黑蒜的制备工艺及其营养与保健功效研究

张黎明 杨明 曹梦晖 吴涛

摘要 黑蒜是由新鲜大蒜发酵而成， 具有丰富的营养成分和显著的保健功效，日益受到人们的青睐。综述了黑蒜的制备工艺、主要营养成分及其保健功效，旨在为黑蒜产品的深度开发和产业的健康发展提供理论参考。

关键词 黑蒜；制备工艺；营养成分；保健功效

Study on the Preparation Technology， Nutrition and Health Effects of Black Garlic

ZHANG Li-ming1，2，YANG Ming2，CAO Meng-hui1，WU Tao1， 2* （1.Xuzhou Liming Food Co.， Ltd.， Xuzhou，Jiangsu 221354；2.Research Institute of New Rural Development of Tianjin University of Science and Technology， Engineering Research Center of Food Biotechnology Ministry of Education， Tianjin 300457）

Abstract Black garlic is made from fresh garlic， it is rich in nutrients and significant health benefits，and it is increasingly favored by people. In this paper， the preparation technology， main nutritional components and health effects of black garlic were summarized. The aim was to provide a theoretical reference for the further development of black garlic products and the healthy development of the industry.

Key words Black garlic；Processing technology； Nutritional components；Health care effect

大蒜在我国有着悠久的种植历史，作为一种传统的农产品和调味料，由于其独特的风味、良好的保健功效倍受人们青睐。新鲜大蒜经过一段时间的发酵处理，细胞内部发生了一系列的理化反应，蒜体由乳白色转变为黑紫色，因此发酵后的大蒜被称之为黑大蒜，又名黑蒜。黑蒜具有极高的营养价值，水分和脂肪含量显著降低，但钾、钙、铁、锌等微量元素明显提高；另外，蛋白质、糖分、维生素以及酚类等物质含量提升至发酵前的3倍以上[1]。发酵后的黑蒜表现出良好的口感、无刺激性的辛辣味、更加丰富的营养成分以及更高的生理活性，因此越来越受到人们的关注。笔者综述了黑蒜的制备工艺、营养成分以及保健功效，旨在为黑蒜的深加工提供理论参考。

1 黑蒜的制备工艺

目前，黑蒜制备工艺有发酵和非发酵方式两大类。其中发酵方式制备而来的黑蒜是目前国内主要的黑蒜生产方法，发酵黑蒜的制备方式分为固态发酵和液态发酵2种方式。发酵黑蒜并非是由微生物直接发酵而来，而是新鲜大蒜在高温高湿的环境条件下，由于自身的组织被破坏，发生一系列的酶促褐变和非酶促褐变，这些羰氨反应加之美拉德等作用，产生了黑色的大分子物质类黑精（拟黑色素）[2]，从而形成了黑蒜的独特品貌。

1.1 固态发酵黑蒜

固態发酵是目前最普遍的发酵方式，黑蒜的固态发酵是指大蒜本身在没有或基本没有自由水的状态下进行发酵的一种发酵工艺。其工艺流程如下：

挑选完整、新鲜、饱满的大蒜→去皮、蒂1～2层→清水清洗干净→高温高湿的发酵环境进行发酵→蒜体变黑，本身的刺激性气味消失→黑蒜[3]。

在固态发酵的过程中，预处理和高温高湿的发酵条件是2个关键步骤。

钟成等[4]采用超高压的预处理方式制备黑蒜，结果表明，采用超高压的预处理方式对发酵黑蒜的营养成分含量存在显著的影响，总糖含量在经过超高压处理后会有所下降；当保压时间在15 min时，黑蒜的总酚含量达到3.20 mg/g；经超高压处理的黑蒜黄酮含量高于未发酵白蒜，但未经超高压预处理发酵而来的黑蒜黄酮含量最高，为5.23 mg/g。另外，经过超高压预处理的黑蒜抗氧化能力也得到明显的提升。刘文洪等[5]采用微波预处理与低温处理的方式发酵黑蒜，通过加速大蒜细胞的裂解，促进细胞中酶的释放，形成黑蒜，缩短了发酵过程，加速了发酵周期。王海粟等[6]采用-18 ℃低温冷冻预处理结合变温发酵的方式发酵黑蒜，结果表明，结合冷冻预处理发酵得来的黑蒜发酵周期从原先的60～90 d缩短至15 d，而且感官品质和营养品质均优于传统发酵黑蒜，还原糖、总酚以及游离氨基酸的含量[7]大幅提升。

高温高湿的发酵环境是大蒜自身进行一系列理化反应的前提。Wang等[8]研究表明，在高温高湿的发酵环境中，烯丙基硫醚类含硫化合物可能发生了不稳定的键断裂，导致烷硫基和丙烯基自由基的形成，从而使发酵后的大蒜刺激性气味消失，同时香气成分得到提高。Kimura等[9]报道， 高温能缩减黑蒜的发酵期，甚至70 ℃下发酵黑蒜的速度能达到60 ℃的2倍，研究人员进一步表示，60 ℃下的大蒜发酵得到的产品颜色不够深，不能形成黑色的蒜体。此外，90 ℃的温度虽然可以加快发酵的速度，但是会令产品产生一股酸味和苦味，对其口感产生负面影响。因此，大蒜的最适发酵温度在70～80 ℃。相对于恒温恒湿的发酵条件，目前，国内的黑蒜生产多采用变温发酵的方式，刘双雷等[10]发明了一种变温发酵的方法，大大缩减了发酵时间，节约了成本，降低了能耗。但由于蒜体之间的大小、水分等存在差异，这种变温模式的发酵还需有专门的技术人员进行操作。

1.2 液态发酵黑蒜

液态发酵是指发酵前将大蒜进行破碎处理制作成蒜泥并添加一部分水作为发酵基质再进行密闭发酵的一种发酵方式。其主要的工艺流程包括：

挑选完整、新鲜、饱满的大蒜→去皮、蒂1～2层→清水冲洗干净→蒜瓣破碎→加水→装袋真空密封→发酵箱中发酵→去水至50%→黑蒜成品。

在液态发酵黑蒜的过程中蒜瓣破碎制成蒜泥的过程对发酵后黑蒜总酚、氨基态氮的含量呈现相同趋势的影响。随着破碎时间的延长，蒜泥粒径的减小，接触面积的增大，使其更充分地进行美拉德等一系列理化反应，使发酵后总酚、氨基态氮含量呈上升趋势，当达到一个峰值后，破碎时间的延长可能使一部分蒜泥发生氧化从而导致总酚、氨基态氮的含量又会呈现下降的趋势[11]。在装袋真空密封的过程中，密封的袋子能够有效地防止刺激性气味硫化物的扩散，但是要使其具有耐高温的特性。另外，发酵箱发酵的过程中，变温发酵的环境下既能够缩短发酵周期，又能提高相关活性物质的含量。陈浩等[11]对白皮大蒜不同料液比、不同捣碎时间、不同冷冻温度以及不同发酵时间对黑蒜发酵品质的影响进行研究，最终确定液态发酵黑蒜的最优工艺为料液比5∶3，捣碎时间15 min，冷冻温度-20 ℃，发酵时间第1阶段为80 ℃、8 d，第2阶段为75 ℃、10 d。该工艺具有较好的稳定性，并且感官评定较好。在对紫皮大蒜发酵制作黑蒜的过程中，罗仓学等[12]的研究表明，同样采用变温发酵的方式，料液比为2∶1，破碎粒度在4 mm时为最佳的液态发酵工艺，产品呈均一的黑褐色，没有酸臭味，并且总酚的含量提高了5倍，超氧化物歧化酶（SOD）活性提高了15倍。

1.3 非发酵黑蒜

不同于固态、液态发酵黑蒜的工艺，非发酵黑蒜有着加工成本更低、加工时间更短、加工工艺更简单的优势。此外，非发酵黑蒜的加工工艺大大提高了黑蒜产品的有效成分含量及抗氧化活性。其主要加工流程如下：

挑选完整、新鲜、饱满的大蒜→清水清洗干净→高温高压下蒸制→取出、干燥→黑蒜。

赵岩等[13]研究表明，130 ℃的高温下蒸制1 h，80 ℃干燥3 h制得非发酵黑蒜产品，其色泽、干爽度、蒜肉质地和气味口感相比于发酵黑蒜都有明显提高。另外，非发酵黑蒜明显增加了氨基酸的含量。同时总酚含量显著增加。而在自由基清除能力上，非发酵黑蒜92.80%的DPPH自由基清除率是普通大蒜的3倍，并且远高于发酵黑蒜52.30%的DPPH自由基清除率。

2 黑蒜的营养成分

黑蒜具有丰富的营养成分，主要包括糖、蛋白质、脂肪、粗纤维、B族维生素、氨基酸以及微量元素等。王瑜等[14]研究发现，不同制作工艺和原料品种会造成黑蒜的营养成分差异，但黑蒜的综合营养价值较新鲜大蒜明显提升[13，15-20]。

吴清梅等[21]研究了2种不同发酵时间制得的黑蒜产品，分别对发酵90和30 d的黑蒜产品成分变化做了对比，结果表明，黑蒜的水分含量呈现明显下降，其主要原因是因为美拉德反应导致水分蒸发，同时形成了黑蒜香软黏糯的风味口感。

作为营养物质的糖类和蛋白类物质，一方面，糖类作为不可或缺的能量物质，为机体提供能量；另一方面，蛋白质丰富的氨基酸能够补充人体所需的氨基酸。据报道[22]，黑蒜中可溶性糖和粗蛋白含量出现少量的增加，美拉德反应不断消耗氨基结构的蛋白和羧基糖类物质，同时水分的减少、大分子物质如淀粉类的水解又使得湿基蛋白、氨基酸、可溶性糖的比例大大增加最终使其含量反而高于新鲜大蒜。

酚类物质是黑蒜中的重要功能性成分之一，总酚含量很大程度上反映了黑蒜的功能作用[23]。黑蒜相比于新鲜大蒜的多酚含量出現了成倍的增加，源于新鲜大蒜在受热发酵的过程中，大分子物质不断分解成小分子物质，由此释放出更多的酚羟基，从而使其多酚的含量升高。另外，黑蒜中的多酚含量在不同时长发酵得来的黑蒜产品中差异显著，主要是因为随着发酵时间增加，大分子物质得到充分水解，从而使多酚含量进一步提高。

黑蒜中氨基酸的含量与新鲜大蒜相比存在明显的差异。谷氨酸和天冬氨酸是黑蒜中含量最高的2种氨基酸，而新鲜大蒜中含量居多的则是精氨酸、谷氨酸和脯氨酸[6，18]。由于赖氨酸、精氨酸同为碱性氨基酸，有助于美拉德反应的发生，因此含量出现了明显的降低。此外，黑蒜中的甘氨酸、亮氨酸等一些少量氨基酸较之新鲜大蒜略有增加。同时，吴清梅等[21]发现，经过90 d发酵的黑蒜，苏氨酸、精氨酸、脯氨酸等多数氨基酸与30 d发酵得来的黑蒜氨基酸含量相近，而苯丙氨酸、亮氨酸、缬氨酸则表现出30 d发酵的黑蒜含量更高。

罗海青等[24]对发酵黑蒜的基本组分变化进行了测定，结果发现黑蒜中脂肪含量减少，蛋白质分解为多肽，丰富了其营养价值。另外，挥发性的含硫化合物大大降低，大蒜素刺激性的含硫化合物转化为稳定性的含硫化合物，使大蒜原有刺鼻的蒜味消失，同时赋予了黑蒜一种淡淡的香味和柔软香甜的口感。

王喜波等[25]对在127 ℃、70 min蒸制时间、95 ℃烘焙6.5 h的条件下制得的非发酵黑蒜总酚含量、含水率、总酸以及还原糖含量4个评价指标的监测中发现，每100 g的黑蒜中总酚含量达到了1.12 g，含水率27.41%，还原糖含量7.87 g，总酸含量3.61 g。不难看出，非发酵工艺制得的黑蒜总酚含量相比于新鲜大蒜显著增加，还原糖和水分含量明显降低，而总酸含量则表现出略微增加。通过对比吴清梅等[21]、安东等[26]对发酵黑蒜成分的研究，发现非发酵黑蒜的总酚含量更多，还原糖含量也表现出明显增加，但水分含量较发酵黑蒜降低了50%左右。

3 黑蒜的保健功效

大蒜性温，味辛，具有滋养脾胃、温中行滞、解毒、杀虫等功效，被人们誉为“天然抗生素”，是药食两用型植物，具有很好的保健功效。黑蒜相比于大蒜有更多的活性成分，有比大蒜更好的抗氧化、防癌抗癌、杀菌消炎、保肝护肝等功效。目前，黑蒜的生理功能主要有以下几个方面。

3.1 抗氧化、抗衰老

黑蒜具有很强的抗氧化、抗衰老能力，黑蒜中多酚物质含量的提高对其抗氧化性能起着重要的作用。植物多酚又称作单宁，是多羟基酚类化合物的总称，具有清除自由基、免疫调节、抑制肿瘤细胞生长以及抑制不同酶活性的能力[27]。王玉荣等[28]采用Folin-Ciocalteu比色法测定黑蒜中多酚的含量，结果发现，发酵黑蒜的多酚含量由新鲜大蒜的1.66 mg/g增加到6.81 mg/g，出现了显著的增加，因此，黑蒜相比于新鲜大蒜具有更强的自由基清除能力。此外，黑蒜中富含的5-羟甲基糠醛（5-HMF）具有一定的抗氧化功效。宋玉蓉等[29]研究了5-HMF对体内外清除自由基的能力及其对诱导氧化应激的高脂日粮饲喂小鼠抗氧化能力的影响。结果显示，5-HMF对低聚蔗果糖清除自由基能力具有增强作用并且对小鼠肝脏的抗氧化能力有一定的增强作用。Ichikawa等[30]发现，β-carboline类生物碱具有较强的过氧化氢清除能力，而大蒜在黑变的过程中1-甲基-1，2，3，4-4H-β-咔啉类衍生物（THβCs）含量明显增加。祝炳俏等[31]研究发现，黑蒜组织中抗氧化酶的活性也得到了提高；Lee等[32]证实，黑蒜中具有抗衰老功能的SOD、谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）、过氧化氢酶（CAT）活性均有提高。

3.2 防癌抗癌

在医学上，癌是指起源于上皮组织的恶性肿瘤，是恶性肿瘤中最常见的一类。一般人们所说的“癌症”习惯上泛指所有恶性肿瘤。癌症的特点是癌细胞的无限增殖扩散，最终侵入到身体的各个部位，造成一系列的并发症。

黑蒜中含有锗、硒元素，能够对癌症起到抑制作用。陈春英等[33]采用小鼠移植性艾氏腹水癌研究亚硒酸钠及羧乙基锗倍半氧化物的抗癌作用。研究表明，硒和锗都有明显的抑制癌症的作用，并且二者之间存在协同效应。王义善等[34-36]研究了黑蒜提取液联合放疗对荷H22小鼠移植瘤生长的影响，发现黑蒜提取液对肿瘤的抑制高达66.93%，并且能诱导H22癌细胞凋亡的作用，癌细胞的凋亡率达到了55%左右。此外，他们还发现黑蒜提取液对肺癌Lewis细胞株生长有明显的抑制作用以及黑蒜提取液联合γ射线照射对结肠癌Ht-29小鼠移植瘤有生长抑制作用，可延迟肿瘤生长时间。

3.3 润肠通便

润肠通便是治疗年老津枯、产后血虚、热病伤津及失血等所致便秘的一种方法。据张民等[37]对大蒜多糖提取物组成成分分析及通便功效进行了研究发现，大蒜多糖提取物对便秘模型小鼠具有润肠通便的作用。大蒜多糖属于菊糖类的果聚糖，是肠内双歧杆菌的活化增殖因子，能够被双歧杆菌利用后促进肠道蠕动，而黑蒜中果聚糖被降解为低聚果糖，使其不仅增加了甜味而且还具有良好的通便功能。

3.4 增强免疫力

免疫力是人体自身的防御机制，能够识别和消灭外来侵入的异己物质，清除衰老、损伤、死亡、变性的自身细胞以及识别和处理体内突变细胞和病毒感染细胞的能力。

黑蒜中大蒜素等脂溶性挥发油能明显提高体内巨噬细胞的吞噬能力，起到增强免疫系统的功能。Liu等[38]研究发现，大蒜油对Th1-Th2细胞平衡有双重效应，低剂量可以提高Th1型细胞免疫应答，而高剂量的大蒜油对Th2更有利。黑蒜提取物对小鼠细胞免疫应答也具有促进效应。冯永辉等[39]对黑蒜提取物对BALB/c小鼠细胞免疫功能的影响进行了研究，结果表明，黑大蒜提取物能显著增强自然杀伤（NK）细胞杀伤活性，促进非特异性免疫分子一氧化氮（NO）和Th1型细胞因子IL-2、IFN-γ和TNF-α的分泌。此外，黑蒜中的丝氨酸、赖氨酸等氨基酸、VC以及激素合成所需微量元素锌等同样起到了增强免疫力的作用。

3.5 保肝护肝 肝脏不但是人体中最大的消化器官，还是人体中一个重要的解毒器官。中医认为，肝主面，肝气疏泄条达则气色红润，神清气爽。如果肝脏长期超负荷工作，太多的身体毒素无法及时排解出去，反映到人的皮肤上就是脸色暗哑、色素沉淀。

据雷逢超等[1]报道，黑蒜中的蛋氨酸具有防治急慢性肝炎、肝硬化等肝脏疾病的功能，缬氨酸等部分支链氨基酸也能明显改善肝功能的衰竭，丙氨酸、天冬酰胺也可以对肝功能起到一定的提高保护作用。Jung等[40]通过高脂肪食物喂食小鼠诱使其发胖，91 d的喂食小鼠显示出了明显的肥胖、高血糖和高血压，并且肝脏和肾脏都受到了不同程度的损害。用发酵黑蒜探究其对肥胖小鼠的影响，发现其具有明显的保肝护肾、降低血脂、减肥的功效。

45卷24期 张黎明等 黑蒜的制备工艺及其营养与保健功效研究

3.6 其他功效

李洋等[41]通过观察黑蒜提取物对小鼠过敏性哮喘的治疗作用，发现黑蒜提取物对哮喘具有一定的治疗作用。宁月宝等[3]发现，黑蒜大蒜素里的硫醚物质能起到明显的降血糖效果。Ried等[42]报道，黑蒜提取物确实有辅助降压作用并且其效果优于降压药物，对高血压和心血管疾病起到一定的治疗作用。Kim等[43]通过研究黑蒜5-HMF对TNF-α刺激的脐静脉内皮细胞的内皮细胞黏附因子和单核细胞黏附性的表达变化及可能的机理，证实5-HMF具有显著消炎作用。

4 展望

随着人民生活水平的提高，饮食习惯及营养与健康需求正持续的发生重大变化，城乡居民的食品消费已全面从温饱型消费加速向营养健康型消费转变，从“吃饱、吃好”向“吃得更加营养、更加安全和更加健康”的转变。黑蒜作为营养健康食品，其营养成分丰富、保健功效显著，在我国必将会受到更多消费者的青睐，具有广阔的市场前景。

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