大蒜含水率的測定方法

陳宇曦，阮培英，王　健，翁修海，李澤洋

大蒜含水率的測定方法

陳宇曦，阮培英*，王健，翁修海，李澤洋

(山東理工大學農業工程與食品科學學院，山東 淄博 255000)

我國是世界上最大的大蒜種植和出口國，快速發展大蒜深加工是提升產品市場競爭力的重要途徑。大蒜含水率的測定是進行大蒜深加工的基礎，也是影響大蒜產品的運輸和貯存質量的關鍵因素，因此，進行大蒜含水率測定方法的研究具有重要意義。結合大量文獻簡述了大蒜及其產品的標準含水率測定方法，通過歸納鮮蒜目前常用的干燥方法對其干燥質量進行了分析和總結。深入探索各種干燥方法對大蒜水分測定的可行性，并在此基礎上，提出了采用快速干燥方法以及近紅外光譜法等作為大蒜水分含量檢測方法的建議。

大蒜；含水率；測定；干燥；深加工

中國的大蒜種植有著悠久的歷史，鮮品大蒜具有保護心臟、抗菌、降低膽固醇、抗炎和抗癌的功效，常作為調味品和藥材使用[1]。水分是大蒜的主要組成部分，鮮蒜的含水率通常在50%以上[2]。水分含量對大蒜結構形態、新鮮度、風味以及貯存時限等均會產生影響，過高的水分含量會給病原體和霉菌等提供繁殖條件，導致鮮蒜在運輸和貯存的過程中發霉變質，影響其經濟效益。從我國大蒜深加工發展現狀來看，脫水蒜片、蒜粉、黑蒜和大蒜精油等產品均擁有良好的市場前景，這幾種深加工技術以大蒜素、果糖和葡萄糖等作為主要有效成分[3]；而大蒜產品中的水分含量則會影響這些重要成分的濃度，從而影響大蒜產品的質量，因此，采用標準、合理和高效的含水率測定方法十分重要。目前國內通常根據《食品安全國家標準》中的減壓干燥法與直接干燥法測定鮮蒜的含水率，暫未有應用其他干燥方法進行大蒜含水率測定的相關研究和報道。本文在總結大蒜及大蒜深加工制品的標準水分測定方法的基礎上，探討了諸如微波干燥、紅外干燥等方法對大蒜品質的影響，探索了以上方法用于大蒜水分測定的可行性，以期為進一步拓寬大蒜含水率測定方法提供理論依據。

1　大蒜含水率的標準測定方法

根據我國《食品安全國家標準》GB/T5009.3— 2016的規定，食品含水率的測定方法包括蒸餾法、卡爾·費休法、直接干燥法與減壓干燥法[4]。其中，卡爾·費休法適用于精準測量食品中的微量水分[5]；蒸餾法通常用于水分高且含有較多揮發性物質的肉類、肉制品和水果等的水分測定。目前，國內測定鮮蒜含水率主要以《食品安全國家標準》GB/T5009.3—2016和《中國藥典》為依據，采用直接干燥或烘干與減壓干燥兩類方法，卡爾·費休法和蒸餾法不適合用于鮮蒜的含水率測定。《食品安全國家標準》GB/T5009.3—2016中的直接干燥法與《中國藥典》中的烘干法[6]，以及《美國藥典》中的重量分析法[7]和《印度藥典》中的熱重分析法[8]均采用相同的水分測定原理——使鮮蒜樣品中的水分在101～105℃高溫下蒸發，稱取干燥前后樣品的重量，從而測得鮮蒜的含水率。101～105℃的高溫既能保證鮮蒜中的水分充分蒸發，又不容易破壞鮮蒜中的成分，可以有效保證鮮蒜的品質。減壓干燥法則適用于水分不易揮發或在高溫條件下易分解的食品，通過降低干燥溫度、延長干燥時間使水分在較低氣壓下揮發，完成干燥和測定。在參考趙東升等[2]的研究內容基礎上，通過對照并補充了《食品安全國家標準》、《中國藥典》等方法的規定，結合劉睿婷的試驗研究[9]，對大蒜含水率不同測定方法的操作要點、具體干燥方法、切片厚度、干燥時長和干燥品質等進行了總結，如表1所示。

表1　不同大蒜含水率測定方法的比較*

*表1中第3-10行、3-6列的內容均引用自趙東升等的研究[2]；第2列和第7列的內容則分別引用自《食品安全國家標準》[4]和劉睿婷等的研究[9]。

各含水率測定方法在進行大蒜干燥時均需通過首次干燥、冷卻后稱重、干燥1h后冷卻稱重、重復直到恒重等流程。由表1可以看出，各方法采用的首次干燥時長不同，減壓干燥法因采用了較低干燥溫度，首次干燥時長明顯多于其他方法，因此，采用高溫直接干燥法和烘干法等進行大蒜含水率測定時，所需的干燥總時長稍短，一般為6h以上，但干燥后的大蒜呈焦黃色；而低溫減壓干燥法則需要的總時長為17～25 h以上，干燥后的大蒜呈淡黃色。此外，趙東升等[2]的研究發現，采用65℃的減壓干燥法測得的大蒜含水量稍低于采用105℃干燥方法所得結果，原因可能是105℃的高溫會使鮮蒜中的某些物質揮發、導致含水率數值偏大。

綜上，大蒜含水率測試中的直接干燥法、烘干法與減壓干燥法操作流程簡單清晰、重復度高，便于形成標準的測定方法，但卻存在著效率較低，耗時較長的缺陷，因此研究和選擇適合大蒜深加工高效、便捷和準確的水分檢測方法，同時能滿足使用工業化設備進行快速、大規模的鮮蒜水分測定的需求，具有重要意義。

2　大蒜深加工制品的含水率測定方法

蒜粉以鮮蒜為原料，其應用范圍非常廣泛，通常用作調味品和保健品。張春等[10]采用我國《食品安全國家標準》中的直接干燥法，甲苯蒸餾法和出口脫水大蒜制品檢驗規程，美國食品藥品監督管理局規定中的真空干燥法以及正己烷蒸餾法共五種方法對蒜粉的含水率進行了檢測，并對不同測試方法的含水率結果以及樣品干燥后的色澤進行比較后發現：由于蒜粉的含糖量較高，使用甲苯蒸餾法測定蒜粉的含水率時，樣品容易焦炭化；直接干燥法的高溫也會使蒜粉變黑；而真空干燥法和正己烷蒸餾法的蒜粉含水率測定結果十分接近，且干燥前后樣品的色澤基本保持不變，是最適合用于蒜粉含水率測定的兩種方法。

干燥的蒜片由于含水率低可以長期保存，且便于運輸和食用，是大蒜深加工產品常見的形式。蒜片的含水率可采用常壓干燥法進行測定，但會產生樣品焦糊的現象。阮建苗等[11]以“食品水分檢測的仲裁法”——甲苯蒸餾法測定的蒜片水分含量實驗結果為標準，找出105℃常壓干燥條件下既能與標準結果基本一致，又能避免樣品焦糊的最短干燥時長為40 min，得到了結果準確、品質無損的蒜片常壓干燥法測定條件。

3　鮮蒜常用的干燥方法

3.1　熱風干燥

熱風干燥是目前應用最廣泛的大蒜脫水干燥方法，具有成本低、操作簡單等優點。李湘利等[12]將脫皮大蒜進行切粒和護色后平鋪于恒定風速0.5 m/s的鼓風干燥箱中，之后分別在不同溫度下進行熱風干燥，試驗結果表明：干燥溫度高，則干燥速率快、干燥耗時短；當干燥溫度為80℃時，干燥速率較高，為0.054 g/(g·min)，但大蒜素含量會受到影響。張杰等[13]則分別在120℃、100℃、80℃和50℃下進行大蒜熱風干燥，發現樣品在80℃下進行30 min的熱風干燥后，脫水率約為30%、復水率最高為123%，且色澤保持良好；而在120℃下干燥30 min后，大蒜的脫水率超過70%，但樣品發生碳化、質量受損。綜上，熱風干燥的效率高，可以較好保持樣品品質，在選擇好干燥溫度的情況下，可以嘗試用于測定鮮蒜的水分含量。

3.2　微波干燥

微波干燥的原理是通過微波加熱使物料中的水分受熱而蒸發。張杰等[13]在對大蒜進行脫皮、切片、漂洗以及護色預處理后，采用150 W的微波功率進行大蒜的干燥。試驗結果表明，隨著微波干燥時間延長，樣品的復水率增加，但會逐漸產生皺縮現象、且有碳化趨勢；當干燥時長為13 min時，干燥效果最好；微波干燥功率越高，大蒜素越容易被破壞。

微波干燥具有加熱比較均勻、干燥效率高、色澤保持度好等優點，已經被應用于大蒜等食品的脫水干燥中，但目前由于缺乏配套的工業化設備，影響了其大規模應用[13]，且樣品容易干燥過度[14]。應用微波干燥法進行大蒜等食品含水率的測定，可實現對干燥過程的精準控制，具有廣闊的應用前景。

3.3　微波熱風干燥

微波干燥效率高、能耗低，但費用較高；而熱風干燥成本低，但能耗較高、用時較長。為了融合兩種方法的優點，李湘利等[12]利用正交試驗將微波干燥與熱風干燥進行分段聯合，前期采用微波干燥，后期采用熱風干燥，二者轉換點的含水率(干基)為1.200 g/g。研究結果表明，微波熱風聯合干燥法可以增加樣品中大蒜素的保留量和復水率，不但樣品形狀變化小，并且還能降低總體費用和時間。將微波熱風干燥法應用于鮮蒜水分檢測，應重點關注控制轉換點的水分含量、干燥溫度以及干燥功率等主要影響因素。

3.4　紅外干燥

Thuwapanichayana等[15]將切碎的大蒜平鋪在托盤后放入干燥室，在50℃下進行熱泵干燥，并增設了功率分別為250、350和450W的遠紅外輻射。試驗結果顯示，紅外輻射的加入使得干燥速度提升，同時樣品中的大蒜素含量降低；而當紅外輻射功率增加時，樣品中大蒜素的含量無明顯變化。與單獨的熱泵干燥和熱風干燥相比，紅外干燥使大蒜水分下降更快，干燥后大蒜的色澤更亮。

紅外干燥耗時短、效率高，且對樣品的損傷程度較小，但與之配套的設備價格較高，用于大蒜含水率的檢測經濟效益欠佳，但通過結合熱泵干燥、熱風干燥等方法的優勢，可達到高效、保質以及節能的目的[16]。

3.5　真空冷凍干燥

真空冷凍干燥的原理是先將樣品中的水分凍結成冰，之后在真空環境下使冰升華從而完成干燥[17]，能夠很好地保持樣品的形態及色澤。Yabin Feng等[18]先將蒜片在-40 ℃下冷凍3 h之后，在-18℃下以0.518 mbar的真空度干燥約10h使蒜片含水率(干基)達到8.43%。試驗結果顯示，真空冷凍干燥前后蒜片的大蒜素含量變化小于熱風干燥(P<0.05)，同時蒜片的營養物質和色澤保持度較好，但真空冷凍干燥耗時長，能源消耗高，且設備的投資成本高[13]。在適當提高蒸發溫度并降低真空度以降低能耗的基礎上，真空冷凍干燥或許也可以作為大蒜含水率的精準檢測的一種備選方法。

4　結論與建議

標準的鮮蒜含水率測定方法普適性強，流程簡單清晰、重復度高，但操作繁瑣，需將樣品反復從干燥箱中拿出、待其冷卻后進行稱重，耗時長、效率低。與目前大蒜含水率測定采用的直接干燥法和減壓干燥法相比，鮮蒜常用的干燥方法更加高效、便捷；熱風干燥法效率高，可以保持樣品的品質；微波干燥法、紅外干燥法及冷凍干燥法的效率高、且大蒜品質保持度較好，但設備價格較貴、能耗較高；熱風微波法以及熱泵紅外等聯合干燥法能夠結合各種技術的優點，在增加效率的同時降低能耗，保證樣品品質。由此可見，在解決諸如精準過程控制和相應設備工業化的基礎上，微波、紅外和冷凍干燥等方法可以作為備選的大蒜含水率檢測方法。

在總結現有的大蒜標準含水率測定方法與鮮蒜常用干燥方法的基礎上，提出如下建議。一是為縮短測試時間，提高測試準確度，在控制好干燥溫度、干燥時長、設備功率等因素的基礎上，將包括微波、紅外和冷凍等大蒜干燥方法聯合熱風干燥嘗試應用于鮮蒜的含水率測定，并逐步形成標準；二是隨著加工設備自動化與智能化的發展，高效、便捷的近紅外光譜等無損水分檢測技術也逐漸得到了應用，可以嘗試將紅外光譜測試技術應用于大蒜深加工中，完成鮮蒜和大蒜制品的含水率測定；三是科研機構、生產企業、各大高校需要研制適合于工業化的大蒜及其制品的水分測試設備，以降低加工成本，提高工作效率，減少人力消耗。

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The determining methods for the moisture content of garlic

CHEN Yuxi, RUAN Peiying, WANG Jian, WENG Xiuhai, LI Zeyang

(College of Agricultural Engineering and Food Science, Shandong University of Technology, Zibo, Shandong 255000, China)

China is the largest garlic-planting and exporting country in the world. The rapid development of garlic deep processing is an important way to improve the market competitiveness of our garlic products. The determination of garlic moisture content is the basis of garlic deep processing, and also the key factor that will affect the transportation and storage quality of garlic products. Therefore, it is of great significance to study the determination method of garlic moisture content. Based on consulting and combining a large number of documents, this paper briefly describes the standard moisture content determination methods of garlic and its products, summarizes the commonly used drying methods of fresh garlic at present, and analyzes and summarizes its drying quality. The feasibility of various drying methods for garlic moisture determination was explored. It is suggested that the rapid drying method and near-infrared spectroscopy should be used as the detection method of potential garlic moisture content.

garlic; moisture content; determination; drying; deep processing

S513

A

2096–8736(2022)06–0018–04

2021年教育部產學合作協同育人項目——基于創新實踐能力培養目標的智能農機實驗教學體系建設(202102425032)。

陳宇曦(2001—)，女，吉林松原人，大學本科，主要研究方向為農業機械工程。

阮培英(1979—)，女，內蒙古烏蘭察布人，博士研究生，副教授，主要研究方向為農業機械工程。

責任編輯：陽湘暉

英文編輯：唐琦軍