加工工藝因素對黑蒜營養素與功效成分的影響

陳子興，許明嬌，黃雪松(暨南大學理工學院，廣州　510632)

?

加工工藝因素對黑蒜營養素與功效成分的影響

陳子興，許明嬌，黃雪松
(暨南大學理工學院，廣州510632)

摘要:綜述了黑蒜中的水分、蛋白質、氨基酸、糖類、5－羥甲基糠醛、酚類、黃酮類、生物堿、阿霍烯等營養成分和功效，介紹了時間、預處理、溫度等工藝因素對上述成分的影響，為黑蒜的生產工藝優化與品質研究提供了參考。

關鍵詞:黑蒜;大蒜;成分;加工

黑蒜(black garlic)，又名黑大蒜、發酵黑蒜等，是由新鮮大蒜(Allium sativum)在高溫高濕的條件下發酵一定時間所形成的新型蒜制品具有抗氧化、殺菌消炎、抗衰老、防癌抗癌、保肝護肝等多種保健功能［1］。黑蒜自2003年在日本被發明以來［2］，便在許多國家和地區得到不同程度的推廣，其保健功能和營養價值也不斷得到新的認識。相比大蒜而言，黑蒜具有功效多樣、口感甘甜、無刺激性氣味且食用方便等多種優點，因而更易受到消費者的青睞。

黑蒜產品形式多樣，除了帶皮、去皮、維持原蒜頭進行包裝等多種保持原蒜組織形態的黑蒜產品外，還有黑蒜粉、黑蒜飲料、黑蒜果醬、黑大蒜醬油、黑蒜醋等再制品［4］。目前有關黑蒜的加工方式、保健作用等進展的報道較多，但對于黑蒜加工過程中其主要營養與功能成分的變化情況及其影響因素卻未見綜述。本文在查閱了大量2011年以來的國內外文獻后，對該問題進行分析，希望以此為黑蒜的生產提供借鑒，并為進一步凝練黑蒜的研究方向提供思路。

1　黑蒜與鮮蒜中營養素與功效成分的含量對比

黑蒜與鮮蒜在組成上有較大差異。由附表可見，成品黑蒜的含水量與果脯蜜餞(含水量為18%～20%)相似［5］，再加上其低聚糖含量高等因素降低了水分活度(目前還缺少這方面的測定數據)，使得黑蒜像果脯蜜餞等食品一樣，也具有能夠在常溫下長期保存較長時間而不腐爛的特性。

附表中的大多數數據都是以濕基來表示各種成分的含量，其優點是可以直觀地展示出蒜樣中各種物質的百分含量。然而，由于干燥過程中水分含量是下降的，以濕基百分含量表示各物質的含量會得到“黑蒜中營養成分含量相對上升”的結論(下文在分析時間對黑蒜成分含量的影響時將不再贅述這一點)。但從理論上講，大多數營養成分在加工過程中由于受熱會分解，其含量應是減少的。因此，為了更好地得知黑蒜加工過程中各種成分含量的增減情況，剔除水分減少帶來的影響，建議以干基百分含量對黑蒜中的成分進行表示，以便于比較它們的真實變化情況。

附表　黑蒜和大蒜中主要成分的含量　單位: g/100g

2　加工過程中影響黑蒜成分含量的因素

2.1時間

2.1.1水分隨加工時間的變化

食品物料在干燥過程中，一般是先經歷恒速干燥階段而后進入降速干燥階段。王玉榮［15］和劉宇峰［5］等測定了加工過程中黑蒜中的水分含量，發現隨著發酵時間的延長，大蒜物料的水分逐漸減少，且干燥速率逐漸加大，即他們得到的干燥曲線與多數食品物料的干燥曲線并不完全一致。出現上述結果，一方面是由于干燥初期大蒜細胞尚未完全死亡，具有一定的“持水性”，所以初始干燥速率較小;另一方面則是因為大蒜原料中含有大量持水量較高的果聚糖，使得大蒜原料中結合水的含量較高，因而未表現出典型的恒速干燥過程。

2.1.2蛋白質及氨基酸隨加工時間的變化

蛋白質是衡量黑蒜品質的一個指標，然而有關蛋白質含量在加工過程中變化情況的報道卻不一致。劉宇峰［5］、姬妍茹［7］等人利用凱氏定氮法測定了加工過程中蛋白質的變化情況，發現扣除水分影響后，黑蒜干樣在加工過程中粗蛋白的含量呈上升趨勢，因此他們認為大蒜中原有的無機含氮物質、有機非蛋白含氮物質在加工過程中轉化成了蛋白質。然而實際上，由于凱氏定氮法測定的是樣品中的凱氏氮(Kjeldahl nitrogen)［16］，因此，粗蛋白含量上升的原因更可能是加工過程中非凱氏氮(即利用凱氏定氮法無法測出的氮)轉化成了凱氏氮。此外，王衛東［17］等則觀察到黑蒜加工后期蛋白質含量呈下降趨勢，推測是受美拉德反應的影響所致。鑒于凱氏定氮法在測定蛋白質含量時的多種可能干擾，在使用凱氏定氮法前應先將樣品中游離氨基酸(尤其是含硫氨基酸)等物質去除后再進行測定，以期得到更精準的結果。

大蒜中含有多種氨基酸，在加工過程中，不同氨基酸的變化情況不盡相同。Choi等人［18］測定了35d加工過程中黑蒜的氨基酸含量變化情況，結果顯示:亮氨酸、異亮氨酸、甲硫氨酸、天冬門氨酸、組氨酸、甘氨酸的含量在加工過程中先上升而后下降;纈氨酸、半胱氨酸、酪氨酸、谷氨酸、賴氨酸、絲氨酸的含量在加工過程中逐漸下降;精氨酸、蘇氨酸、丙氨酸的含量在加工過程中呈波動下降的趨勢;苯丙氨酸的含量波動上升。Liang等人［9］則測定了90d加工過程中氨基酸的變化情況:異亮氨酸、纈氨酸、丙氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸、亮氨酸、賴氨酸、精氨酸、脯氨酸、天冬氨酸、天冬酰胺、焦谷氨酸的含量先上升后下降;蘇氨酸、色氨酸、谷氨酸、谷氨酰胺、γ－氨基丁酸的含量一直下降。可以看出，Choi等和Liang等的試驗結果中并不完全一致，這可能與蒜樣、加工時長以及試驗所取的樣本數目有關。從加工的后期來看，大多數氨基酸的含量均呈下降趨勢，結合黑蒜加工過程中顏色的變化情況，可推測加工后期黑蒜中的氨基酸發生美拉德反應轉化成了黑色素。然而，由于美拉德反應中黑色素的生成機理十分復雜，因此黑蒜中各種氨基酸的具體轉化途徑尚不明確。

蒜氨酸(S－烯丙基－L－半胱氨酸亞砜，SACS)是大蒜的主要功效成分之一，其含量一般隨著加工時間的延長而下降。姬妍茹［7］等人發現，在加工過程中，黑蒜干樣蒜氨酸的含量先大幅度下降，中期變化較小，而后期又波動性回升。這是由于加工初期溫度較低(一般為30～40℃)，而蒜氨酸酶的最適溫度為35℃左右［19］，因此黑蒜加工初期蒜氨酸在蒜氨酸酶的作用下急驟減少，當溫度逐漸升高達到60℃后，蒜氨酸酶的活性迅速下降［20］，故蒜氨酸的含量也不再大幅度變化。而后期蒜氨酸含量的回升原作者認為可能與蒜蛋白的分解等有關，然而由于蛋白質中不含有蒜氨酸，因此蛋白質分解不會引起蒜氨酸含量的上升。推測其含量回升是其他含硫化合物如γ－谷酰胺半胱氨酸水解或氧化的結果［21］，有待進一步證實鑒于蒜氨酸在評價黑蒜品質方面的重要性，明晰其轉化機理和變化規律十分必要。

S-烯丙基-L-半胱氨酸(S-allyl cysteine，SAC)是大蒜和黑蒜中的一種具有高穩定性的有機硫功效成分，具有抗氧化、抗癌等多種生理活性［22］。隨著黑蒜加工時間的延長，SAC的含量大幅度上升: Bae等［22］發現40℃的條件下SAC的增加量最多，由初始的19.61μg/g上升到124.67μg/g，提高了將近5倍。SAC的可能生成途徑有兩種:其一是SAC由γ-谷氨酰半胱氨酸在γ-谷氨酰轉肽酶(γ-GTP)的催化下形成［23］，其二是SAC由蒜氨酸的轉化生成［22］。由于γ-GTP在高溫下十分容易失活，故第一種途徑在黑蒜的加工過程中不太可能實現，至于第二種途徑的可能性，還有待進一步研究。

2.1.3糖類隨加工時間的變化

糖類是影響黑蒜口感的主要因素。鮮蒜中的多糖主要為果聚糖類多糖［24］，淀粉的含量為零或者極低。然而，劉宇峰等［5］卻測得鮮蒜的淀粉含量約為8.85 %，并發現加工過程中黑蒜干樣的淀粉含量呈下降趨勢。出現這一結果可能是由于其利用國家標準GB/T 5009.9—2008［25］測定淀粉，而該標準在測定淀粉時沒有排除果聚糖易于在酸性條件下水解成還原糖這一因素的干擾，故所測得的結果實際上包含了大量果聚糖在內的多糖。

如附表所示，新鮮大蒜中還原糖的含量不多，其種類包括葡萄糖、果糖、麥芽糖、乳糖等［8］。鮮蒜在加工成黑蒜的過程中，還原糖的含量大幅度上升。王玉榮等人［15-17］用3，5-二硝基水楊酸(DNS)法測定了加工過程中還原糖的變化情況，發現其含量隨時間的延長而持續上升。然而，盧福芝等人［18］用DNS法測定了兩個工藝中還原糖的變化，發現其含量均先上升而后小幅下降; Liang等人［9］測得的葡萄糖和果糖的含量也是先上升而后又下降一定幅度。從他們的結果來看，還原糖含量一開始上升是果聚糖水解引起的，而盧福芝和Liang等發現，發酵后期還原糖含量下降則可能與Maillard反應的程度有關，王玉榮等人的試驗結果沒有出現下降趨勢可能是在其試驗條件下Maillard反應進行的程度不大。

盧福芝等人［27］還采用蒽酮比色法測定了可溶性糖的變化情況，發現其含量先上升后下降，而安東［28］的試驗結果則顯示可溶性糖的含量呈下降趨勢。兩者結果不同的可能原因是所取的蒜樣初始含水量不同。

2.1.4 5-羥甲基糠醛(5-HMF)隨加工時間的變化

HMF是黑蒜中的呈色物質之一。卜利偉等［29］發現黑蒜加工過程中HMF的生成符合一級反應的特征，其阿雷尼烏斯公式是(1)式:

(1)式中: K為反應速率常數，min－1; T為絕對溫度，K，其反應活化能為32.11kJ/mol。

安東［28］則觀察到在80℃和90℃的加工條件下，HMF的含量先上升而后下降。綜合上述結果，HMF在前期的生成符合一級反應的規律，而后期則隨溫度等條件的不同而表現出不同的特征，其具體原因仍有待進一步研究。

2.1.5酚類和黃酮類物質隨加工時間的變化

酚類和黃酮類也是黑蒜中的重要抗氧化物質［10］。在加工過程中，酚類和黃酮類物質的干基含量均隨加工時長的不同而有不同程度的提高。據研究，黑蒜的總酚和黃酮類物質的含量在加工過程中均隨時間的延長而增加，這可能是結合型多酚和黃酮逐步得到釋放的結果。而安東［28］的試驗結果則顯示總酚的含量先增加后下降，推測是由于試驗過程中酚類物質受到某些氧化劑的氧化以至含量降低。

2.1.6生物堿隨加工時間的變化

生物堿(alkaloid)是一類具有生理活性的堿性含氮有機化合物。Ichikawa等人［30］在老蒜(經10個月以上自然熟化的大蒜)中發現了4種1，2，3，4-四氫-β-咔啉類衍生物(1，2，3，4-tetrahydro-β-carboline derivatives，THβCs)［3］(附圖)。Ichikawa等［30］通過試驗發現，這幾類生物堿都有較強的過氧化氫清除能力，且這些生物堿在鮮蒜中并不存在; Sato等人［31］則證實了黑蒜中存在MTCCs這一結論，但其結果顯示鮮蒜中也有微量的MTCCs。至于黑蒜中MTCdiCs以及MTCCs的具體含量及其含量隨時間的變化情況還有待進一步研究。

附圖　四氫－β－咔啉類衍生物的化學結構

2.1.7阿霍烯隨加工時間的變化

阿霍烯(Z，E-Ajoene)，又名大蒜烯、蒜烯，是一種具有抗微生物、降膽固醇等［32］生理活性的硫化物。周廣勇等［33］發現，黑蒜加工過程中阿霍烯的含量隨時間的延長而線性上升，且其變化趨勢與大蒜辣素基本一致;通過比較，他們推測蒜氨酸在加工過程中經大蒜辣素向阿霍烯轉化。然而，由于試驗缺少阿霍烯標準樣品，僅進行半定量分析，其結果具有一定的不確定性。為了得到黑蒜加工的不同階段阿霍烯的準確含量，可在相同的試驗條件下利用標準品測定保留時間并進一步進行定量分析。

2.1.8其他

黑蒜的加工除了對上述成分的含量有影響外，還對其他的許多成分也有影響，如乙醇的含量隨加工時間延長而顯著降低［9］，乙酸、甲酸、琥珀酸、氨基葡萄糖、5-羥甲基糠酸(5-hydroxymethyl-2-furoic acid，5-HMFA)、3-羥基丙酸(3-hydroxypropionic acid)等物質在鮮蒜中不存在，但隨加工時間延長逐漸形成與積累［9］。黑蒜干樣中游離脂肪的含量變化不太明顯［5］。

2.2發酵溫度

黑蒜的加工溫度對其成品各成分的含量也有顯著影響，一般而言，發酵溫度越高，黑蒜中各種營養素和功效成分的變化越明顯，該效應與延長發酵時間是一致的。因此，為了達到一定的質量指標(如色值等)，既可以通過升高溫度或延長發酵時間得以實現，也可以兩者相結合從而快速地達到色值等質量要求。

安東［28］設置了70℃、80℃和90℃三個溫度對大蒜進行恒溫發酵并測定了多種組分的變化情況，發現發酵溫度越高，HMF的積累速度越快，可溶性糖含量的下降速度也越快;此外，在80℃條件下，黑蒜含水量下降最快，即干燥速率最快。然而，從理論上講，干燥速率的大小取決于大蒜內部水分的轉移速率和表面水分的汽化速率。一般溫度越高，空氣濕度越低，則干燥速率越快。安東的試驗結果未呈現出溫度與干燥速率的正相關關系，原因可能是加工過程中各實驗組的空氣濕度或密封程度沒有保持一致。

盧福芝等［27］采取兩個不同的變溫發酵工藝對鮮蒜進行發酵，其結果顯示發酵溫度對還原糖的含量有較大的影響，但對可溶性糖的含量影響不大。

2.3預處理工序

黑蒜加工過程中的預處理方式主要有冷凍預處理和加壓預處理。

王海粟等［28］對鮮蒜采用－20℃的冷凍預處理后再進行加工，發現成品中還原糖、總酚、游離氨基酸的含量總體上比未經過冷凍處理的黑蒜成品要高，各成分的含量分別可達到(48.50±0.44)×10－2g/g、10.44± 0.53mg/g、(54.90±0.61)×10－2mg/g;成品中的一些氨基酸如天門冬氨酸、蘇氨酸、絲氨酸、甘氨酸的含量明顯高于未經過冷凍預處理的黑蒜中相應成分的含量;經冷凍處理所制得的黑蒜的感觀品質也更好。

鐘成等［35］在室溫、300 MPa的條件下，對黑蒜分別保壓0、5、10、15和20min再進行加工并測定其營養素和功效成分的含量。總體上看，經過保壓處理的黑蒜，其總糖和黃酮含量比沒有經過保壓處理的黑蒜低;保壓時間為15min的黑蒜總酚含量可達13.20mg/g，比不經保壓預處理或者用其他保壓時間處理的黑蒜都高。

2.4制備方法

黑蒜除了可在高溫高濕的條件下發酵外，還可在高溫高壓的環境中進行制備，其成品稱為非發酵黑蒜。趙巖［36］發現，非發酵黑蒜中的各種氨基酸含量均較發酵黑蒜高。非發酵黑蒜中的總氨基酸含量約為6.36 %，比發酵黑蒜高3.44 %左右;非發酵黑蒜的總酚含量也比發酵黑蒜的總酚含量高出0.69mg沒食子酸/100mg。

此外，除了常見的固態發酵黑蒜，還有將蒜瓣破碎后再進行發酵的液態發酵方法。液態發酵對黑蒜成分的影響也隨著具體工藝條件的不同而不同［37］。

3　結論

黑蒜的組成十分復雜，本文僅綜述了已有研究的相關成分的變化情況，不包括那些暫未見文獻報道的物質如皂苷、果聚糖、甘露聚糖、凝集素、酶類等。總的來講，人們對黑蒜的成分及其在加工過程中變化規律的認識還不夠全面，而且，由于不同研究者所使用的加工技術、加工設備、原料的生理狀態、測定方法等有所差別，導致結果不盡相同，有時甚至出現相互矛盾的情況。此外，本文僅將各加工工藝因素獨立開來進行分析，未涉及不同因素之間的交互作用。因此，為了更好地探索各種物質的變化規律、尋找最佳工藝條件，還須進一步通過控制變量、應用合理的試驗設計、采取統一化的表示方法(如區分干基含量與濕基含量)等措施，以獲得可靠的試驗結論，從而為確定最佳生產工藝、揭示黑蒜獨有的生物活性和保健作用等提供依據。

參考文獻

［1］雷逢超，郝果，朱黎，等.黑蒜的營養價值及保健作用的研究進展［J］．食品工業科技，2012，33(13) :429-432．

［2］黑蒜，異軍突起的新興食品［J］．黑龍江科技信息，2014，33:25-26．

［3］中國第一抗癌食品——黑蒜［J］．青島畫報，2014，3:57．

［4］劉宇峰，姬妍茹，石杰，等.黑蒜加工過程中主要營養物質的變化規律的研究［J］．中國調味品，2014，39(9) : 52-56．

［5］楊月欣，王光亞，潘興昌.中國食物成分表［M］．北京:北京大學醫學出版社，2009:36．

［6］姬妍茹，石杰，劉宇峰，等.黑蒜生產過程中主要營養成分變化分析及工藝優化［J］．食品工業科技，2015，36 (5) :360-364．

［7］李瑜.大蒜貯藏過程中主要化學成分的變化［J］．浙江農業科學，2008，6:662-664．

［8］Liang TF，Wei FF，Lu Y，et al.Comprehensive NMR Analysis of Compositional Changes of Black Garlic During Thermal Processing［J］．Journal of Agricultural and Food Chemistry，2015，63(2) :683-691．

［9］Kim JS，Kang OJ，Gweon OC.Comparison of Phenolic Acids and Flavonoids in Black Garlic［J］．Journal of Functional Foods，2013，5(1) :80-86．

［10］黃雪松，溫麗兒，宴日安.反相高壓液相色譜法測定鮮蒜中的蒜氨酸［J］．食品與發酵工業，2005，31(5) : 106-109．

［11］Kodera Y，Suzuki A，Imada O，et al.Physical，Chemical，and Biological Properties of S-Allylcysteine，an Amino Acid Derived from Garlic［J］．Journal of Agricultural and Food Chemistry，2002，50(3) :622-632．

［12］田莉，楊秀偉，陶海燕.大蒜化學成分的氣－質聯用分析［J］．天然產物研究與開發，2005，17(5) :4-9．

［13］潘瑩瑛.芒果果脯熱風干燥及組合干燥對比研究［D］．廣西大學，2013．

［14］王玉榮，曲田麗，高敏，金玉蘭.黑蒜的簡易制備及其抗氧化活性的測定［J］．食品科技，2014，39(1) : 268-271、276．

［15］孫錦宜.含氮廢水處理技術與應用［M］．北京:化學工業出版社，2003:61-62．

［16］王衛東，王瀅，王超，等.美拉德反應對大蒜營養成分和抗氧化性的影響［J］．食品科技，2013，38(4) : 42-44、48．

［17］Choi IS，Cha HS，Lee YS.Physicochemical and Antioxidant Properties of Black Garlic［J］．Molecules，2014，19 (10) : 16811-16823．

［18］于樹芳，等.蒜氨酸酶純化方法研究進展及影響因素［J］．解放軍藥學學報，2010，26(5) :456-458．

［19］李瑜，許時嬰.大蒜中蒜氨酸酶的氨基酸組成分析和熱力學研究［J］．食品科學，2006，27(10) :65-68．

［20］施枝軍，唐圣松.大蒜提取單體化合物生物學功能的研究進展［J］．中國藥學雜志，2008，43(21) :1601-1604．

［21］Bae SE，Cho SY，Won YD，et al.Changes in S-allyl Cysteine Contents and Physicochemical Properties of Black Garlic during Heat Treatment［J］．LWT-Food Science and Technology，2014，55(1) :397-402．

［22］閆淼淼，許真，徐蟬，郭得平.大蒜功能成分研究進展［J］．食品科學，2010，31(5) :312-318．

［23］王文玲，黃雪松，曾莉莎.大蒜多糖的研究綜述［J］．廣州食品工業科技，2004，20(4) :144-146、140．

［24］GB/T 5009.9—2008.食品中淀粉的測定［S］．

［25］喬旭光，李寧陽，安東，等.一種黑蒜的生產方法［P］．中國專利: 103284091A［P］．2013-09-11．

［26］盧福芝，李啟虔，錢豐，等.黑蒜發酵過程中還原糖和可溶性糖含量變化的研究［J］．食品科技，2014，39 (12) :91-93．

［27］安東.黑蒜加工工藝的研究［D］．山東農業大學，2011．

［28］卜利偉，邱瑞霞，黃雪松.黑蒜中呈色物質5－羥甲基糠醛的分離鑒定及其生成動力學［J］．食品與發酵工業，2014，40(3) :36-40．

［29］Ichikawa M，Yoshida J，Ide N，et al.Tetrahydro－β－Carboline Derivatives in Aged Garlic Extract Show Antioxidant Properties［J］．The Journal of Nutrition，2006，136 (3) :726S-731S．

［30］Sato E，Kohno M，Niwano Y，et al.Increased Level of Tetrahydro－β－Carboline Derivatives in Short-Term Fermented Garlic［J］．Plant Foods for Human Nutrition，2006，61:175-178．

［31］Yoo M，Lee S，Kim S，et al.Optimizing Conditions for E-and Z-ajoene Formation from Garlic Juice Using Response Surface Methodology［J］．Food Science＆Nutrition，2006，2(5) :605-611．

［32］周廣勇，繆冶煉，陳介余，等.大蒜加工中阿霍烯產生過程的研究［J］．中國食品學報，2012，12(2) :67-72．

［33］王海粟，吳昊，楊紹蘭，等.不同工藝黑蒜的品質比較分析［J］．現代食品科技，2014，30(7) :230-236、257．

［34］鐘成，徐國娟，吳曉英，郭彥平，賈士儒.保壓時間對黑蒜部分營養成分和抗氧化作用的影響［J］．現代食品科技，2014，30(3) :49-52、136．

［35］趙巖，張雪倫，唐國勝，等.非發酵黑蒜的制備及其質量評價［J］．食品科技，2014，39(8) :91-95．

［36］羅倉學，等.液態黑蒜發酵工藝優化［J］．農業工程學報，2013，29(18) :292-297．

(責任編輯李燕妮)

Effects of Processing Parameters on Nutrient and Functional Components of Black Garlic

CHEN Zi-xing，XU Ming-jiao，HUANG Xue-song
(College of Science and Engineering，Guangzhou 510632，China)

Abstract:Black garlic is a fermented garlic product containing many kinds of nutrient and functional components including the moisture content，protein，amino acids，carbohydrates，5－hydroxymethylfurfural，phenols，flavonoids，alkaloids，ajoene and other components．The paper reviewed the nutrient components and its function of black garlic，and presented the factors which could affect the components of garlic including time，temperature，pretreatment methods，and so on，which could afford reference for the optimization of production process and the quality of research of black garlic．

Keywords:black garlic; Allium sativum; component; manufacture

通訊作者:黃雪松(1957—)，男，教授，博士生導師，研究方向:功能性食品。

作者簡介:陳子興(1994—)，男，本科生，研究方向:功能性食品。

基金項目:廣東省科技廳資助(項目編號: 2013B020311011)。