大蒜中大蒜素及其他活性成分的生物学功能及健康效应

代安华

(重庆轻工职业学院,重庆 401329)

大蒜和其他植物一样，由不同的化学成分组成，为了保护自己免受昆虫和真菌的侵害，会产生蒜素。因此，大蒜素是天然杀虫剂。自古以来，大蒜在世界各地广泛使用，不仅作为食物，而且作为药物。近年来，人们研究了大蒜及大蒜素或其他转化产品的医疗效果，包括降低心血管疾病和癌症的危险因素，刺激免疫功能，增强外来化合物解毒，降低胆固醇，抵抗各种应激和潜在的抗衰老作用（宋莎莎等，2017）。目前，市面上可买到的大蒜类添加剂主要分为4类：脱水大蒜粉、大蒜油、浸泡大蒜油和陈年大蒜提取物。目前还没有关于大蒜摄入量的标准。Amagase等（2001）发现，在最近的许多临床研究中，脱水大蒜粉的日剂量约为900 mg，陈年大蒜提取物的摄入量从每天1～7.2 g不等，人体免疫增强研究表明，只有1.8～10 g/d的摄入量才有效。大蒜中的主要活性成分～有机硫化合物对癌细胞增殖有抑制作用，对不同组织来源的肿瘤细胞有诱导凋亡作用，其中大蒜素是一种从大蒜中提取的最广为人知的有机硫化合物。本综述旨在介绍大蒜素和其他有机硫化合物的化学性质及其在加工和储存过程中的稳定性和功能。

1 大蒜素的化学性质及稳定性

大蒜素是大蒜中最具生物活性的化合物，1944年由Cavallito和Bailey发现，然后确定了其抗菌活性，约占机械破碎后大蒜中硫代亚硝酸盐总量的70%，是一种易挥发、不稳定的液体。生蒜和蒜粉中的主要硫化合物都是蒜氨酸，蒜瓣含有约8 g/kg蒜氨酸，在不损失原料的情况下，采用纯脱水工艺可得到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，这表明蒜氨酸大部分在脱水过程中丢失。压碎的生蒜中蒜素含量很高，约37 mg/g。大蒜素或多或少能迅速降解为二烯丙基二硫醚、乙烯基二硫醚和烯酮，这取决于浓度、温度和pH，其中烯丙基硫醇是一种有臭味的化合物，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、时间和温度对大蒜粉和蒜瓣释放硫代磺酸盐产量的影响，包括大蒜素在内的所有二丙烯基硫代亚磺酸盐都是在pH为4.5～5.0的条件下合成的。pH 3.6在以下没有硫代亚磺酸盐形成。中和pH（之前为3或以下）未能恢复硫代硫酸盐的生成，因此，胃中的酸性条件完全且不可逆地抑制了蒜氨酸酶。盛晓婧等（2019）研究了pH对大蒜素风味化合物形成的影响，发现两个异构的环状化合物，3-乙烯基-1，2-二硫和2-乙烯基-1，3-二硫在pH为6.5时达到最高水平，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则在pH为9.0时形成，温度（2～37℃）对硫代亚硝酸盐生成速率的影响可以忽略不计。大蒜中大蒜素的最大生成速率为35℃，乙酸（5～30%）对大蒜有阻滞作用。同样，在35℃的孵育温度下，大蒜素的分解速率最大。随着乙酸浓度的增加，反应速率降低，同时pH增加（4.0～6.0），导致大蒜素分解速率增加。

生蒜切好放在舌头或嘴唇上会引起灼烧和刺痛感。大蒜素和二烯丙基二硫化物刺激异硫氰酸烯丙酯敏感的感觉神经元亚群，通过激活辣椒素敏感的血管周围感觉神经末梢而引起血管舒张（Bautista等，2005）。大蒜在60℃干燥对大蒜素无影响，因为大蒜素、烯丙基甲基硫代亚磺酸盐和二甲基硫代亚磺酸盐的产率仅下降4%。但对每一种1-丙烯基硫代磺酸盐进行分析，其产率损失约为75%，这表明干燥过程破坏了大量的蒜氨酸（盛晓婧等，2019）。

2 大蒜素和其他活性成分的功能

2.1 抗菌活性 据报道，大蒜素具有抗菌活性，Nakagawa等（1980）报告了生长缓慢的大鼠按每千克体重饲喂5 mL生大蒜提取物，4周后总链球菌、大肠菌、乳酸杆菌、好氧菌和厌氧菌均有所减少。对好氧菌和厌氧菌的影响同样显著，在饲喂煮过的大蒜提取物后没有观察到上述变化，但刺激了某些肠道细菌的生长，如链球菌和大肠菌。Shashikanth等（2015）指出，大蒜素在通过肠道时含量逐渐减少，可能与肠道内还原物、大蒜素的天然不稳定性、食物材料的拮抗作用和肠道吸收作用有关。一般来说，好氧菌比厌氧菌更容易受到肠道中大蒜素浓度的影响。新鲜大蒜的抑制作用最强，其次是冻干粉，干燥温度和干燥时间对大蒜抑制微生物生长的活性成分均有重要影响。Cellini等（2016）测试了16个临床分离的幽门螺旋杆菌发现，抑制细菌生长所需的大蒜提取物浓度为2～5 mg/mL。有趣的是，幽门螺旋杆菌可以通过产生大量尿素酶在胃酸环境中生存和生长，这种酶可以水解胃液中的尿素，因为这个反应产生的氨形成一个局部的碱性微环境，从而保护细菌不受酸性条件的侵害。

2.2 抗氧化活性 有报道称，大豆油在油-水混合烹饪大蒜时增加了大蒜风味的稳定性，大蒜风味起到大豆油氧化抑制剂的作用。在体外，大蒜素与含有酶的自由硫醇反应，是一种有效的抗氧化剂。Miron等（2000）研究发现，大蒜素对NO的形成具有抑制作用，动脉粥样硬化病变的炎症环境导致了诱导性一氧化氮合酶的表达，进而导致过氧亚硝酸盐的形成，过氧亚硝酸盐是一种强氧化剂，是在合成大量NO的同时产生超氧化物而形成的。但只有当一氧化氮浓度足够高，与内源性超氧化物歧化酶竞争时才会形成过氧亚硝酸盐。大蒜素可防止这些改变，从而起到保护肝脏的作用。

2.3 免疫活性 大蒜素能减少某些由免疫功能障碍引起的疾病，其中陈年大蒜提取物具有免疫调节作用。Lang等（2004）报道，大蒜或大蒜成分的免疫调节作用表现为调节炎症介质细胞因子的产生。核因子-kb（NF-KB）是一种中央转录因子，在控制免疫应答的基因表达中起中心作用。NF-KB与炎症和癌症相关的关键分子激活和调节密切相关，可以增加一些细胞因子的基因表达。大蒜制品对NF-KB的抑制作用是通过调节促炎和抗炎细胞因子来间接控制的。大蒜素抑制自发和TNF-α诱导肠道上皮细胞分泌的促炎细胞因子和趋化因子。

2.4 大蒜素对蛋白质和脂肪代谢的影响Shashikanth等（2016）发现，生大蒜提取物组的大鼠血清蛋白水平降低，血清总蛋白和血清球蛋白均有降低作用，而煮大蒜提取物组对血清总蛋白和球蛋白无显著影响，长期饲喂（4周）生的和煮熟大蒜提取物均能降低大鼠体重。王喜欢等（2017）报道，大蒜提取物可降低血清胆固醇和甘油三酸酯水平，减少动脉粥样硬化斑块的形成，防止血小板聚集和降低血压。

3 大蒜素的生物利用度

Freeman和Kodera（2015）检测了大蒜与牛奶的相互作用，大蒜在牛奶中暴露1 h后，几乎所有的大蒜素都未损失，在血液中培养5 min后，只能检测到微量的大蒜素。大蒜素对血细胞计数的反应比对血浆成分的反应更强烈。将大蒜素在血细胞中孵育3 min后未检测到大蒜素，而在血浆中大蒜素的浓度逐渐降低，其半衰期约为50 min。在加入大蒜素后，红细胞的颜色迅速变为深色，这可能是由于血红蛋白中的铁快速氧化所致。在大蒜素消失的同时，在大蒜素和血液的混合物中发现了二烯丙基二硫键的存在，1 h后，二烯丙基二硫化物的浓度不变，说明二烯丙基二硫醚在血液中表现出稳定性。

Egen-Schwind等（2012）在肝细胞中也观察到类似的结果，将肝匀浆孵育3 min后，初始大蒜素降低90%，6 min后大蒜素降低99%，虽然大蒜素吸收后在体内迅速消失，但二烯丙基二硫键可能被吸收并传递到器官。在血清、肾脏和脂肪组织中，两种乙烯基二硫蛋白都在24 h内被检测到，而在肝脏中只发现了1，3-乙烯基二硫蛋白。1，3-乙烯基二硫蛋白似乎不亲脂，很快从血清、肾脏和脂肪组织中消失，而1，2-乙烯基二硫蛋白亲脂性更强，并有在脂肪组织中积累的趋势。大蒜素在静脉注射后迅速从血液循环中消失，表明其转变为次生产物。大蒜素的多种生物效应归因于其sh修饰和抗氧化活性，因为大蒜素可轻易渗透磷脂双层膜，在细胞内发挥活性，并与sh基团相互作用，大蒜素不引起膜的渗漏、融合或聚集，它通过细胞膜的高通透性可大大增强细胞内与硫醇的相互作用（彭玥等，2017）。

4 大蒜素的安全性

大蒜的功效可能是预防而不是治疗，可能需要长期补充，但长期服用补充剂会引起毒性问题。尽管大蒜作为一种受欢迎的调味品或调味料在烹饪中被安全使用，并在传统上用于医疗目的，但众所周知，过量食用大蒜会导致问题。最近，Mader（2010）综述了大蒜制剂对人的安全性，大蒜会在呼吸和皮肤上产生气味，偶尔还会产生过敏反应。与大蒜相关的其他不良反应有胃病、腹泻、血清蛋白和钙减少、贫血、支气管哮喘、接触性皮炎、损耗胃肠黏膜。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，此外当大蒜在水中提取一定时间后，其毒性大大降低。大量对陈年大蒜的毒理学和临床研究表明其没有不良反应。

5 结论

二烯丙基二硫键和二烯丙基三硫键在大蒜蒸馏物风味中具有重要性，大蒜素是最具生物活性的大蒜化合物，以其强大的抗菌活性而闻名。但还需进一步研究确定大蒜的功能成分，并探索其在人体和动物模型中的作用机制。此外，需要进一步开发利用从大蒜活性成分中提取的其他化合物，并提供更多的利用率、有效功能的剂量水平和长期的毒理学安全性研究。