大蒜中大蒜素及其他活性成分的生物學(xué)功能及健康效應(yīng)

代安華

(重慶輕工職業(yè)學(xué)院,重慶 401329)

大蒜和其他植物一樣，由不同的化學(xué)成分組成，為了保護(hù)自己免受昆蟲和真菌的侵害，會(huì)產(chǎn)生蒜素。因此，大蒜素是天然殺蟲劑。自古以來(lái)，大蒜在世界各地廣泛使用，不僅作為食物，而且作為藥物。近年來(lái)，人們研究了大蒜及大蒜素或其他轉(zhuǎn)化產(chǎn)品的醫(yī)療效果，包括降低心血管疾病和癌癥的危險(xiǎn)因素，刺激免疫功能，增強(qiáng)外來(lái)化合物解毒，降低膽固醇，抵抗各種應(yīng)激和潛在的抗衰老作用（宋莎莎等，2017）。目前，市面上可買到的大蒜類添加劑主要分為4類：脫水大蒜粉、大蒜油、浸泡大蒜油和陳年大蒜提取物。目前還沒(méi)有關(guān)于大蒜攝入量的標(biāo)準(zhǔn)。Amagase等（2001）發(fā)現(xiàn)，在最近的許多臨床研究中，脫水大蒜粉的日劑量約為900 mg，陳年大蒜提取物的攝入量從每天1～7.2 g不等，人體免疫增強(qiáng)研究表明，只有1.8～10 g/d的攝入量才有效。大蒜中的主要活性成分～有機(jī)硫化合物對(duì)癌細(xì)胞增殖有抑制作用，對(duì)不同組織來(lái)源的腫瘤細(xì)胞有誘導(dǎo)凋亡作用，其中大蒜素是一種從大蒜中提取的最廣為人知的有機(jī)硫化合物。本綜述旨在介紹大蒜素和其他有機(jī)硫化合物的化學(xué)性質(zhì)及其在加工和儲(chǔ)存過(guò)程中的穩(wěn)定性和功能。

1 大蒜素的化學(xué)性質(zhì)及穩(wěn)定性

大蒜素是大蒜中最具生物活性的化合物，1944年由Cavallito和Bailey發(fā)現(xiàn)，然后確定了其抗菌活性，約占機(jī)械破碎后大蒜中硫代亞硝酸鹽總量的70%，是一種易揮發(fā)、不穩(wěn)定的液體。生蒜和蒜粉中的主要硫化合物都是蒜氨酸，蒜瓣含有約8 g/kg蒜氨酸，在不損失原料的情況下，采用純脫水工藝可得到20～25 mg/g的蒜氨酸。但大蒜粉中最多只含有10 g/kg的蒜氨酸，這表明蒜氨酸大部分在脫水過(guò)程中丟失。壓碎的生蒜中蒜素含量很高，約37 mg/g。大蒜素或多或少能迅速降解為二烯丙基二硫醚、乙烯基二硫醚和烯酮，這取決于濃度、溫度和pH，其中烯丙基硫醇是一種有臭味的化合物，是食用大蒜后大蒜味的主要成分。

Lawson和Hughes（1992）研究了pH、酸化后中和、時(shí)間和溫度對(duì)大蒜粉和蒜瓣釋放硫代磺酸鹽產(chǎn)量的影響，包括大蒜素在內(nèi)的所有二丙烯基硫代亞磺酸鹽都是在pH為4.5～5.0的條件下合成的。pH 3.6在以下沒(méi)有硫代亞磺酸鹽形成。中和pH（之前為3或以下）未能恢復(fù)硫代硫酸鹽的生成，因此，胃中的酸性條件完全且不可逆地抑制了蒜氨酸酶。盛曉婧等（2019）研究了pH對(duì)大蒜素風(fēng)味化合物形成的影響，發(fā)現(xiàn)兩個(gè)異構(gòu)的環(huán)狀化合物，3-乙烯基-1，2-二硫和2-乙烯基-1，3-二硫在pH為6.5時(shí)達(dá)到最高水平，而二烯丙基三硫醚、二烯丙基二硫醚、甲基烯丙基二硫醚和二烯丙基硫化物則在pH為9.0時(shí)形成，溫度（2～37℃）對(duì)硫代亞硝酸鹽生成速率的影響可以忽略不計(jì)。大蒜中大蒜素的最大生成速率為35℃，乙酸（5～30%）對(duì)大蒜有阻滯作用。同樣，在35℃的孵育溫度下，大蒜素的分解速率最大。隨著乙酸濃度的增加，反應(yīng)速率降低，同時(shí)pH增加（4.0～6.0），導(dǎo)致大蒜素分解速率增加。

生蒜切好放在舌頭或嘴唇上會(huì)引起灼燒和刺痛感。大蒜素和二烯丙基二硫化物刺激異硫氰酸烯丙酯敏感的感覺(jué)神經(jīng)元亞群，通過(guò)激活辣椒素敏感的血管周圍感覺(jué)神經(jīng)末梢而引起血管舒張（Bautista等，2005）。大蒜在60℃干燥對(duì)大蒜素?zé)o影響，因?yàn)榇笏馑?、烯丙基甲基硫代亞磺酸鹽和二甲基硫代亞磺酸鹽的產(chǎn)率僅下降4%。但對(duì)每一種1-丙烯基硫代磺酸鹽進(jìn)行分析，其產(chǎn)率損失約為75%，這表明干燥過(guò)程破壞了大量的蒜氨酸（盛曉婧等，2019）。

2 大蒜素和其他活性成分的功能

2.1 抗菌活性 據(jù)報(bào)道，大蒜素具有抗菌活性，Nakagawa等（1980）報(bào)告了生長(zhǎng)緩慢的大鼠按每千克體重飼喂5 mL生大蒜提取物，4周后總鏈球菌、大腸菌、乳酸桿菌、好氧菌和厭氧菌均有所減少。對(duì)好氧菌和厭氧菌的影響同樣顯著，在飼喂煮過(guò)的大蒜提取物后沒(méi)有觀察到上述變化，但刺激了某些腸道細(xì)菌的生長(zhǎng)，如鏈球菌和大腸菌。Shashikanth等（2015）指出，大蒜素在通過(guò)腸道時(shí)含量逐漸減少，可能與腸道內(nèi)還原物、大蒜素的天然不穩(wěn)定性、食物材料的拮抗作用和腸道吸收作用有關(guān)。一般來(lái)說(shuō)，好氧菌比厭氧菌更容易受到腸道中大蒜素濃度的影響。新鮮大蒜的抑制作用最強(qiáng)，其次是凍干粉，干燥溫度和干燥時(shí)間對(duì)大蒜抑制微生物生長(zhǎng)的活性成分均有重要影響。Cellini等（2016）測(cè)試了16個(gè)臨床分離的幽門螺旋桿菌發(fā)現(xiàn)，抑制細(xì)菌生長(zhǎng)所需的大蒜提取物濃度為2～5 mg/mL。有趣的是，幽門螺旋桿菌可以通過(guò)產(chǎn)生大量尿素酶在胃酸環(huán)境中生存和生長(zhǎng)，這種酶可以水解胃液中的尿素，因?yàn)檫@個(gè)反應(yīng)產(chǎn)生的氨形成一個(gè)局部的堿性微環(huán)境，從而保護(hù)細(xì)菌不受酸性條件的侵害。

2.2 抗氧化活性 有報(bào)道稱，大豆油在油-水混合烹飪大蒜時(shí)增加了大蒜風(fēng)味的穩(wěn)定性，大蒜風(fēng)味起到大豆油氧化抑制劑的作用。在體外，大蒜素與含有酶的自由硫醇反應(yīng)，是一種有效的抗氧化劑。Miron等（2000）研究發(fā)現(xiàn)，大蒜素對(duì)NO的形成具有抑制作用，動(dòng)脈粥樣硬化病變的炎癥環(huán)境導(dǎo)致了誘導(dǎo)性一氧化氮合酶的表達(dá)，進(jìn)而導(dǎo)致過(guò)氧亞硝酸鹽的形成，過(guò)氧亞硝酸鹽是一種強(qiáng)氧化劑，是在合成大量NO的同時(shí)產(chǎn)生超氧化物而形成的。但只有當(dāng)一氧化氮濃度足夠高，與內(nèi)源性超氧化物歧化酶競(jìng)爭(zhēng)時(shí)才會(huì)形成過(guò)氧亞硝酸鹽。大蒜素可防止這些改變，從而起到保護(hù)肝臟的作用。

2.3 免疫活性 大蒜素能減少某些由免疫功能障礙引起的疾病，其中陳年大蒜提取物具有免疫調(diào)節(jié)作用。Lang等（2004）報(bào)道，大蒜或大蒜成分的免疫調(diào)節(jié)作用表現(xiàn)為調(diào)節(jié)炎癥介質(zhì)細(xì)胞因子的產(chǎn)生。核因子-kb（NF-KB）是一種中央轉(zhuǎn)錄因子，在控制免疫應(yīng)答的基因表達(dá)中起中心作用。NF-KB與炎癥和癌癥相關(guān)的關(guān)鍵分子激活和調(diào)節(jié)密切相關(guān)，可以增加一些細(xì)胞因子的基因表達(dá)。大蒜制品對(duì)NF-KB的抑制作用是通過(guò)調(diào)節(jié)促炎和抗炎細(xì)胞因子來(lái)間接控制的。大蒜素抑制自發(fā)和TNF-α誘導(dǎo)腸道上皮細(xì)胞分泌的促炎細(xì)胞因子和趨化因子。

2.4 大蒜素對(duì)蛋白質(zhì)和脂肪代謝的影響Shashikanth等（2016）發(fā)現(xiàn)，生大蒜提取物組的大鼠血清蛋白水平降低，血清總蛋白和血清球蛋白均有降低作用，而煮大蒜提取物組對(duì)血清總蛋白和球蛋白無(wú)顯著影響，長(zhǎng)期飼喂（4周）生的和煮熟大蒜提取物均能降低大鼠體重。王喜歡等（2017）報(bào)道，大蒜提取物可降低血清膽固醇和甘油三酸酯水平，減少動(dòng)脈粥樣硬化斑塊的形成，防止血小板聚集和降低血壓。

3 大蒜素的生物利用度

Freeman和Kodera（2015）檢測(cè)了大蒜與牛奶的相互作用，大蒜在牛奶中暴露1 h后，幾乎所有的大蒜素都未損失，在血液中培養(yǎng)5 min后，只能檢測(cè)到微量的大蒜素。大蒜素對(duì)血細(xì)胞計(jì)數(shù)的反應(yīng)比對(duì)血漿成分的反應(yīng)更強(qiáng)烈。將大蒜素在血細(xì)胞中孵育3 min后未檢測(cè)到大蒜素，而在血漿中大蒜素的濃度逐漸降低，其半衰期約為50 min。在加入大蒜素后，紅細(xì)胞的顏色迅速變?yōu)樯钌?，這可能是由于血紅蛋白中的鐵快速氧化所致。在大蒜素消失的同時(shí)，在大蒜素和血液的混合物中發(fā)現(xiàn)了二烯丙基二硫鍵的存在，1 h后，二烯丙基二硫化物的濃度不變，說(shuō)明二烯丙基二硫醚在血液中表現(xiàn)出穩(wěn)定性。

Egen-Schwind等（2012）在肝細(xì)胞中也觀察到類似的結(jié)果，將肝勻漿孵育3 min后，初始大蒜素降低90%，6 min后大蒜素降低99%，雖然大蒜素吸收后在體內(nèi)迅速消失，但二烯丙基二硫鍵可能被吸收并傳遞到器官。在血清、腎臟和脂肪組織中，兩種乙烯基二硫蛋白都在24 h內(nèi)被檢測(cè)到，而在肝臟中只發(fā)現(xiàn)了1，3-乙烯基二硫蛋白。1，3-乙烯基二硫蛋白似乎不親脂，很快從血清、腎臟和脂肪組織中消失，而1，2-乙烯基二硫蛋白親脂性更強(qiáng)，并有在脂肪組織中積累的趨勢(shì)。大蒜素在靜脈注射后迅速?gòu)难貉h(huán)中消失，表明其轉(zhuǎn)變?yōu)榇紊a(chǎn)物。大蒜素的多種生物效應(yīng)歸因于其sh修飾和抗氧化活性，因?yàn)榇笏馑乜奢p易滲透磷脂雙層膜，在細(xì)胞內(nèi)發(fā)揮活性，并與sh基團(tuán)相互作用，大蒜素不引起膜的滲漏、融合或聚集，它通過(guò)細(xì)胞膜的高通透性可大大增強(qiáng)細(xì)胞內(nèi)與硫醇的相互作用（彭玥等，2017）。

4 大蒜素的安全性

大蒜的功效可能是預(yù)防而不是治療，可能需要長(zhǎng)期補(bǔ)充，但長(zhǎng)期服用補(bǔ)充劑會(huì)引起毒性問(wèn)題。盡管大蒜作為一種受歡迎的調(diào)味品或調(diào)味料在烹飪中被安全使用，并在傳統(tǒng)上用于醫(yī)療目的，但眾所周知，過(guò)量食用大蒜會(huì)導(dǎo)致問(wèn)題。最近，Mader（2010）綜述了大蒜制劑對(duì)人的安全性，大蒜會(huì)在呼吸和皮膚上產(chǎn)生氣味，偶爾還會(huì)產(chǎn)生過(guò)敏反應(yīng)。與大蒜相關(guān)的其他不良反應(yīng)有胃病、腹瀉、血清蛋白和鈣減少、貧血、支氣管哮喘、接觸性皮炎、損耗胃腸黏膜。大蒜素是生蒜的主要刺激物之一，而油溶性硫化物毒性大于水溶性硫化物，此外當(dāng)大蒜在水中提取一定時(shí)間后，其毒性大大降低。大量對(duì)陳年大蒜的毒理學(xué)和臨床研究表明其沒(méi)有不良反應(yīng)。

5 結(jié)論

二烯丙基二硫鍵和二烯丙基三硫鍵在大蒜蒸餾物風(fēng)味中具有重要性，大蒜素是最具生物活性的大蒜化合物，以其強(qiáng)大的抗菌活性而聞名。但還需進(jìn)一步研究確定大蒜的功能成分，并探索其在人體和動(dòng)物模型中的作用機(jī)制。此外，需要進(jìn)一步開(kāi)發(fā)利用從大蒜活性成分中提取的其他化合物，并提供更多的利用率、有效功能的劑量水平和長(zhǎng)期的毒理學(xué)安全性研究。