糖腌柠檬变黑主要是糖分和柠檬酸反应导致的褐变，就像苹果切开后氧化发黄一样。如果容器干净没杂菌，变黑部分没发霉长毛，通常还能吃。但要是发霉或者有酸臭味，就得扔掉。发酵过程中产生的乳酸菌能抑制有害菌，但糖浓度低于15%时容易招小飞虫。

变黑本质是美拉德反应和酶促褐变共同作用的结果。柠檬表皮含有大量多酚氧化酶，接触氧气后就会催化酚类物质氧化成深色物质。糖分作为还原剂参与反应，形成褐色焦糖色素。实验数据显示，pH值低于3.5时褐变速率提升60%，而糖浓度每增加10%，褐变速率下降约30%。家庭自制时需注意两点：一是用柠檬酸调节pH到2.5-3.0，二是密封容器隔绝氧气。大前年食品科学期刊研究指出，糖腌柠檬在4℃环境下保质期可达6个月，但若出现白色菌丝或异味，菌落总数可能超过10^6CFU/g，远超安全标准。