响应面法优化黑蒜复合酱制备工艺及其抗氧化活性研究

马梦亚　古丽菲热?伊力哈木　肖移聪　李慕春　严欢　艾合买提江?艾海提　刘军

摘要：以新疆吉木萨尔县大蒜为原料，结合课题组研制的短时黑蒜加工工艺制备黑蒜，以具有新疆特色的辣椒和番茄酱为主要原料，辅以食用油、食用盐、料酒、五香粉、味精、鸡精、花椒粉、白胡椒粉等炒制后杀菌制成黑蒜复合酱，以单因素试验为基础，以感官评分、DPPH和ABTS自由基的清除能力为指标，再利用响应面设计对黑蒜复合酱制备工艺进行优化，并对其理化指标进行检测。结果表明，当黑蒜添加量为35 g、辣椒添加量为20 g、番茄酱添加量为13 g、食用油添加量为30%、食用盐添加量为3%、料酒添加量为1.5%、五香粉添加量为1%、味精添加量为0.6%、鸡精添加量为0.6%、花椒粉添加量为0.6%、白胡椒粉添加量为0.4%、炒制时间为8 min时，制得的黑蒜复合酱的感官评分为85.42分，对DPPH自由基的清除能力为17.01 mg TE/g，对ABTS自由基的清除能力为34.91 mg TE/g，总抗氧化能力为15.45 U/mL，得到的黑蒜复合酱理化指标符合复合调味品的标准，并且制备工艺简单易操作，产品对自由基清除能力强，具有较好的抗氧化活性，可为工业化生产提供参考依据，丰富调味品市场。

关键词：黑蒜复合酱；抗氧化活性；感官评定；响应面法

中图分类号：TS255.5文献标志码：A 文章编号：1000-9973（2023）06-0071-08

Abstract： Black garlic is prepared from garlic in Jimusaer County， Xinjiang， combined with the short-term black garlic processing technology developed by the research group. Chili and tomato sauce with Xinjiang characteristics are used as the main raw materials， and edible oil， salt， cooking wine， five-spice powder， monosodium glutamate， chicken essence， Zanthoxylum bungeanum powder， white pepper powder are used as the auxiliary materials， they are fried and sterilized to prepare black garlic compound sauce. Based on single factor test， sensory score and DPPH and ABTS free radical scavenging capacity are used as the indexes， and then the preparation technology of black garlic compound sauce  is

收稿日期：2022-12-29

基金項目：新疆维吾尔自治区科技计划项目（2021B02001-3）

作者简介：马梦亚（1996－），女，硕士，研究方向：食品工程。

*通信作者：艾合买提江·艾海提（1969－），男，副教授，硕士，研究方向：食品科学；

刘军（1972—），男，副教授，博士后，研究方向：食用资源功效安全与健康产业。

optimized by response surface design， and its physical and chemical indexes are tested. The results show that when the addition amount of black garlic， chili and tomato sauce is 35， 20， 13 g， the addition amount of edible oil， salt， cooking wine， five-spice powder， monosodium glutamate， chicken essence， Zanthoxylum bungeanum powder， white pepper powder is 30%， 3%， 1.5%， 1%， 0.6%， 0.6%， 0.6%， 0.4%， and the frying time is 8 min， the sensory score of the prepared black garlic compound sauce is 85.42 points， the scavenging capacity on DPPH free radical is 17.01 mg TE/g， the scavenging capacity on ABTS free radical is 34.91 mg TE/g， and the total antioxidant capacity is 15.45 U/mL. The physical and chemical indexes of the prepared black garlic compound sauce accords with the standards of compound condiment， and the preparation technology is simple and easy to operate. The product has strong scavenging capacity on free radicals and good antioxidant activity， which can provide references for industrial production and enrich the condiment market.

Key words： black garlic compound sauce; antioxidant activity; sensory evaluation; response surface methodology

“复合味”是复合酱多样化的灵魂，可以满足人们对酱制品多营养、多风味、多保健功能的要求。传统黑蒜加工工艺一般是将完整鲜蒜放置于发酵箱中2～3个月后制得，需要消耗大量的时间和能源[1]。短时加工黑蒜是根据课题组研制的黑蒜加工工艺，以新疆吉木萨尔县大蒜为原料，经高温高压、熟化、干燥工艺制作而成，整个过程仅需8 h，并与两种市售黑蒜产品进行比较，无论是产品的感官品质还是营养品质均达到或优于市售黑蒜[2]。辣椒的果实因果皮含有辣椒素而有辣味，能增进食欲，辣椒中VC的含量在蔬菜中居第一位。辣椒既可鲜食、调味，也可入药，具有重要的经济价值和食疗保健作用。我国是最大的辣椒种植国家，也是最大的辣椒消费国[3]。新疆焉耆红辣椒具有红色素含量高、糖分高、辣味适中的特点，适于制酱和制粉[4]。番茄酱中除了含有丰富的番茄红素外，还含有有机酸、B族维生素、膳食纤维、矿物质、蛋白质及天然果胶等多种营养组分，对于预防心血管疾病、动脉硬化等各种慢性疾病，以及改善人体免疫系统、延缓衰老等都具有重要意义[5-6]。由于新疆独特的光热资源和气候条件，新疆所产番茄的红色素、可溶性固形物含量高，目前，番茄酱产业极大地带动了新疆红色产业发展。

黑蒜营养价值高，对记忆和神经系统有保护作用，具有抗癌、抗肥胖、抗炎症、免疫刺激、抗过敏、保护肝、保护心脏、抑制氧化应激、减少宿醉综合征等作用[7]。黑蒜虽然具有丰富的营养物质和多种功效成分，但是还含有硫化物等具有刺激性气味的挥发性风味物质，不能被大众所接受，利用新疆特色原料对黑蒜酱进行复合，以有效地消减黑蒜的刺激性气味，从而开发出一款既有良好风味又具有生物活性的复合酱，且制备工艺简单，适合工业化生产。

1 材料和方法

1.1 材料

鮮蒜：新疆吉木萨尔县；黑蒜：课题组自制短时加工黑蒜；辣椒：新疆焉耆辣椒；番茄酱：新疆惠泽食品有限责任公司；食用油：金龙鱼大豆油；料酒、五香粉、鸡精、味精、花椒粉、白胡椒粉：购自当地农贸市场。

1.2 试剂

DPPH（纯度＞99.5%）；ABTS（纯度＞98.0%）；总抗氧化能力（T-AOC）测定试剂盒：南京建成生物工程研究所；无水碳酸钠（分析纯）：天津市盛奥化学试剂有限公司；无水乙醇（分析纯）：天津市鑫铂特化工有限公司。

1.3 主要仪器与设备

商用台式电磁炉 中山市普美特厨具有限公司； Molecular Devices多功能酶标仪 美谷分子仪器（上海）有限公司；3K15离心机 美国Sigma设备有限公司；BSA124S-CW电子天平 赛多利斯科学仪器（北京）有限公司；电热恒温水浴锅 上海博迅实业有限公司医疗设备厂；MS3 Basic S25旋涡混合器 广州仪科实验室技术有限公司。

1.4 工艺流程及操作要点

1.4.1 工艺流程

短时加工黑蒜加工工艺：

黑蒜复合酱加工工艺：

1.4.2 操作要点

1.4.2.1 预处理

挑选完好无损的新鲜大蒜、干辣椒等原料，洗净晾干。

1.4.2.2 干辣椒复水

取20 g干辣椒加入200 mL纯水，室温浸泡1 h后，在100 ℃沸水浴中预煮2 min，沥干表面水分，备用[8]。

1.4.2.3 炒制

用电磁炉将食用油在1 300 W下加热2 min之后将功率调至800 W，加入复水后的辣椒炒制2 min，加入黑蒜浆、番茄酱，添加一定比例的食用盐、料酒、五香粉、鸡精、味精、花椒粉、白胡椒粉等调味料充分搅拌混合[9]。

1.4.2.4 装袋

趁热装袋，装袋规格（15±0.5） g。

1.4.2.5 产品杀菌

在沸水浴中杀菌20 min，水沸腾后开始计时[10]。

1.5 试验方法

1.5.1 感官评价的方法

本次试验邀请10名经过培训的人员进行评价，并对黑蒜复合酱的色泽、风味、口感、组织状态进行打分，评分标准见表1[11-12]。

1.5.2 黑蒜复合酱抗氧化成分的提取

用电子天平称取4 g黑蒜复合酱产品至50 mL比色管中，按料液比1∶10加入60%乙醇，用旋涡混合器充分混合均匀，在50 ℃下超声提取1 h，用60%乙醇定容至刻度，9 500 r/min离心5 min，取上清液备用[13]。

1.5.3 DPPH自由基清除能力的测定[14-15]

向96孔板中加入100 μL（9 500 r/min 离心5 min）稀释10倍的上清液和100 μL 0.2 mmol/L的 DPPH-乙醇溶液，混合摇匀，室温下避光反应30 min，在517 nm处测定其吸光度。以250 μg/mL Trolox为标准品，以不同标准品浓度为横坐标、DPPH自由基清除能力为纵坐标绘制标准曲线：Y=3X+3.095 1，R2=0.998 8。

DPPH自由基清除率（%）=（1－A1－A2A0）×100。

式中：A0为100 μL DPPH-乙醇溶液+100 μL无水乙醇溶液的吸光度；A1为100 μL DPPH-乙醇溶液+100 μL样品溶液的吸光度；A2为100 μL乙醇溶液+100 μL样品溶液的吸光度。

1.5.4 ABTS自由基清除能力的测定[16]

取30 μL（9 500 r/min 离心5 min）样液与210 μL ABTS溶液（7 mmol/L ABTS 与2.45 mmol/L过硫酸钾按1∶1配成工作液，用无水乙醇稀释到吸光度为0.7±0.02），振荡混匀，室温下避光反应30 min，在734 nm处测定其吸光度。以250 μg/mL Trolox为标准品，以不同标准品浓度为横坐标、ABTS自由基清除能力为纵坐标绘制标准曲线：Y=1.349 2X+9.121 3， R2=0.998。

ABTS自由基清除率（%）=（1－As－AbAc）×100。

式中：Ac为210 μL ABTS 试剂+30 μL无水乙醇溶液的吸光度；As为210 μL ABTS试剂+30 μL样品溶液的吸光度；Ab为210 μL无水乙醇试剂+30 μL样品溶液的吸光度。

1.5.5 总抗氧化能力的测定

用总抗氧化能力（T-AOC）测定试剂盒进行测定，计算公式如下：

总抗氧化能力（U/mL）=测定OD值－对照OD值0.01÷30×反应液总量取样量×样品测试前稀释倍数。

1.5.6 微生物指标的测定

根据GB 4789.2—2016《食品安全国家标准 食品微生物学检验 菌落总数测定》中菌落总数的测定方法测定成品中的菌落总数；根据GB 4789.3—2016《食品安全国家标准 食品微生物学检验 大肠菌群计数》中大肠菌群数测定方法——乳糖胆盐发酵法测定成品中大肠菌群数量。

1.5.7 单因素试验

参考相关产品的加工配方，并结合预试验，经感官评价对辅料配方进行调整并确定对产品影响范围较小配方的比例，辅料配方为食用盐3%、料酒1.5%、五香粉1%、味精0.6%、鸡精0.6%、花椒粉0.6%、白胡椒粉0.4%[17-20]。以感官评分、DPPH自由基清除能力和ABTS自由基清除能力为指标，采用单因素试验，以短时加工黑蒜添加量、番茄酱添加量、辣椒添加量、食用油添加量以及炒制时间为自变量，以感官评分、DPPH自由基清除能力和ABTS自由基清除能力为因变量进行单因素试验，试验水平分别选取短时加工黑蒜添加量20，25，30，35，40 g；辣椒添加量15，20，25，30，35 g；番茄酱添加量5，10，15，20，25 g；食用油添加量20%、25%、30%、35%、40%；炒制时间4，6，8，10，12 min。对制备工艺进行初步优化，确定较佳因素试验参数范围。

1.5.8 响应面优化试验

根据Box-Behnken中心组合设计原则，在单因素试验的基础上，以短时加工黑蒜添加量、辣椒添加量、番茄酱添加量、炒制时间为自变量，以感官评分、DPPH自由基清除能力和ABTS自由基清除能力为响应值，进行四因素三水平的响应面分析，试验因素水平见表2。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果

2.1.1 黑蒜添加量单因素试验结果

确定辣椒添加量25 g、番茄酱添加量10 g、食用油添加量30%、炒制时间6 min，设置短时加工黑蒜添加量分别为20，25，30，35，40 g进行试验，以产品的感官评分及对DPPH、ABTS自由基的清除能力为评价标准，试验结果见图1。

由图1可知，随着黑蒜添加量的增加，产品的感官评分呈现先升高后降低的趋势，而DPPH自由基清除能力和ABTS自由基清除能力呈逐渐上升的趋势，达到最大值时的黑蒜添加量分别为25，40，40 g，相对应的感官評分为82.8分，DPPH自由基清除率为16.59 mg TE/g， ABTS自由基清除率33.76 mg TE/g。但随着黑蒜添加量的继续增加，感官评分逐渐减小。这是由于黑蒜添加量过多时，黑蒜味道过于浓郁，酱体香气不协调。综合考虑，响应面优化试验中黑蒜添加量采用25，30，35 g 3个水平。

2.1.2 辣椒添加量单因素试验结果

确定黑蒜添加量30 g、番茄酱添加量10 g、食用油添加量30%、炒制时间6 min，设置辣椒添加量分别为15，20，25，30，35 g进行试验，以产品的感官评分及对DPPH、ABTS自由基的清除能力为评价标准，试验结果见图2。

由图2可知，随着辣椒添加量的增加，产品的感官评分呈现先升高后降低的趋势，而DPPH自由基清除能力和ABTS自由基清除能力呈逐渐下降趋势，达到最大值时的辣椒添加量分别为25，15，15 g，相对应的感官评分为82.4分，DPPH自由基清除率为17.54 mg TE/g， ABTS自由基清除率为35.61 mg TE/g。当辣椒添加量过少时，酱体缺少咀嚼感，辣椒味道不突出；而辣椒添加量过多时，掩盖了酱体黑蒜和番茄酱的味道，酱体香气不协调。综合考虑，响应面优化试验中辣椒添加量采用20，25，30 g 3个水平。

2.1.3 番茄酱添加量单因素试验结果

确定黑蒜添加量30 g、辣椒添加量25 g、食用油添加量30%、炒制时间6 min，设置番茄酱添加量分别为5，10，15，20，25 g进行试验，以产品的感官评分及对DPPH、ABTS自由基的清除能力为评价标准，试验结果见图3。

由图3可知，随着番茄酱添加量的增加，产品的感官评分呈现先升高后降低的趋势，而DPPH自由基清除能力和ABTS自由基清除能力呈逐渐下降趋势，达到最大值时的番茄酱添加量分别为10，5，5 g，相对应的感官评分为82.6分，DPPH自由基清除率为16.26 mg TE/g， ABTS自由基清除率为33.34 mg TE/g。当番茄酱添加量过少时，番茄酱味道不突出；而添加量过多时，番茄酱味道过于浓郁，酱体香气不协调。综合考虑，响应面优化试验中番茄酱添加量采用10，15，20 g 3个水平。

2.1.4 食用油添加量单因素试验结果

确定黑蒜添加量30 g、辣椒添加量25 g、番茄酱添加量10 g、炒制时间6 min，设置食用油添加量分别为20%、25%、30%、35%、40%进行试验，以产品的感官评分及对DPPH、ABTS自由基的清除能力为评价标准，试验结果见图4。

由图4可知，随着食用油添加量的增加，产品的感官评分、DPPH自由基清除能力和ABTS自由基清除能力呈现先升高后降低的趋势，达到最大值时的食用油添加量分别为30%、25%、25%，相对应的感官评分为83.1分，DPPH自由基清除率为16.43 mg TE/g，ABTS自由基清除率为32.45 mg TE/g。食用油添加量过少时，酱体油润度不够；当添加量过多时，酱体比较油腻，口感较差。综合考虑，当食用油添加量为30%时，酱体油润红亮有光泽，口感较好，对DPPH、ABTS自由基清除率较高。

2.1.5 炒制时间单因素试验结果

确定黑蒜添加量30 g、辣椒添加量25 g、番茄酱添加量10 g、食用油添加量30%，设置炒制时间分别为4，6，8，10，12 min进行试验，根据产品的感官评分及对DPPH、ABTS自由基的清除能力为评价标准，试验结果见图5。

由图5可知，随着炒制时间的增加，产品的感官评分呈现先升高后降低的趋势，而DPPH自由基清除能力和ABTS自由基清除能力呈逐渐上升趋势，达到最大值时的炒制时间分别为6，12，12 min，相对应的感官评分为82.7分，DPPH自由基清除率为19.24 mg TE/g， ABTS自由基清除率为41.03 mg TE/g。这是由于随着炒制时间的延长，酱体水分逐渐减少，DPPH、ABTS自由基清除能力逐渐上升，但是炒制时间过长，酱体发生糊化，口感较差。综合考虑，响应面优化试验中炒制时间采用6，7，8 min 3个水平。

2.2 响应面法优化试验设计及结果分析

在单因素试验的基础上，以感官评分以及对DPPH、ABTS自由基的清除能力为指标，采用Design-Expert 13 软件中Box-Behnken法进行试验设计，确定制备黑蒜复合酱的最佳工艺参数，试验设计及结果见表3。

对表3中试验数据进行二次多项回归拟合，获得产品指标（DPPH、ABTS自由基清除率和感官评分）对黑蒜添加量（A）、辣椒添加量（B）、番茄酱添加量（C）、炒制时间（D）的多元回归方程为：

DPPH自由基清除率=26.182 99-0.305 752A-0.305 361B+0.010 256C-0.622 508D+0.001 692AB－0.001 288AC－0.000 670AD－0.002 391BC+0.003 437BD－0.013 371CD+0.004 984A2+0.002 922B2+0.005 595C2+0.080 391D2；

ABTS自由基清除率=36.196 12－1.102 16A－0.042 946B+0.754 294C+2.160 27D－0.018 617AB+0.043 522AC+0.117 429AD－0.010 488BC+0.070 824BD－0.277 553CD+0.002 657A2－0.000 084B2 －0.000 387C2－0.174 829D2；

感官评分=－115.582 5+4.184A+10.678 33B+4.627C－10.91D－0.028AB－0.157AC+0.11AD－0.073BC－0.61BD－0.03CD－0.030 567A2－0.090 567B2+0.068 933C2+1.698 33D2。

由表4可知，模型的F值分别为68.02，29.83，102.53，P<0.000 1，表明這3个模型均极显著。失拟项的P值分别为0.342 1，0.192 3，0.715 7，P>0.05，R2分别为0.985 5，0.967 6，0.990 3，均大于0.95，表明每个因素与响应值之间的关系都具有协同性，RAdj2与R2值很接近，说明样本的容量足够大。试验的变异系数（C.V.，%）分别为0.518 6，1.14，0.488 7，表明其具有良好的可靠性与精密度，并且可以实际应用。

各因素交互作用的三维响应图见图6。

根据回归方程建立响应曲面图，进而分析黑蒜添加量、辣椒添加量、番茄酱添加量、炒制时间对产品品质的影响，响应曲面的陡峭程度说明响应值随试验因素的变化情况，曲面越陡峭，说明因素对产品品质的影响越大。

2.3 最佳工艺条件试验验证

由响应面优化试验可知，DPPH、ABTS自由基清除能力和感官评分受到各工艺参数及其相互作用的显著影响。黑蒜复合酱的最佳工艺条件：黑蒜添加量为 34.873 g，辣椒添加量为20.048 g，番茄酱添加量为12.972 g，炒制时间为7.998 min。考虑到实际操作，将最佳配方调整为黑蒜添加量35 g、辣椒添加量20 g、番茄酱添加量13 g、炒制时间8 min，在此条件下进行验证试验，重复３次，取平均值。制作的黑蒜复合酱对DPPH自由基的清除率为17.01 mg TE/g，对ABTS自由基的清除率为34.91 mg TE/g，感官评分为85.42分，与理论值非常接近。

2.4 黑蒜复合酱原料及成品抗氧化指标检测结果

黑蒜复合酱原料及成品酱抗氧化指标检测结果见表5。

2.5 微生物指标检测结果

微生物指标检测结果见表6。

3 结论

以DPPH、ABTS自由基清除能力和感官评分为指标，通过单因素试验确定合适的工艺参数范围，并进行响应面试验，结果表明，黑蒜复合酱最佳工艺条件为黑蒜添加量35 g、辣椒添加量20 g、番茄酱添加量13 g、食用油添加量30%、食用盐添加量3%、料酒添加量1.5%、五香粉添加量1%、味精添加量0.6%、鸡精添加量0.6%、花椒粉添加量0.6%、白胡椒粉添加量0.4%、炒制时间为8 min。在此条件下制得的黑蒜复合酱产品对DPPH自由基的清除率为17.01 mg TE/g，对ABTS自由基的清除率为34.91 mg TE/g，总抗氧化能力为15.45 U/mL，感官评分为85.42分。同时，本试验建立的回归模型有效可行，可以用来预测设定试验因素条件下的黑蒜复合酱工艺参数的响应值，且制备工艺简单，适合工业化生产。

参考文献：

[1]施炳超.黑蒜加工过程的湿度控制技术研究[D].泰安：山东农业大学，2019.

[2]葛世浩，武慧慧，原林，等.黑蒜短时加工技术研究[J].保鲜与加工，2022，22（2）：49-57.

[3]李晴，韩玉珠，张广臣.国内外辣椒产业现状与发展趋势[J].湖北农业科学，2009，48（9）：2278-2281.

[4]崔巍平，陈俊科，李欣.新疆辣椒产业发展现状及对策[J].现代农业科技，2022（13）：195-197，201.

[5]李惠，熊忠飞，李喜宏.复合生物保鲜剂对番茄酱防腐保鲜效果研究[J].中国调味品，2020，45（4）：69-71，76.

[6]FERNANDO R D A J， PAOLA Q R， VICTORIA W， et al. Mediterranean sofrito home-cooking technique enhances polyphenol content in tomato sauce[J].Journal of the Science of Food and Agriculture，2019，99（14）：6535-6545.

[7]QIU Z， ZHENG Z， ZHANG B， et al. Formation， nutritional value， and enhancement of characteristic components in black garlic： a review for maximizing the goodness to humans[J].Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety，2020，19（2）：801-834.

[8]程曉齐.干辣椒制作发酵型辣椒酱的研究[D].咸阳：西北农林科技大学，2021.

[9]贾庆超，梁艳美，卢灿，等.响应面法优化黑蒜银条酱制备工艺[J].中国调味品，2021，46（12）：92-97.

[10]贾庆超，梁艳美.响应面法优化大蒜酱的制备工艺研究[J].中国调味品，2022，47（4）：109-116.

[11]贾庆超，梁艳美，张宇恒.响应面法优化黑蒜鸡枞菌酱制备工艺[J].中国调味品，2021，46（11）：94-100.

[12]张莉，刘凤玲，石磊，等.响应面法优化槐花杏鲍菇酱工艺的研究[J].中国调味品，2022，47（3）：112-116.

[13]黄鹤.调味蟹酱发酵过程品质变化及成品抗氧化作用的研究[D].锦州：锦州医科大学，2018.

[14]王妍惠.红树莓叶多酚提取纯化及其抗氧化活性研究[D].锦州：渤海大学，2021.

[15]MUSTAFA M A， ANGELONI S， ABOUELENEIN D， et al. A new HPLC-MS/MS method for the simultaneous determination of 36 polyphenols in blueberry， strawberry and their commercial products and determination of antioxidant activity[J].Food Chemistry，2021，367：130743.

[16]AKINLOLU-OJO T， NWANNA E E， BADEJO A A. Physicochemical constituents and anti-oxidative properties of ripening hog plum （Spondias mombin） fruits and the quality attributes of jam produced from the fruits[J].Measurement： Food，2022，7：100037.

[17]张小平.川味胡萝卜鸭肝酱的开发研究[D].雅安：四川农业大学，2013.

[18]沈璐璐.冬阴功调味酱的工艺[J].食品工业，2021，42（3）：70-75.

[19]崔娜，刘一霏，张娟.豆豉胡萝卜猪肉辣椒酱的研制及其品质分析[J].中国调味品，2021，46（11）：77-80.

[20]周忠强，赵登，高玄.一种瓶装黑蒜牛肉酱的生产工艺：中国，CN105495538B[P].2018-08-24.