風味黑大蒜快速發酵工藝研究

湯薇，時培寧，王穎，李勇*，胡欣恬

(1.徐州工程學院 食品(生物)工程學院，江蘇 徐州 221018；2.徐州工程學院 江蘇省 食品資源開發與質量安全重點建設實驗室，江蘇 徐州 221018)

百合科蔥屬草本植物大蒜是藥食兩用食物，具有健胃、消食、抗菌、抗病毒、解毒、降血糖、預防心血管疾病以及防癌抗癌等功效，而大蒜擁有的獨特性辛辣刺激氣味，食用后會造成人體不適，如果長期食用或食用過多，還會在一定程度上損傷人體的肝臟或眼睛。黑大蒜，是由新鮮帶皮的生蒜，在高溫高濕的環境下自然發酵而成的制品，與新鮮大蒜相比，黑大蒜在新鮮生蒜原有的營養成分的基礎上，多酚類物質大幅提高，在抗氧化、抗酸化等方面的作用可提高5～10倍，使黑大蒜具有增強機體免疫力、抗癌、抗衰老、抗疲勞、改善糖代謝、抗過敏等作用。此外，黑大蒜沒有新鮮生蒜中的刺激性辛辣味，口感酸甜軟糯，無刺激的蒜味，所以近年來該產品發展迅速[1-3]。

目前國內對于黑大蒜的研究還處于初級階段。日本傳統黑蒜發酵周期為3～6個月，我國傳統黑蒜機械發酵周期為30 d，生產周期長，成本較高，不利于產品的普及生產，致使產品價位較高，在縮短黑大蒜發酵時間的研究方面，主要集中在對大蒜進行冷凍處理、高溫短時加熱、超聲預處理及調整發酵溫度和濕度等方面[4-6]，對于黑大蒜快速發酵及美拉德反應對黑蒜發酵速度的影響方面的研究較少。本文主要研究了美拉德反應對黑蒜品質及發酵速度的影響，經優化美拉德反應液配方預處理鮮大蒜，研究不同的發酵時間和預處理方法對黑蒜的總酚含量、還原糖含量、色差、水分含量及風味品質的影響，確定了黑大蒜發酵的最佳工藝，大大縮短了黑蒜的發酵周期，具有良好的應用前景。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

邳州大蒜、蜂蜜：購自徐州七里溝農貿市場；福林酚試劑、無水乙醇、甲醇、蒽酮、鹽酸：均為分析純，購自國藥集團化學試劑有限公司；葡萄糖、甘氨酸、賴氨酸：均為食品級，購自浙江一諾生物科技有限公司。

1.2 儀器與設備

TC-HSS16智能黑蒜發酵機 佛山市順德區甜城電器有限公司；FA2004B電子天平 上海精科天美科學儀器有限公司；TDZ4臺式低速離心機 湖南赫西儀器裝備有限公司；HH-4數顯恒溫水浴鍋 國華電器有限公司；721型分光光度計 上海欣茂儀器有限公司；WF32精密色差儀 深圳市威福光電科技有限公司。

1.3 黑大蒜的制備方法

1.3.1 美拉德反應液的配制

稱取不同量的葡萄糖、賴氨酸、甘氨酸、蜂蜜，并加50 g蒸餾水配制，共配制9組不同的美拉德反應液，用于進行正交試驗。

1.3.2 大蒜預處理

將新鮮大蒜清洗，去除最外層的皮，保留其余外皮的完整，自然風干。選取大小均勻一致的5粒蒜瓣(重約20 g)備用。

1.3.3 黑大蒜制作工藝流程

美拉德反應液配制→攪拌→靜置→浸泡(預處理后的大蒜12 h)→清洗→擦干→智能黑蒜發酵機中發酵→冷卻至室溫→裝袋→封口→成品。

1.4 單因素試驗確定發酵時間

利用智能黑蒜發酵機在恒溫恒濕(溫度70 ℃，濕度90%)條件下發酵黑大蒜，發酵時間分別設為96，120，144，168，192 h，測定不同發酵時間下黑大蒜的總酚含量、色差、還原糖含量、水分含量，研究不同發酵時間對黑大蒜品質的影響。

1.5 正交試驗方法

美拉德反應液由不同量的葡萄糖、賴氨酸、甘氨酸、蜂蜜，并加50 g蒸餾水配制，選用葡萄糖、蜂蜜、兩種不同的氨基酸(甘氨酸、賴氨酸)進行正交試驗，正交試驗因素水平見表1。

表1 正交試驗因素水平表Table 1 Factors and levels of orthogonal test

1.6 感官評價方法

對發酵好的黑大蒜進行感官評價，見表2。從氣味、色澤、質地、口感4個方面對發酵的黑蒜成品進行評價，共計100分，每項25分。邀請9位專業人士進行感官評分，每項指標取平均值，分項測評匯總。

表2 黑蒜感官評價標準Table 2 Sensory evaluation criteria of black garlic

1.7 檢測方法

1.7.1 總酚的測定

以沒食子酸為標準物質，選用福林-酚比色法[7]測定總酚的含量，取2 g黑大蒜干燥樣品，用乙醇提取，根據提取液體積計算總酚含量。

1.7.2 色差的測定

利用色差儀來測定黑蒜的色差，隨機選擇發酵過程中的黑大蒜，取其橫切面，測定橫切面的ΔE，ΔE是樣品的總色差，ΔE值越大，則表明色差越大，大蒜褐變的程度越大。

1.7.3 可溶性糖的測定

利用蒽酮比色法[8]測定黑大蒜中可溶性糖的含量。

1.7.4 水分含量的測定

利用直接干燥法[9]測定黑大蒜的水分含量。

將黑蒜樣品磨碎，迅速過20～40目篩，混勻，放入潔凈的扁形玻璃稱量瓶中，置于85 ℃干燥箱中烘干，取出冷卻，精確稱量直至恒重。根據下式計算水分含量。

式中：X為樣品中水分的質量分數；a為稱量瓶和試樣干燥前的質量，g；b為稱量瓶和試樣干燥后的質量，g；c為稱量瓶的質量，g。

2 結果與分析

2.1 黑蒜發酵單因素試驗結果與分析

2.1.1 不同發酵時間對黑大蒜總酚含量的影響

酚類物質具有預防心血管疾病、抗輻射、抗腫瘤、抗氧化等作用。研究黑蒜加工過程中總酚的含量變化，對加快研究黑蒜工藝和提高黑蒜中功能性成分含量具有重要意義。

在恒溫恒濕條件下發酵黑大蒜，分別在發酵的第96，120，144，168，192 h測定黑大蒜的總酚含量，結果見圖1。

圖1 不同發酵時間對黑大蒜總酚含量的影響Fig.1 Effect of different fermentation time on total polyphenol content of black garlic

由圖1可知，在大蒜發酵開始時，總酚含量隨時間的增加而增加，這可能是因為發酵初期，大蒜中的大分子酚類物質發生降解反應，釋放大量的酚羥基，從而使總酚含量升高，主要為沒食子酸類化合物，具有良好的抗氧化能力[10]。當發酵時間達到144 h時，總酚的含量達到最大值，之后總酚含量隨著時間的增加而下降，這可能是因為發酵后期酚類物質自身發生縮合，生成褐色物質，縮合反應的速度大于降解的速度，導致總酚含量有所下降。

2.1.2 不同發酵時間對黑大蒜色差的影響

發酵的大蒜顏色由淺變深，大致經過白色、黃色、褐色、深褐色、黑色等顏色變化的過程。色差反映了褐變的程度，可以反映黑大蒜的質量。在恒溫恒濕條件下，分別在發酵的第96，120，144，168，192 h測定黑大蒜的色差，結果見圖2。

圖2 不同發酵時間對黑大蒜色差的影響Fig.2 Effect of different fermentation time on color difference of black garlic

由圖2可知，在發酵過程中，隨著時間推移，黑蒜的色差先急劇增加，在發酵144 h后趨于平緩，即褐變程度先越來越快然后趨于穩定。這主要是由于發酵過程中通過微生物的分解作用、酶促褐變反應以及非酶促褐變反應，也包括美拉德反應和焦糖化反應在內，從而產生黑色，并且產生的呈色物質本身也存在一定的生物活性。

2.1.3 不同發酵時間對黑大蒜可溶性糖含量的影響

與生蒜相比，黑蒜的營養功能和藥用價值都有了很大的提高。其中可溶性糖含量可以在一定程度上反映出發酵黑大蒜的甜度，與黑大蒜風味聯系密切。在恒溫恒濕條件下，分別在發酵的第96，120，144，168，192 h測定黑大蒜的可溶性糖含量，結果見圖3。

圖3 不同發酵時間對黑大蒜可溶性糖含量的影響Fig.3 Effect of different fermentation time on soluble sugar content of black garlic

由圖3可知，在發酵初期，可溶性糖含量隨發酵時間增加而升高，這可能是因為發酵時大蒜中的多糖分解為單糖、雙糖，使可溶性糖含量增加，大蒜的甜度升高；在發酵144 h時可溶性糖含量達到最大值，此后，可溶性糖含量呈降低趨勢，這可能是因為發酵后期可溶性糖參與美拉德反應，所以含量降低。研究黑蒜加工過程中可溶性糖含量的變化，對于加快研究黑蒜發酵工藝具有重要的意義。

2.1.4 不同發酵時間對黑大蒜水分含量的影響

發酵黑大蒜的口感是軟糯香甜的，黑大蒜的水分含量可以影響黑蒜的感官鑒評。研究黑大蒜水分含量對于加快研究黑大蒜工藝有著重要意義。

在恒溫恒濕條件下，分別在發酵的第96，120，144，168，192 h測定黑大蒜的水分含量，結果見圖4。

圖4 不同發酵時間對黑大蒜水分含量的影響Fig.4 Effect of different fermentation time on water content of black garlic

由圖4可知，隨著發酵時間增加，黑大蒜的水分含量越來越少，這是因為在發酵過程中黑蒜不斷與外界環境發生熱傳遞，從而使水分蒸發，使黑蒜水分與外部環境達到平衡，所以水分含量一直下降。

通過對總酚含量的變化、色差的變化、可溶性糖含量的變化以及水分含量的變化分析可知，在恒溫恒濕條件下，黑蒜發酵的最佳發酵時間為144 h。

2.2 正交試驗結果與分析

選擇葡萄糖、蜂蜜、氨基酸3個因素(其中氨基酸選用賴氨酸與甘氨酸)，以這3個因素對黑大蒜品質的影響進行正交試驗，采用四因素三水平正交試驗表。邀請9位專業人士進行感官評價，并對總酚含量進行測定。正交試驗結果見表3。

表3 正交試驗結果分析Table 3 Result analysis of orthogonal test

由表3可知，影響黑大蒜品質的因素由主到次依次為C>A>B，即氨基酸添加量對黑大蒜品質的影響最大，其次是葡萄糖的添加量，最后為蜂蜜的添加量。最優的方案為A2B3C2，即氨基酸的添加量為賴氨酸1 g、甘氨酸1 g，葡萄糖的添加量為1 g，蜂蜜的添加量為1.5 g。

按照A2B3C2的方案，配制美拉德反應液，將新鮮大蒜浸泡其中發酵為黑大蒜，其感官評價為93分，總酚的含量為2.207 mg/g。最終，確定黑大蒜發酵美拉德反應液的最佳配方為A2B3C2，即葡萄糖1 g、蜂蜜1.5 g、賴氨酸1 g、甘氨酸1 g配制而成的美拉德反應液對促進黑大蒜發酵的效果最好。

3 結論

通過單因素試驗，確定在恒溫恒濕的條件下，黑大蒜發酵的最佳時間為144 h，在此條件下得到的黑大蒜總酚含量為2.097 mg/g，色差值為61.70，可溶性糖含量為37.11 mg/g，水分含量為32.13%。

通過正交試驗，確定預處理浸泡黑大蒜的美拉德反應液最優配方為：葡萄糖1.34%、蜂蜜2.01%、賴氨酸1.34%、甘氨酸1.34%。以此配方得到的黑大蒜的感官評分為93分，總酚含量為2.207 mg/g。

該工藝制作的黑大蒜其本身的蒜臭味或蒜辛味極小，反而帶有甜味、質地柔軟、不粘牙、口感很好，使傳統黑大蒜6個月的發酵時間縮短為6 d，且黑大蒜的總酚含量、可溶性糖含量較高，功能效果較強，營養豐富，對人類身體健康更加有益，具有一定的開發前景。