大蒜的化學成分及生物活性影響因素研究進展

史守紀，章海風

(1.無錫商業(yè)職業(yè)技術(shù)學院，江蘇 無錫 214153；2.揚州大學 旅游烹飪學院，江蘇 揚州 225127)

大蒜為百合科蔥屬植物蒜的鱗莖，營養(yǎng)豐富，化學成分復(fù)雜，富含糖類、蛋白質(zhì)、氨基酸等多種生物活性成分，具有開胃健脾、驅(qū)寒除濕、抗菌、提高機體免疫力等功效，不僅是人們喜歡的食品和調(diào)味品，也是常見的天然保健品。大蒜的化學成分和生物活性受多種因素的影響，本文在介紹大蒜的主要化學成分和生物活性的基礎(chǔ)上，重點介紹了遺傳因素、生長環(huán)境、貯藏條件和加工方式對大蒜化學成分和生物活性的影響。

1 大蒜的化學成分

水是新鮮大蒜中最主要的成分，每100 g新鮮大蒜中水含量約為70 g，其次為糖類、蛋白質(zhì)、脂肪、纖維素和揮發(fā)油等。另外，大蒜中還含有多種人體必需的微量元素和維生素[1]。

1.1 糖類

除水之外，糖類是大蒜中最主要的物質(zhì)，包括單糖、低聚糖和多聚糖。大蒜中單糖主要為葡萄糖、半乳糖和果糖等，含量較少。大蒜中的低聚糖主要是由蔗糖和果糖結(jié)合而成，此外，還存在一部分棉子糖等。低聚糖不被人體消化吸收，熱量低，具有顯著的抑菌效果。多聚糖是大蒜糖類中的主要成分，包括半乳聚糖、雜果聚糖和果聚糖等，其中果聚糖占據(jù)大蒜干重的75%以上，是脫水大蒜的主要成分。

1.2 蛋白質(zhì)和肽類

大蒜蛋白含有人體所需的絕大多數(shù)氨基酸，具有很高的營養(yǎng)價值。大蒜體內(nèi)的肽類主要為γ-L-谷氨酰和氨基酸形成的肽類，目前大蒜中已經(jīng)報道的肽類有11種。在大蒜有絲分裂的不同時期，體內(nèi)的蛋白質(zhì)在各個時期呈現(xiàn)出周期的變化[2]。

1.3 脂類化合物

新鮮大蒜的脂類化合物主要有3種，其中中性脂質(zhì)占比為36.4%～43.5%，磷脂類占比為36.2%～39.3%，糖脂類占比為20.3%～24.3%。在中性脂質(zhì)中，最主要的成分為甘油三酯，占比為80.5%～83.5%，磷脂的主要成分是卵磷脂，占比為85%，糖脂的主要成分則為甾醇葡萄糖[3]。

1.4 酶類

大蒜體內(nèi)含有多種酶，其中最為重要的酶是蒜氨酸酶，蒜氨酸酶能夠?qū)⑺獍彼徂D(zhuǎn)化為大蒜素，主要存在于大蒜的細胞壁中。除此之外，大蒜體內(nèi)的酶還包括過氧化氫酶、超氧化物歧化酶和胰蛋白酶等。

1.5 微量元素和維生素

大蒜含有豐富的礦物元素，其中含量最高的基礎(chǔ)元素是磷，大蒜還含有人體內(nèi)生理活性極高的鍺和硒，是日常食物中有機鍺和硒含量最豐富的食品，而對人體有害的鉛和砷等含量極低。另外，大蒜中含有豐富的維生素B和維生素C[4]。

2 大蒜的生物活性

2.1 抗氧化活性

人體代謝時產(chǎn)生的自由基能夠引發(fā)體內(nèi)蛋白質(zhì)、脂質(zhì)等的氧化性損傷。研究表明，大蒜體內(nèi)提取的蒜氨酸能夠清除自由基的活性，抑制氧化作用，比人參具有更好的抗氧化活性。大蒜含硫化合物不僅對紅細胞具有抗氧化作用，還可以在人體組織器官中發(fā)揮抗氧化作用[5]。

2.2 抗菌活性

大蒜具有廣泛的抗菌功效，能夠抑制多種植物病原菌和食物雜菌。其中含硫化合物能夠抑制革蘭氏菌；大蒜素能夠抑制大腸桿菌、葡萄球菌、真菌和霉菌等；此外，大蒜提取液還能抑制部分病原生物，殺滅病毒[6]。

2.3 提高免疫力

大蒜的活性成分能夠提高機體免疫力。大蒜的含硫化合物可以調(diào)節(jié)T淋巴細胞，大蒜素可提高T淋巴細胞的免疫功能，從而抑制腫瘤的生長。此外，大蒜多糖可以促進機體免疫功能，大蒜素能提高粒細胞和NK細胞的活性，增強機體免疫力[7]。

2.4 預(yù)防和治療癌癥

大蒜的抗癌作用主要表現(xiàn)在以下幾個方面：大蒜能夠直接殺傷腫瘤細胞，抑制幼粒白血病細胞的生長；大蒜能夠阻斷亞硝胺等致癌物質(zhì)的合成，減少患胃癌的風險；大蒜可以調(diào)動機體內(nèi)的抗癌因素，抑制體內(nèi)腫瘤細胞過度生長繁殖，從而達到抗癌的效果；大蒜具有抗突變作用，能夠阻斷基因的致癌作用，促進抑癌基因表達，誘導癌細胞向正常細胞分化，從而抑制癌癥的發(fā)生[8]。

3 大蒜化學成分和生物活性影響因素

3.1 遺傳因素

遺傳是影響大蒜化學成分和生物活性的重要因素之一。因此，需要根據(jù)當?shù)貧夂颦h(huán)境和市場需求，選擇適合的大蒜品種。Hirata等人研究了世界各地103種大蒜的半胱氨酸亞砜和酚類物質(zhì)的含量，發(fā)現(xiàn)各個品種的大蒜化學成分差異巨大，這種差異源于大蒜對不同環(huán)境的適應(yīng)性[9]。孫亞麗研究了大蒜種質(zhì)資源遺傳的多樣性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，不同品種的大蒜，其大蒜素含量有明顯差異，昭蘇六瓣紅的大蒜素含量最高，而新鄉(xiāng)白皮蒜的大蒜素含量最低；相比普通大蒜，野生蒜的大蒜素、維生素C含量高于普通大蒜，游離氨基酸低于普通大蒜，農(nóng)藝性狀指標相比普通大蒜更弱[10]。Chen等人測定了43個大蒜品種的酚類化合物參數(shù)和抗氧化參數(shù)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，“74-x”大蒜的總酚和總黃酮含量最高，抗氧化能力最強，“蓋朗”大蒜的酚類含量和抗氧化能力最低，另外，在氧化應(yīng)激實驗中，“74-x”對細胞和活性氧的保護能力最佳[11]。高京草利用色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)分析了不同品種大蒜的揮發(fā)性物質(zhì)種類和含量，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，不同品種大蒜的硫化物種類和含量均具有明顯差異，因而大蒜的品質(zhì)、風味也各有不同[12]。Chen等人研究了4種大蒜的可溶性糖、淀粉和蛋白質(zhì)含量，并研究了其抗氧化、抗腫瘤活性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，“二水棗”和“紅旗星”大蒜含有高濃度的羥甲基糠醛和硫化物，抗腫瘤、抗氧化和抗菌作用高于另外2種大蒜，其抗菌活性可能是由于細胞結(jié)構(gòu)被破壞，導致細胞死亡[13]。

3.2 生長條件

同一品種的大蒜，在不同的產(chǎn)地、不同的培育方式或不同的施肥情況下，其成品的化學成分、生物活性以及成品品質(zhì)也各有不同。Beato等人研究了10種大蒜在4個不同地區(qū)的化學成分差異，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，大蒜的酚類和阿魏酸含量不受產(chǎn)地差異的影響，而咖啡酸、對香豆酸、對羥基苯甲酸和香草酸的含量明顯受到產(chǎn)地不同的影響[14]。Montano等人研究了不同產(chǎn)地的大蒜體內(nèi)有機硫化合物的差異，雖然遺傳因素和產(chǎn)地都會影響有機硫化合物的含量，但遺傳因素主要影響γ-谷?；牡暮浚獍彼岷彤愃獍彼岬暮恐饕墚a(chǎn)地影響[15]。Csiszar等人發(fā)現(xiàn)，在大蒜的生長期內(nèi)，輕微缺水能夠影響過氧化氫酶、谷胱甘肽還原酶、過氧化物歧化酶等的含量，進而改變大蒜的抗氧化活性[16]。朱惠敏研究了水培大蒜在不同pH值時的生長情況和SOD活性變化，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，pH為6時，水培大蒜的長勢最好，在pH為4.5～5.5時，大蒜的SOD活性較為穩(wěn)定，繼續(xù)生長的過程中，SOD活性持續(xù)上升[17]。Ghasemi等人研究了腐殖酸和硒對大蒜抗氧化活性及酚類、大蒜素含量的影響。結(jié)果表明，施肥對大蒜的總體抗氧化活性具有積極影響，低濃度的硒和適量的腐殖酸可以產(chǎn)生高的氧化活性，高濃度的硒和不含腐殖酸的硒也可以產(chǎn)生相對較高的抗氧化活性。腐殖酸對大蒜的多數(shù)性能具有正向的影響，而硒處理則表現(xiàn)為負效應(yīng)或無效應(yīng)，如果以生產(chǎn)富硒大蒜為目的，需要降低大蒜的一些營養(yǎng)價值[18]。

3.3 貯藏環(huán)境

采收后的大蒜具有較高的活性，仍然進行著一系列的生命活性，雖然大蒜具有自然休眠的特性，休眠期內(nèi)可降低生理活動，但鮮大蒜的休眠期較短，長時間的貯藏易造成大蒜腐爛變質(zhì)。李瑜將新鮮大蒜去皮后，置于溫度為25 ℃、相對濕度為65%的條件下貯藏，研究不同貯藏時間下大蒜主要化學成分的變化，初始階段，大蒜總糖含量隨著貯藏時間的延長而增加，7 d之后，總糖含量迅速減少，蛋白質(zhì)和脂類含量從貯藏初期開始就持續(xù)減少，而游離氨基酸含量隨著貯藏時間的增加而持續(xù)增加[19]。Meng Li等人研究發(fā)現(xiàn)，新鮮大蒜在(20±2) ℃的條件下貯藏8周后，抗氧化性能力達到最大，而有機硫和多酚含量在6～8周時最大，繼續(xù)增加貯藏時間后，其含量快速減小[20]。貯藏溫度是影響大蒜品質(zhì)的重要因素，低溫條件下能促進1-SST基因的表達，進而影響果聚糖代謝及糖類的含量[21]。Verissimo等人發(fā)現(xiàn)，隨著貯藏溫度的升高，大蒜的抗氧化能力增大[22]。pH值能夠直接反映大蒜的酸堿度，影響大蒜的化學成分，進而影響其生物活性。pH值能夠影響大蒜揮發(fā)性物質(zhì)的組成，特別是硫代亞磺酸酯的形成，另外，研究還發(fā)現(xiàn)，酸性環(huán)境下的抗氧化活性更低。蒜素是大蒜體內(nèi)一種極度不穩(wěn)定的物質(zhì)，其形成也受pH值的影響，Kopec等人發(fā)現(xiàn)，在pH值為4～4.8的范圍內(nèi)，蒜素能夠維持相對穩(wěn)定，較低的pH值時，蒜氨酸酶的活性降低，蒜素分解[23]。輻照是延長大蒜壽命的常用方式。Pellegrini等人發(fā)現(xiàn)，光照可以抑制大蒜的有絲分裂和發(fā)芽，增加大蒜的保質(zhì)期[24]。許建等人以白皮蒜和紫皮蒜為試材，研究輻照劑量對大蒜發(fā)芽率和抗氧化性等的影響。結(jié)果表明，20 Gy的劑量可完全抑制大蒜的萌發(fā)，輻照后大蒜的過氧化氫酶、脂酶、超氧化物歧化酶和過氧化物酶的活性均有提高，輻照劑量越高，酶的活性越高[25]。

3.4 加工方式

為了提升大蒜的功效和生物活性，或者抑制某些當前對人體不利的成分，需要對大蒜進行加工處理。唐仕榮等人利用恒溫恒濕條件發(fā)酵，研究大蒜在發(fā)酵過程中化學成分與抗氧化活性的變化。結(jié)果表明，多糖、蛋白質(zhì)、多酚和氨基酸等含量隨發(fā)酵時間的增加先上升再緩慢下降，均高于新鮮大蒜的含量，說明大蒜發(fā)酵后的營養(yǎng)價值和抗氧化活性均有所提高；此外，大蒜經(jīng)過發(fā)酵處理以后，大蒜素的含量明顯降低，刺激性氣味和辛辣味消失，口感更佳[26]。Locatelli等人研究發(fā)現(xiàn)，熱加工能夠降解蒜氨酸中不穩(wěn)定的亞砜物質(zhì)，破壞大蒜的營養(yǎng)成分和生物活性，為了更好地保留大蒜的生物活性，可以選用生吃或短時間烹飪[27,28]。黑蒜是一種常見的大蒜加工食品，黑蒜成品中幾乎無大蒜素存在，另外，在黑蒜的加工過程中，谷氨酰半胱氨酸發(fā)生氧化作用，辛辣刺激的含硫化合物因裂解或揮發(fā)效應(yīng)而減小甚至消失，形成噻吩、呋喃等物質(zhì)，增加了大蒜的香甜味[29]。Young等人對比黑蒜和普通大蒜的抗氧化活性發(fā)現(xiàn)，黑蒜的總抗氧化能力值為59.2 μmol/g，普通大蒜的抗氧化能力值僅為13.3 μmol/g，黑蒜處理后，小鼠體內(nèi)的肝硫代巴比妥酸反應(yīng)物水平明顯降低，而過氧化氫酶的活性顯著增加，說明黑蒜具有更好的抗氧化活性[30]。馬利華等人利用不同溫度、不同添加劑浸泡方法處理大蒜，研究其對大蒜化學成分和體外抗氧化性能的影響。結(jié)果表明，隨著溫度的升高，大蒜中的多糖、大蒜素、維生素C等含量及抗氧化能力均出現(xiàn)下降；檸檬酸處理有利于保持大蒜的品質(zhì)和抗氧化能力[31]。

4 結(jié)論

大蒜營養(yǎng)豐富，化學成分復(fù)雜，不僅能夠作為調(diào)味品，還含有多種人體必需的氨基酸、微量元素和維生素等，大蒜有抗氧化、抗菌、提高機體免疫力、預(yù)防和治療癌細胞的作用，具有多種藥用功效。大蒜的化學成分和生物活性受遺傳因素、生長環(huán)境、貯藏條件和加工方式的影響，為了提高大蒜的生物活性，需要選擇合適的品種、生長環(huán)境、貯藏條件和加工方式，使大蒜發(fā)揮最佳功效。