大蒜含水率的测定方法

陈宇曦，阮培英，王　健，翁修海，李泽洋

大蒜含水率的测定方法

陈宇曦，阮培英*，王健，翁修海，李泽洋

(山东理工大学农业工程与食品科学学院，山东 淄博 255000)

我国是世界上最大的大蒜种植和出口国，快速发展大蒜深加工是提升产品市场竞争力的重要途径。大蒜含水率的测定是进行大蒜深加工的基础，也是影响大蒜产品的运输和贮存质量的关键因素，因此，进行大蒜含水率测定方法的研究具有重要意义。结合大量文献简述了大蒜及其产品的标准含水率测定方法，通过归纳鲜蒜目前常用的干燥方法对其干燥质量进行了分析和总结。深入探索各种干燥方法对大蒜水分测定的可行性，并在此基础上，提出了采用快速干燥方法以及近红外光谱法等作为大蒜水分含量检测方法的建议。

大蒜；
含水率；
测定；
干燥；
深加工

中国的大蒜种植有着悠久的历史，鲜品大蒜具有保护心脏、抗菌、降低胆固醇、抗炎和抗癌的功效，常作为调味品和药材使用[1]。水分是大蒜的主要组成部分，鲜蒜的含水率通常在50%以上[2]。水分含量对大蒜结构形态、新鲜度、风味以及贮存时限等均会产生影响，过高的水分含量会给病原体和霉菌等提供繁殖条件，导致鲜蒜在运输和贮存的过程中发霉变质，影响其经济效益。从我国大蒜深加工发展现状来看，脱水蒜片、蒜粉、黑蒜和大蒜精油等产品均拥有良好的市场前景，这几种深加工技术以大蒜素、果糖和葡萄糖等作为主要有效成分[3]；
而大蒜产品中的水分含量则会影响这些重要成分的浓度，从而影响大蒜产品的质量，因此，采用标准、合理和高效的含水率测定方法十分重要。目前国内通常根据《食品安全国家标准》中的减压干燥法与直接干燥法测定鲜蒜的含水率，暂未有应用其他干燥方法进行大蒜含水率测定的相关研究和报道。本文在总结大蒜及大蒜深加工制品的标准水分测定方法的基础上，探讨了诸如微波干燥、红外干燥等方法对大蒜品质的影响，探索了以上方法用于大蒜水分测定的可行性，以期为进一步拓宽大蒜含水率测定方法提供理论依据。

根据我国《食品安全国家标准》GB/T5009.3— 2016的规定，食品含水率的测定方法包括蒸馏法、卡尔·费休法、直接干燥法与减压干燥法[4]。其中，卡尔·费休法适用于精准测量食品中的微量水分[5]；
蒸馏法通常用于水分高且含有较多挥发性物质的肉类、肉制品和水果等的水分测定。目前，国内测定鲜蒜含水率主要以《食品安全国家标准》GB/T5009.3—2016和《中国药典》为依据，采用直接干燥或烘干与减压干燥两类方法，卡尔·费休法和蒸馏法不适合用于鲜蒜的含水率测定。《食品安全国家标准》GB/T5009.3—2016中的直接干燥法与《中国药典》中的烘干法[6]，以及《美国药典》中的重量分析法[7]和《印度药典》中的热重分析法[8]均采用相同的水分测定原理——使鲜蒜样品中的水分在101～105℃高温下蒸发，称取干燥前后样品的重量，从而测得鲜蒜的含水率。101～105℃的高温既能保证鲜蒜中的水分充分蒸发，又不容易破坏鲜蒜中的成分，可以有效保证鲜蒜的品质。减压干燥法则适用于水分不易挥发或在高温条件下易分解的食品，通过降低干燥温度、延长干燥时间使水分在较低气压下挥发，完成干燥和测定。在参考赵东升等[2]的研究内容基础上，通过对照并补充了《食品安全国家标准》、《中国药典》等方法的规定，结合刘睿婷的试验研究[9]，对大蒜含水率不同测定方法的操作要点、具体干燥方法、切片厚度、干燥时长和干燥品质等进行了总结，如表1所示。

表1　不同大蒜含水率测定方法的比较*

*表1中第3-10行、3-6列的内容均引用自赵东升等的研究[2]；
第2列和第7列的内容则分别引用自《食品安全国家标准》[4]和刘睿婷等的研究[9]。

各含水率测定方法在进行大蒜干燥时均需通过首次干燥、冷却后称重、干燥1h后冷却称重、重复直到恒重等流程。由表1可以看出，各方法采用的首次干燥时长不同，减压干燥法因采用了较低干燥温度，首次干燥时长明显多于其他方法，因此，采用高温直接干燥法和烘干法等进行大蒜含水率测定时，所需的干燥总时长稍短，一般为6h以上，但干燥后的大蒜呈焦黄色；
而低温减压干燥法则需要的总时长为17～25 h以上，干燥后的大蒜呈淡黄色。此外，赵东升等[2]的研究发现，采用65℃的减压干燥法测得的大蒜含水量稍低于采用105℃干燥方法所得结果，原因可能是105℃的高温会使鲜蒜中的某些物质挥发、导致含水率数值偏大。

综上，大蒜含水率测试中的直接干燥法、烘干法与减压干燥法操作流程简单清晰、重复度高，便于形成标准的测定方法，但却存在着效率较低，耗时较长的缺陷，因此研究和选择适合大蒜深加工高效、便捷和准确的水分检测方法，同时能满足使用工业化设备进行快速、大规模的鲜蒜水分测定的需求，具有重要意义。

蒜粉以鲜蒜为原料，其应用范围非常广泛，通常用作调味品和保健品。张春等[10]采用我国《食品安全国家标准》中的直接干燥法，甲苯蒸馏法和出口脱水大蒜制品检验规程，美国食品药品监督管理局规定中的真空干燥法以及正己烷蒸馏法共五种方法对蒜粉的含水率进行了检测，并对不同测试方法的含水率结果以及样品干燥后的色泽进行比较后发现：由于蒜粉的含糖量较高，使用甲苯蒸馏法测定蒜粉的含水率时，样品容易焦炭化；
直接干燥法的高温也会使蒜粉变黑；
而真空干燥法和正己烷蒸馏法的蒜粉含水率测定结果十分接近，且干燥前后样品的色泽基本保持不变，是最适合用于蒜粉含水率测定的两种方法。

干燥的蒜片由于含水率低可以长期保存，且便于运输和食用，是大蒜深加工产品常见的形式。蒜片的含水率可采用常压干燥法进行测定，但会产生样品焦糊的现象。阮建苗等[11]以“食品水分检测的仲裁法”——甲苯蒸馏法测定的蒜片水分含量实验结果为标准，找出105℃常压干燥条件下既能与标准结果基本一致，又能避免样品焦糊的最短干燥时长为40 min，得到了结果准确、品质无损的蒜片常压干燥法测定条件。

3.1　热风干燥

热风干燥是目前应用最广泛的大蒜脱水干燥方法，具有成本低、操作简单等优点。李湘利等[12]将脱皮大蒜进行切粒和护色后平铺于恒定风速0.5 m/s的鼓风干燥箱中，之后分别在不同温度下进行热风干燥，试验结果表明：干燥温度高，则干燥速率快、干燥耗时短；
当干燥温度为80℃时，干燥速率较高，为0.054 g/(g·min)，但大蒜素含量会受到影响。张杰等[13]则分别在120℃、100℃、80℃和50℃下进行大蒜热风干燥，发现样品在80℃下进行30 min的热风干燥后，脱水率约为30%、复水率最高为123%，且色泽保持良好；
而在120℃下干燥30 min后，大蒜的脱水率超过70%，但样品发生碳化、质量受损。综上，热风干燥的效率高，可以较好保持样品品质，在选择好干燥温度的情况下，可以尝试用于测定鲜蒜的水分含量。

3.2　微波干燥

微波干燥的原理是通过微波加热使物料中的水分受热而蒸发。张杰等[13]在对大蒜进行脱皮、切片、漂洗以及护色预处理后，采用150 W的微波功率进行大蒜的干燥。试验结果表明，随着微波干燥时间延长，样品的复水率增加，但会逐渐产生皱缩现象、且有碳化趋势；
当干燥时长为13 min时，干燥效果最好；
微波干燥功率越高，大蒜素越容易被破坏。

微波干燥具有加热比较均匀、干燥效率高、色泽保持度好等优点，已经被应用于大蒜等食品的脱水干燥中，但目前由于缺乏配套的工业化设备，影响了其大规模应用[13]，且样品容易干燥过度[14]。应用微波干燥法进行大蒜等食品含水率的测定，可实现对干燥过程的精准控制，具有广阔的应用前景。

3.3　微波热风干燥

微波干燥效率高、能耗低，但费用较高；
而热风干燥成本低，但能耗较高、用时较长。为了融合两种方法的优点，李湘利等[12]利用正交试验将微波干燥与热风干燥进行分段联合，前期采用微波干燥，后期采用热风干燥，二者转换点的含水率(干基)为1.200 g/g。研究结果表明，微波热风联合干燥法可以增加样品中大蒜素的保留量和复水率，不但样品形状变化小，并且还能降低总体费用和时间。将微波热风干燥法应用于鲜蒜水分检测，应重点关注控制转换点的水分含量、干燥温度以及干燥功率等主要影响因素。

3.4　红外干燥

Thuwapanichayana等[15]将切碎的大蒜平铺在托盘后放入干燥室，在50℃下进行热泵干燥，并增设了功率分别为250、350和450W的远红外辐射。试验结果显示，红外辐射的加入使得干燥速度提升，同时样品中的大蒜素含量降低；
而当红外辐射功率增加时，样品中大蒜素的含量无明显变化。与单独的热泵干燥和热风干燥相比，红外干燥使大蒜水分下降更快，干燥后大蒜的色泽更亮。

红外干燥耗时短、效率高，且对样品的损伤程度较小，但与之配套的设备价格较高，用于大蒜含水率的检测经济效益欠佳，但通过结合热泵干燥、热风干燥等方法的优势，可达到高效、保质以及节能的目的[16]。

3.5　真空冷冻干燥

真空冷冻干燥的原理是先将样品中的水分冻结成冰，之后在真空环境下使冰升华从而完成干燥[17]，能够很好地保持样品的形态及色泽。Yabin Feng等[18]先将蒜片在-40 ℃下冷冻3 h之后，在-18℃下以0.518 mbar的真空度干燥约10h使蒜片含水率(干基)达到8.43%。试验结果显示，真空冷冻干燥前后蒜片的大蒜素含量变化小于热风干燥(P<0.05)，同时蒜片的营养物质和色泽保持度较好，但真空冷冻干燥耗时长，能源消耗高，且设备的投资成本高[13]。在适当提高蒸发温度并降低真空度以降低能耗的基础上，真空冷冻干燥或许也可以作为大蒜含水率的精准检测的一种备选方法。

标准的鲜蒜含水率测定方法普适性强，流程简单清晰、重复度高，但操作繁琐，需将样品反复从干燥箱中拿出、待其冷却后进行称重，耗时长、效率低。与目前大蒜含水率测定采用的直接干燥法和减压干燥法相比，鲜蒜常用的干燥方法更加高效、便捷；
热风干燥法效率高，可以保持样品的品质；
微波干燥法、红外干燥法及冷冻干燥法的效率高、且大蒜品质保持度较好，但设备价格较贵、能耗较高；
热风微波法以及热泵红外等联合干燥法能够结合各种技术的优点，在增加效率的同时降低能耗，保证样品品质。由此可见，在解决诸如精准过程控制和相应设备工业化的基础上，微波、红外和冷冻干燥等方法可以作为备选的大蒜含水率检测方法。

在总结现有的大蒜标准含水率测定方法与鲜蒜常用干燥方法的基础上，提出如下建议。一是为缩短测试时间，提高测试准确度，在控制好干燥温度、干燥时长、设备功率等因素的基础上，将包括微波、红外和冷冻等大蒜干燥方法联合热风干燥尝试应用于鲜蒜的含水率测定，并逐步形成标准；
二是随着加工设备自动化与智能化的发展，高效、便捷的近红外光谱等无损水分检测技术也逐渐得到了应用，可以尝试将红外光谱测试技术应用于大蒜深加工中，完成鲜蒜和大蒜制品的含水率测定；
三是科研机构、生产企业、各大高校需要研制适合于工业化的大蒜及其制品的水分测试设备，以降低加工成本，提高工作效率，减少人力消耗。

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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年教育部产学合作协同育人项目——基于创新实践能力培养目标的智能农机实验教学体系建设(202102425032)。

陈宇曦(2001—)，女，吉林松原人，大学本科，主要研究方向为农业机械工程。

阮培英(1979—)，女，内蒙古乌兰察布人，博士研究生，副教授，主要研究方向为农业机械工程。

责任编辑：阳湘晖

英文编辑：唐琦军