黑蒜的加工工藝及營(yíng)養(yǎng)成分研究進(jìn)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(tài)發(fā)酵、液態(tài)發(fā)酵和非發(fā)酵法），分析了影響黑蒜品質(zhì)的關(guān)鍵調(diào)控因素（原料、預(yù)處理方式、溫度及相對(duì)濕度），并比較了黑蒜加工過(guò)程中的營(yíng)養(yǎng)成分變化。

關(guān)鍵詞：黑蒜；加工工藝；營(yíng)養(yǎng)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(yíng)養(yǎng)豐富，但有辛辣味，會(huì)引起人體腸胃不適等，嚴(yán)重制約了大蒜的消費(fèi)市場(chǎng)[1]。因此，研究不同形式的大蒜深加工技術(shù)，以盡量減少大蒜異味，提高其市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)性。黑蒜是以新鮮大蒜為原料，通過(guò)高溫（60～90 ℃）和高濕（70%～90%）進(jìn)行美拉德反應(yīng)獲得的一種陳化大蒜[2]，是目前發(fā)展最快、研究最多的保健型大蒜深加工食品之一。在反應(yīng)過(guò)程中，新鮮大蒜的刺激性氣味、營(yíng)養(yǎng)成分和感官屬性等均會(huì)發(fā)生改變，生成新的功能性物質(zhì)等[1]。本文概述了當(dāng)前黑蒜的加工工藝、關(guān)鍵調(diào)控因素和營(yíng)養(yǎng)成分的研究進(jìn)展，以期為黑蒜的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展提供理論支持。

1 黑蒜的加工工藝

大蒜經(jīng)過(guò)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(fā)酵（固態(tài)發(fā)酵和液態(tài)發(fā)酵）和高溫高壓非發(fā)酵兩種類(lèi)型。發(fā)酵黑蒜在加工過(guò)程中，胞內(nèi)發(fā)生酶促反應(yīng)和非酶促反應(yīng)（美拉德反應(yīng)），形成獨(dú)特的品貌和風(fēng)味[3]。在高溫高濕環(huán)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(zhì)分解成氨基酸，同時(shí)大蒜素轉(zhuǎn)化為S-丙烯基麩氨基酸等物質(zhì)，降低大蒜的刺激性氣味及辛辣味[3]。美拉德反應(yīng)是加工黑蒜過(guò)程中的一個(gè)重要反應(yīng)，通過(guò)碳水化合物與氨基酸和蛋白質(zhì)間的一系列復(fù)雜的反應(yīng)，生成了棕黑色的大分子物質(zhì)——擬黑素，形成黑蒜獨(dú)特的色澤和風(fēng)味[4-5]。

1.1 發(fā)酵法

固態(tài)發(fā)酵是目前制備黑蒜應(yīng)用最廣泛的加工工藝。固態(tài)發(fā)酵的主要工藝流程為優(yōu)質(zhì)大蒜篩選→去皮和蒂1～2層→清洗→高溫高濕發(fā)酵→包裝→質(zhì)檢→成品。該工藝保證了大蒜的完整性，抑制了大蒜中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的流失，得到的黑蒜品質(zhì)較高。

液態(tài)發(fā)酵是將破碎處理的蒜泥加入適當(dāng)比例的水作為基質(zhì)在密閉容器中發(fā)酵的方式。液態(tài)發(fā)酵的工藝流程為篩選大蒜→去皮并清洗→破碎→真空密封發(fā)酵→干燥→包裝→質(zhì)檢→成品。黑蒜在液態(tài)發(fā)酵過(guò)程中通過(guò)添加水分、密封、變溫發(fā)酵，縮短加工時(shí)間，提高生產(chǎn)效率，同時(shí)增加了黑蒜中營(yíng)養(yǎng)成分的含量，改善了黑蒜的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和口感。

1.2 非發(fā)酵法

非發(fā)酵法是一種新興的黑蒜生產(chǎn)工藝，其加工工藝流程為優(yōu)質(zhì)大蒜篩選→清洗→高溫高壓下蒸制→干燥→黑蒜。非發(fā)酵黑蒜加工工藝操作簡(jiǎn)單、加工時(shí)間短、生產(chǎn)效率高、生產(chǎn)能耗低。同時(shí)，非發(fā)酵黑蒜加工工藝提高了成品黑蒜的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。

2 影響黑蒜品質(zhì)的因素

2.1 大蒜原料品質(zhì)

大蒜的營(yíng)養(yǎng)成分受品種、地理位置、生長(zhǎng)環(huán)境等因素的影響。研究發(fā)現(xiàn)中國(guó)不同產(chǎn)地的58種大蒜中可溶性糖、可溶性蛋白、大蒜素及硒等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量差異顯著[6]。而大蒜的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)直接決定了黑蒜的品質(zhì)[7]。此外，研究發(fā)現(xiàn)獨(dú)頭蒜和多瓣蒜也會(huì)直接影響黑蒜的品質(zhì)，且與其抗氧化能力密切相關(guān)。

2.2 預(yù)處理

大蒜制備成黑蒜的預(yù)處理工藝顯著影響黑蒜的品質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。目前，大蒜的預(yù)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(zhì)的重要因素之一。高溫能加速大蒜褐變、縮短發(fā)酵周期，還能提高總酸和酚類(lèi)物質(zhì)的含量，但溫度過(guò)高會(huì)導(dǎo)致成品感官品質(zhì)較差，因此70 ℃被認(rèn)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(zhì)地細(xì)膩、酸甜可口[8]。

2.4 相對(duì)濕度

相對(duì)濕度是黑蒜加工過(guò)程中的關(guān)鍵工藝參數(shù)，影響黑蒜的感官品質(zhì)、營(yíng)養(yǎng)成分和生物活性[7]。濕度越高，褐變?cè)铰?，成品越濕?rùn)、甘甜，有機(jī)酸含量越低，但多酚和還原糖含量會(huì)增加。濕度與大分子物質(zhì)的水解和高溫下的非酶褐變反應(yīng)密切相關(guān)。高濕度會(huì)導(dǎo)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(yīng)的速率與相對(duì)濕度密切相關(guān)，高濕度會(huì)降低美拉德反應(yīng)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(yíng)養(yǎng)成分

大蒜經(jīng)過(guò)一系列加工形成黑蒜后，水分含量明顯降低，化學(xué)成分發(fā)生變化，如碳水化合物、蛋白質(zhì)、多酚等化合物含量增加，同時(shí)產(chǎn)生5-羥甲基糠醛及類(lèi)黑素等新物質(zhì)，從而改善其營(yíng)養(yǎng)價(jià)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(lái)自反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)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(yīng)產(chǎn)生的。

3.2 蛋白質(zhì)

大蒜中蛋白質(zhì)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(huán)境下被制備成黑蒜過(guò)程中，蛋白質(zhì)可能發(fā)生變性且部分游離氨基酸參與美拉德反應(yīng)。盧曉明[11]研究指出，加工過(guò)程中18種游離氨基酸總量發(fā)生變化（大蒜：19.43 g·kg-1；黑蒜：14.86 g·kg-1），其中少數(shù)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(shí)其他一些氨基酸（賴(lài)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(lèi)物質(zhì)

新鮮大蒜和黑蒜中的脂質(zhì)對(duì)其感官屬性具有重要調(diào)控作用，且也可以作為營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和能量來(lái)源。據(jù)統(tǒng)計(jì)，新鮮大蒜中脂質(zhì)鮮重含量為0.31%～0.53%，干重含量為0.6%。在黑蒜加工過(guò)程中，脂類(lèi)物質(zhì)氧化及參與一系列化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致脂質(zhì)含量發(fā)生變化。但是，關(guān)于黑蒜加工過(guò)程中脂質(zhì)變化趨勢(shì)的相關(guān)報(bào)道并不一致，存在爭(zhēng)議。例如，CHOI等[12]研究發(fā)現(xiàn)新鮮大蒜加工成黑蒜的過(guò)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(guò)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(guān)。高溫（50～90 ℃）、高濕（60%～90%）條件下加工黑蒜，脂質(zhì)發(fā)生水解和氧化反應(yīng)，產(chǎn)生一系列化合物，如醇、醛、酮和內(nèi)酯。這些產(chǎn)物與最初產(chǎn)生的脂肪酸協(xié)同參與了一系列復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，包括水解、氧化和美拉德反應(yīng)。

3.4 多酚類(lèi)化合物

據(jù)統(tǒng)計(jì)，新鮮大蒜中酚類(lèi)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(duì)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(jī)酸

大蒜中含有大量的有機(jī)酸，有助于人體消化系統(tǒng)健康、促進(jìn)營(yíng)養(yǎng)吸收和提高免疫力。其中，檸檬酸含量最為豐富，其次為蘋(píng)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(shù)分析新鮮大蒜和黑蒜中有機(jī)酸種類(lèi)的差異性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)黑蒜中富馬酸消失，但發(fā)酵過(guò)程中形成新的有機(jī)酸（甲酸、乙酸和琥珀酸等）。在制備黑蒜的過(guò)程中，有機(jī)酸含量的增加賦予了黑蒜的甜酸味，還促進(jìn)了蛋白質(zhì)和多糖的水解。此外，黑蒜酸度的增加與美拉德反應(yīng)、新鮮大蒜中堿性基團(tuán)的降解以及短鏈羧酸的產(chǎn)生有關(guān)。

3.6 類(lèi)黑素

類(lèi)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(guò)程中的美拉德反應(yīng)后期形成[16]。類(lèi)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(guān)注。新鮮大蒜不含類(lèi)黑素，但在制備黑蒜的過(guò)程中，類(lèi)黑素的含量會(huì)顯著增加，且黑蒜的褐色度也會(huì)增加。這些變化與美拉德反應(yīng)相關(guān)。類(lèi)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(yīng)中通過(guò)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(huán)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(yīng)的關(guān)鍵中間體，且對(duì)黑蒜的生物活性和感官特性產(chǎn)生影響。此外，羥甲基糠醛與黑蒜的褐變速率相關(guān)，因此可被用作預(yù)測(cè)黑蒜發(fā)育速度的重要監(jiān)測(cè)指標(biāo)。例如，ZHANG等[8]在60 ℃、70 ℃、80 ℃和90 ℃下加工黑蒜，并監(jiān)測(cè)羥甲基糠醛濃度的變化，結(jié)果發(fā)現(xiàn)加工溫度與羥甲基糠醛含量呈正比，大蒜快速褐變，但導(dǎo)致感官屬性降低，其中70 ℃下加工黑蒜產(chǎn)品品質(zhì)最優(yōu)。

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(dú)特的辛辣風(fēng)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(jié)語(yǔ)

黑蒜是以大蒜為原料，在高溫高濕環(huán)境下加工形成的新型保健食品，加工工藝簡(jiǎn)單、營(yíng)養(yǎng)豐富、保健功效顯著。然而，黑蒜加工中的組分變化機(jī)制，有效單體成分的基礎(chǔ)研究及黑蒜中活性成分的作用機(jī)理等尚不明確。當(dāng)前黑蒜生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、技術(shù)不成熟、生產(chǎn)周期較長(zhǎng)、規(guī)模較小，嚴(yán)重制約黑蒜產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，因此應(yīng)改良黑蒜加工工藝，擴(kuò)展黑蒜產(chǎn)業(yè)鏈，擴(kuò)大市場(chǎng)需求及經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

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