黑蒜的抗氧化与免疫保护作用
时间：2022-12-07 18:10:03 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
张正海，董艳，姬妍茹
(黑龙江省科学院大庆分院，黑龙江 大庆 163316)
大蒜(L.)为百合科葱属草本植物的地下鳞茎，作为调味剂和功能食品用途广泛。此外，因其药用特性，大蒜被用于治疗各种各样的疾病，但辛辣的刺激性气味限制了大蒜产品的开发利用。
黑蒜是将新鲜大蒜的整个鳞茎在控制湿度的高温下热加工制成的产品。在加工过程中，低聚糖转化为果糖，不仅增加了黑蒜的甜度，而且降低了具有刺激性气味的硫醚类化合物含量，风味得到改善。因热加工过程中发生的酶水解和非酶褐变反应如美拉德反应、焦糖化和多元酚的化学氧化引起的理化变化，其生物活性也得到增强。本文介绍了黑蒜在抗氧化与免疫保护等方面的功效及机制，为通过膳食补充黑蒜预防和治疗相关疾病及黑蒜功能食品的研发提供有用信息。
1.1 抗氧化成分
黑蒜中主要抗氧化成分见表1。
表1 黑蒜中主要抗氧化成分
续 表
1.1.1 多酚
多酚类化合物广泛存在于新鲜大蒜中，具有清除自由基的作用。在大蒜热加工过程中，细胞结构被破坏，部分细胞质中的多酚释放到细胞外，其含量的增加是提高大蒜热加工过程中抗氧化活性的关键。新鲜大蒜中多酚的种类和含量因品种和生长条件不同而存在较大差异，而影响黑蒜多酚含量的主要因素包括热加工条件及不同的预处理。大蒜经热加工35 d，总酚含量随时间的变化呈先升高后降低的趋势。在65，75，85 ℃恒温条件下处理大蒜16 d，黑蒜多酚含量随温度的升高而增加。适当的高温使黑蒜多酚迅速积累，与加工过程中大分子化合物降解时释放出较多的酚羟基有关。然而，在相同温度下，较低的相对湿度更能促进多酚化合物的形成。此外，KCl饱和溶液浸泡、蒸煮预处理和果胶酶协同高静压预处理可不同程度提高黑蒜总酚含量，而冷冻预处理、高温高压预处理使总酚含量下降，微生物预处理则对多酚的积累无明显影响。
体外消化前在黑蒜中鉴定出咖啡酸、香豆酸、没食子酸和表没食子儿茶素没食子酸酯4种酚类化合物。经口腔、胃肠道消化后，咖啡酸是唯一的残留多酚，黑蒜中酚类物质的平均生物利用度为47.2%。
然而目前关于黑蒜多酚的研究主要集中在游离态多酚方面，忽略了不溶性结合酚，极大地限制了对其抗氧化活性的深入研究与相应功能性产品的开发。另一方面，黑蒜中酚类化合物的器官分布与其代谢产物对组织抗氧化活性的调节作用需要进一步探讨。
1.1.2 SAC和SAMC
γ-谷氨酰-S-烯丙基半胱氨酸是大蒜的特征性化合物，在热处理过程中通过内源性γ-谷氨酰胺转肽酶转化为S-烯丙基-L-半胱氨酸(SAC)和S-烯丙基巯基半胱氨酸(SAMC)等水溶性有机硫化物，可清除机体自由基并免受活性氧诱导的氧化损伤。
黑蒜中的SAC和SAMC在整个消化过程中表现出较强的稳定性，经体外胃肠道消化后生物利用度分别达到36.5%和106.4%。
值得注意的是，大蒜热加工过程中经历各种转化形成不同类型的含硫化合物，但更多具有抗氧化活性的新型含硫化合物的表征和所涉及的化学、酶促反应机理尚需阐明。
1.1.3 Amadori和类黑精
大蒜中的葡萄糖与氨基酸在美拉德反应中加热缩合成席夫碱，经Amadori重排生成Amadori化合物(1-氨基-1-脱氧-2-酮糖)。在大蒜热加工90 d内，Amadori含量先升后降，并在第70天达到最高。结合相关性分析发现，Amadori化合物如精氨酸与葡萄糖的Amadori化合物Fru-Arg与ABTS和FRAP抗氧化活性极显著相关，是黑蒜抗氧化活性的重要来源。目前有关Amadori化合物的研究报道较多，而在美拉德反应初期阶段还原糖为果糖时，生成的Amadori同分异构体Heyns化合物的抗氧化活性研究未见报道。
Amadori化合物产生后会进一步反应生成美拉德反应的终产物类黑精，其具有与分子量呈正相关的金属离子螯合能力和抗氧化能力，且在体外模拟消化过程中保留60%以上的抗氧化活性。黑蒜类黑精可作为未来抗氧化功能食品开发的关注点，但由于其结构较为复杂，目前仅限于对不同分子量类黑精的研究，而对其组成、结构和稳定性的认知较为有限。
1.1.4 多糖
果聚糖和半乳聚糖是大蒜的重要多糖，红外光谱分析表明黑蒜多糖为β-糖苷键连接的吡喃糖，但对多糖结构与抗氧化能力之间的构效关系研究鲜有报道。黑蒜多糖的体内抗氧化能力与多糖的组成性质和结构有关，大部分多糖进入人体后由于各种消化酶及微生物的作用可能发生糖苷键的断裂、分子量的降低及空间结构的改变，因此黑蒜多糖在消化过程中伴随这些理化性质的显著变化其抗氧化活性的改变值得关注。
1.1.5 抗氧化酶
大蒜中还存在POD、SOD和CAT等多种抗氧化酶，对于黑蒜功能活性的提高发挥着重要作用。其中POD热稳定性较差，热加工后基本失活。但在60～70 ℃相对低温条件下自然发酵40 d，SOD和CAT活性比新鲜大蒜分别增加了13倍和10倍。当加工温度升高至75 ℃时，SOD活性受到明显抑制，因此今后的研究应充分考虑不同加工条件对大蒜美拉德反应过程中内源酶活性和抗氧化能力变化的影响。
1.2 体外抗氧化能力
ROS作为细胞氧化应激标记物，是超氧阴离子自由基、羟自由基、过氧化氢等含氧并且性质活泼的物质的总称。在巨噬细胞中，黑蒜使ROS水平显著降低，对ABTS和DPPH自由基的清除能力分别是大蒜的1.97倍和3.50倍。在猪肉肉饼中添加0.5%的黑蒜冻干提取物，肉饼脂质过氧化和挥发性盐基氮值显著降低，并具有降低肉脯中亚硝酸盐含量的作用，说明黑蒜可以作为新型抗氧化添加剂应用于食品保鲜行业。但在膳食中添加黑蒜可能对食品感官品质有所影响，建议未来的研究围绕探索加工过程中关键技术的调控对黑蒜抗氧化活性、风味物质等多维品质的影响。
1.3 体内抗氧化能力
1.3.1 延缓衰老
衰老以及衰老相关疾病形成的原因在于体内产生高活性的自由基和与抗氧化酶清除自由基作用间的失衡。膳食摄入黑蒜后，不但能明显增加D-Gal致衰小鼠脑组织中SOD和GSH-PX活性，还可使果蝇平均寿命提高9～10 d，说明黑蒜可抑制机体内过氧化反应，达到延缓衰老体征的作用。因此，黑蒜可被视为一种潜在的功能性食品，用于预防与年龄有关的疾病。在全球进入老龄化社会的今天，继续探讨黑蒜对衰老相关基因和蛋白信号通路的激活等分子机制，如采用分子对接研究黑蒜中不同抗氧化活性成分与IGFR等长寿靶蛋白之间的相互作用，可为进一步开发和利用黑蒜提供新的研究基础和利用依据。
1.3.2 改善认知
学习记忆障碍作为机体正常衰老和老年痴呆之间的过渡状态，主要病理特征为信息获取和重现能力的缺失。通过调节大脑抗氧化酶活性，降低小鼠脑内氧化损伤，黑蒜可逆转由氢溴酸东莨菪碱诱导的小鼠行为异常和认知功能障碍，并对小鼠学习记忆有明显改善作用。但由于分离分析技术手段的制约，其潜在的药效物质基础仍不明确，而这也将是今后研究的重点方向。
1.3.3 抗辐射
紫外线照射易引发皮肤ROS积累，引起机体染色体损伤。相关研究表明，黑蒜对紫外线所造成的氧化损伤有一定的拮抗作用。添加10%的黑蒜浸膏能提升皮肤细胞中GSH含量，降低脂质过氧化和HO水平，有效保护皮肤免受UVB诱导的光损伤，未来可添加于防晒霜等中应用于化妆品领域。但是当前包括黑蒜防蓝光的名目护眼功能，对UVA照射所致皮肤光损伤的防护作用等仍需大量深入研究。
1.3.4 保肝护肝
肝脏是机体重要的代谢和解毒器官，过度饮酒等会导致肝脏组织病变，继而引发脂肪肝、肝炎、肝硬化等疾病。黑蒜通过降低肝组织MDA含量、提高抗氧化酶活性，可有效缓解慢性、急性酒精性肝损伤和宿醉症状并对叔丁基过氧化氢致大鼠肝毒性发挥保护作用，但对其主要功能因子及精准干预的作用靶点的研究文献报道较少。
1.3.5 抗糖尿病
糖尿病状态下的高血糖会增加氧化应激。黑蒜通过提高抗氧化活性对I、II型糖尿病发挥拮抗作用。对于妊娠糖尿病患者，保加利亚乳杆菌可提高黑蒜的自由基清除能力。未来其他优良菌株的筛选，黑蒜的抗氧化活性或将进一步提高，有望被用作糖尿病和其并发症的预防和治疗的替代药物。
1.3.6 预防与缓解心血管疾病
氧化损伤与心脏病等心血管疾病的发生、发展密切相关。黑蒜通过诱导组织抗氧化，对抑制冠状动脉钙斑块、低衰减斑块体积和冠状动脉及心肌缺血再灌注具有保护作用。最近一项研究显示，通过抑制GEF-H1/RhoA/Rac途径，黑蒜中的S-1-丙烯基半胱氨酸可以改善TNF-α诱导的血管内皮屏障功能障碍，有助于预防动脉粥样硬化等心血管疾病。近年来，心血管疾病的发病率逐年升高并呈现低龄化现象，黑蒜等具有临床辅助改善心血管疾病的功能性食品的开发将有巨大潜力，但缺少相关体内临床研究，这对黑蒜功效的客观评价造成了障碍。
1.3.7 抗疲劳
运动后产生的大量自由基会导致组织脂质过氧化作用加强，ATP合成和供给减少，从而引发疲劳。目前针对疲劳相关症状的缓解药物种类有限且存在副作用。黑蒜可改善大强度运动后大鼠血脂和过氧化水平，起到抗疲劳作用。黑蒜多糖干预还可以提高小鼠的运动耐力，其作用机制与缓解肝脏、心肌和腓肠肌等器官的过氧化损伤并一定程度上促进血糖及肝/肌糖原的恢复相关。此外，在黑蒜对人的抗疲劳作用评价中发现，连续服食黑蒜有利于维持长跑运动员抗氧化能力并缓解发炎情况。但当前大部分的研究只说明了黑蒜抗疲劳是因其具有较强的抗氧化性，没有阐释清楚黑蒜活性成分抗疲劳的内在机制。今后，随着代谢组学技术在生理学、药理学等多领域的广泛应用，寻找差异性代谢物、构建代谢网络将为阐明黑蒜的疲劳消除机制提供一种新的思路和途径。
1.4 抗氧化机制
由图1可知，在大蒜转化为黑蒜的过程中，抗氧化活性的增强与某些强抗氧化剂数量的增加和新抗氧化物的产生密切相关，如多酚、SAC、SAMC、Amadori、类黑精、多糖、抗氧化酶等。黑蒜发挥抗氧化功能可能是各成分协同作用的结果，单一成分的特异性贡献尚不清楚，很少有涉及黑蒜中关键化合物种类及含量差异对抗氧化活性变化的关联分析。黑蒜因具有较强的抗氧化作用，可以减少氧化应激和蛋白质氧化，对延缓衰老，改善认知障碍，缓解肝损伤，预防糖尿病和心血管疾病，消除机体疲劳等具有治疗潜力。
图1 黑蒜的抗氧化机制
2.1 增强免疫力
黑蒜中含有丰富的多酚、多糖、有机硫化物等多种功能性成分，通过免疫器官、免疫细胞、细胞因子等发挥增强机体免疫功能的作用。黑蒜粉可促进环磷酰胺诱导的免疫抑制小鼠免疫器官发育，提高单核-巨噬细胞吞噬、脾淋巴细胞增殖能力及脾细胞因子IL-8和IL-12 mRNA表达，逆转免疫抑制。与大蒜相比，黑蒜对人原发性淋巴细胞和巨噬细胞具有更强的免疫刺激活性和Th1/Th17型细胞免疫应答诱导作用。日常饮食中补充黑蒜还对降低感冒和流感的严重程度有促进作用。目前的研究对象主要集中在黑蒜粉和黑蒜不同溶剂提取物，后期可以结合免疫预测方法和计算机模拟策略致力于检测黑蒜中除多糖外的哪些其他化合物有助于这些免疫变化，并探索这些化合物通过模式识别受体与细胞相互作用的能力。
2.2 抗炎
当炎症持续时间过长或过度时会诱发机体炎症反应，严重时可引起感染性休克甚至多器官功能衰竭。越来越多的证据表明，食用黑蒜可以有效预防和缓解炎症，其关键成分为SAMC、丙酮酸、2-亚麻酰基-rac-甘油和5-羟甲基糠醛等。在LPS刺激的巨噬细胞中，黑蒜以剂量依赖的方式下调JNK和p38 MAPK磷酸化，抑制炎性介质和促炎细胞因子的表达，并在TNF-α诱导的人脐静脉内皮细胞和佛波酯诱导的皮炎小鼠中发挥抗炎作用。依赖调节NF-κB介导的炎症，降低TNF-α、IL-6等炎症标志物的分泌，黑蒜对改善反流性食管炎、牙周炎和减轻具有心血管疾病风险的女性慢性炎症具有治疗作用。值得注意的是，与大蒜相反，黑蒜不会损伤胃肠道黏膜，反而可以改善食管黏膜炎症，缓解胃痉挛。但Jeong等认为黑蒜的抗炎活性较大蒜低，其原因可能是大蒜热加工后高浓度的多糖增加了促炎因子水平和NF-κB的活化。因此，研究黑蒜剂量与炎症持续时间、炎症作用强弱之间的关系，探索如何发挥适度的、对人体有益的抗炎保护，以期为炎症患者提供科学的黑蒜膳食参考。
2.3 抗过敏
受遗传和环境因素的影响，人体存在多种过敏反应。黑蒜具有抗过敏作用，可抑制IL-4和IgE介导的RBL-2H3细胞过敏反应，减轻特应性皮炎小鼠皮肤瘙痒，缓解以支气管平滑肌收缩为主的过敏性哮喘症状。近年来过敏患者不断增多，对具有抗过敏作用的功能性食品的需求越来越高。目前很少有研究将日常饮食与调节食物过敏联系起来，将来或许可以朝此方向继续挖掘。
2.4 小结
黑蒜可以调节体内免疫应答水平，参与固有免疫、细胞免疫和体液免疫过程，提高机体抗炎、抗过敏能力。
与大蒜相比，黑蒜无刺激性气味，作为膳食补充抗氧剂或提高机体免疫力的一种来源，对健康有益，近年来已成为快速增长的健康食品。值得注意的是，黑蒜的品质和生物活性因大蒜品种和加工条件而异。为指导黑蒜加工及应用，黑蒜中的关键有效物质及特征组分间的潜在协同作用有待更深层次挖掘并明确。建议未来的研究结合蛋白组学、细胞生物学等交叉学科技术，基于促进不同功能成分积累及特定功效作用进行工艺优化，实现黑蒜加工关键技术的精准调控。另外，还需要加强人体临床实验研究，系统性评估黑蒜的抗氧化、免疫调节功效。
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