黑蒜的加工工藝及營養成分研究進展

馬麗

摘 要：黑蒜是以大蒜為原料，在高溫高濕條件下加工而成。本文闡述了黑蒜的加工原理、加工方法（固態發酵、液態發酵和非發酵法），分析了影響黑蒜品質的關鍵調控因素（原料、預處理方式、溫度及相對濕度），并比較了黑蒜加工過程中的營養成分變化。

關鍵詞：黑蒜；加工工藝；營養成分

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

大蒜營養豐富，但有辛辣味，會引起人體腸胃不適等，嚴重制約了大蒜的消費市場[1]。因此，研究不同形式的大蒜深加工技術，以盡量減少大蒜異味，提高其市場競爭性。黑蒜是以新鮮大蒜為原料，通過高溫（60～90 ℃）和高濕（70%～90%）進行美拉德反應獲得的一種陳化大蒜[2]，是目前發展最快、研究最多的保健型大蒜深加工食品之一。在反應過程中，新鮮大蒜的刺激性氣味、營養成分和感官屬性等均會發生改變，生成新的功能性物質等[1]。本文概述了當前黑蒜的加工工藝、關鍵調控因素和營養成分的研究進展，以期為黑蒜的產業化發展提供理論支持。

1 黑蒜的加工工藝

大蒜經過酶化、熟化及干燥等一系列工藝流程形成黑蒜，其加工工藝主要包括發酵（固態發酵和液態發酵）和高溫高壓非發酵兩種類型。發酵黑蒜在加工過程中，胞內發生酶促反應和非酶促反應（美拉德反應），形成獨特的品貌和風味[3]。在高溫高濕環境下，大蒜中的酶活性被激活，將碳水化合物分解成果糖，蛋白質分解成氨基酸，同時大蒜素轉化為S-丙烯基麩氨基酸等物質，降低大蒜的刺激性氣味及辛辣味[3]。美拉德反應是加工黑蒜過程中的一個重要反應，通過碳水化合物與氨基酸和蛋白質間的一系列復雜的反應，生成了棕黑色的大分子物質——擬黑素，形成黑蒜獨特的色澤和風味[4-5]。

1.1 發酵法

固態發酵是目前制備黑蒜應用最廣泛的加工工藝。固態發酵的主要工藝流程為優質大蒜篩選→去皮和蒂1～2層→清洗→高溫高濕發酵→包裝→質檢→成品。該工藝保證了大蒜的完整性，抑制了大蒜中營養物質的流失，得到的黑蒜品質較高。

液態發酵是將破碎處理的蒜泥加入適當比例的水作為基質在密閉容器中發酵的方式。液態發酵的工藝流程為篩選大蒜→去皮并清洗→破碎→真空密封發酵→干燥→包裝→質檢→成品。黑蒜在液態發酵過程中通過添加水分、密封、變溫發酵，縮短加工時間，提高生產效率，同時增加了黑蒜中營養成分的含量，改善了黑蒜的營養價值和口感。

1.2 非發酵法

非發酵法是一種新興的黑蒜生產工藝，其加工工藝流程為優質大蒜篩選→清洗→高溫高壓下蒸制→干燥→黑蒜。非發酵黑蒜加工工藝操作簡單、加工時間短、生產效率高、生產能耗低。同時，非發酵黑蒜加工工藝提高了成品黑蒜的營養價值。

2 影響黑蒜品質的因素

2.1 大蒜原料品質

大蒜的營養成分受品種、地理位置、生長環境等因素的影響。研究發現中國不同產地的58種大蒜中可溶性糖、可溶性蛋白、大蒜素及硒等營養物質含量差異顯著[6]。而大蒜的營養品質直接決定了黑蒜的品質[7]。此外，研究發現獨頭蒜和多瓣蒜也會直接影響黑蒜的品質，且與其抗氧化能力密切相關。

2.2 預處理

大蒜制備成黑蒜的預處理工藝顯著影響黑蒜的品質和營養價值。目前，大蒜的預處理工藝主要有低溫冷凍、超高壓、微波等方式。

2.3 溫度

溫度是影響黑蒜品質的重要因素之一。高溫能加速大蒜褐變、縮短發酵周期，還能提高總酸和酚類物質的含量，但溫度過高會導致成品感官品質較差，因此70 ℃被認為是最適合的加工溫度，此溫度下制得的黑蒜成品顏色均勻、質地細膩、酸甜可口[8]。

2.4 相對濕度

相對濕度是黑蒜加工過程中的關鍵工藝參數，影響黑蒜的感官品質、營養成分和生物活性[7]。濕度越高，褐變越慢，成品越濕潤、甘甜，有機酸含量越低，但多酚和還原糖含量會增加。濕度與大分子物質的水解和高溫下的非酶褐變反應密切相關。高濕度會導致大蒜中多糖和多酚在高溫下水解生成高濃度的還原糖和小分子酚[8]。此外，美拉德反應的速率與相對濕度密切相關，高濕度會降低美拉德反應的速率，提高黑蒜中還原糖和游離氨基酸的含量[9]。

3 黑蒜營養成分

大蒜經過一系列加工形成黑蒜后，水分含量明顯降低，化學成分發生變化，如碳水化合物、蛋白質、多酚等化合物含量增加，同時產生5-羥甲基糠醛及類黑素等新物質，從而改善其營養價值和生理活性。

3.1 碳水化合物

大蒜中富含碳水化合物，占鮮重的22%～26%，占干重的77%，主要由多糖和少量低聚糖及單糖組成[9]。新鮮大蒜與黑蒜中的碳水化合物有顯著差異，如大蒜中的果聚糖逐漸分解為單糖（葡萄糖和果糖）、二糖和低聚糖[10]。黑蒜的甜味主要來自反應過程中產生的果糖，而黑色主要是由果糖/葡萄糖與氨基酸之間的美拉德反應產生的。

3.2 蛋白質

大蒜中蛋白質含量占鮮重的1.5%～2.1%，占干重的14%～19%，其中凝集素的含量最為豐富。此外，大蒜還富含必需氨基酸，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）。大蒜在高溫高濕環境下被制備成黑蒜過程中，蛋白質可能發生變性且部分游離氨基酸參與美拉德反應。盧曉明[11]研究指出，加工過程中18種游離氨基酸總量發生變化（大蒜：19.43 g·kg-1；黑蒜：14.86 g·kg-1），其中少數游離氨基酸（包括亮氨酸、異亮氨酸、苯丙氨酸、天冬氨酸、丙氨酸、半胱氨酸和纈氨酸）的含量增加，同時其他一些氨基酸（賴氨酸、色氨酸、蛋氨酸、酪氨酸、脯氨酸、精氨酸、蘇氨酸、組氨酸、甘氨酸、絲氨酸和谷氨酸）的含量減少。

3.3 脂類物質

新鮮大蒜和黑蒜中的脂質對其感官屬性具有重要調控作用，且也可以作為營養物質和能量來源。據統計，新鮮大蒜中脂質鮮重含量為0.31%～0.53%，干重含量為0.6%。在黑蒜加工過程中，脂類物質氧化及參與一系列化學反應導致脂質含量發生變化。但是，關于黑蒜加工過程中脂質變化趨勢的相關報道并不一致，存在爭議。例如，CHOI等[12]研究發現新鮮大蒜加工成黑蒜的過程中粗脂含量由0.18%增加到0.58%；而盧曉明[11]研究指出黑蒜加工過程中粗脂含量顯著下降（大蒜：0.33%；黑蒜：0.16%）。上述差異可能與大蒜品種、加工工藝、提取及分析方法等有關。高溫（50～90 ℃）、高濕（60%～90%）條件下加工黑蒜，脂質發生水解和氧化反應，產生一系列化合物，如醇、醛、酮和內酯。這些產物與最初產生的脂肪酸協同參與了一系列復雜的化學反應，包括水解、氧化和美拉德反應。

3.4 多酚類化合物

據統計，新鮮大蒜中酚類化合物的干重量為3～11 g·kg-1，平均含量為6.5 g·kg-1[9]。此外，酚酸的總濃度為2～20 mg·kg-1，平均含量為7.6 mg·kg-1，其中咖啡酸含量最高，其次是阿魏酸、香草酸和對羥基苯甲酸[8]。與新鮮大蒜相比，黑蒜中多酚含量增加7～11倍，總黃酮和總酚酸含量也顯著提高[13-14]。

3.5 有機酸

大蒜中含有大量的有機酸，有助于人體消化系統健康、促進營養吸收和提高免疫力。其中，檸檬酸含量最為豐富，其次為蘋果酸、乳酸、甲酸和富馬酸[14]。ZHANG等[8]研究表明新鮮大蒜加工制得黑蒜后，總酸含量顯著增加（由3.6 g·kg-1增加到30.96 g·kg-1）；LIANG等[15]利用核磁共振波譜技術分析新鮮大蒜和黑蒜中有機酸種類的差異性，結果發現黑蒜中富馬酸消失，但發酵過程中形成新的有機酸（甲酸、乙酸和琥珀酸等）。在制備黑蒜的過程中，有機酸含量的增加賦予了黑蒜的甜酸味，還促進了蛋白質和多糖的水解。此外，黑蒜酸度的增加與美拉德反應、新鮮大蒜中堿性基團的降解以及短鏈羧酸的產生有關。

3.6 類黑素

類黑素是一種含氮聚合物，其顏色呈棕色，通常在食品加工和保存過程中的美拉德反應后期形成[16]。類黑素因其具有多種生理活性（如抗氧化、抗菌、益生元和抗高血壓等）而備受關注。新鮮大蒜不含類黑素，但在制備黑蒜的過程中，類黑素的含量會顯著增加，且黑蒜的褐色度也會增加。這些變化與美拉德反應相關。類黑素的生成使得黑蒜具有了更多的生理活性，并賦予了黑蒜較深的顏色。

3.7 羥甲基糠醛

羥甲基糠醛可以在美拉德反應中通過還原糖（如葡萄糖或果糖）與氨基酸之間的催化脫水形成，也可以在酸性環境中直接分解己糖而生成[9]。羥甲基糠醛不僅是美拉德反應的關鍵中間體，且對黑蒜的生物活性和感官特性產生影響。此外，羥甲基糠醛與黑蒜的褐變速率相關，因此可被用作預測黑蒜發育速度的重要監測指標。例如，ZHANG等[8]在60 ℃、70 ℃、80 ℃和90 ℃下加工黑蒜，并監測羥甲基糠醛濃度的變化，結果發現加工溫度與羥甲基糠醛含量呈正比，大蒜快速褐變，但導致感官屬性降低，其中70 ℃下加工黑蒜產品品質最優。

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，賦予大蒜獨特的辛辣風味和生物活性（抗菌、降血壓、降血脂、抗癌、抗腫瘤）[17]。黑蒜具有較低的二烯丙基二硫醚和二烯丙基三硫醚含量，從而降低大蒜的刺激性氣味。另外，黑蒜中具有較高的2-乙基四氫噻吩，賦予黑蒜淡香味[18]。

4 結語

黑蒜是以大蒜為原料，在高溫高濕環境下加工形成的新型保健食品，加工工藝簡單、營養豐富、保健功效顯著。然而，黑蒜加工中的組分變化機制，有效單體成分的基礎研究及黑蒜中活性成分的作用機理等尚不明確。當前黑蒜生產標準不統一、技術不成熟、生產周期較長、規模較小，嚴重制約黑蒜產業的發展，因此應改良黑蒜加工工藝，擴展黑蒜產業鏈，擴大市場需求及經濟價值。

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