大蒜素的研究进展

大蒜素是大蒜中主要生物活性成分的总称。在中国，大蒜素入药已有悠久的历史，它是一种广谱抗菌药，具有消炎、降血压、降血脂、抑制血小板凝集、防癌抗病毒等多种生物学功能。实践表明，在畜禽养殖业中大蒜素可以明显提高生产性能，降低发病率，减少死亡率，增加养殖效益。可以替代部分抗生素从而减少微生物产生的抗药性，在饲料中添加大蒜素可作为解决抗生素问题的一条途径。大蒜素越来越受到广大研究者的关注。1大蒜素的形成研究表明在新鲜的大蒜中，没有游离的大蒜素，只有它的前体物质-蒜氨酸（alliin），约占大蒜总鲜重的0.25%；蒜氨酸以稳定无臭的形式存在于大蒜中，当大蒜加工或受到物理机械破碎后，大蒜中的蒜氨酸酶（allinase）被激活，催化分解蒜氨酸为大蒜素[1]。在大蒜素形成过程中，蒜氨酸和蒜氨酸酶起着重要作用。2大蒜素的化学结构及其性质大蒜的有效成分有大蒜辣素、大蒜新素及多种烯丙基硫醚化合物[2]，总称为大蒜素或大蒜精油。大蒜素的分子式为C6H10S3，化学名为三硫化二丙烯（二烯丙基三硫化物），分子量为178.33。纯品大蒜素为无色油状物，具有大蒜异味，比重1.112（20℃），折射率基金项目：河南省科技攻关项目“大蒜标准化无公害生产技术研究与推广”(0624070013)。第一作者简介：梅四卫，男，1974年出生，硕士研究生，讲师，主要从事作物生理生态研究。通信地址：451450河南省郑州中牟县青年路38号，河南农业职业学院，Tel：[phone]，E-mail：[e-mail]。收稿日期：2009-02-06，修回日期：2009-03-11。大蒜素的研究进展梅四卫1，朱涵珍2（1河南农业职业学院，郑州451450；2开封市杞县农业局，河南开封475200）摘要：大蒜素是从大蒜的球形鳞茎中提取的挥发性油状物，是大蒜中主要生物活性成分，有多种生物学功能、抗菌谱广、抗肿瘤、降胆固醇、抗血小板聚集、护肝、预防心血管疾病和降血压等生理学作用。在人和动物体内无残留、不易产生耐药性、不造成环境污染且价格低廉等优点，而备受国内外研究者的关注。简述了大蒜素的形成、大蒜素的化学结构及性质、影响大蒜素活性的因素、大蒜素的作用特点、大蒜素的功能和大蒜素的开发利用，并提出了今后大蒜素的研究方向。关键词：大蒜素；功能；应用中图分类号：S633文献标识码：AResearchAdvancesinAllicinMeiSiwei1,ZhuHanzhen2(1HenanVocationalCollegeofAgriculture,Zhengzhou451450;2KaifengQiCountyBureauofAgriculture,KaifengHenan475200)Abstract:Allicinfromgarlicbulbsphericalvolatileoilextracted,whicharethemainbiologicalactiveingredient,avarietyofbiologicalfunctions,abroadspectrumanti-bacterial,anti-tumor,cholesterol-lowering,anti-plateletaggregation,liverprotection,topreventheartvasculardiseaseandlowerbloodpressureandotherphysiologicalfunction.Forhumanandanimals,noresidues,resistanceisnoteasy,nonenvironmentalpollutionandlow-costadvantages,whichhasbeentheconcernoftheresearchersathomeandabroad.Authorsummarizedtheformationofallicin,thechemicalstructureandtheimpactofallicinactivityfactors,thefeatures,thefunction,thedevelopmentandutilizationofallicin,andofferedourviewsonthedirectionoffuturestudy.Keywords:allicin,function,utilization中国农学通报2009,25(09):97-101ChineseAgriculturalScienceBulletin中国农学通报，无旋光性，稍溶于水，溶于乙醇、苯、乙醚等有机溶剂，对热和碱不稳定，对酸较稳定。对皮肤有刺激性，对许多革兰氏阳性和阴性细菌及真菌具有很强的抑制作用。3影响大蒜素活性的因素3.1pH对大蒜素活性的影响常温下大蒜素水溶液在偏酸性（尤其是pH5~7）的条件下较为稳定；而在碱性条件下大蒜素水溶液的稳定性很差，且碱性越强大蒜素含量下降越快。原因是：碱性条件会加速大蒜素的水解反应，引起大蒜素分子中二硫键断裂，进而发生一系列化学反应，生成二烯丙基二硫化物和二氧化硫等产物[3]。3.2温度、溶剂对大蒜素活性的影响大蒜素在水溶液中很不稳定，而在无水乙醚、95%乙醇和调和油中稳定性很好，大蒜素含量随时间延长呈缓慢下降趋势。大蒜素在有机溶剂和植物油中的良好稳定性可能是由于大蒜素为酯类化合物，因而易溶于和分散于非极性溶剂（植物油）中，并借助两者之间的范德华力而稳定，大蒜素分子中的二硫键也因此不易断裂[3]。将pH均为6的一系列大蒜素水溶液，分别置于不同的温度下，结果表明：随着时间的延长，大蒜素含量均呈下降趋势，温度越高大蒜素含量下降越快。在温度低于或等于80℃时，15min内大蒜素含量下降较缓慢，当温度高于80℃时，大蒜素被破坏的速率大大加快。大蒜素在高温下的热不稳定性，可能是由于大蒜素分子很容易发生β消除反应，引起二硫键断裂，进而发生分解反应，生成含硫化合物[3]。3.3糖类物质对大蒜素活性的影响蔗糖、阿拉伯胶、可溶性淀粉和β-环糊精对大蒜素均有稳定作用，尤以β-环糊精和可溶性淀粉对大蒜素的稳定性作用为佳，而蔗糖对水溶液中的大蒜素保护作用很小。β-环糊精对大蒜素能起稳定作用的原因是：β-环糊精分子可利用其中空结构包含大蒜素分子，并借助氢键和范德华力稳定大蒜素分子中的二硫键。阿拉伯胶、可溶性淀粉对大蒜素的稳定作用则可能是由于可溶性淀粉和阿拉伯胶均为高分子聚合物，溶于水后可形成一定的网络结构，吸附大蒜素分子，稳定其二硫键。4大蒜素的作用特点越来越多的研究表明，大蒜素有独特的药理活性，MironT报道大蒜素容易透过磷脂膜和血红细胞膜进入细胞内，从而与一些截留巯基化合物相互作用，达到其药用价值[4]。HyunJK也报道了大蒜素的生理学活性：抗肿瘤、降低胆固醇、抗血小板聚集、保肝、预防心血管疾病、降血压和血脂、抗衰老及记忆力下降、抗微生物活性[5]。5大蒜的功能5.1杀菌防病功能大蒜素被誉为天然广谱抗生素药物，能抑制多种细菌。大蒜素中的二硫醚、三硫醚具有杀菌、抑菌作用，其机理为：它们能穿过致病菌的细胞膜而进入细胞质中，使细菌缺乏半胱氨酸不能进行生物氧化作用，从而破坏致病菌的正常新陈代谢，使细菌巯基失活而抑制细菌的生长繁殖。国外研究表明：大蒜能有效杀灭荧光极毛杆菌、鱼害粘球菌、鳗弧菌、爱德华氏菌、气单胞菌、鲁耶尔森氏菌等淡水鱼类主要致病菌，对草鱼肠炎病、烂腮病、赤皮病和鲢鱼的出血病及鱼类的暴发性传染病都特别有效，是防治鱼病较好的药物之一。闻平等[6]在检测大蒜素及临床常用的5种抗生素对197株解脲脲原体的MIC和最小杀菌浓度（MBC）时，发现大蒜素对解脲脲原体有较强的抑杀作用，其MIC50和MIC90分别为210mg/L和410mg/L，与临床常用的大环内酯类和氟喹诺酮类抗生素相仿。5.2对心脑血管系统的作用5.2.1降血压与降血脂随着对大蒜素研究的深入，有关大蒜素降低高血压和扩张血管的药理作用报道也越来越多。将香菇嘌呤与大蒜素在pH为5的条件下制成混合物，以其制成的制剂在较小剂量下即可降低高血压。大蒜素在此过程中作为香菇嘌呤的载体而本身并不发挥降血压作用，该制剂对药无不良反应发生，在日本已应用于临床。AlQKK等也发现小鼠口服单剂量或多剂量的大蒜含水提取物后，在2~6h内可有效降低血压[7]。聂晓敏等[8]发现大蒜素可增加一氧化氮合酶（iNOS）活性，提高体内一氧化氮（NO）水平，并认为大蒜素舒张血管的效应正是通过激活iNOS及增加NO水平而实现。体外研究发现，大蒜素可通过NO产生舒血管作用，并提高血小板内及胎盘绒毛膜组织和绒毛膜癌组织中iNOS和NO水平[9]。进一步的体内研究也表明，大蒜素的舒血管作用与增加NO水平有关。被高胆固醇饲养的大鼠服用蒜氨酸，发现能有效逆转高血脂、动脉粥样硬化、脂质过氧化物的升高，且使谷胱甘肽分解水平、超氧化物歧化酶和过氧化物酶活性显著性降低。张庭廷等[10]探讨了大蒜素的降血脂作用及其机制，将50只昆明种小鼠随机分成5组：对照组高脂饲料组（模型组）和小、中、大剂量大蒜素+高脂饲料组，测定大蒜素对血清三酰甘油（TG）、总胆固醇（TC）、高密度脂蛋白胆固醇（HDL-C）和低密度脂蛋白··98胆固醇（LDL-C）水平及血清卵磷脂胆固醇脂酰基转移酶（LCAT)、心肌脂蛋白脂酶（LPL）和肝脂酶（HL）活性以及体外对肝脏3-羟基-3-甲基戊二酰CoA（HMG-CoA）还原酶活性的影响，并进行离体胆固醇微胶粒形成的实验结果显示，大蒜素可明显降低喂以高脂饲料小鼠的血清TC、TG和LDL-C水平及提高HDL-C含量，其作用与剂量呈正相关；大蒜素可在不同程度上提高血清LCAT、心肌LPL和HL的活性，并在一定程度上降低肝脏HMG-CoA还原酶活性；体外实验中，大蒜素可抑制胆固醇微胶粒的形成，表明其具有显著的降血脂效应，这可能是由于促进了脂蛋白之间的代谢与转化，也可能是因为抑制了肠道胆固醇的吸收，减少了肝脏胆固醇的合成或促进了血清和肝脏三酰甘油的分解。5.2.2降低缺血心肌耗氧，保护心肌心肌缺血后处于缺氧代谢状态，降低心肌耗氧有助于保护缺血心肌。史春志等[11]对培养乳鼠心肌细胞缺氧P复氧（APR）损伤模型进行的实验显示，与APR模型组比较，大蒜素预处理组和缺氧预处理组乳鼠的乳酸脱氢酶（LDH）和丙二醛（MDA）水平降低，超氧化物歧化酶（SOD）水平则明显提高，表明大蒜素具有抗心肌细胞凋亡作用，可减轻心肌细胞损伤。5.3对肝脏的作用朱兰香等[12]通过建立的大鼠肝纤维化模型验证大蒜素为强效抗氧化剂，对肝细胞具有保护作用，并认为大蒜素可能是通过抑制TGF2B1和TNF2A，而抑制星状细胞转化成肌纤维细胞，从而拮抗肝纤维化的发生。朱兰香等[13]还采用二甲基亚硝胺（DMN）诱发大鼠肝纤维化模型，发现大蒜素能明显降低实验性肝纤维化大鼠的血清丙氨酸转氨酶（ALT）和谷草转氨酶（AST）水平，表明大蒜素对DMN所致肝损伤具有保护作用。5.4对糖代谢的作用自20世纪70年代初Chopra首次报道了大蒜素对正常家兔有降低血糖作用以来，国内外一些研究证实了大蒜及其提取物对糖尿病动物的血糖亦有降低作用。许多研究证实，实验性糖尿病的发病与氧自由基反应增强和抗自由基酶类活性降低有密切关系[14]，同时发现糖尿病人的血清脂质过氧化物（LPO）含量升高，抗过氧化物酶活性降低[15]。如何逆转糖尿病的高血糖状态一直是国内外学者研究的焦点，胰岛素在调节机体血糖水平中起着非常重要的作用，而大蒜素的降血糖作用主要是通过提高胰岛素水平来实现。病理学观察证实，大蒜素可促进胰腺泡心细胞转化、胰岛细胞和R细胞增殖，使内源性胰岛素分泌增加而发挥降血糖作用。刘浩等[16]报道，大蒜素能降低糖尿病大鼠的血糖，其效果以60mg/(kg·天)剂量为最佳；后来在研究大蒜素对2型糖尿病大鼠血糖的影响及高血脂对糖代谢的影响时，采用链脲佐菌素作为诱导剂，通过多次小剂量注射加特殊膳