大蒜中大蒜素及其他活性成分的生物學功能及健康效應

代安華

(重慶輕工職業學院,重慶 401329)

大蒜和其他植物一樣，由不同的化學成分組成，為了保護自己免受昆蟲和真菌的侵害，會產生蒜素。因此，大蒜素是天然殺蟲劑。自古以來，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，人們研究了大蒜及大蒜素或其他轉化產品的醫療效果，包括降低心血管疾病和癌癥的危險因素，刺激免疫功能，增強外來化合物解毒，降低膽固醇，抵抗各種應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。目前還沒有關于大蒜攝入量的標準。Amagase等（2001）發現，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～有機硫化合物對癌細胞增殖有抑制作用，對不同組織來源的腫瘤細胞有誘導凋亡作用，其中大蒜素是一種從大蒜中提取的最廣為人知的有機硫化合物。本綜述旨在介紹大蒜素和其他有機硫化合物的化學性質及其在加工和儲存過程中的穩定性和功能。

1 大蒜素的化學性質及穩定性

大蒜素是大蒜中最具生物活性的化合物，1944年由Cavallito和Bailey發現，然后確定了其抗菌活性，約占機械破碎后大蒜中硫代亞硝酸鹽總量的70%，是一種易揮發、不穩定的液體。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、時間和溫度對大蒜粉和蒜瓣釋放硫代磺酸鹽產量的影響，包括大蒜素在內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在以下沒有硫代亞磺酸鹽形成。中和pH（之前為3或以下）未能恢復硫代硫酸鹽的生成，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對大蒜素風味化合物形成的影響，發現兩個異構的環狀化合物，3-乙烯基-1，2-二硫和2-乙烯基-1，3-二硫在pH為6.5時達到最高水平，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時形成，溫度（2～37℃）對硫代亞硝酸鹽生成速率的影響可以忽略不計。大蒜中大蒜素的最大生成速率為35℃，乙酸（5～30%）對大蒜有阻滯作用。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，反應速率降低，同時pH增加（4.0～6.0），導致大蒜素分解速率增加。

生蒜切好放在舌頭或嘴唇上會引起灼燒和刺痛感。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神經元亞群，通過激活辣椒素敏感的血管周圍感覺神經末梢而引起血管舒張（Bautista等，2005）。大蒜在60℃干燥對大蒜素無影響，因為大蒜素、烯丙基甲基硫代亞磺酸鹽和二甲基硫代亞磺酸鹽的產率僅下降4%。但對每一種1-丙烯基硫代磺酸鹽進行分析，其產率損失約為75%，這表明干燥過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 據報道，大蒜素具有抗菌活性，Nakagawa等（1980）報告了生長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。對好氧菌和厭氧菌的影響同樣顯著，在飼喂煮過的大蒜提取物后沒有觀察到上述變化，但刺激了某些腸道細菌的生長，如鏈球菌和大腸菌。Shashikanth等（2015）指出，大蒜素在通過腸道時含量逐漸減少，可能與腸道內還原物、大蒜素的天然不穩定性、食物材料的拮抗作用和腸道吸收作用有關。一般來說，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，其次是凍干粉，干燥溫度和干燥時間對大蒜抑制微生物生長的活性成分均有重要影響。Cellini等（2016）測試了16個臨床分離的幽門螺旋桿菌發現，抑制細菌生長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產生大量尿素酶在胃酸環境中生存和生長，這種酶可以水解胃液中的尿素，因為這個反應產生的氨形成一個局部的堿性微環境，從而保護細菌不受酸性條件的侵害。

2.2 抗氧化活性 有報道稱，大豆油在油-水混合烹飪大蒜時增加了大蒜風味的穩定性，大蒜風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，是一種有效的抗氧化劑。Miron等（2000）研究發現，大蒜素對NO的形成具有抑制作用，動脈粥樣硬化病變的炎癥環境導致了誘導性一氧化氮合酶的表達，進而導致過氧亞硝酸鹽的形成，過氧亞硝酸鹽是一種強氧化劑，是在合成大量NO的同時產生超氧化物而形成的。但只有當一氧化氮濃度足夠高，與內源性超氧化物歧化酶競爭時才會形成過氧亞硝酸鹽。大蒜素可防止這些改變，從而起到保護肝臟的作用。

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節作用。Lang等（2004）報道，大蒜或大蒜成分的免疫調節作用表現為調節炎癥介質細胞因子的產生。核因子-kb（NF-KB）是一種中央轉錄因子，在控制免疫應答的基因表達中起中心作用。NF-KB與炎癥和癌癥相關的關鍵分子激活和調節密切相關，可以增加一些細胞因子的基因表達。大蒜制品對NF-KB的抑制作用是通過調節促炎和抗炎細胞因子來間接控制的。大蒜素抑制自發和TNF-α誘導腸道上皮細胞分泌的促炎細胞因子和趨化因子。

2.4 大蒜素對蛋白質和脂肪代謝的影響Shashikanth等（2016）發現，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血清總蛋白和球蛋白無顯著影響，長期飼喂（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5 min后，只能檢測到微量的大蒜素。大蒜素對血細胞計數的反應比對血漿成分的反應更強烈。將大蒜素在血細胞中孵育3 min后未檢測到大蒜素，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，紅細胞的顏色迅速變為深色，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，在大蒜素和血液的混合物中發現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，說明二烯丙基二硫醚在血液中表現出穩定性。

Egen-Schwind等（2012）在肝細胞中也觀察到類似的結果，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內被檢測到，而在肝臟中只發現了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，并有在脂肪組織中積累的趨勢。大蒜素在靜脈注射后迅速從血液循環中消失，表明其轉變為次生產物。大蒜素的多種生物效應歸因于其sh修飾和抗氧化活性，因為大蒜素可輕易滲透磷脂雙層膜，在細胞內發揮活性，并與sh基團相互作用，大蒜素不引起膜的滲漏、融合或聚集，它通過細胞膜的高通透性可大大增強細胞內與硫醇的相互作用（彭玥等，2017）。

4 大蒜素的安全性

大蒜的功效可能是預防而不是治療，可能需要長期補充，但長期服用補充劑會引起毒性問題。盡管大蒜作為一種受歡迎的調味品或調味料在烹飪中被安全使用，并在傳統上用于醫療目的，但眾所周知，過量食用大蒜會導致問題。最近，Mader（2010）綜述了大蒜制劑對人的安全性，大蒜會在呼吸和皮膚上產生氣味，偶爾還會產生過敏反應。與大蒜相關的其他不良反應有胃病、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，此外當大蒜在水中提取一定時間后，其毒性大大降低。大量對陳年大蒜的毒理學和臨床研究表明其沒有不良反應。

5 結論

二烯丙基二硫鍵和二烯丙基三硫鍵在大蒜蒸餾物風味中具有重要性，大蒜素是最具生物活性的大蒜化合物，以其強大的抗菌活性而聞名。但還需進一步研究確定大蒜的功能成分，并探索其在人體和動物模型中的作用機制。此外，需要進一步開發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期的毒理學安全性研究。