（化学工艺专业论文）大蒜生物转化与有效成分提取工艺研究.pdf

硕士学位论文摘要 摘要 本文研究了大蒜中主要生物活性成分( 大蒜素和超氧化歧化酶) 的提取以及微生物作用对大蒜中的生物活性成分的影响。 在对大蒜中的超氧化歧化酶( s o d ) 进行提取纯化的实验中， 采取热变性法、乙醇一氯仿沉淀法、丙酮沉淀法对大蒜中s o d 进行 提取。采用单因素实验和正交实验确定大蒜中的s o d 提取的最优化 工艺参数。经提纯后，大蒜中的s o d 的比活性得到了很大的提高， 从原酶液2 7 u m g 变成5 5 5 u m g 。通过电泳实验和s o d 活性染色， 得出s o d 在电泳凝胶上的位置，以及蛋白中的s o d 的纯度。 实验对大蒜中的大蒜油也进行了分离提取。本文对比了水蒸气 减压蒸馏与超临界c o ：萃取两种方法对大蒜油的提取率，通过定硫 法分析其含量以及利用g c m s 分析其主要成分及其相对含量。发 现：两种方法提取的大蒜油的组成不同，超临界c o ：萃取得到的大 蒜油以3 乙烯基一4 h 一1 ，2 一二噻吩和2 乙烯基一4 h 一1 ，3 一二噻吩为主；而 水蒸汽减压蒸馏所得的大蒜油中主要的活性物质是二烯丙基二硫醚 和二烯丙基三硫醚。超临界c o ：萃取的大蒜油中的含硫有机物明显 高于水蒸气减压蒸馏。 本研究利用精选菌种乳酸杆菌和酵母菌进行联合生物转化，脱 除大蒜中的刺激性气味，借助g c m s 对发酵和未发酵大蒜中的挥 发油定性定量结果进行比较研究，发酵大蒜中的大蒜素含量是新鲜 大蒜中的7 3 7 ，但是，主要生物活性成分物质得到保留，且其相 对含量略有增加，总的硫化有机物含量大体不变。因此，大蒜的微 生物转化作用减少了大蒜中难闻的气i 味，保持了大蒜的药用价值。 微生物作用使大蒜中的s o d 的酶活力增大，在发酵两个月期问内， 大蒜s o d 酶活力都是逐渐增加的。两个月后，大蒜中的s o d 酶活 力增加到最大值；随着时间的延长，大蒜中的s o d 酶活力趋势趋于 平缓，并有下降趋势。发酵已经超过一年的大蒜，检测其s o d 的酶 活力则发现酶活力已经不大。 关键词：大蒜，大蒜素，s o d ，提取，微生物作用 硕士学位论文 a b s t r a c t a l l i c i n c o m p o n e n t s c o m p o n e n t s i n v e s t i g a t e d a b s t r a c t a n d s u p e r o x i d ed i s m u t a s e ( s o d ) o fg a r l i c i nt h i s p a p e r , e x t r a c t i o n a n dt h ee f f e c to f m i c r o b i o l o g i c a l a r et h e o f p r i m a r y b i o a c t i v e b i o a c t i v e a c t i o no nt h e mw e r e i nt h ee x p e r i m e n t a t i o no fe x t r a c t i o no fs o df r o mt h eg a r l i c h e a t d e n a t u r a l i z a t i o nm e t h o d 、c h l o r o f o r ma n de t h a n o lm e t h o da n da c e t o n e d e p o s i t i o nm e t h o dw e r ea d o p t e dt oe x t r a c ts o d b a s e do nt h es i n g l e f a c t o re x p e r i m e n t ，t h eo p t i m u mp a r a m e t e r sa n dt h es c o p e sw e r ee n s u r e d b yt h em e t h o do fo r t h o g o n a ld e s i g n s o dw a sp u r i f i e db yu s i n gs i l i c a g e l c o l u m n s p e c i f i ca c t i v i t yo fs o dw a sh i g h e rf r o m2 7 u m gt o5 5 5 u m g t h es i t u a t i o na n dp u r ed e g r e eo fs o dw a se n s u r e db yg e le l e c t r o p h o r e s i s a n ds o db i o a c t i v ec o l o r a t i o n i nt h es t u d yo ne x t r a c t i o n t e c h n o l o g yo fg a r l i co i l ，a c c o r d i n gt o e x t r a c t i o ny i e l d ，t h ee f f e c to fd i f f e r e n te x t r a c t i o np r o c e s s e so fg a r l i co i l i n c l u d i n gs u p e r c r i t i c a lc 0 2e x t r a c t i o n ( s f e c 0 2 ) a n ds t e a md i s t i l l a t i o n w i t hr e d u c e dp r e s s u r ew a si n v e s t i g a t e d t w og a r l i co i l s a m p l e sw e r e c o m p a r e df r o mb i o a c t i v ec o m p o n e n t sa n dt h e i rr e l a t i v ec o n t e n ta s p e c t s a f t e rt h ea n a l y s i so fg c m s ，i ts h o w e dt h a t3 v i n y l 一1 ，2 一d i t h i o c v c l o h e x 4 一e n ea n d3 - v i n y l 一1 2 一d i t h i o c v c l o h e x 5 e n ew e r ed i s t i n c ti ng a r l i co i lb y s f e c 0 2 ，d i a l l yd i s u f i d e ，d i a l l yt r i s u f i d e w e r ef o u n dt ob et h e c h a r a c t e r i s t i cf l a v o rc o m p o n e n t so fg a r l i co i ls a m p l ee x t r a c t e db ys t e a m d i s t i l l a t i o nw i t hr e d u c e dp r e s s u r e t h er e l a t i v ec o n t e n t so ft o t a ls u l f i d e c o m p o s i t i o no fg a r l i co i lb ys f e - c 0 2w e r ed i s t i n c t i v e l yh i g h e rt h a nt h a t b ys t e a md i s t i l l a t i o nw i t hr e d u c e dp r e s s u r e f o r m a t i v em e c h a n i s mo f b i o a c t i v ec o m p o n e n t sw a sd i s c u s s e d t h i ss t u d ya d o p t e df e r m e n t a t i o nb yu s eo fs e l e c t e dl a c t o b a c i l l u sa n d y e a s t s i no r d e rt od e c r e a s e p u n g e n tf l a v o r t h eg a r l i cs a m p l e sw e r e e x t r a c t e d b ys e f c 0 2 a n d c o m p a r e db vg c m s f r o mb i o a c t i v e c o m p o n e n ta n dt h e i rr e l a t i v ec o n t e n ta s p e c t s a f t e rt h ea n a l y s i so ft h e d e t e r m i n i n gs u l f u rm e t h o da n dg c m s ，f e r m e n t e dg a r l i c ，i nw h i c ht h e a l l i c i nc o n t e n tw a s7 3 7p e r c e n to ft h a tw i t h o u tf e r m e n t a t i o n ，h o w e v e r , k e p tt h em a i nb i o a c t i v ec o m p o u n d s ，t h er e l a t i v ec o n t e n t so fw h i c hw e r e 堡堂堡笙壅 垒呈! ! 垦垒里 h i g h e rt h a nt h a t o ff r e s hg a r l i cs l i g h t l y t h er e l a t i v ec o n t e n t so ft o t a l s u l f i d ec o m p o s i t i o n sh a dn ot h ev a r i e t yb e t w e e nf e r m e n t e dg a r l i ca n d f r e s hg a r l i c i tw a sc l e a r l ys h o w e dt h a tf e r m e n t a t i o n o f g a r l i c t h a t e l i m i n a t e dt h ep u n g e n ts m e l lm a d en od i f f e r e n c ei nt h ep h a r m a c e u t i c a l v a l u e s f e r m e n t a t i o nh a dd i s t i n c t i v ee f f e c to ne n z y m ea c t i v i t yo fs o d ， w h i c hw a sa s c e n d i n gw i t hf e r m e n t a t i o nt i m e a f t e rt w om o n t h s ，t h e e n z y m ea c t i v i t yo fs o d r e a c h e dt h et o pa n dk e p ti n v a r i a b l e n e s su n t i ls i x m o n t h s w h i l et h ee n z y m ea c t i v i t y o fs o do fg a r l i c ，w h i c hw a s f e r m e n t e di no n ey e a r , w a sl o w k e y w o r d s ：g a r l i c ，a l l i c i n ，s o d ，e x t r a c t i o n ，m i c r o b i o l o g i c a la c t i o n 原创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师的指导下进行的研究工作及取 得的研究成果。除了论文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中南大学或其他单位的学位 或证书而使用过的材料。与我共同工作的同志对本研究所做的贡献已经在论文 中作了明确说明。 作者签名： 墅兰日期：醇年月王日 关于学位论文使用授权说明 本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留学 盘论文，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内 容，可以引用复印、缩印或其他手段保存学位论文；学校可根据国家或湖南省 有关部门规定送交学位论文。 作者签名哥兰 7 一导师签名列坌堑鱼日期：2 巫年生月j 一日 硕士学位论文h u 舌 刖 暑 大蒜( g a r l i c ) 是百合科( l i l i a c e a e ) 葱属植物生蒜( a l l i u ms a t i v u ml ) 的鳞茎，二 年生草本植物，别名蒜、胡蒜，古名葫。我国从西汉武帝张骞出使西域引进栽培 大蒜已有二千多年历史，大蒜是我国一大优势资源，年产量占世界总量的1 4 ， 出e l 量居世界第四位。大蒜浑身是宝，超氧化歧化酶( s o d ) 、大蒜素是大蒜中 的主要生物活性成分，其中大蒜中s o d 的含量比其他植物中相对较高。这些成 分使大蒜具有抗肿瘤，增强免疫功能延缓衰老，治疗糖尿病、心血管疾病等多种 药理作用。这些疾病多发于中老年人，目前全世界大蒜加工品年销售额超过1 5 亿美金。据预测，到2 0 2 5 年，中国的老年人口将从现在的1 5 亿增加到2 7 亿， 因此大蒜深加工品在我国具有广泛的市场潜力。 目前我国对大蒜的消费主要是作为蔬菜消费，在常规存储过程中，由于鲜蒜 头休眠期短，容易失水1 i 枯或易发芽霉变，不耐贮藏，失去其食用价值。生大蒜 由于其强烈的刺激性辛辣味使部分人不喜食用，加热煮熟的食用方法却极大的破 坏了大蒜中的有效成分。 利用精选菌种对大蒜发酵，使之进行微生物转化，大大延长大蒜贮藏时间， 并消除大蒜的刺激性气味。为了研究微生物转化作用对大蒜中活性成分的影响， 本文对其具有生物活性的成分进行分离提纯，对比微生物转化前后大蒜中生物活 性成分的含量，以及对大蒜中的s o d 、大蒜素的提取方法做了一些对比，在不 同的工艺条件下，比较其得率，从而初步地得到了提取s o d 和大蒜素的最佳工 艺条件。 我国大蒜的加工主要是通过蒸馏提取大蒜素，制成胶囊、注射液。由于大蒜 的加工利用研究没有引起重视，每年造成大蒜资源的损失占大蒜资源年产量的 3 0 。该研究对充分利用我国丰富的大蒜资源具有重要的社会意义和经济效益。 硕士学位论文第一章文献综述 1 1 大蒜的概述 第一章文献综述 早在公元前2 7 0 0 年，古埃及国王驱赶几十万平民和奴隶为他建造胡夫大金 字塔，繁重的劳役使奴隶们大批死亡，活着的奴隶也时时受到瘟疫的威胁。面对 瘟疫流行，古埃及的医生向奴隶们推荐每天生吃几瓣大蒜的妙方，结果瘟疫很快 就被控制住了。这是世界医学史上用大蒜治病救人的第一块丰碑n 大蒜在我国西汉时期由著名外交活动家张骞出使西域后将其带回。从那时 起，我国人便开始食用大蒜，以后又渐渐认识了它的药用价值。我国使用大蒜防 病、治病有着悠久的历史，别录、古今注、普济方、本草纲目中均有 记载，指出大蒜具有“通五脏、达诸窍、去寒湿、避邪恶、消臃肿、化积食”等 功能吼长期以来，我国人民用大蒜捣烂外敷脚心治咳血，鼻出血取得了较好的 止血效果。现代医学表明，大蒜还具有很多全新的用途。在当今返本求真、回归 自然的国际食品浪潮中，掀起一股“大蒜热”。1 9 8 9 年2 月在西德召开了“大蒜 的化学、药理和应用专题讨论会”【3 l ；1 9 9 0 年8 月在美国召开了“大蒜的保健意 义及其成分国际会议”；1 9 9 1 年7 月在美国又举行了一次“大蒜功能研讨会”， 更加推动了这股世界热潮。 11 1 大蒜的生物学性状 大蒜又名胡蒜、葫、独蒜等，原产于亚洲西部，大蒜为百合科葱属多年生草 本植物。叶基生，扁平，线状披针形，宽约2 c m ；花茎直立，高6 0 c m ，佛焰苞 有长喙，长7 - l o c m ：伞形花序，小而稠密，花小形，粉红色，雄蕊6 ，雌蕊1 。 子房上位，3 室，蒴果，室开裂，种子黑色。所食大蒜即为蒜的地下鳞茎，具6 1 0 瓣，外包灰白色或淡棕色干膜质鳞被。全国各地均有种植，但尤以海拔1 0 0 0 m 以上地区生长良好，蒜头随海拔提高而增大，增白。大蒜喜凉爽，春季气温达3 即可缓慢生长，生长期最适宜温度在1 6 2 0 ，当气温超过2 5 时，生长受影 响忆 1 1 2 大蒜的化学组成 新鲜鳞茎每l o o g 大蒜中含水分7 0 9 ，蛋白质4 4 9 ，脂肪0 2 9 ，碳水化合物 2 3 9 ，粗纤维0 7 9 ，灰份1 3 9 ，钙5 m g ，磷4 4 r a g ，铁0 4 m g ，硫胺素0 2 4 m g ，核 黄素0 0 3 r a g ，尼克酸o 9 m g ，抗坏血酸3 m g 及微量元素硒、铜、锌、锗、碘等， 其中锗的含量7 5 4 p p m ( 超出人参2 5 0 p p m ) “。 2 硕士学位论文第一章文献综述 表卜1 新鲜大蒜每10 0 9 含有成分 大蒜中含有一些特殊的具有生物活性的物质，正是这些物质使得大蒜具有消 炎抗癌，增强免疫功能延缓衰老，治疗心血管疾病的作用，其中含硫化合物、s o d 、 有机锗以及凝集素是最重要的部分。 l 1 2 1 含硫化合物 蒜味是含硫有机物的作用，包括一硫醚、二硫醚、三硫醚、四硫醚、五硫醚 及磺酸酯、亚磺酸酯等；含硫杂环类化合物有硫杂环戊烯、硫杂环己二烯、硫杂 环己烯和噻烯类嘲f 见表1 - 2 ) 。 表卜2大蒜含硫挥发性物质化学成分 硕士学位论文第一章文献综述 4 硕士学位论文第一章文献综述 1 1 2 2 超氧化歧化酶( 简称s o d ) s o d 广泛存在于需氧生物体的细胞浆中，是催化超氧化阴离子自由基( 0 2 一) 或其质子化产物h 2 0 2 转化为h 2 0 和0 2 的极为重要的金属酶，氧自由基与人类 的健康和疾病密切相关，氧自由基可以破坏机体细胞，活化致癌物质，从而导致 机体衰老。s o d 是专一氧自由基清除剂，可以将0 2 转化成普通0 2 ，它在临床治 疗及机体保护方面都有着重要的意义。目前己应用于治疗自身免疫性疾病、氧中 毒、糖尿病、心血管疾病以及防衰老化妆品，牙膏和功能性食品等方面m 】。 1 1 2 3 有机锗及其他 抗癌物质中深受瞩目的有机锗，在人参中含量极多，但大蒜的有机锗含量是 人参三倍。大蒜中的锗含量达0 3 5 m g g ( 湿重) ，超过了其在蔬菜和动物肝脏中的 含量。锗是人体必需的微量元素，人体的肾、肝、肌肉、血液、大脑皮质、灰质 均含有锗，人体内很多的酶，如胍氨酸酶、细胞色素氧化酶、碳酐酶等也含有锗。 所谓“可食氧气”锗，能迅速的吸收氧气，再由血液输送到肝脏、心脏、骨髓等 器官。同时加强生命体的免疫机能，并有降低血压的功能，供给体内氧气的有机 锗，会从尿中全部排泄，毫无副作用及遗传性影响。有机锗进入人体后，与血红 蛋白结合，其所载负电荷氧原子能捕捉代谢废物中的h 及有害金属离子，可部 硕士学位论文 第一章文献综述 分进人血液。同时，其含有多个g e o 键，具有很强的氧化脱氢能力，保证细胞 的有氧代谢【”“j 。 蒜中的微量元素硒也是人体必需的微量元素。它有保护细胞膜的结构和功 能，保护细胞膜、线粒体膜、微粒体膜及溶酶体膜免遭损害，还能加强v e 的抗 氧化作用( 协同作用) 。新鲜大蒜中硒的含量约为o 3 o 8 m g 1 0 0 9 。硒作为谷胱 过氧化物酶的必要成分，可催化氢过氧化物酶和脂质过氧化物转化为水和各种醇 类，消除自由基对生物膜的攻击，对细胞膜有很好的保护作用。碘化甲状腺胺酸 脱碘酶是一种硒蛋白，能将甲状腺素转化为活性的三碘甲腺原胺酸。另一种硒蛋 白酶一硫氧化蛋白还原酶在酶与转录因子范围内，参与调控二硫基的氧化和还 原，同时参与多种蛋白的表达。大蒜中硒的主要成分为硒甲基硒代半胱氨酸，在 1 3 一裂解酶的催化下，产生具有强抗癌活性的甲基硒醇类物资，能显著降低乳腺 癌、结肠癌、肝癌等多种癌症的发生率。硒还可以降低胃类亚硝酸盐和抑制胃内 硝酸盐还原菌的作用，阻断n ，n 一二乙基亚硝胺的合成，从而预防肿瘤的发生。 大蒜中的硒还含有抗金属毒物作用，它与大蒜素、锗等营养物质协同抗氧化，能 消除食物或环境中汞、镉、砷等毒素。 大蒜中含有的凝聚素有很实用的凝集效果。大蒜中的维生素b 】、b 2 、c 是 非常有效的天然维生素，具有调节代谢，防病强身的等重要功能。大蒜中的糖类 物质，热量也比其他的葱属植物高，并且大蒜中各种物质的优良组合也使其功能 倍增。 1 1 3 大蒜的药理作用 1 1 3 1 抗菌消炎【1 2 1 4 】 大蒜中的大蒜素等含硫化合物具有较强的抗菌消炎作用，被称为天然抗菌 素，对多种球菌、真菌和病毒等均有抑制和杀灭作用，临床上用于治疗急性菌痢、 阿米巴痢疾、婴儿腹泻、百里咳大叶性肺炎、肺结核、深部毒菌感染、伤口化脓 和沙眼等疾病，且不产生耐药性。含硫化合物的水溶性和脂溶性使其杀菌抗炎的 作用更强烈，其作用机制可能是由于是巯基失活而抑制了与微生物生长繁殖有关 的含巯基酶的缘故。大蒜提取物对常见致病性皮肤真菌有不同程度的抑制作用， 有研究者认为其抗菌物质中有一个类似抗微生物性质的化合物，它是非挥发油性 油状液体。另外，本品对巨细胞病毒有较好抑制作用，其效价随浓度的提高相应 增强。 据测，大蒜汁能在3 分钟内杀死培养基里的全部细菌，即使在1 ：1 5 的大蒜 液中，各种病菌也在5 1 0 分钟内全部死亡。嚼食几瓣大蒜可杀灭口腔中的全部 细菌。 1 1 3 2 抗癌防癌作用 硕十学位论文第一章文献综述 大蒜可以阻断大肠杆菌、肠球菌霉菌对二乙基亚硝胺、二丁基亚硝胺和二甲 基亚硝胺合成的促进作用，并阻断大肠杆菌还原硝基盐，阻断人体内n 一亚硝基 脯氨酸的合成，阻断致癌物质甲基亚硝基胍对体外细胞致畸损伤、触杀体外胃癌 细胞株的作用。可提高细胞免疫反应，激活巨噬细胞。实验表明：经过大蒜处理 过的肿瘤细胞，实验动物全部未发生肿瘤。腹腔注射大蒜水溶液，对小鼠艾氏腹 水癌有定的治疗效果。大蒜提取液可抑制串珠镰刀菌的生长，并阻断它对二甲 基亚硝胺合成的促进作用，从而能预防食道癌，硒也是抗癌的有效成分。 近年国外学者发现【l ”，口服大蒜油能抑制化学性致癌物苯并芘诱发皮肤癌的 过程，可能通过抑制芳基羟化酶系统的活化，在组织癌变的启动阶段就阻断了致 癌物对正常细胞产生的诱变过程。有人研究发现，本品对亚硝酸诱发肝癌前病变 有明显的干扰作用。大蒜精油能参与细胞遗传物质d n a 正常的分裂和修复过程， 缺乏大蒜精油时，会使细胞d n a 异常，从而为肺癌、肝癌、食道癌的发生创造 了条件。大蒜油还有增加中性粒细胞、巨噬细胞数量的作用。生食大蒜能抑制胃 内硝酸盐还原菌的生长，从而使胃液中的因细菌作用而产生的亚硝酸盐减少。大 蒜中的二烯丙基硫和钙赫是两种非常重要的抗癌因子，通过防止致癌物形成，干 扰致癌物的活化，增强解毒性能，去除反应性代谢产物等方式，避免正常细胞向 癌细胞的转化，其所含的有效成分还可刺激免疫反应、阻断过氧化物生成、抑制 增生等多种方式作用于肿瘤发生的促进阶段，进一步阻止肿瘤细胞的形成。 1 1 3 3 对心血管系统的作用1 1 7 j 心血管系统的主要疾病氏动脉硬化和血栓。在动脉壁的内膜上沉着脂肪样的 类脂质而形成粥样硬化症，随之蓄积和硬化，引起动脉狭窄，严重者并发血栓形 成。大蒜中的蒜氨酸、环蒜氨酸等含硫化合物对纤维蛋白的一s s s 一键产生 作用，使其松动来提高纤维蛋白溶酶的作用，从而可防止血栓的形成。大蒜中的 含硫化合物，尤其是烯丙基二硫化合物和二烯丙基二硫化合物以及( 环) 蒜氨酸型 的化合物对因摄取脂肪而引起的胆固醇值和纤维蛋白质量的增加具有抑制左右， 并对血液凝固时间和降低纤维蛋白溶解作用有明显的防护作用。从大蒜提高纤维 蛋白溶解活性作用和降低作用可知，其可防止动脉硬化和血栓形成。另外，大蒜 含有的类前列腺素a ：也有降低血压的作用。 1 1 3 4 抗糖尿作用 糖尿病是胰岛素不足引起糖在体类代谢分解产生的能量不足有关。完全确认 大蒜具有直接降低血糖值的效果。据认为【1 7 】烯丙基丙基二硫化合物是降低血糖的 主要成分，它可以提高胰岛素的功能和在谷胱甘肽、半胱氨酸等硫醇化合物参与 下提高生物体内氧化还原作用。并可改善微循环，增加外周血流量和组织纤溶蛋 白溶酶原激活剂的活性，抑制凝血因子见的活性，降低血浆丙二醛水平，并有明 硕士学位论文第一章文献综述 显的抗动脉粥样硬化作用。大蒜精油对高胆固醇血症引起的主动脉粥样硬化具有 较好的保护作用。大蒜提取物可明显降低高脂血症家兔的血脂及低密度脂蛋白， 升高高密度脂蛋白，使主动脉脂质含量下降7 2 ，粥样硬化斑块明显缩小，效 果优于安妥明。大蒜精油可有效对抗血脂升高，使血清及肝脏的胆固醇、甘油三 酯维持于正常水平。其机理可能与降低血清酯化胆固醇有关。大蒜还可影响肝糖 原合成，增加血浆胰岛素水平，对糖尿病患者呈现颇为有益的治疗作用。值得注 意的是它不仅降低不正常的高血糖，而对正常血糖值无影响。 1 1 3 5 改善肝脏机能障碍作用 大蒜中的半胱氨酸衍生物，特别是谷胱甘肽，在体内细胞中起着极其重要的 作用，其适应症是药物中毒、妊娠中毒、自身中毒、金属中毒、各种过敏反应性 疾患等。含硫化合物是一种抗氧化活性物质，可抑制脂质过氧化物对膜结构的损 伤，从而对肝有保护作用。 1 1 3 6 抗氧化作用 体外实验1 1 8 】表明，大蒜中含硫有机化合物抗氧化应激的作用方式各不相同， d a d s ，d a s ，a m 均能捕获三氯甲基自由基和三氯甲基过氧化自由基，而d a d s 还可抑制c c l 4 诱发的肝微粒体脂质过氧化。d a s 能与由紫外线激活而产生的氧 自由基发生反应，a m 能阻滞脂质的过氧化进程。s a c 能抑制在脂多糖( l p s ) 和 干扰素y ( i f ny ) 刺激的r a w 2 6 4 7 细胞中的核因子k a p p ab 和诱生型n o 合酶 ( i n o s ) 启动子的活性，从而抑制i n o sm r n a 的转录和蛋白质的表达而阻滞n o 的产生，与此相反，s a c 却能显著增加c g m p 产量，起着选择性调节作用。其 最终结果是阻止经自由基的产生而发挥抗氧化的作用，进而产生抗炎和防治动脉 粥样硬化的效应1 1 9 j 。 大蒜中的s o d 及还原性硫化物，具有清除氧自由基，阻止生命氧化衰老的 作用。有人将大蒜与人参作比较。发现蒜氨酸和大蒜乙醇提取物的体外抗氧化活 性优于人参，在体内大蒜对肝脏抑制超氧化物歧化酶的活性亦优于人参，在脑内 活性稍逊于人参，提示大蒜对延缓衰老有一定作用。 1 1 3 7 美容作用 大蒜除了有许多药物功能外，在美容方面也有特效1 2 ”。大蒜所含成分可刺激 脸部皮肤的血管，能给予细胞活力，让细胞年轻化，促进血液循环，加快新陈代 谢，使细胞里的黑色素无法生存，雀斑消失，于是皮肤变得白皙而有光泽。因此， 大蒜具有滋肤、润肤、护肤、消斑、抗杀皮肤真菌和霉菌的特效。 1 1 4 大蒜的开发利用 由于大蒜具有以上众多功能，它不仅仅被人们用作食用调味品，在医疗保健 上也倍受关注，对大蒜的研究已经深入到许多领域。 硕士学位论文第一章文献综述 1 1 4 1s o d 的开发与应用 s o d 是一种新型的抗炎症药，尤其对关节炎和类风湿关节炎有明显疗效。 根据s o d 作用机制和毒性实验1 2 6 1 ，它对治疗因0 2 引起的各种疾病都有一定的 疗效。同时，国外不少高级化妆品添加s o d ，国内也有数家工厂或公司在开发 和生产s o d 化妆品，如大宝s o d 蜜、康妮s o d 、s o d 康舒达霜剂等。s o d 作 为化妆品添加剂主要有三个优点：有明显的防晒效果，光照使皮肤变黑的主要 原因是氧自由基损害，s o d 可以有效防止皮肤受电离辐射( 特别是紫外线) 的损 伤，从而起防晒效果；可防皮肤衰老，阻止紫褐质( 老年斑) 的形成；有明显 的抗炎效果，对防治皮肤病有一定效果。当然，至今仍有人对s o d 能否透过 皮肤及其实际效果持怀疑态度，对这些问题还待于进一步研究。国外把s o d 作 为食品添加剂的例子是加在口香糖和饮料中。我国贵州农学院已开发出刺梨s o d 饮料。s o d 及修饰过的s o d 还可作为外用药膏、眼药及牙膏等的添加剂。另 外，国外已有数家公司如s i g m a 公司等出售s o d 试剂。国内也有厂家批量生产 s o d 试剂，如中科院上海生化所东风试剂厂、天津血液研究所、南京建成生物 工程研究所等。此外，s o d 有可能作为某些疾病的探针，如郭彦等人认为脑瘤组 织线粒体m n s o d 降低是转化细胞的可靠生化指标之一，并可作为评估脑瘤分 化程度的参考。 l 1 4 2 大蒜油的开发 大蒜油不是单纯的物质，包含蒜氨酸、大蒜新素、大蒜辣素等2 0 多种易挥 发的含硫化合物。蒜素有活化细胞、促进能量产生、增加抗菌及抗病毒能力、加 快新陈代谢、扩张血管、改善血液循环、缓解疲劳等作用，还有抗癌防癌的作用 2 2 1 。 由于大蒜油是一种油状物，它在小肠上部就被吸收。但由于消化道是水系， 所以口服的油在消化道凝聚成大油滴移动，与消化道壁接触的机会减少。对于老 人和肝胆病患者来说，对其的吸收就造成问题，为了解决这一问题，便有了大蒜 油胶囊的研究，现在已经有一定的进展。 1 1 4 3 无臭蒜素的研究 大蒜虽然含有很多的有效成分，但其刺激的蒜臭味却令很多人难以接受，因 此，除臭也是研究热点。目前，除臭的方法有【2 3 】：醇类加热脱臭法，醋酸脱臭法， 碳酸脱臭法、蜂蜜脱臭法等，但醇类加热脱臭法较为普通。 脱臭大蒜不仅可以制成食品调料、食品防腐剂、饲料添加剂和医药制品，还 能应用于化妆品中。无味有效物加入化妆品中可以使皮肤增白，美容，活化维生 素b 族和维生素c 、活化细胞等【2 4 】。 1 1 4 4 蒜渣的开发利用 硕士学位论文第一章文献综述 蒜渣是指经过水蒸汽提取后的大蒜油后的废弃物。随着大蒜的开发已进入工 业化生产，产生的废弃物也越来越多。在大部分的大蒜厂中，大蒜原料用水蒸汽 蒸馏法提取0 2 一0 5 的大蒜油后，剩余9 9 5 的蒜渣全部被抛弃掉，变质的 蒜渣散发出刺鼻的臭味，造成环境污染，且需占地存放。因此到来许多不利影响， 解决蒜渣这一问题迫在眉睫。 有研究表明，在提取大蒜油的前后，除了大蒜油的含量减少四分之三外，其 他的营养物质并没有很大的改变。蒜渣仍具有大蒜应用的价值，具有很强的抗菌、 消炎、灭菌、降血压、降血脂能力，对动脉硬化，心肌梗塞、血栓症、糖尿病、 抗病毒、抑制血小板凝聚、防止癌症和肿瘤、增强免疫功能、延缓衰老等都有非 常好的疗效。 目前蒜渣的利用还处于初级阶段，除臭脱色后与苹果醋制成蒜香苹果醋保健 饮料瞄l 。或将分离出的固体蒜渣，经过烘箱干燥，得到含水量少于5 的蒜粉， 制出复合调味料、蒜香粉、蒜蜜果脯保健品、复合多维蒜香胶囊、蒜粉饲料、肥 料【矧。 1 2 大蒜素的研究进展 大蒜中的有效成分为二烯丙基硫代亚磺酸酯，俗称大蒜素，是大蒜油中重要 的有效成分之一。经常食用大蒜所可以降低血脂，预防高血脂病，并可阻断亚硝 胺的形成，在预防癌症方面有明显的疗效，此外，大蒜素对霉菌有明显的抑制作 用，是理想的抗菌剂原料。饲料中添加大蒜素除了可以作为有效的抗菌剂外，还 可以促进畜禽类的生长发育。同时，大蒜加工成大蒜油和大蒜泥，可以长期保存 且不变质，从而解决了大蒜不耐贮藏的难题。人们对大蒜有效成分的提取、开发 利用作了深入研究，并取得了极大进展| 5 1 。 1 2 1 大蒜素的结构及其性质 纯品大蒜素为无色油状物，具有大蒜异味。比重1 1 1 2 ( 2 0 。c ) ，折射率为1 5 6 1 ， 无旋光性，稍溶于水，溶于乙醇、苯、乙醚等有机溶剂。对热不稳定，对酸稳定。 对皮肤有刺激性，对许多革兰氏阳性菌和阴性菌及真菌具有很强的抑制作用 1 2 】。 大蒜素的结构式为： h 2 c = c h c h 2 一s s c h 2 一c h c h ， i l o 1 22 大蒜素的形成 a r t h u rs t o l l 和e w a l ds e e b e c k 早在1 9 4 8 年指出，大蒜完整组织并无辣味， 而仅存有活性成分的前体物质一无色无味针状结晶的蒜氨酸( a l l i i n ，一种非蛋白 氨基酸，参与高等植物的二级代谢) ，它由8 5 s 烯丙基蒜氨酸、2 丙基蒜氨酸 0 硕： 学位论文第一章文献综述 和1 3 s 甲基蒜氨酸组成，在组织受损时，它与位于别的部位或别的细胞的蒜 酶( a l l i n a s e ) 受力接触，同时在磷酸吡多醛( p y r i d o x i ap h o s h a t e ) 辅酶的参与下，先 生成一种复合物，再分解成具有强烈辛辣味的挥发性物质一蒜素，后者遇光、热 或有机溶剂降解成各种含硫有机化合物，共同形成大蒜特有的大蒜香味i3 1 。 1 2 3 影响大蒜素含量的因素 大蒜素的含量与品种、生长发育阶段、器官、部位、贮存条件、贮存时间、 处理方法、温度、p h 值、栽培条件等因素有关。 1 2 3 1 品种 不同品种，其遗传特性的差异，导致大蒜素含量的不同，a v a t op 等人1 2 7 | 就3 6 种不同生态型大蒜的精油化学成分作了分析，指出不同生态型的大蒜蒸馏 所得挥发物( 主要成分是大蒜素) ，占全部精油比例的0 0 1 0 0 7 ，谭尉【2 8 j 通过 对国内主要大蒜产区不同大蒜品种的大蒜油含量的测定，发现大蒜的出油率以江 苏省大丰县产的二水早、三月黄、冬青等品种最高，河南省中牟县的无苔蒜出油 率最低。 不同器官和不同部位同一生长发育阶段的不同器官和不同部位，由于蒜氨 酸和蒜氨酸酶的活性不同，大蒜素的含量亦不同。r a b i n k o va 和s m e e t sk 【2 9 , 3 0 l 等对大蒜中的蒜氨酸酶的n o r t h e r n 和w e s t e r n b l o t 分析及c d n a 克隆的研究表明： 蒜氨酸酶在鳞茎中的表达活性最高，叶中次之，根中几乎没表达，但根中却表现 出非常高的蒜氨酸酶活性，这说明在根中存在一种结构不同于鳞茎蒜氨酸酶的同 功酶。从而可以推测鳞茎中大蒜素含量最高，叶子中次之，根中最低，但有待于 进一步验证。 1 2 3 2 产品处理方法 贮藏时间m e erk 等在对腌制大蒜的刺激性与大蒜素含量关系的研究 中发现，腌制大蒜在2 0 条件下，随着贮藏时间的增加其刺激性气味越来越低， 大蒜素含量逐渐降低。这但说明大蒜的刺激性气味与大蒜素含量有关，而且说明 腌制和贮藏时间都影响大蒜素的含量。 c e c in 等【3 2 】在大蒜收获后3 0 天，用5 0 g yy 射线进行照射，结果发现：刚 照射过的大蒜中大蒜素及其他含硫化合物变化不大，但大蒜鳞茎在常温下贮藏 3 0 0 天后，大蒜素的衍生物明显降低，从而说明大蒜素总含量降低。 1 2 3 3 不同的加工方法 h o n ggh 等| 3 3 j 研究了不同加工方法对大蒜中主要化合物的影响，试图找到 一种较适宜的加工方法，以减少对化合物的破坏。结果表明：在煮沸和微波处理 过程中，蒜氨酸的含量较高，但由于蒜氨酸活性降低，所以大蒜素含量较低。然 而在室温下，自然破碎大蒜鳞茎大蒜素含量较高| 3 4 】，s u nmk 等1 3 5 1 也证明，在 硕：t 学位论文 第一章文献综述 对大蒜含硫化合物的提取过程中，加入大豆油，可以提高大蒜素的含量，其中大 豆油起到保护作用。 1 2 3 4 产品状态 k r e s ti 等1 3 6 i 以干燥蒜粉中的蒜氨酸酶做电泳实验得知，它由分子量为5 - 3 万 和5 4 万d a 的2 个亚基组成，而新鲜大蒜中的2 个亚基分子均为5 4 万d a 。说 明新鲜大蒜在干燥过程中，蒜氨酸酶结构发生可变化，引起酶活性改变，从而影 响大蒜素的生成，上述实验表明：大蒜在不同状态( 干燥蒜粉和新鲜大蒜) 下， 其蒜氨酸酶活性不同，致使大蒜素含量不同。 1 2 3 5 其他条件 w udk 等1 37 j 研究表明：大蒜素对温度、强酸和碱较敏感，在3 0 。c 时较稳定， 温度升高，大蒜素的含量随着降低。当温度低于0 。c 时，大蒜素较稳定，且分解 较慢。添加0 5 1 5 的维生素c 或1 o 1 5 的1 3 一环糊精可大大提高大蒜 素的稳定性。a g r a w a lr 【38 j 等在大蒜静置培养过程中发现：含3 5 的蔗糖、 0 5 m g l 激动素和n h 4 + ：n 0 3 = 2 ：1 或1 ：1 的培养基能使大蒜素含量增加1 0 倍。 1 24 大蒜油的提取方法 1 8 4 4 年德国化学家t h e o d e rw j n h e i m 利用水蒸气蒸馏大蒜得到一些气味强 烈的挥发性物质，并把挥发物称为烯丙基硫化物。1 8 9 2 年另一个德国化学家 f w s e 肿m l e r l 2 l 将大蒜瓣进行水蒸气蒸馏，每公斤得到1 2 克蒜油，又从油中得 n t 二烯丙基二硫化物( c h 2 = c h c h 2 s ( o ) s c h 2 c h = c h 2 ) ，还有少量的二烯丙基三 硫化物和二烯丙基四硫化物。 1 9 9 4 年纽约的c h e s t e rj c a v a l l i t o 发现，比水蒸气蒸馏较温和的萃取方法能 得到极为不同的风味物质。在室温下，用乙醇处理大蒜得到的大蒜油的成分是 c h 2 = c h c h 2 s s c h 2 c h = c h 2 , 即2 丙烯基硫代亚磺酸烯丙酯。c a v a l l i t o 将它称为 蒜素( a l l i c i n ) ，它是一种化学上不稳定的无色液体，是大蒜气味的原因所在，其 程度l l - - 烯丙基二硫化物更强烈。 1 9 8 8 年巴塞尔的a r t h u rs t o l l 和e w a l ds e e b e e k 在研究大蒜的灭菌活性时， 以0 以下的低温乙醇萃取大蒜得到了o 2 4 重量的一种分子 c h 2 = c h c h 2 s ( o ) c h 2 c h ( n h 2 ) ，即( + ) 一s 一烯丙基一l _ 半胱氨酸亚砜，并命名为蒜氨 酸( a l l i i n ) ，其结晶可形成极细的无色无味针状晶体。从而认为，在完整的大蒜头 组织内风昧物质时以风味物质一蒜氨酸形式存在的，并认为只有在一种酶( 蒜苷 酶) 作用时爿能转化为蒜素，才具有蒜辣味。显然，切开或挤压大蒜头可促使蒜 苷酶和蒜氨酸相互接触而作用。这种作用首先生成2 丙烯基次磺酸，再结合产生 蒜素。对于大蒜来说，不稳定的蒜素进一步分解产生2 丙烯基次磺酸和硫化丙醛， 并进而生成二噻烯衍生物，一、二和三硫化物及c 0 2 。 1 2 硕士学位论文 第一章文献综述 1 2 4 1 水蒸气蒸馏提取大蒜油1 3 9 郴】 以水为提取溶剂，在常压或加压f 1 3 k g c m 2 ) 下，加热提取天然产物可溶性 有效成分，其操作简单，对一般较易提取的有效成分适用，对热敏性的有效成分 提取损失较大，得率较低，提取物得有效成分不易分离出来。常适用于提取天然 产物中可溶于水得有效成分如糖类等。以水为提取溶剂，对大蒜中的大蒜油进行 提取，由于大蒜油不溶于水，挥发性又较强，又对热极不稳定，且容易将大蒜中 易溶于水的无机盐、糖等其他成分提取出来，这种方法所得的大蒜油质量较差， 得率较低。 1 2 4 2 溶剂法提取大蒜油【”郴l 有机溶剂提取法一般采用得溶剂有甲醇、乙醇、丙酮、乙醚等，这些溶剂的 单一或溶剂的混合，作提取剂在常温( 7 0 8 0 ) 或低温( 6 0 左右) 条件下，经过 一段浸提时间来提取天然产物中的有效成分，这种方法针对于天然产物中的有效 成分的选择性提取，根据不同的成分，选择不同的溶剂、不同的温度、不同的时 间，以达到某些成分的较高提取。提取物纯度相对于水蒸气提取法高，此种方法 适用广泛，是传统的提取方法之一。 1 2 4 3 超临界流体萃取法 4 7 - 5 1 l 超临界流体萃取技术是一种新型的萃取分离技术，它是利用流体f 溶剂) 在临 界点附近某一区域( 超临界区) 内，与待分离混合物中的溶质具有异常相平衡行为 和传递性能，且它溶质溶解能力随压力和温度改变而在相当宽的范围内变动这一 特性而达到溶质分离的一项新技术，处于临界压力和临界温度以上的流体具有特 异增加的溶解能力。若分离过程采用c 0 2 作为萃取溶剂，称为超i 临界c 0 2 萃取。 1 2 5 大蒜油成分分析方法 化学分析方法中主要有定硫法和硝酸汞沉淀法，这是国内普遍采用的方法。 对大蒜油成分分析方法的研究，国内外已经有很多的报道。其中，首选工具 是气相色谱( g c ) ，大量实验表明i i 3 】：g c 分析条件中，当程序升温较快，柱温较 高时，检测得到的降解产物主要是二硫杂环己烯衍生物，这是由于烯丙基硫醛发 生了d i e l s a l d e r 反应的结果，其次是对称或非对称的各种硫醚和硫代亚磺酸酯， 其中尤以二烯丙基三硫醚和二硫醚的含量为高。而当程序升温较慢、柱温较低时， 检测到的降解产物主要是二烯丙基三硫醚、二烯丙基二硫醚、二烯丙基硫醚、烯 丙基甲基三硫醚、烯丙基甲基二硫醚、烯丙