大蒜素的生物學(xué)作用及其在肉禽生產(chǎn)中的應(yīng)用

張?jiān)娒?/p>

摘要：大蒜素是蒜末中的主要風(fēng)味成分，是一種具有抗菌、抗癌、免疫調(diào)節(jié)等多種作用的植物提取物。近年來，大蒜素以其無藥物殘留、無耐藥性等安全性高的優(yōu)勢(shì)被用作抗生素的替代品，在畜牧業(yè)中的諸多應(yīng)用領(lǐng)域也逐漸被挖掘。本綜述將詳細(xì)闡述其特點(diǎn)、理化特性及其在肉禽生產(chǎn)方面的應(yīng)用，以期為今后大蒜素在肉禽飼養(yǎng)管理方面的應(yīng)用提供一定參考。

關(guān)鍵詞：大蒜素；理化特性；生物作用；肉禽生產(chǎn)

大蒜是許多國(guó)家經(jīng)濟(jì)上重要的農(nóng)作物，曾記載于《神農(nóng)本草經(jīng)》。原蒜的含水量一般為50%，其余由碳水化合物、脂類、蛋白質(zhì)、纖維、維生素、游離氨基酸和礦物質(zhì)等組成，特別是含硫化合物。完整的大蒜鱗莖中含有蒜氨酸化合物和蒜氨酸酶，它們獨(dú)立儲(chǔ)存在囊泡或液泡中。當(dāng)大蒜瓣被切割時(shí)，蒜氨酸化合物和蒜氨酸酶會(huì)被釋放出來，并釋放出刺鼻的氣味。這是由于大蒜本身含有揮發(fā)性有機(jī)含硫化合物，這些化合物能夠迅速產(chǎn)生并擴(kuò)散到空氣中以保護(hù)自身免受病原體和害蟲的攻擊，1944年Cavallito鑒定其中的重要化合物為大蒜素。

當(dāng)前，隨著養(yǎng)殖業(yè)現(xiàn)代化的快速發(fā)展，越來越多的畜牧人注重肉產(chǎn)品質(zhì)量及經(jīng)濟(jì)效益的雙增長(zhǎng)?？股匾蚱淠軌?qū)δ承┪⑸锏纳L(zhǎng)產(chǎn)生抑制或殺滅作用，因此在畜牧業(yè)中已得到廣泛的應(yīng)用。尤其在飼料添加劑方面，抗生素不僅能夠提高機(jī)體的生長(zhǎng)性能，還能有效地抑制傳染病的流行。但是，如今抗生素的濫用已造成潛在的不良后果，比如環(huán)境污染、動(dòng)物產(chǎn)品中的藥物殘留以及病原體中抗生 素耐藥性的產(chǎn)生等諸多問題，這給現(xiàn)代畜牧業(yè)帶來了很大的隱患。對(duì)此，歐盟委員會(huì)已經(jīng)頒布了相關(guān)法律，禁止在動(dòng)物日糧中使用抗生素作為生長(zhǎng)促進(jìn)劑。經(jīng)研究，大蒜素與抗生素有相似的生物作用，且無藥物殘留，所以是一種具有潛力的抗生素替代品。與化學(xué)合成的同類產(chǎn)品相比，天然大蒜素大多是無害的，且藥性比較溫和，這也是越來越多的畜牧人喜歡它們的原因之一。

大蒜素作為最重要的生物堿，是新鮮壓碎的大蒜和其他一些蔥屬植物的主要活性成分，可從大蒜的鱗莖中提取出來。在大蒜的植株鱗莖、葉和花序軸的束鞘細(xì)胞中存在著蒜氨酸酶。當(dāng)細(xì)胞無破損時(shí)，蒜氨酸酶存在于液泡中，可以和細(xì)胞質(zhì)中的底物蒜氨酸如烷基半胱氨酸亞砜等發(fā)生反應(yīng)，將其底物轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的亞磺酸，亞磺酸自發(fā)縮合產(chǎn)生硫代亞磺酸鹽。這一步的反應(yīng)非常迅速，在23℃下30s內(nèi)即可完成97%。一瓣大蒜（約10g）可以產(chǎn)生高達(dá)5mg的大蒜素，這也為大蒜素的體外合成提供了理論數(shù)據(jù)的參考。

1 大蒜素的起源

大蒜屬于石蒜科的一種，起源于亞洲，在埃及、墨西哥、中國(guó)和歐洲都有廣泛的栽培區(qū)域。該植物的所有部分，即葉子、花朵等也都可用來配制煎劑、治療各種疾病。因其能與人體的嗅覺受體相互作用而逐漸得到了研究人員的廣泛關(guān)注。雖然幾個(gè)世紀(jì)以來，大蒜的烹飪、治療價(jià)值都得到了認(rèn)可，但直到1944年Cavallito和Bailey才分離并描述了大蒜素的特性。現(xiàn)存最古老的醫(yī)療資源記載了數(shù)百種植物或植物產(chǎn)品的預(yù)防和治療用途。我國(guó)的本草綱目曾大量記載了大蒜提取物的使用方法。古埃及醫(yī)學(xué)寶典《埃伯斯紙莎草書》中，也談及了該提取物可用作藥用的內(nèi)容。公元前一世紀(jì)的羅馬詩人維吉爾在他的第二個(gè)田園詩中強(qiáng)調(diào)了大蒜素在治療蛇咬傷方面的用途。著名的希臘醫(yī)生希波克拉底在他的《希波克拉底全集》中描述了它們?cè)谥委煼窝缀蛡谟戏矫娴墓πАＶ链?，研究人員也對(duì)這種可食用蔥的復(fù)合鱗莖有了更清晰地了解，開始了數(shù)年對(duì)大蒜素—“大蒜的心臟”的廣泛研究。

2 大蒜素的理化特性

在大蒜素形成的過程中，蒜氨酸被酶水解成烯丙基亞硫酸和脫氫腺嘌呤，最終兩個(gè)烯丙基磺酸分子反應(yīng)大蒜素和一個(gè)水分子。蒜氨酸是一種水溶性物種、獨(dú)特的非蛋白質(zhì)含硫氨基酸，不溶于有機(jī)物。但形成大蒜素以后，便可溶于大部分非揮發(fā)性油、乙醇，不溶于水、丙二醇和甘油等。大蒜素具有揮發(fā)性，在室溫下為無色液體，但有時(shí)也被描述為淡黃色，這可能是微量元素硫污染的原因。由于其相對(duì)較高的相對(duì)原子質(zhì)量和分子內(nèi)部的偶極子，預(yù)測(cè)大蒜素沒有較高的蒸氣壓。到目前為止，因其在加熱時(shí)會(huì)分解成大量的含硫化合物，所以實(shí)際的蒸汽壓值還無法通過實(shí)驗(yàn)測(cè)量。大蒜素具有不穩(wěn)定性，某些化學(xué)因素、物理因素，如強(qiáng)酸、強(qiáng)氧化劑和紫外線等，都可引起其變質(zhì)。但在非強(qiáng)酸環(huán)境中，大蒜素卻可承受120℃以上的高溫且不分解。

3 大蒜素的生物學(xué)功能

3.1 抗菌性

自古以來，人類不得不面對(duì)許多類型的傳染病，人們對(duì)其病因有很多猜測(cè)。在19世紀(jì)，羅伯特·科赫證明了細(xì)菌能夠引起并傳播炭疽病，細(xì)菌疾病的理論由此誕生。著名科學(xué)家路易斯·巴斯德首次報(bào)道了大蒜可作為抗菌劑的相關(guān)內(nèi)容，實(shí)驗(yàn)表明，大蒜素可以通過二烯丙基二硫醚（DADS）與過氧化氫氧化合成，也就是說，DADS是大蒜素的直接分解產(chǎn)物之一，但是DADS的抗菌活性較低。這表明，大蒜素中的主要物質(zhì)——硫代亞磺酸基可能在該活性中起著重要作用，只不過它在大蒜素還原為DADS過程中丟失了。大蒜素除了強(qiáng)抗細(xì)菌特性外，還顯示出對(duì)真菌細(xì)胞的毒性作用，且能夠抑制孢子的萌發(fā)和菌絲生長(zhǎng)。甚至，大蒜素也被證明可以應(yīng)用于皮膚真菌感染，臨床上也曾嘗試使用大蒜素治療念珠菌感染，且發(fā)現(xiàn)大蒜素的活性與常用的抗真菌藥氟康唑相當(dāng)?？傊笏馑貙?duì)各種細(xì)菌、真菌等有著廣泛的抑制作用，這使得大蒜素在藥物治療和農(nóng)業(yè)相關(guān)應(yīng)用方面成為可能。

3.2 抗癌性

關(guān)于大蒜素對(duì)癌細(xì)胞的影響，目前相關(guān)學(xué)者已經(jīng)在分子水平上對(duì)其進(jìn)行了研究。細(xì)胞凋亡的誘導(dǎo)對(duì)大蒜素的抗癌作用是至關(guān)重要的。大蒜素所誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡既有半胱天冬酶依賴性和半胱天冬酶非依賴性的參與，又有凋亡誘導(dǎo)因子（AIF）的參與，AIF能夠使核內(nèi)的DNA斷裂成小片段。此外，ERK1/2蛋白激酶的表達(dá)也受到免疫細(xì)胞中大蒜素的影響，這些激酶對(duì)于大蒜素誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡也發(fā)揮著重要作用。然而，大蒜素卻具有不穩(wěn)定性。大蒜素一旦被人體吸收，它將會(huì)與硫醇反應(yīng)，特別是與大量谷胱甘肽反應(yīng)，并分解為其他化合物。這使得目前將大蒜素作為治療癌癥的藥物不太可能。但是，大蒜素在營(yíng)養(yǎng)方面的應(yīng)用具有很大的潛力，對(duì)其他醫(yī)療領(lǐng)域都有一定的益處。因此，這也是大蒜素的另一熱點(diǎn)研究領(lǐng)域。

3.3 提高食品安全

富含碳水化合物的食物在加熱過程中會(huì)形成丙烯酰胺，它對(duì)動(dòng)物有一定的神經(jīng)毒性，對(duì)人類也有潛在致癌性。因此，在食品加工過程中降低丙烯酰胺的含量顯得尤為重要。近年來，許多與丙烯酰胺相關(guān)的研究都集中在形成機(jī)制上。丙烯酰胺形成的主要機(jī)理是在140～180℃條件下天冬酰胺和還原糖之間的美拉德反應(yīng)。大蒜中的主要活性物質(zhì)是硫代亞硫酸鹽，包括大蒜素在內(nèi)的8種硫代亞硫酸鹽成分都具有相似的結(jié)構(gòu)，它們是由蒜氨酸酶反應(yīng)形成的。因硫代亞硫酸鹽含有親核基團(tuán)，硫代亞硫酸鹽化合物通過其親核基團(tuán)攻擊丙烯酰胺乙烯基的親電碳，因此它們被認(rèn)為是降低熱處理食物中丙烯酰胺含量的主要因素，也就是說硫代亞硫酸化合物通過邁克爾型反應(yīng)降低了丙烯酰胺的含量。值得注意的是，大蒜素不能避免丙烯酰胺的產(chǎn)生，只是在形成階段降低丙烯酰胺的含量。這將為大蒜素在健康食品生產(chǎn)中的應(yīng)用提供新的思路。

3.4 調(diào)節(jié)免疫活性

大蒜素除了對(duì)病原體的直接影響外，也能對(duì)內(nèi)源性免疫系統(tǒng)產(chǎn)生影響。通過大蒜素刺激免疫細(xì)胞的活性，可以增強(qiáng)機(jī)體對(duì)病原體的防御能力。首先，大蒜素可以抑制中性粒細(xì)胞向上皮細(xì)胞的遷移，這是控制炎癥發(fā)生的一個(gè)關(guān)鍵過程。其次，大蒜素通過抑制SDF1α-因子誘導(dǎo)的趨化作用間接作用于淋巴細(xì)胞，這種效應(yīng)與肌動(dòng)蛋白細(xì)胞骨架的受損相關(guān)。最后，協(xié)調(diào)免疫反應(yīng)的另一個(gè)因子是TNFα細(xì)胞因子。TNFα因子分泌的受損將嚴(yán)重影響免疫反應(yīng)的調(diào)節(jié)。而相關(guān)實(shí)驗(yàn)表明，大蒜素可以抑制腸上皮細(xì)胞中TNFα依賴性促炎細(xì)胞因子的釋放。眾所周知，TNFα因子主要有巨噬細(xì)胞分泌，而經(jīng)大蒜素預(yù)孵育后，脂多糖（LPS）對(duì)巨噬細(xì)胞的刺激可以增強(qiáng)TNFα啟動(dòng)子的活性，這表明大蒜素在LPS的刺激的細(xì)胞中，可以觸發(fā)TNFα因子。可見，大蒜素可以通過改變免疫細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)來直接影響炎癥，這將有助于在分子水平上進(jìn)一步研究大蒜素對(duì)免疫細(xì)胞及其炎癥發(fā)生過程的作用。

4 大蒜素在肉禽生產(chǎn)中的應(yīng)用

4.1 提高肉雞生產(chǎn)性能

從飼養(yǎng)指標(biāo)角度來看，作為飼料添加劑的一種，大蒜素不僅可以調(diào)節(jié)飼料風(fēng)味，還可以從日增重、相關(guān)血清指標(biāo)等多方面來提高肉雞生長(zhǎng)性能，促進(jìn)肉雞的采食、增加機(jī)體對(duì)各種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收與利用。范兆卓等（2019）在AA肉雞0～3周齡和4～6周齡的飼糧中添加了200mg/kg的大蒜素，試驗(yàn)組較對(duì)照組的宰前活重、日增重都有升高的趨勢(shì)，料重比、肝指數(shù)、腹脂率有下降趨勢(shì)。從消化生理角度來看，家禽對(duì)飼料的消化程度主要由消化酶決定，特別是淀粉酶、蛋白酶。但是肉雞由于生長(zhǎng)快的特點(diǎn)，往往處于高度的生理緊張和應(yīng)激狀態(tài)，易受飼料、飼料管理和環(huán)境的影響，這就導(dǎo)致消化酶分泌不足或活性降低。胡忠澤（2011）等發(fā)現(xiàn)日糧中添加160mg/kg大蒜素可顯著提高肉雞腸道淀粉酶、消化道蛋白酶活性。以上研究表明，大蒜素既可以改善肉雞的臟器指數(shù)、幫助雞群抵御冷應(yīng)激，又可以通過增強(qiáng)消化酶的活性來提高飼料轉(zhuǎn)化率，進(jìn)而從多方面促進(jìn)肉雞生長(zhǎng)。

4.2 增強(qiáng)家禽抗病力

機(jī)體的免疫功能通過免疫器官、細(xì)胞、組織、相關(guān)免疫因子共同參與完成，免疫功能的強(qiáng)弱直接影響著疾病的發(fā)病及轉(zhuǎn)歸情況。眾所周知，胸腺、法氏囊為家禽的重要免疫器官，一旦免疫器官受侵害，就會(huì)間接地降低家禽的抵抗力。蔡治華等（2018）發(fā)現(xiàn)在日糧分別添加50、100、150mg/kg的大蒜素時(shí)，都能提高21日齡AA肉雞胸腺、法氏囊的重量與指數(shù)，其中以100mg/kg效果最佳，表明了大蒜素對(duì)法氏囊和胸腺有一定的促進(jìn)作用，增加了機(jī)體的抗病力。在免疫細(xì)胞方面，大蒜素可以激活單核細(xì)胞，促進(jìn)家禽體內(nèi)的溶酶體釋放，通過水解細(xì)菌中細(xì)胞壁的粘多肽成分，導(dǎo)致細(xì)菌的裂解，以此增強(qiáng)非特異性免疫功能。柴惠等（2012）將大蒜分為各個(gè)組分研究免疫抑制對(duì)機(jī)體調(diào)節(jié)的作用，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)大蒜素能夠顯著地促進(jìn)腫瘤壞死因子-α、細(xì)胞因子白細(xì)胞介素-2等細(xì)胞因子的分泌。可見，在免疫器官、免疫細(xì)胞、免疫因子方面，大蒜素都發(fā)揮著重要作用，以便維持機(jī)體內(nèi)環(huán)境的相對(duì)穩(wěn)定，降低機(jī)體對(duì)病毒、細(xì)菌的侵襲力，提高抗病力。

4.3 改善肉雞腸道受損狀態(tài)

腸道是抵抗致病細(xì)菌、病毒和其他有害物質(zhì)進(jìn)入宿主的最主要屏障。對(duì)肉雞而言，腸道屏障對(duì)不同的應(yīng)激源都較為敏感，這無非也是對(duì)免疫學(xué)的巨大挑戰(zhàn)?？梢?，完整和健康的腸道在維持動(dòng)物健康和生產(chǎn)中起著至關(guān)重要的作用。而大蒜中提取的有效活性成分—大蒜素，具有改善腸道黏膜屏障的作用。脂多糖作為陰性菌細(xì)胞壁的組要成分，它可以通過降低血清免疫球蛋白的水平，間接抑制B細(xì)胞中免疫球蛋白的產(chǎn)生。同時(shí)，脂多糖可以通過誘導(dǎo)肉雞中TLR4，MyD88和NF-κB的上調(diào)來激活NF-κB途徑，進(jìn)而促進(jìn)腸粘膜炎性因子TNF-α和IL-1β的表達(dá)，這會(huì)導(dǎo)致感染陰性菌的肉雞空腸和回腸組織中顯示出明顯的出血點(diǎn)，絨毛高度降低。相反，大蒜素可抑制的TLR4，MyD88，NF-κB，TNF-α和IL-1β表達(dá)的增加，抑制腸道促炎細(xì)胞因子的過度合成和產(chǎn)生，減輕肉雞腸道受損狀態(tài)，并提高肉雞血清IgA，IgY和IgM的含量以抵抗脂多糖誘導(dǎo)的免疫功能障礙。常用的抗生素僅能增強(qiáng)血清IgY水平，抑制TLR 4和MyD88的mRNA表達(dá)水平。這表明大蒜素在對(duì)陰性菌對(duì)肉雞的保護(hù)作用上比抗生素更有利，具有更強(qiáng)的腸道保護(hù)作用。

4.4 提升肉產(chǎn)品品質(zhì)

有研究報(bào)道，肉禽產(chǎn)品的主要風(fēng)味成分來自C3H5-S（O）基團(tuán)，而大蒜素中就含有此結(jié)構(gòu)。因此在雞飼料中添加大蒜素，可以很大程度地提高禽產(chǎn)品的香味，增加適口性，使肉質(zhì)更鮮美。范兆卓等（2019）發(fā)現(xiàn)飼喂大蒜素的試驗(yàn)組與對(duì)照組相比，血清中脂蛋白、胸肌、腿肌和肝臟中的總膽固醇和甘油三酯含量也有所降低。膽固醇和甘油三酯雖是不可或缺的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)之一，但若攝入的含量過多，也會(huì)間接地提高肉雞的腹脂率、肝脂率和皮下脂肪厚度。

5 結(jié)語

綜上所述，大蒜素具有抗菌、抗癌、提高食品安全、提高免疫活性等生理功能。同時(shí)在肉禽的生產(chǎn)方面，大蒜素能刺激肉雞食欲、改善雞群腸道的應(yīng)激狀態(tài)、提高飼料報(bào)酬，也能提高家禽抵抗力、降低死亡率，顯著提高經(jīng)濟(jì)效益，已成為替代抗生素的不二選擇。但由于大蒜素極其不穩(wěn)定的特點(diǎn)，在某些程度上嚴(yán)重限制了大蒜素的應(yīng)用市場(chǎng)。因此在今后的研究中，可以重點(diǎn)關(guān)注具有調(diào)節(jié)活性且能夠在體內(nèi)穩(wěn)定存在的大蒜素衍生品，助力畜牧業(yè)綠色健康發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1] 范兆卓，鄧小杰，縱瑞，等.姜黃素、大蒜素對(duì)肉雞生產(chǎn)性能和膽固醇代謝的影響[J].安徽科技學(xué)院學(xué)報(bào)，2019，33（6）：1-5.

[2] 胡忠澤，張玉，劉雷，等.大蒜素對(duì)肉雞生產(chǎn)性能和消化酶活性的影響[J].安徽科技學(xué)院學(xué)報(bào)，2011，25（6）：6-9.

[3] 蔡治華，龔爭(zhēng)，程郁昕，等.大蒜素對(duì)AA肉雞免疫器官生長(zhǎng)發(fā)育的影響[J].安徽科技學(xué)院學(xué)報(bào)，2018，32（4）：20-24.

[4] 柴惠，馬建龍，江婷婷，等.蒜氨酸與大蒜素抑制腫瘤壞死因子α誘導(dǎo)的炎癥反應(yīng)對(duì)比[J].中國(guó)動(dòng)脈硬化雜志，2012，20（1）：16-20.