大蒜的化学成分及生物活性影响因素研究进展

史守纪，章海风

(1.无锡商业职业技术学院，江苏 无锡 214153；2.扬州大学 旅游烹饪学院，江苏 扬州 225127)

大蒜为百合科葱属植物蒜的鳞茎，营养丰富，化学成分复杂，富含糖类、蛋白质、氨基酸等多种生物活性成分，具有开胃健脾、驱寒除湿、抗菌、提高机体免疫力等功效，不仅是人们喜欢的食品和调味品，也是常见的天然保健品。大蒜的化学成分和生物活性受多种因素的影响，本文在介绍大蒜的主要化学成分和生物活性的基础上，重点介绍了遗传因素、生长环境、贮藏条件和加工方式对大蒜化学成分和生物活性的影响。

1 大蒜的化学成分

水是新鲜大蒜中最主要的成分，每100 g新鲜大蒜中水含量约为70 g，其次为糖类、蛋白质、脂肪、纤维素和挥发油等。另外，大蒜中还含有多种人体必需的微量元素和维生素[1]。

1.1 糖类

除水之外，糖类是大蒜中最主要的物质，包括单糖、低聚糖和多聚糖。大蒜中单糖主要为葡萄糖、半乳糖和果糖等，含量较少。大蒜中的低聚糖主要是由蔗糖和果糖结合而成，此外，还存在一部分棉子糖等。低聚糖不被人体消化吸收，热量低，具有显著的抑菌效果。多聚糖是大蒜糖类中的主要成分，包括半乳聚糖、杂果聚糖和果聚糖等，其中果聚糖占据大蒜干重的75%以上，是脱水大蒜的主要成分。

1.2 蛋白质和肽类

大蒜蛋白含有人体所需的绝大多数氨基酸，具有很高的营养价值。大蒜体内的肽类主要为γ-L-谷氨酰和氨基酸形成的肽类，目前大蒜中已经报道的肽类有11种。在大蒜有丝分裂的不同时期，体内的蛋白质在各个时期呈现出周期的变化[2]。

1.3 脂类化合物

新鲜大蒜的脂类化合物主要有3种，其中中性脂质占比为36.4%～43.5%，磷脂类占比为36.2%～39.3%，糖脂类占比为20.3%～24.3%。在中性脂质中，最主要的成分为甘油三酯，占比为80.5%～83.5%，磷脂的主要成分是卵磷脂，占比为85%，糖脂的主要成分则为甾醇葡萄糖[3]。

1.4 酶类

大蒜体内含有多种酶，其中最为重要的酶是蒜氨酸酶，蒜氨酸酶能够将蒜氨酸转化为大蒜素，主要存在于大蒜的细胞壁中。除此之外，大蒜体内的酶还包括过氧化氢酶、超氧化物歧化酶和胰蛋白酶等。

1.5 微量元素和维生素

大蒜含有丰富的矿物元素，其中含量最高的基础元素是磷，大蒜还含有人体内生理活性极高的锗和硒，是日常食物中有机锗和硒含量最丰富的食品，而对人体有害的铅和砷等含量极低。另外，大蒜中含有丰富的维生素B和维生素C[4]。

2 大蒜的生物活性

2.1 抗氧化活性

人体代谢时产生的自由基能够引发体内蛋白质、脂质等的氧化性损伤。研究表明，大蒜体内提取的蒜氨酸能够清除自由基的活性，抑制氧化作用，比人参具有更好的抗氧化活性。大蒜含硫化合物不仅对红细胞具有抗氧化作用，还可以在人体组织器官中发挥抗氧化作用[5]。

2.2 抗菌活性

大蒜具有广泛的抗菌功效，能够抑制多种植物病原菌和食物杂菌。其中含硫化合物能够抑制革兰氏菌；大蒜素能够抑制大肠杆菌、葡萄球菌、真菌和霉菌等；此外，大蒜提取液还能抑制部分病原生物，杀灭病毒[6]。

2.3 提高免疫力

大蒜的活性成分能够提高机体免疫力。大蒜的含硫化合物可以调节T淋巴细胞，大蒜素可提高T淋巴细胞的免疫功能，从而抑制肿瘤的生长。此外，大蒜多糖可以促进机体免疫功能，大蒜素能提高粒细胞和NK细胞的活性，增强机体免疫力[7]。

2.4 预防和治疗癌症

大蒜的抗癌作用主要表现在以下几个方面：大蒜能够直接杀伤肿瘤细胞，抑制幼粒白血病细胞的生长；大蒜能够阻断亚硝胺等致癌物质的合成，减少患胃癌的风险；大蒜可以调动机体内的抗癌因素，抑制体内肿瘤细胞过度生长繁殖，从而达到抗癌的效果；大蒜具有抗突变作用，能够阻断基因的致癌作用，促进抑癌基因表达，诱导癌细胞向正常细胞分化，从而抑制癌症的发生[8]。

3 大蒜化学成分和生物活性影响因素

3.1 遗传因素

遗传是影响大蒜化学成分和生物活性的重要因素之一。因此，需要根据当地气候环境和市场需求，选择适合的大蒜品种。Hirata等人研究了世界各地103种大蒜的半胱氨酸亚砜和酚类物质的含量，发现各个品种的大蒜化学成分差异巨大，这种差异源于大蒜对不同环境的适应性[9]。孙亚丽研究了大蒜种质资源遗传的多样性，结果发现，不同品种的大蒜，其大蒜素含量有明显差异，昭苏六瓣红的大蒜素含量最高，而新乡白皮蒜的大蒜素含量最低；相比普通大蒜，野生蒜的大蒜素、维生素C含量高于普通大蒜，游离氨基酸低于普通大蒜，农艺性状指标相比普通大蒜更弱[10]。Chen等人测定了43个大蒜品种的酚类化合物参数和抗氧化参数，结果发现，“74-x”大蒜的总酚和总黄酮含量最高，抗氧化能力最强，“盖朗”大蒜的酚类含量和抗氧化能力最低，另外，在氧化应激实验中，“74-x”对细胞和活性氧的保护能力最佳[11]。高京草利用色谱-质谱联用技术分析了不同品种大蒜的挥发性物质种类和含量，结果发现，不同品种大蒜的硫化物种类和含量均具有明显差异，因而大蒜的品质、风味也各有不同[12]。Chen等人研究了4种大蒜的可溶性糖、淀粉和蛋白质含量，并研究了其抗氧化、抗肿瘤活性，结果发现，“二水枣”和“红旗星”大蒜含有高浓度的羟甲基糠醛和硫化物，抗肿瘤、抗氧化和抗菌作用高于另外2种大蒜，其抗菌活性可能是由于细胞结构被破坏，导致细胞死亡[13]。

3.2 生长条件

同一品种的大蒜，在不同的产地、不同的培育方式或不同的施肥情况下，其成品的化学成分、生物活性以及成品品质也各有不同。Beato等人研究了10种大蒜在4个不同地区的化学成分差异，结果发现，大蒜的酚类和阿魏酸含量不受产地差异的影响，而咖啡酸、对香豆酸、对羟基苯甲酸和香草酸的含量明显受到产地不同的影响[14]。Montano等人研究了不同产地的大蒜体内有机硫化合物的差异，虽然遗传因素和产地都会影响有机硫化合物的含量，但遗传因素主要影响γ-谷酰基肽的含量，而蒜氨酸和异蒜氨酸的含量主要受产地影响[15]。Csiszar等人发现，在大蒜的生长期内，轻微缺水能够影响过氧化氢酶、谷胱甘肽还原酶、过氧化物歧化酶等的含量，进而改变大蒜的抗氧化活性[16]。朱惠敏研究了水培大蒜在不同pH值时的生长情况和SOD活性变化，结果发现，pH为6时，水培大蒜的长势最好，在pH为4.5～5.5时，大蒜的SOD活性较为稳定，继续生长的过程中，SOD活性持续上升[17]。Ghasemi等人研究了腐殖酸和硒对大蒜抗氧化活性及酚类、大蒜素含量的影响。结果表明，施肥对大蒜的总体抗氧化活性具有积极影响，低浓度的硒和适量的腐殖酸可以产生高的氧化活性，高浓度的硒和不含腐殖酸的硒也可以产生相对较高的抗氧化活性。腐殖酸对大蒜的多数性能具有正向的影响，而硒处理则表现为负效应或无效应，如果以生产富硒大蒜为目的，需要降低大蒜的一些营养价值[18]。

3.3 贮藏环境

采收后的大蒜具有较高的活性，仍然进行着一系列的生命活性，虽然大蒜具有自然休眠的特性，休眠期内可降低生理活动，但鲜大蒜的休眠期较短，长时间的贮藏易造成大蒜腐烂变质。李瑜将新鲜大蒜去皮后，置于温度为25 ℃、相对湿度为65%的条件下贮藏，研究不同贮藏时间下大蒜主要化学成分的变化，初始阶段，大蒜总糖含量随着贮藏时间的延长而增加，7 d之后，总糖含量迅速减少，蛋白质和脂类含量从贮藏初期开始就持续减少，而游离氨基酸含量随着贮藏时间的增加而持续增加[19]。Meng Li等人研究发现，新鲜大蒜在(20±2) ℃的条件下贮藏8周后，抗氧化性能力达到最大，而有机硫和多酚含量在6～8周时最大，继续增加贮藏时间后，其含量快速减小[20]。贮藏温度是影响大蒜品质的重要因素，低温条件下能促进1-SST基因的表达，进而影响果聚糖代谢及糖类的含量[21]。Verissimo等人发现，随着贮藏温度的升高，大蒜的抗氧化能力增大[22]。pH值能够直接反映大蒜的酸碱度，影响大蒜的化学成分，进而影响其生物活性。pH值能够影响大蒜挥发性物质的组成，特别是硫代亚磺酸酯的形成，另外，研究还发现，酸性环境下的抗氧化活性更低。蒜素是大蒜体内一种极度不稳定的物质，其形成也受pH值的影响，Kopec等人发现，在pH值为4～4.8的范围内，蒜素能够维持相对稳定，较低的pH值时，蒜氨酸酶的活性降低，蒜素分解[23]。辐照是延长大蒜寿命的常用方式。Pellegrini等人发现，光照可以抑制大蒜的有丝分裂和发芽，增加大蒜的保质期[24]。许建等人以白皮蒜和紫皮蒜为试材，研究辐照剂量对大蒜发芽率和抗氧化性等的影响。结果表明，20 Gy的剂量可完全抑制大蒜的萌发，辐照后大蒜的过氧化氢酶、脂酶、超氧化物歧化酶和过氧化物酶的活性均有提高，辐照剂量越高，酶的活性越高[25]。

3.4 加工方式

为了提升大蒜的功效和生物活性，或者抑制某些当前对人体不利的成分，需要对大蒜进行加工处理。唐仕荣等人利用恒温恒湿条件发酵，研究大蒜在发酵过程中化学成分与抗氧化活性的变化。结果表明，多糖、蛋白质、多酚和氨基酸等含量随发酵时间的增加先上升再缓慢下降，均高于新鲜大蒜的含量，说明大蒜发酵后的营养价值和抗氧化活性均有所提高；此外，大蒜经过发酵处理以后，大蒜素的含量明显降低，刺激性气味和辛辣味消失，口感更佳[26]。Locatelli等人研究发现，热加工能够降解蒜氨酸中不稳定的亚砜物质，破坏大蒜的营养成分和生物活性，为了更好地保留大蒜的生物活性，可以选用生吃或短时间烹饪[27,28]。黑蒜是一种常见的大蒜加工食品，黑蒜成品中几乎无大蒜素存在，另外，在黑蒜的加工过程中，谷氨酰半胱氨酸发生氧化作用，辛辣刺激的含硫化合物因裂解或挥发效应而减小甚至消失，形成噻吩、呋喃等物质，增加了大蒜的香甜味[29]。Young等人对比黑蒜和普通大蒜的抗氧化活性发现，黑蒜的总抗氧化能力值为59.2 μmol/g，普通大蒜的抗氧化能力值仅为13.3 μmol/g，黑蒜处理后，小鼠体内的肝硫代巴比妥酸反应物水平明显降低，而过氧化氢酶的活性显著增加，说明黑蒜具有更好的抗氧化活性[30]。马利华等人利用不同温度、不同添加剂浸泡方法处理大蒜，研究其对大蒜化学成分和体外抗氧化性能的影响。结果表明，随着温度的升高，大蒜中的多糖、大蒜素、维生素C等含量及抗氧化能力均出现下降；柠檬酸处理有利于保持大蒜的品质和抗氧化能力[31]。

4 结论

大蒜营养丰富，化学成分复杂，不仅能够作为调味品，还含有多种人体必需的氨基酸、微量元素和维生素等，大蒜有抗氧化、抗菌、提高机体免疫力、预防和治疗癌细胞的作用，具有多种药用功效。大蒜的化学成分和生物活性受遗传因素、生长环境、贮藏条件和加工方式的影响，为了提高大蒜的生物活性，需要选择合适的品种、生长环境、贮藏条件和加工方式，使大蒜发挥最佳功效。