Estudio sobre el cambio de sabor del proceso de fermentación de ajo negro

El ajo es rico en compuestos orgánicos de azufre como alicina y s-alill-l-cisteína (SAC), que selingredientes activos que tienen efectos antibacterianos, antioxidantes, anticancerosos, antidiabéticos y antiinflamatorios [1]. Senembargo, cuando se destruye la estructura celular del ajo, estos compuestos se convierten en sustancias volátiles como sulfurde de metilo de alilo y mercaptde de alilo, que le dan al ajo su fuerte sabor acre y olor irritante [2].

La fermentación puede reducir efectivamente el olor acre del ajo y también hacer que la textura del ajo sea más suave y masticable, similar a la gelatina [3]. El ajo negro se hace fermentando ajo fresco a altas temperaturas y alta humedad. Los estudios [4] han encontrado que el ajo negro puede aliviar efectivamente los síntomas de los pacientes celdiabetes, y su capacidad anticancerosa y potencial para reducir el riesgo de enfermedad cardiovascular selincluso más fuertes que el ajo. Este artículo pretende centrarse en los cambios en la composición química yCompuestos de sabor durante el procesamienade ajo negroCentrándose en los factores clave que afectan la formación de su sabor, analizar profundamente las características de sabor del ajo negro, y proporcionar una base para mejorar la calidad de los productos de ajo negro.

1 cambios en los principales componentes químicos durante el procesamienadel ajo negro

El ajo negro es un producto de ajo profundo elaborado mediante la fermentación de ajo fresco a una cierta temperatura (50-90 °C) y humedad (70%-90%) durante un cierto período de tiempo [5-7]. Este proceso de fermentación involucra una variedad de reacciones químicas, incluyendo la reacción de Maillard, reacción de degradación térmica, reacción de oxid, reacción de polimerización, reacción de rearreglo, y reacción de catálisis enzim. Estas reacciones causan cambios en la composición química, que a su vezafectan el sabor, color y propiedades nutricionales del ajo. En términos de color, la fermentación cambia el ajo de blanco a negro, de ahí el nombre de ajo negro.

Como se muestra en la figura 1, después de la fermentación, la composición química del ajo cambia. Aumenta el contenido de azúcares reduc, ácidos orgánicos, alcaloides, polifenoles, melanoidinas y 5-hidroximetil furfural (5-HMF), mientras disminuye el contenido de humedad, lípidos, alicina y polisacáridos [8]. Entre estos, el aumento de polifenoles, 5-HMFy alcaloides puede dar al ajo negro efectos antioxidantes, antivirales y anticancerosos más fuertes; La disminución de la alicina y la alicina puede ayudar a reducir el olor acre del ajo negro; Ylas melanoidin, tiofenos, furanos y pirazinas derivadas de la fermentación pueden dar al ajo negro un aroma tostado único, dulzura y sabor a caramelo [9]. 

1.1 cambios en los compuestos orgánicos de azufre

El ajo tiene un aroma acre único, que se atribuye principalmente a la presencia de sustancias como la alicina y compuestos volátiles de azufre [10]. Como se muestra en la figura 2, los compuestos orgánicos de azufre en el ajo se convierten por desamidación cella acción de − -glutamil peptidasa a − -l-glutamil-s-alil-l-cisteína, que se convierte por desamidación o s-oxida SAC o − -l-glutamil-s-alil-l-cisteína -óxido, y finalmente por s-oxido desamidación a s-alil-l-cisteína sulfóxido (licin) [11]. El ácido aliltiosulúrico es una sustancia incolora e inodoro que se produccióncuando el ajo es aplastado o rally luego hidrolizado por alliinasa para producir deshidroalanina y alilsulfonato. Los dos sulfonatos de alilo se condensan espontáneamente para formar alicina, que es la principalfuente de garlic' olor acre [12]. La aliina es inestable y puede descomponen en sulfurvolcomo sulfurde de dialilo, disulfurde de dialilo y trisulfurde de dialilo [13].

La fermentación implica una variedad de reacciones químicas y, por lo tanto, puede cambiar el sabor de los alimentos [14-16]. Durante la fermentación, el tratamiento térmico puede conducir a la inactivación de la allinasa, reduciendo así la producción de alicina, por lo que el ajo negro no tiene olor acre [17]. Además, la alicina puede ser convertida por reacción a la estable e inodoro s-alil-l-cisteína (SAMC), que es 6 veces más alta en el ajo negro que en el ajo [18]. Dialil disulfur, dialil trisulfury dipropil trisulfurse encuentran en los compuestos de azufre de ajo y ajo negro. Sólo la alicina se detecta en el ajo, mientras que la 2-acetil-1-pirrolina se detecta en el ajo negro [18]; El contenido de compuestos de azufre tales como trisulfurde de metialilo, sulfurde de dialilo, disulfurde de dialilo y trisulfurde de dialilo, y otros compuestos que contienen azufre disminuyen gradualmente en el ajo negro [20].

1.2 cambios en los carbohidratos

El contenido de carbohidratos del ajo es de aproximadamente 33%, y se compone principalmente de azúcares hidrosoluy fructanos. Los fructanos en el ajo selceto-azúcares compuestos de fructosa y glucosa en una proporción de alrededor de 14:1 [21]. Los polisacáridos del ajo se degradan durante la fermentación para formar varios monosacáridos (por ejemplo, glucosa, fructosa, etc.) o disacáridos [22]. Li et al. [23] mostrarelque durante el procesamiento del ajo negro, la cantidad total de polisacáridos disminuye en un 30%, y se convierte en componentes monosacáridos, principalmente fructosa, galactosa y ácido galactarónico, celuna relación molar de 307:25:32. Además, las altas temperaturas y el pHbajo pueden promover la hidrólisis de la sacarosa y producir glucosa y fructosa, que dan al ajo negro su dulzor [24]. El ajo negro también tiene un sabor amargo, que se debe al aumento en el contenido de ácido orgánico durante la degradación de polisacáridos [25].

Los carbohidratos selprecursores de la reacción de Maillard. El Amadori (n-sustituido 1-amino-1-desoxcetosa) y Heyns(n-sustituido 2-amino-2-desoxaldose) selproductos intermedios importantes de la reacción de Maillard, que se utilizan a menudo para evaluar el grado de reacción de Maillard. También selprecursores de la formación de melanoidinas.

Amadori y Heyns también pueden ser convertidos por hidrólisis ácida a 2-furanilmetillysina y 2-furanilmetilamina ácidos, que también son indicadores importantes para evaluar la calidad del ajo negro [26]. Las Melanoidins son los productos finales de la reacción de Maillardy son carbohidratos marrones de alto peso molecular que contienen nitrógeno polimerizado. También son conocidos como pigmentos marrones y contribuyen significativamente al oscurecimiento del ajo negro durante el proceso.27 Además de las melanoidinas, la reacción de Maillard durante la fermentación también puede producir 5-HMF, que puede usarse para evaluar el contenido de carbohidratos de los alimentos.28 Además, el 5-HMF también puede ser formado por caramelización. Zhang et al. [29] señalaron que el 5-HMF puede afectar el color del ajo negro. Cuando el contenido de 5-HMF es de 4 g/kg, el ajo comienza a ponerse negro. Cuanto mayor sea el contenido de 5-HMF, más profundo será el color del ajo negro, y un contenido de 5-HMF demasiado alto le dará al ajo negro un sabor amargo.

1.3 cambios en otros componentes químicos

La reacción de Maillard durante el procesamiento del ajo negro puede causar la desnaturalización de proteínas y la formación de varios aminoácidos. En condiciones ácidas, la reacción de Maillard provoca la degradación de proteínas o péptidos por reacciones enzimáticas o no enzim, lo que a su vez provoca un aumento en el contenido de algunos aminoácidos en el ajo negro, como la l-alanina, l-valina, l-isoleucina, l-tirosina y l-fenilalanina, etc.[24]. Li et al.[23] encontraron que el contenido de aminoácidos de las muestras de ajo negro preparadas congelando el pretratamiento del ajo se redujo en un 50,97%, lo que indica que la concentración de aminoácidos del ajo negro puede variar según el método de procesamiento.

Los lípidos pueden cambiar durante el procesamiento de ajo negro debido a la oxid. Después de que el ajo se fermenta en ajo negro, los lípidos crudos se pueden convertir en compuestos tales como alcoholes, aldehídos, cetonas y lactonas bajo condiciones de alta temperatura y humedad, dando así al ajo negro un sabor rico, pero el contenido de lípidos crusoreducirsignificativamente [30].

2 cambios en los compuestos de sabor característicos durante el procesamiento del ajo negro

En los alimentos, algunos compuestos de sabor se definen como compuestos de sabor característicos porque dan al alimento un aroma único [31-38].

La tabla 1 muestra que los sabores verde y sulfuroso del ajo son más prominentes que los del ajo negro. Compuestos como el sulfurde de dialiilo, 3-vinil-1,2-tiazol, disulfurde de dimetiy trisulfurde de dimetipueden contribuir al sabor sulfuroso o sabor característico del ajo. En el ajo negro, el contenido de sustancias tales como aromas dulces y tostados aumenta, lo que contribuye al sabor agridulce único del ajo negro. El ajo negro contiene una variedad de componentes aromáticos tales como aldehídos, alcoholes, compuestos volátiles de azufre, cetonas y ácidos orgánicos, mientras que el ajo contiene principalmente compuestos volátiles de azufre y una pequeña cantidad de aldehídos y cetonas [10].

Los sulfurvolen en el ajo negroTales como el 2-vinil-4h-1, 3-ditiofeno, trisulfurde de metial, trisulfurde de dialil, 3-vinil-1, 2-tiazle-4-ciclohexeno, y sulfurde de diali, juntos imparten las características de aroma de ajo negro. 3-vinil-1,2-tiazol-5-una, dialidisulfury dialisulfurson compuestos de sabor característicos del ajo. El trisulfurde de alilo metil y el disulfurde de alilo metil son compuestos de sabor comunes al ajo y al ajo negro. Los compuestos volátiles de azufre como el trisulfurde de alilo y sulfurde de dialilo tienen un aroma particularmente fuerte debido a sus bajos valores umbral [34].

Además de los compuestos de azufre, los compuestos heterocíclicos son también importantes sustancias aromáticas activas en el ajo negro. Se detectaron 2(5H) -furanona (quemado), furancarbonal (sabor caramelo), 2-acetil-1-pirrolina (sabor a almentotostado), 2-furananona (sabor a vinagre balsámico) y 5-heptiliden-2 (3H) -furanona (sabor a almendra). Estos compuestos son únicos del ajo negro y son los principales responsables de su aroma tostado y dulzura. Además, el ajo negro también contiene dos compuestos carbonilo únicos: 1-hidroxi2-butanona (salado) y 3-metiltiopropanal (sabor a patata cocida). La formación de compuestos como el alcohol alílico (sabor a ajo cocido) y (E,Z)-2,6-nonadien-1-ol (sabor a pepino) también contribuye al sabor único del ajo negro, que es diferente al del ajo. Compuestos como el ácido 3-metilbutanoico (olor sudoroso), ácido acético (sabor amargo) y ácido propiónico (sabor picante) aumentan la acidez del ajo negro. La fermentación mejora los sabores ácido y umami y reduce el sabor salado [37], al tiempo que reduce significativamente el sabor amargo del ajo. Este cambio puede estar relacionado con la disminución del contenido de compuestos orgánicos sulfurosos.

3 factores que influyen en las características de sabor del ajo negro

Factores como la variedad del ajo, la ubicación de plantación y las condiciones de cultivo tienen un impacto significativo en su calidad, que a su vez cambia los atributos sensoridel ajo negro [38]. Además, la composición nutricional del ajo, la tecnología de procesamiento del ajo negro (por ejemplo, métodos de pretratamiento, temperatura de fermentación, tiempo de fermentación y humedad relativa), las reacciones químicas que se producen durante el procesamiento (por ejemplo, la reacción de Maillard), y las bacterias endofíticas también afectan la calidad del sabor del ajo negro [39].

3.1 factores nutricionales

3.1.1 carbohidratos el Fructan es uno de los factores importantes que afectan la calidad del ajo negro. Durante el procesamiento del ajo negro, su contenido de fructan disminuye significativamente, de 84.6% a 99.2% [40]. El contenido de fructosa en el ajo negro es mayor que el de glucosa, y la fructosa es una cetosa que participa en la reacción de Maillard a un ritmo menor que la glucosa, que es una aldósis [4]. Por lo tanto, después de la fermentación, el contenido de fructosa del ajo aumenta hasta cierto punto, lo que contribuye a la formación del aroma dulce único del ajo negro [42]. Además, la formación del sabor amargo del ajo negro está estrechamente relacionada con la fermentación y degradación de los carbohidratos durante el tratamiento térmico [42]. La fermentación y degradación de carbohidratos puede producir ácidos orgánicos, lo que puede conducir a una disminución en el pH [42].

3.1.2 proteínas y aminoácidos

El ajo es rico en proteínas y aminoácidos esenciales. El procesamiento a alta temperatura puede desnaturalizar la proteína en ajo negro y producir una variedad de aminoácidos libres. Durante el procesamiento del ajo negro, los aminoácidos como la tirosina, arginy ácido glutámico se reducen porque participan en la reacción de Maillard para sintetizar sustancias aromáticas [43]. Además, el contenido de aminoácidos de cadena ramicomo leucina e isoleucina aumenta significativamente durante el procesamiento del ajo negro. Estos aminoácidos libres pueden sufrir una reacción de Maillard con azúcares para producir una variedad de sustancias volátiles [39].

3.2 características de calidad

Factores como la variedad del ajo, el lugar de cultivo, las condiciones climáticas, las características del suelo, la precipitación y el manejo del cultivo pueden afectar la calidad, el aroma y las propiedades organolépticas del ajo y sus productos de ajo negro [44]. La calidad y los compuestos fisiológicamente activos del ajo de diferentes orígenes pueden diferir significativamente en composición y contenido [45]. Comparado con el ajo negro fermentado de ajo ordinario, el ajo negro fermentado de ajo orgánico contiene más compuestos orgánicos de azufre [45], y el contenido de 5-HMF en el ajo negro aumenta con la extensión del tiempo de crecimiento del ajo [6].

3.3 factores de proceso

3.3.1 métodos de pretratamiento

Los métodos comunes de pretratamiento incluyen pretratamiento de congelación, alta presión y ultrasonidos, y los mecanismos de influencia de cada método de pretratamiento son diferentes [46]. El pretratamiento de congelación puede destruir la estructura celular del ajo y promover la producción de compuestos de sabor más característicos, mejorando así la dulzura y la calidad del ajo negro. El pretratamiento de alta presión puede ayudar a mantener o mejorar sustancias de sabor específicas, haciendo que el sabor del ajo negro sea más rico y más equilibrado. El pretratamiento ultrasónico mejora la permeabilidad de las paredes celulares del ajo a través de la energía sonora, que ayuda a extraer y transformar los ingredientes y promover la formación de sustancias aromáticas y de sabor.

El contenido en saco del ajo se incrementó 6, 4 y 10 veces, respectivamente, después de la criopreservación (-20°C por 30 h), pretratamiento ultrasónico (28 kHz por 2 h) y pretratamiento de alta presión hidrostática (300 MPa por 15 min) [47]. En comparación con la criopreservación y el pretratamiento de ultra-alta presión, el pretratamiento ultrasónico puede mejorar significativamente la permeabilidad de la pared celular del ajo, promover la salida de más − -glutamil transpeptidasa sérica de la célula y la reacción con − -l-glutamil s-alill-cisteína, resultando en un mayor contenido de saco en el producto de ajo negro [46]. Además, el pretratamiento de congelación puede dañar gravemente la estructura celular del ajo, acelerando así la reacción de Maillard y produciendo más 5-HMF. El efecto no térmico del calentamiento óhmico (110-130 V, 60-80 °C) ayuda a hidrolizar los fructanos en fructosa, lo que a su vez acelera la reacción de Maillard y aumenta la acumulación de 5-HMF [48].

3.3.2 temperatura de fermentación

La temperatura de fermentación tiene un efecto significativo en el sabor y aroma de los productos de ajo negro [29]. A medida que la temperatura de fermentación aumenta, el contenido de precursores aromáticos como alicina, saco y -l-l-glutaml-l-cisteína disminuye gradualmente [49]. Cuando la temperatura de fermentación es < 60°C, el ajo aún no se ha ennegrecido por completo y su aroma acre aún no se ha disipado por completo. Cuando la temperatura de fermentación es de 70°C, la calidad y el sabor del ajo negro son mejores [49]. Cuando la temperatura de fermentación es > 90°C, las reacciones químicas en el ajo se aceleran, el contenido de azúcar reducdisminuye, y un sabor amargo y quemado puede desarrollar, o incluso se pueden formar sustancias dañinas [39]. Bajo condiciones de una temperatura de fermentación de 75°C y una humedad relativa de 85%, el contenido de sustancias precurdel aroma tales como ácido aminobutírico, saco y -l-glutamil-s-alill-cisteína cambió más significativamente, lo que ayudó a mejorar la calidad del sabor del ajo negro [50].

3.3.3 tiempo de fermentación

Un tiempo de fermentación adecuado no sólo mejora la eficiencia de las reacciones químicas, sino que también aumenta la riqueza de los componentes aromáticos del ajo negro y mantiene un sabor equilibrado. Después de la fermentación a 70-80 °C durante 10 días, el contenido de alicina en el ajo disminuyó de 11,3 g/kg a 2,3 g/kg, y la alicina se redujo a un nivel indetectable [51]. La disminución de alicina se debió principalmente a su conversión a SAMC, mientras que la disminución en el contenido de aliina se atribuyó a su conversión a sustancias como sulfurde de dialilo, disulfurde de dialilo y trisulfurde de dialilo. Después de 45 días de fermentación a 40 °C, el contenido de saco en ajo negro aumentó de 19,6 μg/g a 124,7 μg/g [52]. Además, el contenido de glucosa y fructosa en el ajo negro alcanzó un pico en el día 45 de fermentación [9].

3.3.4 humedad relativa

El aspecto y el grado de pardeamiento del ajo negro están estrechamente relacionados con la humedad relativa. La alta humedad desacelera el oscurecimiento, por lo que el ajo negro es más dulce y más húmedo, y el contenido de ácidos orgánicos disminuye. Por otro lado, la baja humedad puede inhibir la reacción química y prevenir la formación de compuestos de sabor, resultando en una textura dura [53]. La humedad óptima para el procesamiento del ajo negro es del 80% [49]. Además, la actividad del agua también afecta a la reacción de Maillard, que a su vez afecta a la formación de compuestos aromáticos en el ajo negro [53].

3.4 reacción de Maillard

La reacción de Maillard produce varias sustancias heterocícliccomo melanoidinas, tiofenos, pirazinas, furanos y furanones [54], así como 5-HMF y otros compuestos furfurales [55]. Los compuestos de sabor producidos por la reacción de Maillard son los principales responsables del aroma tostado del ajo negro. Por ejemplo, la 2(5H) -furanona producida por la reacción de Maillard puede dar al ajo negro un aroma tostado, mientras que el 3-metiltiopropanal produce un sabor similar a las patatas cocidas [10]. La reacción de Maillard está estrechamente relacionada con la oxidde los lípidos, y la reacción sinérgica entre los dos promueve la interacción de intermediarios de reacción, enriqueciasí el sabor del ajo negro.

Najman et al. [37] identificaron varios compuestos de sabor en el ajo negro, como disulfuro de carbono, 2-metiltioetanol, 2-metil-2-propilmercaptano, 2-octanona, 2-furancarboxaldehído, − -pineno, 2,3-dimetilpirazina, 5-metilfurfural y 4-hidroxi5-metil-3-furanona, que juntos dan al ajo negro un aroma complejo de tostado, caramelo, quema y fruta. Además, el 5-metilfurfural y el 2-acetilfurano pueden dar al ajo negro un aroma dulce único [3]. El producto intermedio de la reacción de Maillard, la 2-acetilpirrolina, es la sustancia principal que le da al ajo negro su agradable aroma [56]. Los compuestos de furfurilo producidos por la reacción de Maillard tienen una característica dulce y son marcadores clave que distinguen el ajo negro del ajo [20]. Los compuestos orgánicos de azufre en el ajo se convierten principalmente en compuestos volátiles que contienen nitrógeno, tales como sulfurde alquil, piridinas y pirazinas durante la fermentación, y estos compuestos no existen en el ajo [12].

3.5 Endophytic bacteria

Las bacterias endofíticas no solotienen funciones de control biológico, sino que también promueven el crecimiento de las plantas. La fermentación espontánea del ajo para formar ajo negro está relacionada con la actividad de sus bacterias endófitas [57]. Las bacterias endofíticas pueden acelerar la fermentación del ajo, mejorar su sabor y formar compuestos más funcionales, extendiendo así la vida útil [58]. Suharti et al. [59] aislaron bacterias endofíticas como Erwinia, Pseudomonas, Xanthomonas, Agrobacterium, Rhodostominia, Xylella, Pantoea, Acidiphilus, Burkholderia, Corynebacterium y Streptomyces, que pueden promover la degradación de la glucosa para producir compuestos ácidos orgánicos como ácido tartárico, ácido succínico, ácido málico y ácido acético, dando así al ajo negro un sabor ácido. Además, el género Bacillus, que es también una bacteriaendofítica, puede promover la conversión de fructanos de tipo inulina a fructosa [27]; Al mismo tiempo, el número de especies de Bacillus disminuye al aumentar los niveles de sulfurorgánicos y 5-HMF.

4 conclusión

El proceso de fermentación del ajo implica una variedad de reacciones químicas, que no sólo ayudan a reducir el olor acre, sino que también ayudan a formar el aroma dulce y ácido único del ajo negro. Al mismo tiempo, la fermentación puede promover la formación de sustancias activas más funcionales en el ajo negro, lo que le dota de efectos antioxidantes, antivirales y anticancerosos. Por lo tanto, como producto de procesamiento profundo del ajo, el ajo negro tiene buenas perspectivas de mercado y potencial de desarrollo. Con el desarrollo de la flavorómica, la investigación sobre las sustancias del sabor del ajo negro se ha profundizgradualmente, pero todavía hay muchos problemas. Posteriormente, podrán establecerse indicadores normalizados y métodos de ensayo para sustancias aromatizantes de ajo negro; Las vías de producción y las relaciones interactivas de las sustancias de sabor características en el ajo negro pueden ser exploradas en profundidad; Y el sabor y la calidad nutricional del ajo negro se puede controlar con precisión de acuerdo a las preferencias del consumidor.

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