姜蔥蒜中生物活性物質(zhì)及加工產(chǎn)品研究進(jìn)展

李 露，周評(píng)平，董 玲，郭云建，趙 馳，羅 靜，楊 永，李艷琳，李 娟，朱永清，李治華

(1.成都市郫都區(qū)農(nóng)業(yè)農(nóng)村和林業(yè)局，成都 郫都 611730；2. 四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院,四川 成都 610066；3.四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所，四川 成都 610066)

姜蔥蒜是傳統(tǒng)食藥兩用植物，具有特殊辛辣香味以及殺菌、消炎和抗癌等食藥保健特殊功效，深受全球人民喜歡。目前，中國(guó)是世界上生姜栽培面積最大且生產(chǎn)總量最多的國(guó)家，且地方品種資源豐富多樣[1]，也是大蒜的最大生產(chǎn)國(guó)和最大出口國(guó)，主要的大蒜產(chǎn)區(qū)已經(jīng)接近70個(gè)，2020年全國(guó)大蒜種植面積增加了33%[2]。中國(guó)蔥種類多(大蔥、香蔥、胡蔥等)，種植面積廣，是重要的調(diào)味蔬菜和經(jīng)濟(jì)作物之一。截至2017年，僅大蔥年均種植面積就高達(dá)達(dá)50萬(wàn)hm2，并且呈逐年遞增趨勢(shì)，每年出口份額占世界的70%[3]。新的分離技術(shù)和研究方法的發(fā)展，促進(jìn)了生物活性成分和生物學(xué)功能的認(rèn)識(shí)和挖掘，近年來(lái)，姜蔥蒜中越來(lái)越多功能性物質(zhì)被發(fā)現(xiàn)，本文對(duì)生姜、大蒜和蔥的功能活性成分、精深加工產(chǎn)品作了系統(tǒng)總結(jié)，為姜蔥蒜提質(zhì)增效，延伸產(chǎn)業(yè)鏈提供科學(xué)依據(jù)。

1 生姜生物活性物質(zhì)及其功能

生姜生物活性物質(zhì)組成與生姜品種、干濕度和種植環(huán)境相關(guān)，主要包含姜辣素類、姜黃素類、揮發(fā)油和多糖等多種生物活性成分。

姜辣素類是一種含有3-甲氧基-4-羥基苯基官能團(tuán)的辣味物質(zhì)的總稱[4]，它們是生姜辣味物質(zhì)的主要來(lái)源，也是生姜中的主要功能性物質(zhì)，主要包括姜酚類、姜烯酚類、姜酮等。姜酚類包括6-姜酚(6-gingerol)、8-姜酚(8-gingerol)和10-姜酚(10-gingerol)等，姜烯酚類包括6-姜烯酚、8-姜烯酚、10-姜烯酚，姜烯酚類比姜酚類更辛辣，生物活性也更高。姜辣素具有抗氧化、改善心血管和胃腸道、抑制血小板聚集、增強(qiáng)免疫等功能，抑制體內(nèi)細(xì)菌活性。

姜黃素類是生姜的重要呈色物質(zhì)，同時(shí)也具有顯著的生物活性，主要包括四氫姜黃素、姜黃素、去甲氧基姜黃素和雙去甲氧基姜黃素，其中四氫姜黃素的生物活性比姜黃素的生物活性更高。姜黃素可以緩解炎癥反應(yīng)、抑制氧化應(yīng)激和細(xì)胞凋亡、緩解非酒精性脂肪肝細(xì)胞脂肪變性[13]，抑制直腸癌、食管癌和肝癌細(xì)胞的生長(zhǎng)[4]。

生姜揮發(fā)油賦予生姜特殊的氣味和口感，包括倍半萜類和單帖類，其中倍半萜類包括姜烯(36%)、姜黃素(18%)、和法尼烯(10%)，單帖類包括桉葉素(1.3%)、芳樟醇(1.3%)、冰片(2.2%)、香葉醛(1.4%)和檸檬醛(0.8%)[4]。姜精油有助于消散淤血、治療創(chuàng)傷，能明顯改善血瘀老鼠的血液流變性，有效改善血液高凝狀態(tài)。

生姜多糖結(jié)構(gòu)與原料和提取工藝相關(guān)[5]。Wang等從生姜中分離出2種多糖GP1和GP2，分子量分別為6128 Da和12619 Da，GP1由甘露糖(4.96%)、葡萄糖(92.24%)和半乳糖(2.80%)組成，GP2由阿拉伯糖(4.78%)、甘露糖(16.70%)、葡萄糖(61.77%)和半乳糖(16.75%)組成。GP1有三螺旋結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)緊密相連，GP2具有硫酸基團(tuán)，抗氧化活性強(qiáng)，結(jié)構(gòu)松散；Liao等通過(guò)不同方法從生姜種提取出5種多糖，分子量從11.81到1831.75kDa，甘露糖和葡萄糖是主要單糖，對(duì)人肺腺癌細(xì)胞H1975、人結(jié)腸癌細(xì)胞HCT116和人乳腺癌細(xì)胞MCF-7具有明顯抑制作用。Yang等從生姜中分離得到一種分子量為6305 Da的多糖，由葡萄糖(93.88%)、半乳糖(3.27%)和阿拉伯糖(1.67%)組成，能顯著增強(qiáng)巨噬細(xì)胞的增殖而無(wú)細(xì)胞毒性，增加免疫物質(zhì)的產(chǎn)生。

2 蔥生物活性物質(zhì)及其功能

蔥中主要含有甾體皂苷類、黃酮類、多糖類和揮發(fā)油等成分，這些成分具有抗氧化、抑菌、抗癌、保護(hù)肝臟、降糖、抗炎和保護(hù)胃等作用。

蔥屬植物(AlliumporrumL.)中甾體皂苷類有芹菜素、 薯蕷皂甙元、綠原酸和24-乙基膽甾-(6-酰基)-3-O-β-d-葡萄糖苷、12-酮基卟啉和2, 3-開環(huán)-卟啉，12-酮基卟啉和2, 3-開環(huán)-卟啉在體外對(duì)小鼠白血病細(xì)胞P388、小鼠纖維肉瘤細(xì)胞WEHI164、人類黑色素瘤細(xì)胞IGR-1和小鼠單核巨噬細(xì)胞J774有抗增殖作用[6]。

蔥中黃酮種類豐富，F(xiàn)u等[7]從蔥白中分離得到兒茶素、表兒茶素、紫云英苷和3-O-β-D(2-O-β-D-吡喃葡萄糖基)吡喃葡萄糖苷山奈酚等4種黃酮；趙春艷從沙蔥中提取鑒定了8種黃酮類化合物：山奈素-4′-O-3，7-O-O-二葡萄糖苷、槲皮素-7-O-3-O-蕓香糖苷、山奈素-4′-O-7-O-葡萄糖-3-O-二葡萄糖苷、7-O-5, 4′-二甲氧基-3′-羥基黃酮醇、3′, 4′-環(huán)氧基-7-O-5-甲氧基黃酮醇、槲皮素-7-O-3-O-二葡萄糖苷、槲皮素-7-O-3-O-葡萄糖苷、山奈素-7-O-3-O-葡萄糖苷，動(dòng)物實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明沙蔥黃酮可提高小鼠抗氧化能力和免疫能力[8]。胡興鵬[9]從山蔥中分離到8種黃酮，全部具有體外抗氧化能力。

蔥多糖具有提高機(jī)體免疫作用。Ognyanov等[10]從蔥白中分離得到的多糖組分主要由半乳糖和半乳糖醛酸構(gòu)成，含有少量的鼠李糖和阿拉伯糖，分子量范圍為10-100 kDa。大蔥多糖能刺激小鼠巨噬細(xì)胞一氧化氮合酶表達(dá)，提高巨噬細(xì)胞活力[11]。沙蔥多糖是由鼠李糖、葡萄糖、半乳糖構(gòu)成的雜多糖，分子量為5.89×104Da。沙蔥多糖可以增加小鼠脾臟和胸腺指數(shù)，增加機(jī)體抗體細(xì)胞的數(shù)量、對(duì)淋巴細(xì)胞和巨噬細(xì)胞具有免疫刺激作用[8]。

大蔥揮發(fā)油具有抑菌作用，其主要物質(zhì)為含硫化合物，含量較多的是氟胞嘧啶、烯丙基異丙基硫醚、丙烯基甲基硫醚、二甲基三硫化物、二丙基三硫化物、四硫化物、噻吩、噻烷和噻唑類[12]。茖蔥揮發(fā)油中的二甲基二硫、甲基烯丙基三硫、甲基烯丙基硫醚和二烯丙基二硫?qū)ε囵B(yǎng)心肌細(xì)胞的心率和振幅均有明顯的增強(qiáng)作用，并對(duì)Ca2+-ATP酶有明顯的抑制作用，而不含硫化合物無(wú)此功能，表明蔥中含硫化合物具有強(qiáng)心作用[13]。

3 大蒜生物活性物質(zhì)及其功能

大蒜生物活性物質(zhì)主要有蒜氨酸、大蒜素、大蒜烯類、黃酮類和多糖等。

蒜氨酸是一種無(wú)味的非蛋白氨基酸，等電點(diǎn)pI=4.86，分子量為177.22，具有清除自由基與抗氧化活性，對(duì)糖尿病危險(xiǎn)因子的形成有一定抑制作用，有防止癌細(xì)胞繁殖和擴(kuò)散、增強(qiáng)機(jī)體免疫力的作用，有效逆轉(zhuǎn)大鼠高血脂、動(dòng)脈粥樣硬化、脂質(zhì)過(guò)氧化物升高，顯示出良好的降血脂活性[14]。

天然大蒜素是從大蒜中提取的含硫有機(jī)化合物統(tǒng)稱，也常被稱為大蒜油，包括二烯丙基二硫化物、二烯丙基三硫化物、硫醚類化合物以及含硫雜環(huán)類化合物[14]。大蒜素對(duì)動(dòng)物性病原微生物(如葡萄球菌、肺炎雙球菌、腦膜炎等)有抑制和殺滅作用，同時(shí)還通過(guò)提高機(jī)體自身血清溶菌酶活性來(lái)增強(qiáng)機(jī)體抗感染能力。大蒜素也表現(xiàn)出對(duì)超氧陰離子自由基和羥基自由基有的較強(qiáng)清除能力，能阻止體內(nèi)過(guò)氧化反應(yīng)及產(chǎn)生自由基，提高細(xì)胞內(nèi)超氧化物歧化酶(SOD)活力，起到抗老化作用。除此之外，大蒜素對(duì)高血壓、動(dòng)脈粥樣硬化和血栓有很好的治療效果，而且大蒜素注射液聯(lián)合伏立康唑能有效改善肺部真菌感染患者臨床癥狀體征，提高臨床療效。

大蒜烯(又名阿藿烯)是一種丙烯基硫化物，無(wú)大蒜的辛辣味和蒜臭味，其由蒜氨酸在蒜氨酸酶的作用下經(jīng)一系列化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生，具有抗血小板凝集、增強(qiáng)記憶、免疫調(diào)節(jié)和抗腫瘤作用[15]。

黃酮成分在不同品種、產(chǎn)地大蒜中差異較大，主要有槲皮素、山奈酚、芹菜素、楊梅黃酮等。大蒜黃酮具有顯著抗內(nèi)毒素活性，對(duì)內(nèi)毒素攻擊小鼠有保護(hù)作用[14]。

大蒜多糖主要是由果糖、甘露糖、葡萄糖、阿拉伯糖和半乳糖等組成的雜多糖[16]。大蒜多糖對(duì)白細(xì)胞介素、腫瘤壞死因子和干擾素具有調(diào)節(jié)作用，并且對(duì)常見病毒有明顯體外抗性作用[16]。此外，大蒜多糖在一定濃度范圍內(nèi)，表現(xiàn)出良好的抗氧化活性，大蒜多糖的抗氧化能力與多糖的結(jié)構(gòu)和組成相關(guān)，中性大蒜多糖的羥基自由基清除能力和還原能力較好，而酸性多糖的超氧陰離子自由基清除能力和配位能力較好[17]。

4 精深加工產(chǎn)品

我國(guó)姜蔥蒜類蔬菜目前多為蒜苗、蒜薹、鮮姜以及新鮮大蔥等初級(jí)農(nóng)產(chǎn)品，市場(chǎng)上精深加工產(chǎn)品不多。目前生姜和大蒜制品的市場(chǎng)和開發(fā)前景十分廣闊，然蔥類深加工產(chǎn)品以脫水蔥為主，功能活性物質(zhì)研究還比較欠缺，相應(yīng)精深加工產(chǎn)品開發(fā)較少。

生姜含有3%的姜油，制姜油是生姜的重要精深加工方式，我國(guó)已有多家企業(yè)在生產(chǎn)姜油，現(xiàn)有生姜油相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)GB 1886.29-2015《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品添加劑生姜油》和LS/T 3257-2017《中華人民共和國(guó)糧食行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)生姜油》。國(guó)際上，姜油主要用作食品添加劑，用于糖果、飲料和烘焙食品中。生姜提取物用于日用品和化妝品中較多，用于洗發(fā)水，能促進(jìn)頭皮微血管的血液循環(huán)，治療頭皮屑；添加到牙膏中，能發(fā)揮解熱、消炎和止血的功效[18]。生姜蛋白酶，主要用于嫩化肉類、澄清酒類和凝乳，姜辣素用于魚類等去腥抗氧化、腌制肉提亮保鮮[2]。

大蒜深加工產(chǎn)品有脫水大蒜粉或顆粒，大蒜精油，大蒜汁、大蒜浸出物、大蒜素等[49]。從天然大蒜素中分離出的單體二烯丙基三硫醚已加工成大蒜素注射液藥品(國(guó)藥準(zhǔn)字H20046064)，用于細(xì)菌感染和深部真菌疾病的治療[14]。