大蒜中主要功效成分分析研究進展

劉平香 邱 靜 翁 瑞 許彥陽 錢永忠

（1.中國農業科學院農業質量標準與檢測技術研究所，農業農村部農產品質量安全重點實驗室，北京100081； 2.山東省農業科學院農業質量標準與檢測技術研究所，山東省食品質量安全檢測技術重點實驗室，濟南250100）

大蒜 （Allium sativumL.）是百合科蔥屬植物中能夠形成鱗莖的一個種，是一種世界廣泛種植的蔬菜作物。我國是全球最大的大蒜生產國、消費國和出口國[1～2]。根據聯合國糧食及農業組織統計，2018年我國大蒜種植面積和產量分別高達79.3 萬hm2和2233.4 萬t，分別占世界總種植面積和總產量的51.3%和78.8%[1]。大蒜鱗莖中含有多種功效成分，具有抗炎殺菌、防癌抗癌、預防和治療糖尿病、抗氧化等醫療保健功能[3]。最新研究還發現，大蒜消費量與全因死亡率的降低具有一定相關性[4]。因此，大蒜不僅能作為調味品，還具有較高的藥用價值，應用前景廣闊。目前，大蒜除了直接食用外，還被加工為各種深加工產品，深受消費者喜愛。本文對大蒜及其制品中含硫化合物等主要功效成分檢測技術和生產及加工過程中變化趨勢等方面的最新研究進展進行了綜述，以期為大蒜中功效成分的相關研究提供參考。

一、主要功效成分

（一）含硫化合物大蒜中的含硫化合物包括大蒜細胞破碎前的風味前體物質以及細胞破碎后的風味成分等[5]。大蒜中的風味前體物質主要包括γ－谷氨酰基－S－烷 （烯）基半胱氨酸、S－烷 （烯）基－L－半胱氨酸和S－烷 （烯）基－L－半胱氨酸亞砜等3 大類。其中，γ－谷氨酰基－S－烷（烯）基半胱氨酸主要包括γ－L－谷氨酰－S－甲基－L－半胱氨酸 （GSMC）、γ－L－谷氨酰－S－烯丙基－L－半胱氨酸 （GSAC）和γ－L－谷氨酰－S－ （反－1－丙烯 基）－L － 半 胱 氨 酸 （GSPC）等。此 外，NAKAMOTO 等[6]還從老化大蒜提取物中分離鑒定出2 種新的γ－谷氨酰三肽類化合物，分別為γ－谷氨酰基－γ－谷氨酰基－S－烯丙基半胱氨酸（GGSAC）和γ－谷氨酰基－γ－谷氨酰基－S－1－丙烯半胱氨酸 （GGS1PC），該類物質主要是大蒜老化過程中由γ－谷氨酰轉肽酶 （GTP）催化生成。MATSUTOMO 等[7]首次在老化大蒜提取液中鑒定出 γ － 谷 氨 酰－S － 烯 丙 基 巰 基 半 胱 氨 酸（GSAMC）。S－烷 （烯）基－L－半胱氨酸類物質主要包括S－甲基－L－半胱氨酸 （SMC）、S－烯丙基－L－半胱氨酸（SAC）和S－（反－1－丙烯基）－L－半胱氨酸 （SPC）； 老化大蒜提取液中還存在cis－SPC，主 要 由trans－SPC 異 構 化 得 到[7]。S－烷（烯）基－L－半胱氨酸亞砜主要包括甲基蒜氨酸（Methiin）、蒜氨酸 （Alliin）、異蒜氨酸 （Isoalliin）和環蒜氨酸（Cycloalliin）等。

大蒜細胞破碎后，細胞質中的Methiin、Alliin和Isoalliin 會與液泡中的蒜氨酸酶接觸，發生酶促反應，生成大蒜素 （Allicin）等硫代亞磺酸酯類化合物。Allicin 能夠與細菌生長所必需的半胱氨酸的巰基相結合，從而破壞細菌正常的蛋白質代謝過程，具有較強的抗菌、抗病毒以及消炎作用。因此，大蒜被譽為 “天然廣譜抗生素”[8]。最新研究表明，Allicin 在體外可抑制DNA 回旋酶的活性，該酶是臨床中抗生素作用的重要靶點，有被開發成為DNA 回旋酶抑制劑的潛力[9]。硫代亞磺酸酯類物質不穩定，易進一步發生分解、聚合等反應，生成二烯丙基一硫化物 （DAS）、二烯丙基二硫化物（DADS）和二烯丙基三硫化物 （DATS）等烯丙基硫醚以及阿霍烯（Ajoene）等化合物，形成大蒜獨特的辛辣氣味。BLOCK 等[10]還從大蒜浸漬物中分離鑒定出一種新的3，4－二甲基硫雜環戊烷類化合物，為5－（2－烯丙基亞磺酰基）－3，4－二甲基硫雜環戊烷－2－醇的立體異構體，并命名為Ajothiolanes （C9H16O2S2）。大蒜被人體食用后，含硫化合物會被分解代謝為烯丙基甲基硫 （AMS）、烯丙基甲基亞砜 （AMSO）和烯丙基甲基砜 （AMSO2）等代謝物，并出現在人的乳汁和尿液中[11～12]。

（二）多酚類化合物大蒜的抗氧化活性與酚酸、黃酮、黃酮醇以及黃烷酮等多種酚類化合物密切相關，包括沒食子酸、綠原酸、阿魏酸、對香豆酸、槲皮素、柚皮素等[13～14]。除常見酚類化合物外，胡斌等[15]從大蒜地上部分的正丁醇萃取物中鑒定出一個新的酚苷類化合物，即2－甲氧基－苯酚－1－O－α－L－吡喃阿拉伯糖基－（1→6）－β－D－吡喃葡萄糖苷，并命名為大蒜新苷J。

（三）多糖類化合物大蒜多糖是大蒜藥效的物質基礎之一，含量在70%以上，相對分子質量9～10 k Da，屬于小分子雜多糖，具有護肝、調節免疫、抗氧化、抗凝血、保護心肌、抗病毒、降血脂、調節腸道菌群平衡等生理活性[16]。硫酸化、磷酸化、羧甲基化等化學修飾可以改變大蒜多糖的抗氧化等生物活性，從而擴大大蒜多糖在食品領域的應用。其中，GAO 等[17]比較了羧甲基化大蒜多糖與Allicin 清除自由基的能力，發現其濃度低于1.0 mg/mL 時，清 除 能 力 低 于Allicin，當 高 于1.0 mg/mL 時清除能力顯著提高； CHEN 等[18]以大蒜多糖和三氯化鐵為原料合成的多糖鐵復合物在高濃度下抑制脂質過氧化的作用顯著提高。

二、檢測技術

（一）對含硫化合物的檢測對大蒜中風味前體物質傳統的檢測方法主要為高效液相色譜－串聯紫外光譜 （HPLC－UV）法，該方法操作簡單，儀器設備成本相對較低，但Alliin 等風味前體物質極性較大，很難達到所需的分離效果，基質效應較大，且該類化合物紫外吸收能力相對較弱。液相色譜串聯質譜 （LC－MS/MS）的多重反應監測模式能極大地避免基質對目標物的干擾，且不需進行衍生化等繁瑣的前處理過程。基于LC－MS/MS 平臺，ZHU 等[19]建立了同時測定大蒜中Alliin、SAC、GSAC 和Allicin 的方法； KIM 等[20]建立了同時檢測大蒜發酵液中GSMC、GSAC、GSPC、γ－谷氨酰基－苯丙氨酸 （γ GPA）、SMC、SAC、SPC、Alliin、Isoalliin、Methiin 和Cycloalliin 的定量方法。大蒜中的谷氨酸、半胱氨酸等游離氨基酸是風味前體物質合成的基礎，LIU 等[21]建立了同時檢測大蒜中7 種風味前體物質 （GSMC、GSAC、SMC、SAC、SPC、Alliin 和Methiin）和21 種游離氨基酸的UHPLC－MS/MS 方法，前處理方法簡單、綠色環保、準確可靠，為大蒜中功效成分的相關代謝研究奠定了基礎。但目前缺乏SPC、GSMC、GSPC、Isoalliin、Methiin 和Cycloalliin 等風味前體物質商業化的標準品，使檢測方法的推廣和普及受到一定限制。此外，大蒜鱗芽包含保護葉、儲藏葉、內芽等多個組織區域，不同區域中代謝物可能存在一定差異，在研究中可能需要對代謝物的位置、含量等進行精準的定位及定量。目前，LUCAS－TORRE 等[22]建立了基于高分辨率魔角旋轉核磁共振的代謝組學技術，可實現μg 級大蒜樣品的代謝組學分析，從而實現對大蒜鱗芽皮、儲藏葉、內表皮和內芽共4 個不同區域的研究分析。MISIOREK 等[23]將發芽大蒜橫斷面上的化合物通過印跡轉移到納米金增強靶上，然后對印跡進行質譜成像研究，通過Alliin 等小分子代謝物可視化等新方法可對發芽蒜瓣內代謝物的空間分布進行研究。

大蒜細胞破碎后酶解產生的風味物質穩定性較差，如Allicin、DADS 等，不耐高溫，采用氣相色譜（GC）法檢測時會發生降解，因此，GC 及其質譜串聯技術不適用于該類物質的檢測[24～25]。目前HPLC 技術及其質譜串聯技術應用較為廣泛。WANG 等[26]建立了大蒜中Allicin 的超高效液相色譜（UPLC）方法，即采用預冷水提取，C18柱等度洗脫3 min，較為快捷、簡便。RAMIREZ 等[27]建立了熟蒜及血漿、消化液等生物樣品基質中Allicin、Ajoene、2－乙烯基－4H－1，2－二噻烯 （2－VD）、DAS 和DADS 的HPLC－UV 檢測方法，采用分散液液微萃取作為前處理方法，乙腈作為分散劑，600 μL 氯仿作為提取溶劑。該方法可靠、精確，適用于多種基質中風味成分的檢測。此外，采用傅立葉變換拉曼光譜技術可對大蒜中DADS 等多種含硫化合物進行簡單、快速的無損檢測[28]。

（二）對多酚類化合物的檢測對多酚類化合物的檢測主要采用液相色譜 （LC）及其串聯質譜技術，YANG 等[29]采用LC－ESI－QTOF/MS 對大蒜中的酚類化合物進行了分析，共定性得到28 種酚類化合物，包括花青素、黃酮、黃酮醇等，其中，槲皮素含量高達1016.33±7.83 μg/g，顯著高于洋蔥、生姜等其他辛辣類蔬菜。此外，超臨界流體技術對極性較小的化合物具有良好的提取效果，且具有萃取效率高、綠色環保等優點。LIU 等[14]采用超臨界流體萃取技術結合超臨界流體色譜串聯質譜技術 （SFE－SFC－MS/MS）對大蒜中的11 種酚類化合物進行了定量分析，發現阿魏酸在蒼山、金鄉、邳州和大理的大蒜中均有檢出。

（三）對多糖類化合物的檢測對大蒜中多糖類化合物的分析一般需要經過提取、分離純化及檢測等步驟。提取方法主要包括水提取法、酶提取法、酸堿提取、超聲提取、微波提取等； 分離純化中脫蛋白是一個很重要的步驟，常用的方法有Sevag 法、三氟三氯乙烷法和三氯乙酸法等； 分離純化后獲得的大蒜多糖可用HPLC、3，5－二硝基水楊酸法、蒽酮－硫酸法和苯酚－硫酸法等測定其分子量[30]。此外，采用基質輔助激光解析電離飛行時間質譜（MALDI－TOF－MS）法[31]、凝膠滲透色譜法（GPC）[32]也可對大蒜多糖分子質量的分布進行測定。

三、生產、貯藏及加工過程中的變化趨勢

（一）含硫化合物的變化

1.生產及貯藏過程中的變化規律。大蒜植株作為一個有機生命體，含硫化合物等功效成分在大蒜種植及貯藏等生產過程中會發生物質的累積、轉運與分解合成等代謝反應，并最終對大蒜的質量品質產生重要影響。在大蒜鱗莖發育初期，Alliin 等風味前體物質主要在葉片中合成。當大蒜葉片開始萎凋后，大量Alliin 從葉片轉移至大蒜鱗莖中進行儲藏[33]。KOVá 等[34]研究發現，除大蒜鱗莖外，大蒜其他器官 （葉片、假莖和根）中S－烷（烯）基－L－半胱氨酸亞砜（ACSOs）總含量在生長過程中呈下降趨勢。此外，γ－谷氨酰基－S－烷（烯）基－L－半胱氨酸也是大蒜鱗莖中氮和硫等物質的重要儲藏方式，大 蒜 鱗 芽 中GSMC、GSAC 和GSPC 等 含“γ－谷氨酰基－” 的含硫化合物在生長過程中變化規律一致，均發生上調[35]。LIU 等[35]研究發現，S－烷（烯）基－L－半胱氨酸和S－烷 （烯）基－L－半胱氨酸亞砜類化合物的累積模式在不同產地大蒜間存在差異，其中，SMC、SAC 和SPC 在山東3 個不同品種大蒜 （金蒜3號、金蒜4號和金鄉白皮）中均呈下降趨勢，而在黑龍江的阿城紫皮蒜中始終保持較低的水平； Mehtiin 和Alliin 等S－烷 （烯）基－L－半胱氨酸亞砜類化合物在山東大蒜中呈先下降后上升趨勢，而在阿城紫皮中呈一直上升趨勢。采收時間會對大蒜品質產生重要影響，鱗莖中的Allicin 在大蒜生長過程中均呈上升趨勢，適當延遲采收有助于Allicin 的進一步累積[35]。大蒜油在大蒜生長過程中也會發生較大變化。在大蒜膨大初期，大蒜油中的成分以酯類、烷類及醇類為主，隨著生長期的延長，硫醚類化合物的種類及相對含量逐漸增加，在大蒜成熟時占定性物質總數比例的40%以上[36]，這與大蒜中Alliin 等風味前體物質的累積具有一定相關性。大蒜生長過程中不同的大蒜田間管理方式，包括灌溉條件、施肥狀況以及農藥使用情況等，也會對大蒜中的功效成分產生一定的影響。BLOEM 等[37]研究顯示，硫肥對大蒜葉片和鱗莖中半胱氨酸、還原型谷胱甘肽和Alliin 含量具有顯著影響，而氮肥影響較小。此外，硫肥用量對大蒜根中含硫化合物的種類影響較小，但與根中含硫化合物總含量呈正相關，且硫肥用量對根的影響大于鱗莖[38]。還有研究報道，在種植過程中低硫低硒 （S2Se3）與高硫高硒 （S4Se6）施肥處理能使大蒜中Allicin 分別增加11.2%和11.4%[39]。

在大蒜的貯藏過程中，大蒜鱗莖中的化學成分及抗氧化能力均會發生一定改變，且貯藏溫度和時間是影響物質轉化最重要的兩個因素。MAKOTO等[40]研究表明，大蒜在貯藏過程中，GSAC 和GSPC 會相應轉化為Alliin 和Isoalliin，Isoalliin 會進一步轉化為Cycloalliin，且在高溫 （23℃）條件下的轉化程度大于低溫 （－3℃和4℃）。HUGHES等[41]的研究顯示，在4℃貯藏條件下，大蒜中的Alliin 含量沒有顯著變化，但Isoalliin 含量在6 個月的貯藏過程中含量顯著升高。大蒜深加工產品中風味前體物質等功效成分在貯藏過程中也會發生變化，研究表明，黑蒜在室溫或4℃下貯藏180 d 后，SAC 含量約下降40%[42]。

2.加工過程中的變化規律。發酵、干燥及烹飪等過程均會影響大蒜中功效成分的含量水平。在黑蒜發酵過程中，含硫揮發性成分降低，但與甜味和燒烤味相關的成分顯著升高，尤其是糠醛及其衍生物[43]，使黑蒜越來越受到消費者的歡迎。YANG等[44]采用GC－O－MS 和GC－TOFMS 并結合感官審評對黑蒜中的香氣成分進行了分析，發現發酵黑蒜中的揮發性成分不僅包括烯丙基甲基三硫化物（MATS）等硫醚類化合物，還含有5－庚基二氫－2（3H）－呋喃酮等雜環化合物。此外，S－烷 （烯）基－L－半胱氨酸在剛收獲的大蒜中含量較低，但在發酵等加工過程會使其含量大幅升高。其中，SAC 是大蒜中具有生物活性的重要功效成分之一，大蒜深加工產品中SAC 等的增加主要來源于GSAC 在GTP 作用下的酶解轉化[45]。因此，能夠促使底物與酶接觸或者增強GTP 酶活性的因素均能提高SAC 等的含量水平。CHEN 等[46]研究發現，在大蒜老化過程中，300 MPa 高靜水壓下處理15 min 能夠使GTP 活性提高45%，并破壞細胞內部微孔結構，從而使老化大蒜中SAC 含量水平由0.51±0.01 mg/g dw 升高至5.60±0.22 mg/g dw。CHEN 等[47]研究發現，超聲波預處理和冷凍預處理均能在大蒜熱處理過程中顯著提高SAC 的含量水平，且冷凍處理優于超聲處理，主要原因為冷凍處理過程中冰晶對大蒜細胞結構破壞作用較大，而超聲處理僅破壞了液泡等細胞器，沒有對細胞結構造成明顯損傷。SPC 為SAC 的立體異構體。SPC 在體外和體內均表現出免疫調節作用，并具有降血壓的功能。SPC 同SAC 一樣，在大蒜中含量較低，但在黑蒜加工過程中會大幅增加[48]。

在干燥工藝方面，CHEN 等[49]比較了超聲波輔助真空干燥、真空干燥、超聲波干燥和對流干燥對蒜片品質的影響，發現超聲波輔助真空干燥不僅省時，還具有較高的Allicin 保留率。FENG 等[50]研究發現，相對于熱水漂燙技術，催化紅外干燥漂燙技術可使Allicin 保留量增加10.63%～33.31%。CONDURSO 等[51]研究表明，相較于熱風干燥，微波干燥不僅能節省時間，還能增加樣品中生物活性化合物的含量，且消費者對微波干燥樣品的喜愛程度較高。大蒜在烹飪過程中會產生Allicin 等硫代亞磺酸酯類物質，該類物質在高溫等加工過程中會進一步轉化為其他功效成分。YANG 等[52]的研究表明，在慢煮、快煮和炒共3 種烹飪方式下，Allicin會轉化為Ajoene、2－VD、DAS、DADS 和DATS等物質，且在蒜末、蒜片及整個蒜瓣3 種預處理方式中，炒蒜末中Allicin 全部被轉化，大部分轉化為2－VD，含量高達20.55±0.42 μmol/g。大蒜經烹飪后，依舊具有較強的抗氧化能力，主要因為烹飪過程中高溫形成的Ajoenes 和2－VD 等物質具有較強的抗氧化活性[53]。與新鮮大蒜相比，炸蒜油中的3－乙烯基－4H－1，2－二噻烯、2－乙烯基－4H－1，3－二噻烯、1，2－二硫雜－3－環戊烯和二烯丙基二硫醚含量下降，導致蒜辛辣味、生蒜味減弱，并生成反－2，4－癸二烯醛，產生大蒜的油炸味[54]。

（二）多酚類化合物的變化不同的生長階段、田間管理措施等因素均會影響大蒜中酚類化合物的含量水平。BOZIN 等[55]研究發現，成熟大蒜中總酚和黃酮類化合物含量顯著低于未成熟大蒜，可能主要與大蒜中含硫化合物和萜類化合物的含量升高相關。大蒜生長期間噴施金屬硫酸鹽、枯草芽孢桿菌、腐殖酸為基礎的生物刺激素能夠顯著提高葉片中多酚的含量水平及抗氧化活性[56]。大蒜不同器官中功效成分也存在差異，PHAN 等[57]研究發現，盡管大蒜皮中的含硫化合物含量低于大蒜鱗芽，但其中的總酚含量水平顯著高于大蒜鱗芽； 還有研究表明，大蒜鱗芽中總酚和黃酮類化合物等抗氧化成分含量高于葉片，但葉片的抗氧化能力高于鱗芽[58]。貯藏過程中（20±2℃），大蒜中總多酚類化合物在大蒜貯存至第6 周時含量達到最高水平，在第8 周時大蒜提取液抗氧化能力最強[59]。大蒜發酵過程中適當的高溫可使大分子化合物降解時釋放出較多的酚羥基，從而使黑蒜的總酚含量相對提高，發酵至25 d 時黑蒜中總酚含量較鮮蒜可增加6.7 倍[60]。

（三）多糖類化合物的變化在大蒜生長過程中，葉片合成的果聚糖通過植物組織向鱗莖轉移，鱗莖質量的增加伴隨著鱗莖體積的變化和果聚糖的累積，且抽薹期是葉片生長發育和果聚糖代謝的關鍵時期，大蒜可通過葉綠素的合成以及蔗糖∶蔗糖1－果糖基轉移酶和果聚糖外切酶共同調控的差異表達進一步影響鱗莖果聚糖的累積[61]。YUAN 等[62]對黑蒜發酵過程中的中間代謝產物進行研究，發現在發酵過程中，果聚糖含量降低了84.79%，果糖含量升高了508.11%，此反應為黑蒜甜味的主要來源。

四、展望

大蒜全身都是寶，其植株中含有豐富的含硫化合物、酚類化合物、活性多糖等功效成分，不僅可作為日常烹飪的調味品，還具有重要的保健功能和藥用價值，是我國重要的出口蔬菜之一，對地方經濟的發展具有重要作用。為了進一步促進大蒜的科學生產及大蒜產業的發展，一方面，要通過建立大蒜中功效成分高通量、準確、快速的檢測方法，充分了解掌握大蒜在生產及貯運過程中功效成分的累積代謝規律及含量水平，從而為大蒜的品種選育、深加工產品原料的選擇等提供理論依據，并為大蒜皮、莖葉等副產物的綜合開發利用提供基礎數據；另一方面，在加工過程中，大蒜內含物會發生較大變化，且不同加工條件會對大蒜產品中功效成分最終的種類及含量產生重要影響，因此，要加強大蒜深加工產品新技術的研發，通過開發新型的大蒜深加工產品等方式，提高消費者對大蒜深加工產品的接受度，提高大蒜附加值，從而促進大蒜產業的進一步發展。