风味黑大蒜快速发酵工艺研究

汤薇，时培宁，王颖，李勇*，胡欣恬

(1.徐州工程学院 食品(生物)工程学院，江苏 徐州 221018；2.徐州工程学院 江苏省 食品资源开发与质量安全重点建设实验室，江苏 徐州 221018)

百合科葱属草本植物大蒜是药食两用食物，具有健胃、消食、抗菌、抗病毒、解毒、降血糖、预防心血管疾病以及防癌抗癌等功效，而大蒜拥有的独特性辛辣刺激气味，食用后会造成人体不适，如果长期食用或食用过多，还会在一定程度上损伤人体的肝脏或眼睛。黑大蒜，是由新鲜带皮的生蒜，在高温高湿的环境下自然发酵而成的制品，与新鲜大蒜相比，黑大蒜在新鲜生蒜原有的营养成分的基础上，多酚类物质大幅提高，在抗氧化、抗酸化等方面的作用可提高5～10倍，使黑大蒜具有增强机体免疫力、抗癌、抗衰老、抗疲劳、改善糖代谢、抗过敏等作用。此外，黑大蒜没有新鲜生蒜中的刺激性辛辣味，口感酸甜软糯，无刺激的蒜味，所以近年来该产品发展迅速[1-3]。

目前国内对于黑大蒜的研究还处于初级阶段。日本传统黑蒜发酵周期为3～6个月，我国传统黑蒜机械发酵周期为30 d，生产周期长，成本较高，不利于产品的普及生产，致使产品价位较高，在缩短黑大蒜发酵时间的研究方面，主要集中在对大蒜进行冷冻处理、高温短时加热、超声预处理及调整发酵温度和湿度等方面[4-6]，对于黑大蒜快速发酵及美拉德反应对黑蒜发酵速度的影响方面的研究较少。本文主要研究了美拉德反应对黑蒜品质及发酵速度的影响，经优化美拉德反应液配方预处理鲜大蒜，研究不同的发酵时间和预处理方法对黑蒜的总酚含量、还原糖含量、色差、水分含量及风味品质的影响，确定了黑大蒜发酵的最佳工艺，大大缩短了黑蒜的发酵周期，具有良好的应用前景。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

邳州大蒜、蜂蜜：购自徐州七里沟农贸市场；福林酚试剂、无水乙醇、甲醇、蒽酮、盐酸：均为分析纯，购自国药集团化学试剂有限公司；葡萄糖、甘氨酸、赖氨酸：均为食品级，购自浙江一诺生物科技有限公司。

1.2 仪器与设备

TC-HSS16智能黑蒜发酵机 佛山市顺德区甜城电器有限公司；FA2004B电子天平 上海精科天美科学仪器有限公司；TDZ4台式低速离心机 湖南赫西仪器装备有限公司；HH-4数显恒温水浴锅 国华电器有限公司；721型分光光度计 上海欣茂仪器有限公司；WF32精密色差仪 深圳市威福光电科技有限公司。

1.3 黑大蒜的制备方法

1.3.1 美拉德反应液的配制

称取不同量的葡萄糖、赖氨酸、甘氨酸、蜂蜜，并加50 g蒸馏水配制，共配制9组不同的美拉德反应液，用于进行正交试验。

1.3.2 大蒜预处理

将新鲜大蒜清洗，去除最外层的皮，保留其余外皮的完整，自然风干。选取大小均匀一致的5粒蒜瓣(重约20 g)备用。

1.3.3 黑大蒜制作工艺流程

美拉德反应液配制→搅拌→静置→浸泡(预处理后的大蒜12 h)→清洗→擦干→智能黑蒜发酵机中发酵→冷却至室温→装袋→封口→成品。

1.4 单因素试验确定发酵时间

利用智能黑蒜发酵机在恒温恒湿(温度70 ℃，湿度90%)条件下发酵黑大蒜，发酵时间分别设为96，120，144，168，192 h，测定不同发酵时间下黑大蒜的总酚含量、色差、还原糖含量、水分含量，研究不同发酵时间对黑大蒜品质的影响。

1.5 正交试验方法

美拉德反应液由不同量的葡萄糖、赖氨酸、甘氨酸、蜂蜜，并加50 g蒸馏水配制，选用葡萄糖、蜂蜜、两种不同的氨基酸(甘氨酸、赖氨酸)进行正交试验，正交试验因素水平见表1。

表1 正交试验因素水平表Table 1 Factors and levels of orthogonal test

1.6 感官评价方法

对发酵好的黑大蒜进行感官评价，见表2。从气味、色泽、质地、口感4个方面对发酵的黑蒜成品进行评价，共计100分，每项25分。邀请9位专业人士进行感官评分，每项指标取平均值，分项测评汇总。

表2 黑蒜感官评价标准Table 2 Sensory evaluation criteria of black garlic

1.7 检测方法

1.7.1 总酚的测定

以没食子酸为标准物质，选用福林-酚比色法[7]测定总酚的含量，取2 g黑大蒜干燥样品，用乙醇提取，根据提取液体积计算总酚含量。

1.7.2 色差的测定

利用色差仪来测定黑蒜的色差，随机选择发酵过程中的黑大蒜，取其横切面，测定横切面的ΔE，ΔE是样品的总色差，ΔE值越大，则表明色差越大，大蒜褐变的程度越大。

1.7.3 可溶性糖的测定

利用蒽酮比色法[8]测定黑大蒜中可溶性糖的含量。

1.7.4 水分含量的测定

利用直接干燥法[9]测定黑大蒜的水分含量。

将黑蒜样品磨碎，迅速过20～40目筛，混匀，放入洁净的扁形玻璃称量瓶中，置于85 ℃干燥箱中烘干，取出冷却，精确称量直至恒重。根据下式计算水分含量。

式中：X为样品中水分的质量分数；a为称量瓶和试样干燥前的质量，g；b为称量瓶和试样干燥后的质量，g；c为称量瓶的质量，g。

2 结果与分析

2.1 黑蒜发酵单因素试验结果与分析

2.1.1 不同发酵时间对黑大蒜总酚含量的影响

酚类物质具有预防心血管疾病、抗辐射、抗肿瘤、抗氧化等作用。研究黑蒜加工过程中总酚的含量变化，对加快研究黑蒜工艺和提高黑蒜中功能性成分含量具有重要意义。

在恒温恒湿条件下发酵黑大蒜，分别在发酵的第96，120，144，168，192 h测定黑大蒜的总酚含量，结果见图1。

图1 不同发酵时间对黑大蒜总酚含量的影响Fig.1 Effect of different fermentation time on total polyphenol content of black garlic

由图1可知，在大蒜发酵开始时，总酚含量随时间的增加而增加，这可能是因为发酵初期，大蒜中的大分子酚类物质发生降解反应，释放大量的酚羟基，从而使总酚含量升高，主要为没食子酸类化合物，具有良好的抗氧化能力[10]。当发酵时间达到144 h时，总酚的含量达到最大值，之后总酚含量随着时间的增加而下降，这可能是因为发酵后期酚类物质自身发生缩合，生成褐色物质，缩合反应的速度大于降解的速度，导致总酚含量有所下降。

2.1.2 不同发酵时间对黑大蒜色差的影响

发酵的大蒜颜色由浅变深，大致经过白色、黄色、褐色、深褐色、黑色等颜色变化的过程。色差反映了褐变的程度，可以反映黑大蒜的质量。在恒温恒湿条件下，分别在发酵的第96，120，144，168，192 h测定黑大蒜的色差，结果见图2。

图2 不同发酵时间对黑大蒜色差的影响Fig.2 Effect of different fermentation time on color difference of black garlic

由图2可知，在发酵过程中，随着时间推移，黑蒜的色差先急剧增加，在发酵144 h后趋于平缓，即褐变程度先越来越快然后趋于稳定。这主要是由于发酵过程中通过微生物的分解作用、酶促褐变反应以及非酶促褐变反应，也包括美拉德反应和焦糖化反应在内，从而产生黑色，并且产生的呈色物质本身也存在一定的生物活性。

2.1.3 不同发酵时间对黑大蒜可溶性糖含量的影响

与生蒜相比，黑蒜的营养功能和药用价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发酵黑大蒜的甜度，与黑大蒜风味联系密切。在恒温恒湿条件下，分别在发酵的第96，120，144，168，192 h测定黑大蒜的可溶性糖含量，结果见图3。

图3 不同发酵时间对黑大蒜可溶性糖含量的影响Fig.3 Effect of different fermentation time on soluble sugar content of black garlic

由图3可知，在发酵初期，可溶性糖含量随发酵时间增加而升高，这可能是因为发酵时大蒜中的多糖分解为单糖、双糖，使可溶性糖含量增加，大蒜的甜度升高；在发酵144 h时可溶性糖含量达到最大值，此后，可溶性糖含量呈降低趋势，这可能是因为发酵后期可溶性糖参与美拉德反应，所以含量降低。研究黑蒜加工过程中可溶性糖含量的变化，对于加快研究黑蒜发酵工艺具有重要的意义。

2.1.4 不同发酵时间对黑大蒜水分含量的影响

发酵黑大蒜的口感是软糯香甜的，黑大蒜的水分含量可以影响黑蒜的感官鉴评。研究黑大蒜水分含量对于加快研究黑大蒜工艺有着重要意义。

在恒温恒湿条件下，分别在发酵的第96，120，144，168，192 h测定黑大蒜的水分含量，结果见图4。

图4 不同发酵时间对黑大蒜水分含量的影响Fig.4 Effect of different fermentation time on water content of black garlic

由图4可知，随着发酵时间增加，黑大蒜的水分含量越来越少，这是因为在发酵过程中黑蒜不断与外界环境发生热传递，从而使水分蒸发，使黑蒜水分与外部环境达到平衡，所以水分含量一直下降。

通过对总酚含量的变化、色差的变化、可溶性糖含量的变化以及水分含量的变化分析可知，在恒温恒湿条件下，黑蒜发酵的最佳发酵时间为144 h。

2.2 正交试验结果与分析

选择葡萄糖、蜂蜜、氨基酸3个因素(其中氨基酸选用赖氨酸与甘氨酸)，以这3个因素对黑大蒜品质的影响进行正交试验，采用四因素三水平正交试验表。邀请9位专业人士进行感官评价，并对总酚含量进行测定。正交试验结果见表3。

表3 正交试验结果分析Table 3 Result analysis of orthogonal test

由表3可知，影响黑大蒜品质的因素由主到次依次为C>A>B，即氨基酸添加量对黑大蒜品质的影响最大，其次是葡萄糖的添加量，最后为蜂蜜的添加量。最优的方案为A2B3C2，即氨基酸的添加量为赖氨酸1 g、甘氨酸1 g，葡萄糖的添加量为1 g，蜂蜜的添加量为1.5 g。

按照A2B3C2的方案，配制美拉德反应液，将新鲜大蒜浸泡其中发酵为黑大蒜，其感官评价为93分，总酚的含量为2.207 mg/g。最终，确定黑大蒜发酵美拉德反应液的最佳配方为A2B3C2，即葡萄糖1 g、蜂蜜1.5 g、赖氨酸1 g、甘氨酸1 g配制而成的美拉德反应液对促进黑大蒜发酵的效果最好。

3 结论

通过单因素试验，确定在恒温恒湿的条件下，黑大蒜发酵的最佳时间为144 h，在此条件下得到的黑大蒜总酚含量为2.097 mg/g，色差值为61.70，可溶性糖含量为37.11 mg/g，水分含量为32.13%。

通过正交试验，确定预处理浸泡黑大蒜的美拉德反应液最优配方为：葡萄糖1.34%、蜂蜜2.01%、赖氨酸1.34%、甘氨酸1.34%。以此配方得到的黑大蒜的感官评分为93分，总酚含量为2.207 mg/g。

该工艺制作的黑大蒜其本身的蒜臭味或蒜辛味极小，反而带有甜味、质地柔软、不粘牙、口感很好，使传统黑大蒜6个月的发酵时间缩短为6 d，且黑大蒜的总酚含量、可溶性糖含量较高，功能效果较强，营养丰富，对人类身体健康更加有益，具有一定的开发前景。