黑蒜快速發酵工藝研究

丘苑新，楊靜嫻，何娣，邵曉敏，李存港

(仲愷農業工程學院 現代農業創新研究院，廣州 510225)

大蒜被發酵加工成黑蒜，其營養成分發生了變化，有效成分含量也得到了顯著提高。與大蒜相比，黑蒜的水分、脂肪等相對較低。微量元素相對較高，且糖分、蛋白質等含量是大蒜的2倍以上[1]，因此黑蒜的營養價值極高。黑蒜不僅保留原有大蒜的生理活性物質，其總酚含量也是大蒜的10倍[2]。研究發現，黑蒜的抗氧化效果極好，且具有抗酸化、抑菌、抗癌、調節血糖、降血壓、保肝護臟、提高機體免疫力等方面功能[3-4]。

隨著生活水平的提高，人們開始追求生活品質，一些人被黑蒜的保健功能、養生價值所吸引，且黑蒜改善了大蒜的風味和口感，增加了活性成分，這使得黑蒜更符合人體營養和保健需求，具有廣闊的市場前景[5]。因此，我們應該盡力提高產品的內在質量、外觀質量和產品價值。相信隨著人們對健康的關注以及對黑蒜健康功能的逐步認識，黑蒜將成為未來重要的保健食品。

因此，本研究以新鮮多瓣蒜為原料，通過變溫發酵和恒溫發酵以及添加多酚氧化酶對黑蒜的發酵工藝進行研究，以期解決傳統黑蒜加工周期長的問題，并對黑蒜的成分進行分析，研究黑蒜在加工過程中總酚和還原糖含量的變化，監控黑蒜的品質變化，為擴展黑蒜的新型食品市場以及開發黑蒜的下游加工產品，運用現代加工技術開發多元化的產品提供了參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

新鮮大蒜：市售；多酚氧化酶(1000 U/mg)：合肥博美生物科技有限責任公司；福林酚試劑：深圳市康初源有限公司；葡萄糖、沒食子酸：上海源葉生物科技有限公司；乙酸鋅、亞鐵氰化鉀、硫酸銅、酒石酸鉀鈉、氫氧化鈉、碳酸鈉、無水乙醇：均為分析純。

HH-S2電子恒溫水浴鍋 金壇市大地自動化儀器廠；CR-400色彩色差儀 日本柯尼卡美能達控股公司；TU-1900雙光束紫外可見分光光度計 天津凱爾曼豐科技有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 黑蒜制備流程

鮮蒜→挑選→裝罐→70 ℃恒溫預處理→去皮→噴灑多酚氧化酶溶液→60 ℃恒溫發酵→包裝→成品。

1.2.2 不同處理條件對黑蒜品質的影響

1.2.2.1 變溫發酵、恒溫發酵對黑蒜品質的影響

60 ℃恒溫發酵35 d；70 ℃處理5 h后降溫至60 ℃恒溫發酵35 d；70 ℃處理10 h后降溫至60 ℃恒溫發酵35 d。

1.2.2.2 添加多酚氧化酶對黑蒜品質的影響

在蒜表面噴灑多酚氧化酶溶液后于60 ℃恒溫發酵35 d；70 ℃處理5 h后，在蒜表面噴灑多酚氧化酶溶液，調節溫度至60 ℃恒溫發酵35 d；70 ℃處理10 h后，在蒜表面噴灑多酚氧化酶溶液，調節溫度至60 ℃恒溫發酵35 d。實驗分為6組，見表1。

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表1 不同處理條件實驗組Table 1 The test groups under different treatment conditions

1.2.3 色差

式中:ΔL=L樣品-L目標值；Δa=a樣品-a目標值；Δb=b樣品-b目標值。

1.2.4 總酚含量

采用Folin-Ciocalteu法[6]測定黑蒜的總酚含量，以沒食子酸為標準品，測定發酵5，10，15，20，25，30，35 d黑蒜的總酚含量，重復3次取平均值。

1.2.5 還原糖含量

1.2.6 感官評價

以色澤、氣味、口感、質地、可接受度[8]這5項作為黑蒜的感官評價指標，按表2黑蒜品質感官評價參考標準對成熟黑蒜進行獨立評分。

表2 黑蒜品質感官評價參考標準Table 2 The sensory evaluation reference standard for black garlic quality

1.3 數據處理

數據處理和分析采用SPSS 25進行統計分析，用Origin Pro 9.0 軟件進行數據處理和繪圖，實驗結果均重復3次，取平均值。

2 結果與分析

2.1 加工過程中黑蒜褐變度分析

黑蒜的褐變度是反映黑蒜酶促褐變程度最直觀的指標。本實驗用總色差△E來表示黑蒜的褐變度，△E值越大表明顏色越深，酶促褐變的程度越高。按照表1進行實驗，由圖1可知，在發酵前期和中期，大蒜的褐變度都呈現快速上升階段，經過70 ℃變溫處理的S3、S4、S5、S6的褐變度明顯高于未經過變溫處理的S1、S2；同組之間，經過多酚氧化酶處理的S1、S3、S5的褐變度比未經過多酚氧化酶處理的S2、S4、S6要高一些。到發酵后期，經過預處理組的大蒜褐變度幾乎都趨于平緩，△E都幾乎趨于70 ℃。根據姜雪[9]的研究得知，多瓣黑蒜達到成熟時的褐變度△E集中在70 ℃左右，而60 ℃恒溫發酵的大蒜褐變度變化較緩慢。

圖1 不同處理條件對黑蒜褐變度的影響

黑蒜在制備過程中外觀變化見圖2，黑蒜在不同溫度下處理的成熟度明顯不同，變溫發酵達到黑蒜成熟顏色所需的時間更短，在較高溫度下褐變的速度更快。發酵至30 d時，處理組S5和S6已完全具備黑蒜的深黑色外觀，且外形和柔軟度都已經達到黑蒜成品的程度。

圖2 黑蒜加工過程中外觀的變化

2.2 加工過程中黑蒜的成分變化

2.2.1 總酚含量

黑蒜中的酚類物質是反映黑蒜品質的重要功能性成分之一[10-11]。按照表1的處理條件，對發酵期間各組大蒜中的總酚含量進行測定，見圖3。

圖3 不同處理條件對黑蒜總酚的影響

由圖3可知，各實驗組總酚含量隨發酵時間的變化出現先增加后降低的趨勢，在發酵初期，各組大蒜的總酚含量都比較低。隨著發酵時間的推進，總酚呈現出量的積累，當發酵至25 d時，經過70 ℃處理的S3～S6的總酚含量達到最大值，這是由于大蒜在發酵過程中，高溫高濕的環境使多酚氧化酶活性減弱，而蒜瓣本身的多酚類物質在高溫環境中分解出更多的酚羥基，導致總酚的相對含量提高。而未經處理的實驗組S1和S2的總酚仍呈現積累狀態，這可能是由于黑蒜在60 ℃條件下發酵時間緩慢。

2.2.2 還原糖含量

黑蒜在加工過程中的風味變化與可溶性糖的含量有密切的關系，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的處理條件下，對大蒜在發酵期間的還原糖含量進行測定，結果見圖4。

圖4 不同處理條件對黑蒜還原糖的影響

由圖4可知，各實驗組還原糖總體上呈現上升的趨勢，說明還原糖隨著發酵時間的推遲在蒜瓣內進行量的積累，這一結果與王玉榮等[13]的研究結果一致。其中，經過70 ℃處理10 h的大蒜還原糖的含量要高于其他組，說明經過高溫處理后大蒜的美拉德反應和焦糖化反應速度比其他兩種處理組要快，因此還原糖積累速度較快。

2.3 成熟黑蒜各指標及感官評價分析

由表3可知，不同處理條件下，成熟黑蒜的各指標具有顯著性差異(P<0.05)，經過變溫處理的成熟黑蒜的感官評價差異顯著(P<0.05)，70 ℃處理10 h的成熟黑蒜的感官評價要高于其他兩種處理組，而直接60 ℃發酵的黑蒜，無論從各指標還是感官分析來看，均低于預處理組；添加多酚氧化酶對黑蒜的感官評價差異不顯著(P>0.05)，可能原因是影響黑蒜感官評價的主要指標是口感和風味。

表3 黑蒜各指標及感官評價的顯著性分析Table 3 The significance analysis of indexes and sensory evaluation of black garlic

由表4相關性分析可知，影響黑蒜感官評價的指標是褐變度和還原糖，而影響黑蒜褐變度的主要指標是還原糖，說明黑蒜的感官品質與還原糖密切相關。

表4 黑蒜各指標及感官評價的相關性分析Table 4 The correlation analysis of indexes and sensory evaluation of black garlic

3 討論與結論

根據Kimura等的報道[14]，高溫可以縮短黑蒜的發酵周期，但對黑蒜的風味和口感會造成一定的影響，低溫下發酵的黑蒜產品顏色不夠深，且發酵周期長。本次實驗對黑蒜的感官品質進行了考察，采用變溫發酵和添加多酚氧化酶對大蒜進行發酵，研究結果表明，通過70 ℃處理的大蒜發酵時間明顯縮短，是因為在高溫環境下，大蒜的組織結構被破壞，蒜膜屏障受損，因此大蒜本身的酚類物質和酚酶接觸再加上活性氧的參與，促進了大蒜的酶促褐變反應；對大蒜添加多酚氧化酶以加速大蒜褐變反應的研究發現，在產品的外觀上較難觀察出顏色的變化，但是通過測定色差值可以看出，添加多酚氧化酶處理的大蒜褐變速度要快于未添加組，主要原因是酶促褐變發生的3個條件是酚類物質、酶和氧，而大蒜中的酚類物質含量較高，額外地添加酚酶意味著催化劑濃度的提升，加之高溫對大蒜的組織結構造成一定程度的破壞，促使多酚氧化酶更快地進入組織結構內部，加速了酶促褐變的進程，說明添加多酚氧化酶對黑蒜的發酵周期有一定的影響。

在分析黑蒜加工過程中的成分變化發現，酚類物質和還原糖作為衡量黑蒜產品品質的一個重要指標，其含量的高低影響黑蒜的功效性及感官品質[15]，而總酚和還原糖的濃度在不同處理條件下與黑蒜的發酵時間呈正相關，其中，總酚的蓄積在發酵后期呈現相對下降的趨勢，原因可能是多酚類物質自身發生縮合反應形成褐色物質，隨著發酵時間的延長，生成的有色物質含量多，導致總酚的含量相對降低。結合感官評價分析可以看出，影響黑蒜感官品質的主要成分是還原糖，因此黑蒜褐變度的差別主要是成熟過程中美拉德反應和酶促褐變引起的，但美拉德反應起主要作用。從總體上看，經過70 ℃處理10 h后的實驗組S5和S6的感官品質和成分分析總體上要高于其他兩種處理組，可以結合添加多酚氧化酶促進黑蒜的酶促褐變，縮減發酵時間，節約能量，減少成本。