原糖、總酸、總酚和蒜氨酸含量進行測定分析，并對黑蒜進行感官評價。結果表明，5種鮮蒜的還原糖、總酸、總酚和蒜氨酸含量存在一定的差異，制成黑蒜后，還原糖含量增加2.45～5.01倍，總酸含量增加5.40～17.77倍，總酚含量增加4.00～10.15倍，蒜氨酸含量則下降2.11～3.24倍。因此黑蒜具有更廣闊的發展前景與市場。

超高壓技術是一個物理過程，也是一種無污染、綠色、環保的食品加工技術，它減少了傳統熱加工技術的許多弊端。該技術通過破壞食物的非共價鍵且對共價鍵幾乎沒有影響，而且可以保存食品原有的風味和營養價值[16]。本文將超高壓技術與高溫、高濕技術相結合來制備黑蒜成品，在制備過程中測定了獨頭黑蒜成品的水分含量、總糖含量、色差以及彈性變化，研究了不同的超高壓條件對獨頭黑蒜成品品質的影響，并且對獨頭黑蒜成品進行了感官評價，為更好地加工高品質的獨頭黑蒜成品提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

新鮮獨頭紫皮大蒜，產地為云南大理。

1.2 儀器與設備

DZ-6002S全自動抽真空封口機，諸城市陽升電器有限公司；SF400型手壓式薄膜封口機，永康市喜尚工貿有限公司；MJX-100B-Z霉菌培養箱，上海博迅醫療生物儀器股份有限公司；YC-D205加濕器，北京亞都環保科技有限公司；HPP.L2-600/2超高壓處理設備，天津華泰森淼生物工程技術有限公司；CS-10便攜式色差儀，杭州彩譜科技有限公司；日本手持PAL-1型糖度計，廣州市博勒泰貿易有限公司；TA.XT Plus物性測試儀，英國Stable Micro Systems公司；MB120水分測定儀，美國奧豪斯公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 工藝流程

選料→預處理→抽真空→超高壓→剪袋→放入培養箱→包裝

1.3.2 操作要點

（1）選料及預處理

選取個頭均勻、飽滿、完整、新鮮、未剝皮、無蟲蛀、未長霉點、不發芽的帶皮的新鮮紫皮獨頭蒜。剝去外皮、去蒂，清洗晾干。將獨頭大蒜每7頭放在一個包裝袋中，抽真空后備用。

（2）超高壓處理

將抽真空后的獨頭大蒜，進行超高壓處理。每兩個包裝袋為一組，分別進行100 MPa保壓時間為5、10、15 min；200 MPa保壓時間為 5、10、15 min 和 300 MPa保壓時間為5、10、15 min的超高壓處理。加壓過程中的介質為水，待壓力上升到指定的水平后就會進行保壓，達到保壓時間后會瞬間卸壓（5 s以內）。

（3）剪袋、放入培養箱

將超高壓處理后的每袋蒜剪開，放入事先設置好的溫度為40℃的霉菌培養箱內，并打開加濕器對培養箱內部加濕。保持霉菌培養箱內的濕度為60%RH。同時將未經過任何預處理的新鮮生蒜也放入培養箱內，進行培養觀察。

（4）包裝

將超高壓預處理和發酵制備的獨頭黑蒜成品分別放入不同的包裝袋里，抽真空封袋，留存。

1.3.3 水分的測定

采用MB120水分分析儀，將獨頭黑蒜成品事先切成比較細小的蒜末，每次稱取1 g左右的蒜末放在培養皿（測量前已去皮）中，蓋上蓋子開始測量。每組測試3次，求平均值。

1.3.4 總糖含量的測定

采用日本手持PAL-1型糖度計，將待測的獨頭黑蒜成品切成蒜末，擠出汁液，用以測定糖度。每次測定之前都要用蒸餾水矯正糖度計，以確保試驗的準確性。

1.3.5 色差的測定

采用CS-10便攜式色差儀，以獨頭白蒜作為矯正標準。此試驗通過測試獨頭黑蒜同一個位置的色差，以此來判斷發酵程度以及獨頭黑蒜成品的成色變化。每組重復測定3次，取平均值[14]。

△L=L樣品-L標準（黑、白差異）

其中：L代表光澤明亮度指示，L=0為黑色，L=100為白色。

1.3.6 彈性的測定

將每頭需要測定的獨頭黑蒜成品切掉蒜頭和蒜尾，取中間的1 cm左右的獨頭黑蒜成品切成正方體。采用TA.XT Plus物性測試儀測定獨頭黑蒜蒜樣的彈性，選用P35圓柱形探頭，測試模式為TPA。具體的試驗測定參數為預壓速度2.0 mm/s，下壓速度1 mm/s，回復速度1 mm/s，變形量5 mm，兩次壓縮之間停留的時間為 5 s，觸發力為5 g[17]。

1.4 感官評價

分別設置色澤、氣味、質地和口感4個鑒評項目[18]，進行評分，由10名專業人員對產品感觀進行打分，取平均值。評分標準見表1。

表1 感官評定標準Table 1 Sensory evaluation criteria

1.5 數據及圖片處理方法

數據處理使用SPSS 22.0和Excel 2007統計分析軟件。數據的差異性由SPSS 22.0分析。

2 結果與分析

2.1 不同保壓時間獨頭黑蒜成品的水分含量比較

在獨頭黑蒜成品的制作過程中水分含量是一個相當關鍵的因素。獨頭黑蒜成品的水分含量可以影響獨頭黑蒜成品的品質和口感。由圖1（見下頁）所示，隨著獨頭黑蒜保壓時間的增加，獨頭黑蒜成品的水分含量逐漸減少。未經過超高壓處理的獨頭黑蒜成品的水分含量為59.56%，而經超高壓條件為100 MPa保壓5 min處理的獨頭黑蒜成品的含水量降為40.06%，超高壓條件為300 MPa保壓15 min處理的獨頭黑蒜成品的含水量為23.24%，明顯低于未經超高壓處理的獨頭黑蒜成品，這是因為獨頭黑蒜在生產的過程中受熱而發生美拉德反應，導致水分蒸發，水分含量降低。同時，較低的水分含量更有利于形成黑蒜香軟黏糯的口感，其硬度和咀嚼性較高，彈性較低。因此，超高壓條件為300 MPa保壓15 min的獨頭黑蒜成品彈性適中，口感較好。

圖1 不同超高壓條件下獨頭黑蒜成品水分的比較Fig.1 Comparisons of moisture content of black garlic products under different ultra-high pressure conditions

2.2 不同保壓時間獨頭黑蒜成品的總糖含量比較

獨頭黑蒜變黑主要是由于酶促褐變與非酶褐變的共同作用所致。獨頭鮮蒜經過美拉德反應發酵成獨頭黑蒜，其反應產物總糖不僅影響著獨頭黑蒜成品的黑變速度，還賦予了獨頭黑蒜成品特殊的酸甜爽口的口感。獨頭鮮蒜中糖的含量豐富，主要有果糖、葡萄糖和半乳糖，這些糖為獨頭黑蒜成品發酵后期類黑精物質的生成提供了物質基礎。

圖2、圖3和圖4分別為保壓時間為5 min、10 min和15 min時測得的不同壓力下的獨頭黑蒜成品的總糖含量。從這3個圖中可以看出，第32 d測出來的總糖含量要明顯高于第8、16、24 d測得的獨頭黑蒜成品的總糖含量。可知，隨著發酵時間的增加，獨頭黑蒜成品的總糖含量在不斷的上升。這可能是因為在獨頭黑蒜發酵過程中，大蒜中的淀粉在淀粉酶的作用下被分解成葡萄糖等多種糖類物質，導致總糖含量上升。但是由于美拉德反應的速度變快，生成大量棕色或黑色的類黑精物質[19-21]。總糖會作為獨頭黑蒜成品黑化反應的前體物質而被消耗，而獨頭黑蒜成品的水分減小的速度大于總糖減小的速度，所以總糖含量還是呈上升趨勢。

常壓條件下第32 d測出的獨頭黑蒜的總糖含量為43.8°Bx。保壓時間為5 min時，第32 d測得的100、200、300 MPa條件下獨頭黑蒜總糖含量分別為46.8、48.6、52.6°Bx；保壓時間為10 min時，第32 d測得的100、200、300 MPa條件下獨頭黑蒜總糖含量分別為49.8、51.2、53.2°Bx；保壓時間為15 min時，第32 d測得的100、200、300 MPa條件下獨頭黑蒜總糖含量分別為50.1、52.2、53.8 °Bx。由此可見，300 MPa、15min 是獨頭黑蒜成品制作品質最好的壓力和保壓時間。

圖2 不同壓力保壓5 min獨頭黑蒜成品總糖的比較Fig.2 Comparison of total sugar of black garlic products pressurized under different pressure for 5 minutes

圖3 不同壓力保壓10 min獨頭黑蒜成品總糖的比較Fig.3 Comparison of total sugar of black garlic products pressurized under different pressure for 10 minutes

圖4 不同壓力保壓15 min獨頭黑蒜成品總糖的比較Fig.4 Comparison of total sugar in black garlic pressurized under different pressure for 15 minutes

2.3 不同保壓時間獨頭黑蒜成品的色差比較

評價獨頭黑蒜成品質量的重要指標是外觀顏色。根據色差的定義可知，L可以表示獨頭黑蒜成品光澤明亮度。在獨頭黑蒜成品的整個加工過程中，發生最明顯變化的是獨頭黑蒜成品的黑白程度的變化，即L值的變化。L值越小則越接近黑色，其褐變程度也就越深，獨頭黑蒜成品的成色越好[18]。在獨頭黑蒜成品發酵過程中，獨頭黑蒜的黑變程度隨著時間的推移越來越大，最后趨于平緩。這是由于獨頭黑蒜成品在發酵前期會發生酶促褐變，導致獨頭黑蒜的色差變化較大，而在獨頭黑蒜成品的發酵后期會因為美拉德反應生成大量類黑精，獨頭黑蒜的色差變化變小，甚至趨于平緩[19-21]。

由圖5可知，隨著發酵時間的變化，保壓時間為5 min時 100、200、300 MPa的L值都低于常壓條件下制成的獨頭黑蒜成品。200 MPa和300 MPa的色差變化趨勢幾乎一致，最低值在超高壓壓力為300 MPa的時候，L值為24.85。而最高值出現在常壓的條件下，L值為66.25。300 MPa時的獨頭黑蒜成品的變黑程度最好。

由圖6可知，隨著發酵時間的變化，保壓時間為10 min時，常壓和超高壓條件為100 MPa的色差變化趨勢相似，200 MPa和300 MPa的色差變化幾乎一致。最低點為300 MPa時，此時的獨頭黑蒜成品的呈色最好。

圖5 不同壓力條件下保壓5 min獨頭黑蒜成品色差的比較Fig.5 Comparison of color difference of black garlic under different pressure for 5 minutes

由圖7（見下頁）可知，隨著發酵時間的變化，保壓時間為15 min時100、200 MPa和300 MPa的超高壓條件下的獨頭黑蒜成品的色差變化不大，但明顯與常壓的獨頭黑蒜成品的色差有很大的差異。

隨著熟化時間增加，獨頭黑蒜成品的顏色會越來越深，最后趨于平緩，可以得出，隨著美拉德反應的發生，類黑精在不斷的累積。經300 MPa保持15 min超高壓處理的獨頭黑蒜成品的色差變化最好，未經過超高壓處理的獨頭黑蒜成品的色差變化不明顯。由此可以得出，300 MPa保持15 min是對于獨頭黑蒜成品色差變化最明顯的超高壓條件。

2.4 不同保壓時間獨頭黑蒜成品的彈性比較

獨頭黑蒜成品的含水量與獨頭黑蒜成品的彈性密切相關，其水分含量越高，獨頭黑蒜成品的質地就越稀軟，彈性越小，口感越差，并且不利于貯藏，但獨頭黑蒜成品的水分含量過低會導致成品的質地堅硬、韌性大、咀嚼困難[22]。可見，要保持獨頭黑蒜成品具有適當的彈性，前提就是要保證獨頭黑蒜成品的水分含量適當，這樣制成的獨頭黑蒜成品的質地才會軟而富有彈性。

未經過超高壓處理的獨頭黑蒜成品的彈性為0.397 9 mm，由圖8可知，經過超高壓處理的獨頭黑蒜彈性均高于未經超高壓處理的。隨著壓力的增加，保壓時間的延長，彈性逐漸上升，300 MPa保壓時間為15 min超高壓處理的獨頭黑蒜成品的彈性最高，為0.637 4 mm，未經過超高壓處理的獨頭黑蒜成品的彈性最小，不利于咀嚼、口感差，而經300 MPa保持15 min條件下高壓處理的獨頭黑蒜成品的彈性適當，利于咀嚼。

圖8 不同超高壓條件下獨頭黑蒜成品彈性的比較Fig.8 Comparison of elasticity of black garlic products under different ultra-high pressure conditions

2.5 感官評價分析

表2顯示了不同獨頭黑蒜成品感官的品質比較。由表2可知，經300 MPa保壓15 min高壓處理的獨頭黑蒜成品明顯優于其他幾種處理的黑蒜。在色澤方面，經300 MPa保壓15 min超高壓處理的獨頭黑蒜成品和200 MPa保壓15 min超高壓處理的獨頭黑蒜成品無顯著差異，但明顯優于常壓和經100 MPa保壓10 min超高壓處理的獨頭黑蒜成品。在氣味方面，經200 MPa保壓15 min和經300 MPa保壓15 min超高壓處理的獨頭黑蒜成品無明顯差異。在質地方面，經300 MPa保壓15 min超高壓處理的獨頭黑蒜成品與經300 MPa保壓5 min、300 MPa保壓10 min、100 MPa保壓 15 min、200 MPa 保壓15 min超高壓處理的獨頭黑蒜成品差異不大。在口感方面，經300 MPa保壓15 min超高壓處理的獨頭黑蒜成品與經200 MPa保壓15 min超高壓處理的獨頭黑蒜成品差異不大，但是和常壓條件下加工的獨頭黑蒜成品有明顯差異。這與之前對獨頭黑蒜成品的水分含量、糖度、色差和彈性的測定結果一致。經過上述比較，可以得出300 MPa保壓15 min超高壓條件下所加工出來的獨頭黑蒜成品品質最佳。

表2 不同條件下加工的獨頭黑蒜成品感官的品質比較Table 2 Comparison of sensory quality of black garlic processed under different conditions

3 結論

經過高溫高壓發酵的獨頭黑蒜成品糖度、色差和彈性會發生很大的改變，水分含量會明顯的降低。通過分別對比不同的（100 MPa保壓時間為 5、10、15 min；200 MPa保壓時間為 5、10、15 min 和 300 MPa 保壓時間為 5、10、15 min）處理的獨頭黑蒜成品的不同的感官品質，可以得出：不同壓力和保壓時間相比，300 MPa保持15 min是最好的制作獨頭黑蒜成品的超高壓條件，可以使制作出來的獨頭黑蒜成品酸甜可口、質地細膩、富有彈性。

獨頭黑蒜因其較高的營養價值及生理活性功能受到研究者關注。作為近年來的一項新技術，超高壓技術在黑蒜生產中的應用將為黑蒜生產技術的發展打開新局面，促使黑蒜產業獲得更好的效益。