黑蒜的加工工艺及营养成分研究进展

马丽

摘 要：黑蒜是以大蒜为原料，在高温高湿条件下加工而成。本文阐述了黑蒜的加工原理、加工方法（固态发酵、液态发酵和非发酵法），分析了影响黑蒜品质的关键调控因素（原料、预处理方式、温度及相对湿度），并比较了黑蒜加工过程中的营养成分变化。

关键词：黑蒜；加工工艺；营养成分

Abstract： Black garlic is made from fresh garlic and processed in a high temperature and humidity environment. This article elaborates on the processing principle and methods of black garlic （solid-state fermentation， liquid fermentation， and non fermentation）， analyzes the key regulatory factors that affect the quality of black garlic （raw materials， pretreatment methods， temperature， and relative humidity） ， and compares the changes in nutritional components during the processing of black garlic.

Keywords： black garlic; processing technology; nutritional composition

大蒜營养丰富，但有辛辣味，会引起人体肠胃不适等，严重制约了大蒜的消费市场[1]。因此，研究不同形式的大蒜深加工技术，以尽量减少大蒜异味，提高其市场竞争性。黑蒜是以新鲜大蒜为原料，通过高温（60～90 ℃）和高湿（70%～90%）进行美拉德反应获得的一种陈化大蒜[2]，是目前发展最快、研究最多的保健型大蒜深加工食品之一。在反应过程中，新鲜大蒜的刺激性气味、营养成分和感官属性等均会发生改变，生成新的功能性物质等[1]。本文概述了当前黑蒜的加工工艺、关键调控因素和营养成分的研究进展，以期为黑蒜的产业化发展提供理论支持。

1 黑蒜的加工工艺

大蒜经过酶化、熟化及干燥等一系列工艺流程形成黑蒜，其加工工艺主要包括发酵（固态发酵和液态发酵）和高温高压非发酵两种类型。发酵黑蒜在加工过程中，胞内发生酶促反应和非酶促反应（美拉德反应），形成独特的品貌和风味[3]。在高温高湿环境下，大蒜中的酶活性被激活，将碳水化合物分解成果糖，蛋白质分解成氨基酸，同时大蒜素转化为S-丙烯基麸氨基酸等物质，降低大蒜的刺激性气味及辛辣味[3]。美拉德反应是加工黑蒜过程中的一个重要反应，通过碳水化合物与氨基酸和蛋白质间的一系列复杂的反应，生成了棕黑色的大分子物质——拟黑素，形成黑蒜独特的色泽和风味[4-5]。

1.1 发酵法

固态发酵是目前制备黑蒜应用最广泛的加工工艺。固态发酵的主要工艺流程为优质大蒜筛选→去皮和蒂1～2层→清洗→高温高湿发酵→包装→质检→成品。该工艺保证了大蒜的完整性，抑制了大蒜中营养物质的流失，得到的黑蒜品质较高。

液态发酵是将破碎处理的蒜泥加入适当比例的水作为基质在密闭容器中发酵的方式。液态发酵的工艺流程为筛选大蒜→去皮并清洗→破碎→真空密封发酵→干燥→包装→质检→成品。黑蒜在液态发酵过程中通过添加水分、密封、变温发酵，缩短加工时间，提高生产效率，同时增加了黑蒜中营养成分的含量，改善了黑蒜的营养价值和口感。

1.2 非发酵法

非发酵法是一种新兴的黑蒜生产工艺，其加工工艺流程为优质大蒜筛选→清洗→高温高压下蒸制→干燥→黑蒜。非发酵黑蒜加工工艺操作简单、加工时间短、生产效率高、生产能耗低。同时，非发酵黑蒜加工工艺提高了成品黑蒜的营养价值。

2 影响黑蒜品质的因素

2.1 大蒜原料品质

大蒜的营养成分受品种、地理位置、生长环境等因素的影响。研究发现中国不同产地的58种大蒜中可溶性糖、可溶性蛋白、大蒜素及硒等营养物质含量差异显著[6]。而大蒜的营养品质直接决定了黑蒜的品质[7]。此外，研究发现独头蒜和多瓣蒜也会直接影响黑蒜的品质，且与其抗氧化能力密切相关。

2.2 预处理

大蒜制备成黑蒜的预处理工艺显著影响黑蒜的品质和营养价值。目前，大蒜的预处理工艺主要有低温冷冻、超高压、微波等方式。

2.3 温度

温度是影响黑蒜品质的重要因素之一。高温能加速大蒜褐变、缩短发酵周期，还能提高总酸和酚类物质的含量，但温度过高会导致成品感官品质较差，因此70 ℃被认为是最适合的加工温度，此温度下制得的黑蒜成品颜色均匀、质地细腻、酸甜可口[8]。

2.4 相对湿度

相对湿度是黑蒜加工过程中的关键工艺参数，影响黑蒜的感官品质、营养成分和生物活性[7]。湿度越高，褐变越慢，成品越湿润、甘甜，有机酸含量越低，但多酚和还原糖含量会增加。湿度与大分子物质的水解和高温下的非酶褐变反应密切相关。高湿度会导致大蒜中多糖和多酚在高温下水解生成高浓度的还原糖和小分子酚[8]。此外，美拉德反应的速率与相对湿度密切相关，高湿度会降低美拉德反应的速率，提高黑蒜中还原糖和游离氨基酸的含量[9]。

3 黑蒜营养成分

大蒜经过一系列加工形成黑蒜后，水分含量明显降低，化学成分发生变化，如碳水化合物、蛋白质、多酚等化合物含量增加，同时产生5-羟甲基糠醛及类黑素等新物质，从而改善其营养价值和生理活性。

3.1 碳水化合物

大蒜中富含碳水化合物，占鲜重的22%～26%，占干重的77%，主要由多糖和少量低聚糖及单糖组成[9]。新鲜大蒜与黑蒜中的碳水化合物有显著差异，如大蒜中的果聚糖逐渐分解为单糖（葡萄糖和果糖）、二糖和低聚糖[10]。黑蒜的甜味主要来自反应过程中产生的果糖，而黑色主要是由果糖/葡萄糖与氨基酸之间的美拉德反应产生的。

3.2 蛋白质

大蒜中蛋白质含量占鲜重的1.5%～2.1%，占干重的14%～19%，其中凝集素的含量最为丰富。此外，大蒜还富含必需氨基酸，主要是谷氨酸（2.86 g·kg-1）、精氨酸（4.09 g·kg-1）（409 mg/100 g）、天冬氨酸（0.90 g·kg-1）和酪氨酸（4.49 g·kg-1）。大蒜在高温高湿环境下被制备成黑蒜过程中，蛋白质可能发生变性且部分游离氨基酸参与美拉德反应。卢晓明[11]研究指出，加工过程中18种游离氨基酸总量发生变化（大蒜：19.43 g·kg-1；黑蒜：14.86 g·kg-1），其中少数游离氨基酸（包括亮氨酸、异亮氨酸、苯丙氨酸、天冬氨酸、丙氨酸、半胱氨酸和缬氨酸）的含量增加，同时其他一些氨基酸（赖氨酸、色氨酸、蛋氨酸、酪氨酸、脯氨酸、精氨酸、苏氨酸、组氨酸、甘氨酸、丝氨酸和谷氨酸）的含量减少。

3.3 脂类物质

新鲜大蒜和黑蒜中的脂质对其感官属性具有重要调控作用，且也可以作为营养物质和能量来源。据统计，新鲜大蒜中脂质鲜重含量为0.31%～0.53%，干重含量为0.6%。在黑蒜加工过程中，脂类物质氧化及参与一系列化学反应导致脂质含量发生变化。但是，关于黑蒜加工过程中脂质变化趋势的相关报道并不一致，存在争议。例如，CHOI等[12]研究发现新鲜大蒜加工成黑蒜的过程中粗脂含量由0.18%增加到0.58%；而卢晓明[11]研究指出黑蒜加工过程中粗脂含量显著下降（大蒜：0.33%；黑蒜：0.16%）。上述差异可能与大蒜品种、加工工艺、提取及分析方法等有关。高温（50～90 ℃）、高湿（60%～90%）条件下加工黑蒜，脂质发生水解和氧化反应，产生一系列化合物，如醇、醛、酮和内酯。这些产物与最初产生的脂肪酸协同参与了一系列复杂的化学反应，包括水解、氧化和美拉德反应。

3.4 多酚类化合物

据统计，新鲜大蒜中酚类化合物的干重量为3～11 g·kg-1，平均含量为6.5 g·kg-1[9]。此外，酚酸的总浓度为2～20 mg·kg-1，平均含量为7.6 mg·kg-1，其中咖啡酸含量最高，其次是阿魏酸、香草酸和对羟基苯甲酸[8]。与新鲜大蒜相比，黑蒜中多酚含量增加7～11倍，总黄酮和总酚酸含量也显著提高[13-14]。

3.5 有机酸

大蒜中含有大量的有机酸，有助于人体消化系统健康、促进营养吸收和提高免疫力。其中，柠檬酸含量最为丰富，其次为苹果酸、乳酸、甲酸和富马酸[14]。ZHANG等[8]研究表明新鲜大蒜加工制得黑蒜后，总酸含量显著增加（由3.6 g·kg-1增加到30.96 g·kg-1）；LIANG等[15]利用核磁共振波谱技术分析新鲜大蒜和黑蒜中有机酸种类的差异性，结果发现黑蒜中富马酸消失，但发酵过程中形成新的有机酸（甲酸、乙酸和琥珀酸等）。在制备黑蒜的过程中，有机酸含量的增加赋予了黑蒜的甜酸味，还促进了蛋白质和多糖的水解。此外，黑蒜酸度的增加与美拉德反应、新鲜大蒜中碱性基团的降解以及短链羧酸的产生有关。

3.6 类黑素

类黑素是一种含氮聚合物，其颜色呈棕色，通常在食品加工和保存过程中的美拉德反应后期形成[16]。类黑素因其具有多种生理活性（如抗氧化、抗菌、益生元和抗高血压等）而备受关注。新鲜大蒜不含类黑素，但在制备黑蒜的过程中，类黑素的含量会显著增加，且黑蒜的褐色度也会增加。这些变化与美拉德反应相关。类黑素的生成使得黑蒜具有了更多的生理活性，并赋予了黑蒜较深的颜色。

3.7 羟甲基糠醛

羟甲基糠醛可以在美拉德反应中通过还原糖（如葡萄糖或果糖）与氨基酸之间的催化脱水形成，也可以在酸性环境中直接分解己糖而生成[9]。羟甲基糠醛不仅是美拉德反应的关键中间体，且对黑蒜的生物活性和感官特性产生影响。此外，羟甲基糠醛与黑蒜的褐变速率相关，因此可被用作预测黑蒜发育速度的重要监测指标。例如，ZHANG等[8]在60 ℃、70 ℃、80 ℃和90 ℃下加工黑蒜，并监测羟甲基糠醛浓度的变化，结果发现加工温度与羟甲基糠醛含量呈正比，大蒜快速褐变，但导致感官属性降低，其中70 ℃下加工黑蒜产品品质最优。

3.8 含硫化合物

含硫化合物是大蒜的主要成分，包括蒜氨酸、脫氧蒜氨酸和γ-谷氨酰胺-S-烯丙基-L-半胱氨酸，赋予大蒜独特的辛辣风味和生物活性（抗菌、降血压、降血脂、抗癌、抗肿瘤）[17]。黑蒜具有较低的二烯丙基二硫醚和二烯丙基三硫醚含量，从而降低大蒜的刺激性气味。另外，黑蒜中具有较高的2-乙基四氢噻吩，赋予黑蒜淡香味[18]。

4 结语

黑蒜是以大蒜为原料，在高温高湿环境下加工形成的新型保健食品，加工工艺简单、营养丰富、保健功效显著。然而，黑蒜加工中的组分变化机制，有效单体成分的基础研究及黑蒜中活性成分的作用机理等尚不明确。当前黑蒜生产标准不统一、技术不成熟、生产周期较长、规模较小，严重制约黑蒜产业的发展，因此应改良黑蒜加工工艺，扩展黑蒜产业链，扩大市场需求及经济价值。

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