黑蒜的抗氧化與免疫保護(hù)作用

張正海，董艷，姬妍茹

(黑龍江省科學(xué)院大慶分院，黑龍江 大慶 163316)

大蒜(L.)為百合科蔥屬草本植物的地下鱗莖，作為調(diào)味劑和功能食品用途廣泛。此外，因其藥用特性，大蒜被用于治療各種各樣的疾病，但辛辣的刺激性氣味限制了大蒜產(chǎn)品的開發(fā)利用。

黑蒜是將新鮮大蒜的整個鱗莖在控制濕度的高溫下熱加工制成的產(chǎn)品。在加工過程中，低聚糖轉(zhuǎn)化為果糖，不僅增加了黑蒜的甜度，而且降低了具有刺激性氣味的硫醚類化合物含量，風(fēng)味得到改善。因熱加工過程中發(fā)生的酶水解和非酶褐變反應(yīng)如美拉德反應(yīng)、焦糖化和多元酚的化學(xué)氧化引起的理化變化，其生物活性也得到增強(qiáng)。本文介紹了黑蒜在抗氧化與免疫保護(hù)等方面的功效及機(jī)制，為通過膳食補(bǔ)充黑蒜預(yù)防和治療相關(guān)疾病及黑蒜功能食品的研發(fā)提供有用信息。

1 抗氧化

1.1 抗氧化成分

黑蒜中主要抗氧化成分見表1。

表1 黑蒜中主要抗氧化成分

續(xù) 表

1.1.1 多酚

多酚類化合物廣泛存在于新鮮大蒜中，具有清除自由基的作用。在大蒜熱加工過程中，細(xì)胞結(jié)構(gòu)被破壞，部分細(xì)胞質(zhì)中的多酚釋放到細(xì)胞外，其含量的增加是提高大蒜熱加工過程中抗氧化活性的關(guān)鍵。新鮮大蒜中多酚的種類和含量因品種和生長條件不同而存在較大差異，而影響黑蒜多酚含量的主要因素包括熱加工條件及不同的預(yù)處理。大蒜經(jīng)熱加工35 d，總酚含量隨時間的變化呈先升高后降低的趨勢。在65，75，85 ℃恒溫條件下處理大蒜16 d，黑蒜多酚含量隨溫度的升高而增加。適當(dāng)?shù)母邷厥购谒舛喾友杆俜e累，與加工過程中大分子化合物降解時釋放出較多的酚羥基有關(guān)。然而，在相同溫度下，較低的相對濕度更能促進(jìn)多酚化合物的形成。此外，KCl飽和溶液浸泡、蒸煮預(yù)處理和果膠酶協(xié)同高靜壓預(yù)處理可不同程度提高黑蒜總酚含量，而冷凍預(yù)處理、高溫高壓預(yù)處理使總酚含量下降，微生物預(yù)處理則對多酚的積累無明顯影響。

體外消化前在黑蒜中鑒定出咖啡酸、香豆酸、沒食子酸和表沒食子兒茶素沒食子酸酯4種酚類化合物。經(jīng)口腔、胃腸道消化后，咖啡酸是唯一的殘留多酚，黑蒜中酚類物質(zhì)的平均生物利用度為47.2%。

然而目前關(guān)于黑蒜多酚的研究主要集中在游離態(tài)多酚方面，忽略了不溶性結(jié)合酚，極大地限制了對其抗氧化活性的深入研究與相應(yīng)功能性產(chǎn)品的開發(fā)。另一方面，黑蒜中酚類化合物的器官分布與其代謝產(chǎn)物對組織抗氧化活性的調(diào)節(jié)作用需要進(jìn)一步探討。

1.1.2 SAC和SAMC

γ-谷氨酰-S-烯丙基半胱氨酸是大蒜的特征性化合物，在熱處理過程中通過內(nèi)源性γ-谷氨酰胺轉(zhuǎn)肽酶轉(zhuǎn)化為S-烯丙基-L-半胱氨酸(SAC)和S-烯丙基巰基半胱氨酸(SAMC)等水溶性有機(jī)硫化物，可清除機(jī)體自由基并免受活性氧誘導(dǎo)的氧化損傷。

黑蒜中的SAC和SAMC在整個消化過程中表現(xiàn)出較強(qiáng)的穩(wěn)定性，經(jīng)體外胃腸道消化后生物利用度分別達(dá)到36.5%和106.4%。

值得注意的是，大蒜熱加工過程中經(jīng)歷各種轉(zhuǎn)化形成不同類型的含硫化合物，但更多具有抗氧化活性的新型含硫化合物的表征和所涉及的化學(xué)、酶促反應(yīng)機(jī)理尚需闡明。

1.1.3 Amadori和類黑精

大蒜中的葡萄糖與氨基酸在美拉德反應(yīng)中加熱縮合成席夫堿，經(jīng)Amadori重排生成Amadori化合物(1-氨基-1-脫氧-2-酮糖)。在大蒜熱加工90 d內(nèi)，Amadori含量先升后降，并在第70天達(dá)到最高。結(jié)合相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，Amadori化合物如精氨酸與葡萄糖的Amadori化合物Fru-Arg與ABTS和FRAP抗氧化活性極顯著相關(guān)，是黑蒜抗氧化活性的重要來源。目前有關(guān)Amadori化合物的研究報道較多，而在美拉德反應(yīng)初期階段還原糖為果糖時，生成的Amadori同分異構(gòu)體Heyns化合物的抗氧化活性研究未見報道。

Amadori化合物產(chǎn)生后會進(jìn)一步反應(yīng)生成美拉德反應(yīng)的終產(chǎn)物類黑精，其具有與分子量呈正相關(guān)的金屬離子螯合能力和抗氧化能力，且在體外模擬消化過程中保留60%以上的抗氧化活性。黑蒜類黑精可作為未來抗氧化功能食品開發(fā)的關(guān)注點(diǎn)，但由于其結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，目前僅限于對不同分子量類黑精的研究，而對其組成、結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性的認(rèn)知較為有限。

1.1.4 多糖

果聚糖和半乳聚糖是大蒜的重要多糖，紅外光譜分析表明黑蒜多糖為β-糖苷鍵連接的吡喃糖，但對多糖結(jié)構(gòu)與抗氧化能力之間的構(gòu)效關(guān)系研究鮮有報道。黑蒜多糖的體內(nèi)抗氧化能力與多糖的組成性質(zhì)和結(jié)構(gòu)有關(guān)，大部分多糖進(jìn)入人體后由于各種消化酶及微生物的作用可能發(fā)生糖苷鍵的斷裂、分子量的降低及空間結(jié)構(gòu)的改變，因此黑蒜多糖在消化過程中伴隨這些理化性質(zhì)的顯著變化其抗氧化活性的改變值得關(guān)注。

1.1.5 抗氧化酶

大蒜中還存在POD、SOD和CAT等多種抗氧化酶，對于黑蒜功能活性的提高發(fā)揮著重要作用。其中POD熱穩(wěn)定性較差，熱加工后基本失活。但在60～70 ℃相對低溫條件下自然發(fā)酵40 d，SOD和CAT活性比新鮮大蒜分別增加了13倍和10倍。當(dāng)加工溫度升高至75 ℃時，SOD活性受到明顯抑制，因此今后的研究應(yīng)充分考慮不同加工條件對大蒜美拉德反應(yīng)過程中內(nèi)源酶活性和抗氧化能力變化的影響。

1.2 體外抗氧化能力

ROS作為細(xì)胞氧化應(yīng)激標(biāo)記物，是超氧陰離子自由基、羥自由基、過氧化氫等含氧并且性質(zhì)活潑的物質(zhì)的總稱。在巨噬細(xì)胞中，黑蒜使ROS水平顯著降低，對ABTS和DPPH自由基的清除能力分別是大蒜的1.97倍和3.50倍。在豬肉肉餅中添加0.5%的黑蒜凍干提取物，肉餅脂質(zhì)過氧化和揮發(fā)性鹽基氮值顯著降低，并具有降低肉脯中亞硝酸鹽含量的作用，說明黑蒜可以作為新型抗氧化添加劑應(yīng)用于食品保鮮行業(yè)。但在膳食中添加黑蒜可能對食品感官品質(zhì)有所影響，建議未來的研究圍繞探索加工過程中關(guān)鍵技術(shù)的調(diào)控對黑蒜抗氧化活性、風(fēng)味物質(zhì)等多維品質(zhì)的影響。

1.3 體內(nèi)抗氧化能力

1.3.1 延緩衰老

衰老以及衰老相關(guān)疾病形成的原因在于體內(nèi)產(chǎn)生高活性的自由基和與抗氧化酶清除自由基作用間的失衡。膳食攝入黑蒜后，不但能明顯增加D-Gal致衰小鼠腦組織中SOD和GSH-PX活性，還可使果蠅平均壽命提高9～10 d，說明黑蒜可抑制機(jī)體內(nèi)過氧化反應(yīng)，達(dá)到延緩衰老體征的作用。因此，黑蒜可被視為一種潛在的功能性食品，用于預(yù)防與年齡有關(guān)的疾病。在全球進(jìn)入老齡化社會的今天，繼續(xù)探討黑蒜對衰老相關(guān)基因和蛋白信號通路的激活等分子機(jī)制，如采用分子對接研究黑蒜中不同抗氧化活性成分與IGFR等長壽靶蛋白之間的相互作用，可為進(jìn)一步開發(fā)和利用黑蒜提供新的研究基礎(chǔ)和利用依據(jù)。

1.3.2 改善認(rèn)知

學(xué)習(xí)記憶障礙作為機(jī)體正常衰老和老年癡呆之間的過渡狀態(tài)，主要病理特征為信息獲取和重現(xiàn)能力的缺失。通過調(diào)節(jié)大腦抗氧化酶活性，降低小鼠腦內(nèi)氧化損傷，黑蒜可逆轉(zhuǎn)由氫溴酸東莨菪堿誘導(dǎo)的小鼠行為異常和認(rèn)知功能障礙，并對小鼠學(xué)習(xí)記憶有明顯改善作用。但由于分離分析技術(shù)手段的制約，其潛在的藥效物質(zhì)基礎(chǔ)仍不明確，而這也將是今后研究的重點(diǎn)方向。

1.3.3 抗輻射

紫外線照射易引發(fā)皮膚ROS積累，引起機(jī)體染色體損傷。相關(guān)研究表明，黑蒜對紫外線所造成的氧化損傷有一定的拮抗作用。添加10%的黑蒜浸膏能提升皮膚細(xì)胞中GSH含量，降低脂質(zhì)過氧化和HO水平，有效保護(hù)皮膚免受UVB誘導(dǎo)的光損傷，未來可添加于防曬霜等中應(yīng)用于化妝品領(lǐng)域。但是當(dāng)前包括黑蒜防藍(lán)光的名目護(hù)眼功能，對UVA照射所致皮膚光損傷的防護(hù)作用等仍需大量深入研究。

1.3.4 保肝護(hù)肝

肝臟是機(jī)體重要的代謝和解毒器官，過度飲酒等會導(dǎo)致肝臟組織病變，繼而引發(fā)脂肪肝、肝炎、肝硬化等疾病。黑蒜通過降低肝組織MDA含量、提高抗氧化酶活性，可有效緩解慢性、急性酒精性肝損傷和宿醉癥狀并對叔丁基過氧化氫致大鼠肝毒性發(fā)揮保護(hù)作用，但對其主要功能因子及精準(zhǔn)干預(yù)的作用靶點(diǎn)的研究文獻(xiàn)報道較少。

1.3.5 抗糖尿病

糖尿病狀態(tài)下的高血糖會增加氧化應(yīng)激。黑蒜通過提高抗氧化活性對I、II型糖尿病發(fā)揮拮抗作用。對于妊娠糖尿病患者，保加利亞乳桿菌可提高黑蒜的自由基清除能力。未來其他優(yōu)良菌株的篩選，黑蒜的抗氧化活性或?qū)⑦M(jìn)一步提高，有望被用作糖尿病和其并發(fā)癥的預(yù)防和治療的替代藥物。

1.3.6 預(yù)防與緩解心血管疾病

氧化損傷與心臟病等心血管疾病的發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)。黑蒜通過誘導(dǎo)組織抗氧化，對抑制冠狀動脈鈣斑塊、低衰減斑塊體積和冠狀動脈及心肌缺血再灌注具有保護(hù)作用。最近一項(xiàng)研究顯示，通過抑制GEF-H1/RhoA/Rac途徑，黑蒜中的S-1-丙烯基半胱氨酸可以改善TNF-α誘導(dǎo)的血管內(nèi)皮屏障功能障礙，有助于預(yù)防動脈粥樣硬化等心血管疾病。近年來，心血管疾病的發(fā)病率逐年升高并呈現(xiàn)低齡化現(xiàn)象，黑蒜等具有臨床輔助改善心血管疾病的功能性食品的開發(fā)將有巨大潛力，但缺少相關(guān)體內(nèi)臨床研究，這對黑蒜功效的客觀評價造成了障礙。

1.3.7 抗疲勞

運(yùn)動后產(chǎn)生的大量自由基會導(dǎo)致組織脂質(zhì)過氧化作用加強(qiáng)，ATP合成和供給減少，從而引發(fā)疲勞。目前針對疲勞相關(guān)癥狀的緩解藥物種類有限且存在副作用。黑蒜可改善大強(qiáng)度運(yùn)動后大鼠血脂和過氧化水平，起到抗疲勞作用。黑蒜多糖干預(yù)還可以提高小鼠的運(yùn)動耐力，其作用機(jī)制與緩解肝臟、心肌和腓腸肌等器官的過氧化損傷并一定程度上促進(jìn)血糖及肝/肌糖原的恢復(fù)相關(guān)。此外，在黑蒜對人的抗疲勞作用評價中發(fā)現(xiàn)，連續(xù)服食黑蒜有利于維持長跑運(yùn)動員抗氧化能力并緩解發(fā)炎情況。但當(dāng)前大部分的研究只說明了黑蒜抗疲勞是因其具有較強(qiáng)的抗氧化性，沒有闡釋清楚黑蒜活性成分抗疲勞的內(nèi)在機(jī)制。今后，隨著代謝組學(xué)技術(shù)在生理學(xué)、藥理學(xué)等多領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，尋找差異性代謝物、構(gòu)建代謝網(wǎng)絡(luò)將為闡明黑蒜的疲勞消除機(jī)制提供一種新的思路和途徑。

1.4 抗氧化機(jī)制

由圖1可知，在大蒜轉(zhuǎn)化為黑蒜的過程中，抗氧化活性的增強(qiáng)與某些強(qiáng)抗氧化劑數(shù)量的增加和新抗氧化物的產(chǎn)生密切相關(guān)，如多酚、SAC、SAMC、Amadori、類黑精、多糖、抗氧化酶等。黑蒜發(fā)揮抗氧化功能可能是各成分協(xié)同作用的結(jié)果，單一成分的特異性貢獻(xiàn)尚不清楚，很少有涉及黑蒜中關(guān)鍵化合物種類及含量差異對抗氧化活性變化的關(guān)聯(lián)分析。黑蒜因具有較強(qiáng)的抗氧化作用，可以減少氧化應(yīng)激和蛋白質(zhì)氧化，對延緩衰老，改善認(rèn)知障礙，緩解肝損傷，預(yù)防糖尿病和心血管疾病，消除機(jī)體疲勞等具有治療潛力。

圖1 黑蒜的抗氧化機(jī)制

2 免疫保護(hù)

2.1 增強(qiáng)免疫力

黑蒜中含有豐富的多酚、多糖、有機(jī)硫化物等多種功能性成分，通過免疫器官、免疫細(xì)胞、細(xì)胞因子等發(fā)揮增強(qiáng)機(jī)體免疫功能的作用。黑蒜粉可促進(jìn)環(huán)磷酰胺誘導(dǎo)的免疫抑制小鼠免疫器官發(fā)育，提高單核-巨噬細(xì)胞吞噬、脾淋巴細(xì)胞增殖能力及脾細(xì)胞因子IL-8和IL-12 mRNA表達(dá)，逆轉(zhuǎn)免疫抑制。與大蒜相比，黑蒜對人原發(fā)性淋巴細(xì)胞和巨噬細(xì)胞具有更強(qiáng)的免疫刺激活性和Th1/Th17型細(xì)胞免疫應(yīng)答誘導(dǎo)作用。日常飲食中補(bǔ)充黑蒜還對降低感冒和流感的嚴(yán)重程度有促進(jìn)作用。目前的研究對象主要集中在黑蒜粉和黑蒜不同溶劑提取物，后期可以結(jié)合免疫預(yù)測方法和計算機(jī)模擬策略致力于檢測黑蒜中除多糖外的哪些其他化合物有助于這些免疫變化，并探索這些化合物通過模式識別受體與細(xì)胞相互作用的能力。

2.2 抗炎

當(dāng)炎癥持續(xù)時間過長或過度時會誘發(fā)機(jī)體炎癥反應(yīng)，嚴(yán)重時可引起感染性休克甚至多器官功能衰竭。越來越多的證據(jù)表明，食用黑蒜可以有效預(yù)防和緩解炎癥，其關(guān)鍵成分為SAMC、丙酮酸、2-亞麻?；?rac-甘油和5-羥甲基糠醛等。在LPS刺激的巨噬細(xì)胞中，黑蒜以劑量依賴的方式下調(diào)JNK和p38 MAPK磷酸化，抑制炎性介質(zhì)和促炎細(xì)胞因子的表達(dá)，并在TNF-α誘導(dǎo)的人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞和佛波酯誘導(dǎo)的皮炎小鼠中發(fā)揮抗炎作用。依賴調(diào)節(jié)NF-κB介導(dǎo)的炎癥，降低TNF-α、IL-6等炎癥標(biāo)志物的分泌，黑蒜對改善反流性食管炎、牙周炎和減輕具有心血管疾病風(fēng)險的女性慢性炎癥具有治療作用。值得注意的是，與大蒜相反，黑蒜不會損傷胃腸道黏膜，反而可以改善食管黏膜炎癥，緩解胃痙攣。但Jeong等認(rèn)為黑蒜的抗炎活性較大蒜低，其原因可能是大蒜熱加工后高濃度的多糖增加了促炎因子水平和NF-κB的活化。因此，研究黑蒜劑量與炎癥持續(xù)時間、炎癥作用強(qiáng)弱之間的關(guān)系，探索如何發(fā)揮適度的、對人體有益的抗炎保護(hù)，以期為炎癥患者提供科學(xué)的黑蒜膳食參考。

2.3 抗過敏

受遺傳和環(huán)境因素的影響，人體存在多種過敏反應(yīng)。黑蒜具有抗過敏作用，可抑制IL-4和IgE介導(dǎo)的RBL-2H3細(xì)胞過敏反應(yīng)，減輕特應(yīng)性皮炎小鼠皮膚瘙癢，緩解以支氣管平滑肌收縮為主的過敏性哮喘癥狀。近年來過敏患者不斷增多，對具有抗過敏作用的功能性食品的需求越來越高。目前很少有研究將日常飲食與調(diào)節(jié)食物過敏聯(lián)系起來，將來或許可以朝此方向繼續(xù)挖掘。

2.4 小結(jié)

黑蒜可以調(diào)節(jié)體內(nèi)免疫應(yīng)答水平，參與固有免疫、細(xì)胞免疫和體液免疫過程，提高機(jī)體抗炎、抗過敏能力。

3 結(jié)論

與大蒜相比，黑蒜無刺激性氣味，作為膳食補(bǔ)充抗氧劑或提高機(jī)體免疫力的一種來源，對健康有益，近年來已成為快速增長的健康食品。值得注意的是，黑蒜的品質(zhì)和生物活性因大蒜品種和加工條件而異。為指導(dǎo)黑蒜加工及應(yīng)用，黑蒜中的關(guān)鍵有效物質(zhì)及特征組分間的潛在協(xié)同作用有待更深層次挖掘并明確。建議未來的研究結(jié)合蛋白組學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)等交叉學(xué)科技術(shù)，基于促進(jìn)不同功能成分積累及特定功效作用進(jìn)行工藝優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)黑蒜加工關(guān)鍵技術(shù)的精準(zhǔn)調(diào)控。另外，還需要加強(qiáng)人體臨床實(shí)驗(yàn)研究，系統(tǒng)性評估黑蒜的抗氧化、免疫調(diào)節(jié)功效。