大蒜活性物質(zhì)提取方法及其在肉制品中的應(yīng)用研究進(jìn)展

蒲仕文，徐雯，楊燕，李富寬，呂慎金

（1.新疆大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830046；2.臨沂大學(xué)農(nóng)林科學(xué)學(xué)院，山東 臨沂 276000；3.臨沂市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，山東 臨沂 276012）

食品安全問(wèn)題是當(dāng)今人們關(guān)注的一個(gè)重要話題，人們青睞于自然和健康的肉與肉制品。在肉與肉制品的加工與保藏過(guò)程中，需要化學(xué)添加劑來(lái)滿(mǎn)足食品在加工、儲(chǔ)存和包裝過(guò)程中的質(zhì)量和安全?；瘜W(xué)添加劑通常有兩種來(lái)源：化學(xué)合成和自然來(lái)源提取。自然來(lái)源提取是利用最多的一種方式，人們普遍認(rèn)為相比于化學(xué)合成的產(chǎn)品，天然產(chǎn)品更溫和，無(wú)害。天然化合物可以替代化學(xué)合成的防腐劑，既滿(mǎn)足了消費(fèi)者對(duì)新鮮肉品的需求，也滿(mǎn)足了消費(fèi)者對(duì)化學(xué)合成防腐劑的潛在抵觸心理，是肉類(lèi)保鮮的有效抗菌方法[1-2]。因此，肉類(lèi)工業(yè)與科研工作者的目光越來(lái)越關(guān)注植物提取物，其對(duì)于減緩食品腐敗以及延長(zhǎng)食品貨架期有著巨大的潛力[3]。

大蒜是一種多年生植物，是僅次于洋蔥的最廣泛使用的鱗莖植物，它易于在世界各地的溫帶和熱帶地區(qū)生長(zhǎng)，大蒜原產(chǎn)于中亞和伊朗東北部，并且在古埃及、印度、韓國(guó)、中國(guó)的歷史中有記載[4]。大蒜對(duì)人體有益，能治療許多疾病，例如感冒、感染和糖尿病以及作為預(yù)防與健康有關(guān)的疾病的治療劑[5]。大蒜含有多種活性物質(zhì)，如多酚、類(lèi)黃酮、有機(jī)硫化物、皂苷、酚類(lèi)化合物和多糖等[6]。大蒜中的酚類(lèi)物質(zhì)具有清除1，1-二苯基-2-三硝基苯肼自由基的能力[7]，大蒜中的有機(jī)硫化物具有抗病毒[8-9]和抗菌潛力[10-13]，對(duì)于人體健康和抑制癌細(xì)胞增殖有積極作用[14]。

大蒜提取物不僅和人類(lèi)的營(yíng)養(yǎng)健康相關(guān)，其作為一種重要的天然添加劑在肉品保藏和提高肉品品質(zhì)方面也有很大潛力，可以作為替換化學(xué)合成抗氧化劑和防腐劑的良好選擇。在冷鮮肉的保藏方面[15]，大蒜提取物有較好的保鮮效果；在熟雞肉、熟豬肉的保藏過(guò)程中[16]，添加大蒜素對(duì)于防腐效果的提高有積極作用；在香腸加工中添加大蒜及其衍生物有較強(qiáng)的抗氧化效果和抗菌效果[17]；在雞肉香腸的保藏中，新鮮大蒜和大蒜粉通過(guò)其抗氧化和抗菌的組合作用能夠延長(zhǎng)香腸的保質(zhì)期，在肉制品保鮮方面具有潛在的實(shí)用價(jià)值[13]。因此，大蒜是具有抗氧化和抗菌特性的天然制劑，很容易被消費(fèi)者接受。本文對(duì)大蒜提取物主要活性成分提取方法及大蒜在肉制品加工中的應(yīng)用進(jìn)行了綜述，以期為后續(xù)的研究提供參考。

1 大蒜主要活性成分的提取方法

1.1 大蒜素的提取方法

大蒜素是一種含硫的天然化合物，大蒜素的前體是非蛋白性氨基酸蒜氨酸（S-烯丙基-L-半胱氨酸亞砜）[18]，通過(guò)蒜氨酸酶產(chǎn)生，在沒(méi)有受到破壞的大蒜組織中，蒜氨酸和蒜氨酸酶分別位于細(xì)胞質(zhì)和液泡中[19]。當(dāng)組織被破壞，酶和底物相互接觸，便產(chǎn)生了大蒜素。大蒜素是新鮮碎大蒜最主要的抗菌活性成分[18]。

Lee等[20]運(yùn)用高效液相色譜-四甲基偶氮唑鹽比色法證實(shí)大蒜的水提物活性成分與大蒜素相關(guān)。大蒜素易溶于甲醇、乙醇、丙酮等有機(jī)溶劑，所以這些有機(jī)溶劑能夠單獨(dú)或者混合浸提大蒜素。Fujisawa等[21]從大蒜中提取大蒜素時(shí)，乙醇溶液的提取效果優(yōu)于水溶液。這可能是由于大蒜素的疏水性，它更易溶于乙醇中。Jiang等[22]用不同濃度乙醇提取大蒜素，乙醇濃度為60%，大蒜素的得率達(dá)到最高，為1.37 mg/g。Zhu等[23]用正交試驗(yàn)分析得出水提大蒜素酶解時(shí)間，料液比以及提取溫度是影響提取率的重要因素，并且用響應(yīng)面得出最佳料液比為 1∶6.4（g/mL），提取溫度為 27.4 ℃，酶解時(shí)間為32 min提取的大蒜素最高，達(dá)到2.81 mg/kg。

基于低分子有機(jī)溶劑和無(wú)機(jī)鹽的鹽析萃取對(duì)提取生物活性物質(zhì)來(lái)說(shuō)比較穩(wěn)定，對(duì)工業(yè)提取生物活性成分來(lái)說(shuō)，價(jià)格低廉，高效以及簡(jiǎn)單。Li等[24]選用乙醇硫酸銨體系提取大蒜素，鹽析萃取的方法大蒜素得率為68.4%。微波能夠在極短時(shí)間內(nèi)使細(xì)胞膜破裂，使想要提取的物質(zhì)快速進(jìn)入有機(jī)溶劑中，大大縮短了萃取時(shí)間，提高了萃取效率。王婕[25]研究了微波輔助提取大蒜，但未進(jìn)行提取大蒜素穩(wěn)定性的檢測(cè)。del Valle等[26]采用超臨界CO2萃取技術(shù)從大蒜樣品中提取大蒜素，萃取條件為55℃、30 MPa、55 kg/kg的CO2/底物萃取4 h，在該工藝條件下達(dá)到最佳大蒜素得率75 mg/kg。得率隨萃取壓力的增加而略有增加，隨工藝溫度的升高而顯著增加。

大蒜素是不穩(wěn)定的揮發(fā)性有機(jī)硫化物，對(duì)溫度和pH值比較敏感[27]，容易分解成其它硫化物，大蒜提取物在乙醇中的活性高于在水中的活性。水提物中的大蒜素會(huì)被大蒜蛋白質(zhì)中含有巰基的水溶性物質(zhì)破壞。不同的溫度、pH值和光照等條件對(duì)大蒜素的穩(wěn)定性影響較大。Wang等[28]用超高效液相色譜研究大蒜素在不同溫度、pH值和光照下的穩(wěn)定性。水提大蒜素的穩(wěn)定性在pH 5～6時(shí)比較高，環(huán)境或者介質(zhì)溫度高于40℃尤其是高于70℃，加速大蒜素降解。水提大蒜素濃度越高，大蒜素的穩(wěn)定性越好。當(dāng)在避光和-20℃的條件下儲(chǔ)存時(shí)，水提物中的大蒜素保存時(shí)間比較長(zhǎng)。Jiang等[22]用大蒜素和乳清蛋白進(jìn)行偶連，形成偶連物提高了大蒜素的穩(wěn)定性，也提高了整體的水溶性與乳化性。噴霧凝固（也稱(chēng)為噴霧冷卻）是一種適用于小分子藥物、生物制品和保健食品的封裝技術(shù)，該技術(shù)可方便地調(diào)整顆粒大小，避免使用水或有機(jī)溶劑。Tom?ik等[29]用噴霧凝固的方法將大蒜素包埋，復(fù)合物的抗菌活性在3個(gè)月內(nèi)均表現(xiàn)出較強(qiáng)的抗菌活性。采用微膠囊化技術(shù)來(lái)改善其大蒜素等提取物的溶解性和穩(wěn)定性也是重要的保存其活性和功能特性的方式。阿拉伯膠、糊精、羧甲基纖維素、多孔淀粉和酪蛋白等都是良好的壁材。Wang等[30]采用多孔淀粉為壁材，采用β-環(huán)糊精噴霧干燥技術(shù)，可高效制備新型大蒜素微膠囊。大蒜素微膠囊相對(duì)于熱、pH值、光、氧的穩(wěn)定性也有所提高。

1.2 大蒜多酚的提取方法

在天然抗氧化劑中，酚類(lèi)物質(zhì)也是很重要的一種抗氧化劑，主要作為還原劑、氫供體和金屬螯合劑抑制活性氧和自由基，在自然界中分布廣泛。茶葉中的茶多酚、生姜中的姜酮、玉米大豆中的生育酚，都屬于植物次級(jí)代謝產(chǎn)物，是有效的抗氧化劑。

大蒜中多酚的提取方法主要有微波輔助提取、高效液相色譜、超高壓、化學(xué)溶劑提取等方式。Alide等[31]通過(guò)水提方式和乙醇提取方式提取大蒜中的平均總黃酮含量分別為（109.78±6.78）mg槲皮素當(dāng)量/100 g和（258.47±12.37）槲皮素當(dāng)量/100 g。提取過(guò)程中提取溫度對(duì)總黃酮含量有顯著影響，但是提取時(shí)間對(duì)植物化學(xué)成分和抗氧化活性沒(méi)有顯著影響。Tom?ik等[32]采用超聲波輔助提取多酚以及黃酮，預(yù)測(cè)并驗(yàn)證在80℃、70%乙醇溶液、79.8 min、20.06 W的超聲輔助提取條件下，提取物總酚和黃酮的含量最多，抗氧化效果最好。Liu等[33]運(yùn)用超臨界流體萃取-超臨界流體色譜-質(zhì)譜聯(lián)用測(cè)定大蒜中酚類(lèi)物質(zhì)，通過(guò)響應(yīng)曲面法對(duì)超臨界流體萃取工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，在50℃下，加入30%甲醇溶液，在9 min內(nèi)成功地提取出15種酚類(lèi)化合物，該方式具有自動(dòng)、高效、綠色的特點(diǎn)。Chhouk等[34]采用二氧化碳膨化乙醇的方法提取酚類(lèi)化合物，結(jié)果表明CO2流量對(duì)總酚類(lèi)化合物含量和抗氧化活性的影響小于溫度的影響。并且在溫度為200℃、CO2流量為0.5 mL/min時(shí)，大蒜殼中總酚類(lèi)化合物含量為56.26 mg/g，清除50%DPPH自由基所需的樣品濃度為0.41 mg/mL，二氧化碳膨化乙醇提取的總酚類(lèi)化合物含量和抗氧化活性均超過(guò)有機(jī)溶劑提取法。Tom?ik等[35]通過(guò)方差分析優(yōu)化亞臨界水萃取野生大蒜中的有效成分，最大限度提高提取率、總酚、總黃酮以及抗氧化活性。得出最佳提取條件為179℃、10 min，酸改性劑HCl的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.09%。用高效液相色譜-差示掃描量熱儀聯(lián)用鑒定出主要酚類(lèi)化合物為山茶酚類(lèi)化合物。

2 大蒜主要提取物活性及機(jī)制

2.1 抗氧化活性及機(jī)制

大蒜中酚類(lèi)的抗氧化能力主要通過(guò)作為自由基清除劑來(lái)達(dá)到抗氧化的效果。酚類(lèi)是良好的氫供體，可以清除原有的自由基，自身則變?yōu)楸容^穩(wěn)定的酚類(lèi)自由基。酚類(lèi)物質(zhì)不僅僅可以直接清除自由基，也可以通過(guò)調(diào)節(jié)不同類(lèi)型的氧化酶以及抗氧化酶活性來(lái)調(diào)節(jié)身體機(jī)能，從而能夠保護(hù)身體免受氧化損傷[36]。為了找出大蒜素清除自由基的最可能的機(jī)理，Tiwari等[37]研究3種不同類(lèi)型的反應(yīng)，如雙氫原子轉(zhuǎn)移、單電子轉(zhuǎn)移和順序質(zhì)子損失電子轉(zhuǎn)移過(guò)程。結(jié)果表明，大蒜素可通過(guò)Fe催化發(fā)生雙氫原子轉(zhuǎn)移有效地清除O2-·。Okada等[38]根據(jù)大蒜素與DPPH自由基在Mg2+存在條件下的反應(yīng)結(jié)果，表明大蒜素清除自由基的反應(yīng)是通過(guò)一步氫原子轉(zhuǎn)移進(jìn)行，而不是通過(guò)電子轉(zhuǎn)移。

2.2 抗菌能力及機(jī)制

大蒜提取物作為微生物生長(zhǎng)抑制劑在食品保鮮中效果顯著，食品在加工、運(yùn)輸儲(chǔ)存中需要微生物防護(hù)措施，從而能夠延長(zhǎng)其貨架期以及改善感官特性。食源性疾病是世界范圍內(nèi)日益嚴(yán)重的公共衛(wèi)生問(wèn)題，其中大量食源性疾病是微生物導(dǎo)致的腐敗所致。

大量微生物對(duì)于大蒜提取物很敏感，但大蒜素對(duì)于微生物的作用方式尚不確定。Müller等[39]研究發(fā)現(xiàn)，大腸桿菌在大蒜素作用下的生長(zhǎng)被抑制，與谷胱甘肽的耗盡和蛋白質(zhì)S-烯丙基巰基修飾有關(guān)。大蒜素氧化蛋白質(zhì)中的半胱氨酸生成硫代烯丙基巰基化合物，改變蛋白質(zhì)的三維構(gòu)象，從而干擾信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)達(dá)到抑菌效果[40]。CURTIS等[41]對(duì)大蒜素抗性熒光假單胞菌和熒光假單胞菌參比菌株進(jìn)行試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)大蒜素通過(guò)對(duì)半胱氨酸的氧化來(lái)抑制DNA旋轉(zhuǎn)酶的活性，達(dá)到抑菌效果。大蒜素對(duì)革蘭氏陰性菌和革蘭氏陽(yáng)性菌有良好的抗菌活性。大蒜素對(duì)某些具有抗藥性的人類(lèi)病原體也很有效，能夠抑制耐甲氧西林金黃色葡萄球菌的增殖[18]。大蒜素還表現(xiàn)出對(duì)真菌細(xì)胞的毒性作用，并能在體內(nèi)和體外抑制孢子萌發(fā)和菌絲生長(zhǎng)[41]。不同時(shí)期的大蒜提取物其抗菌能力也不同，新蒜和老蒜的水提物和醇提物的對(duì)比結(jié)果顯示，老蒜提取物的抗菌能力以及抗氧化能力更強(qiáng)[42]。

3 大蒜及其提取物在肉品加工及保藏中的應(yīng)用

大蒜以及大蒜提取物在肉制品加工中起著重要作用，它們可以改變加工食品的物理性質(zhì)或化學(xué)性質(zhì)，從而延長(zhǎng)貨架期、改善風(fēng)味、抑制不良物質(zhì)生成。

3.1 在禽肉加工及保藏中的應(yīng)用

羧甲基纖維素鏈上含有豐富的游離基，可以跟納米顆粒結(jié)合，制得復(fù)合材料，將大蒜素提取液通過(guò)超聲作用鍍膜到復(fù)合材料上，能作為一種潛在的雞肉保鮮方法。Diao等[43]通過(guò)羥甲基殼聚糖與大蒜水提物制備納米可食用涂抹液，涂抹到雞肉上能延長(zhǎng)即時(shí)雞肉的貨架期，緩解雞肉蛋白質(zhì)降解和脂肪氧化的速度，且對(duì)產(chǎn)品風(fēng)味無(wú)消極作用。大量研究人員發(fā)現(xiàn)大蒜素對(duì)于肉品保藏是有利的，但Mariutti等[44]研究發(fā)現(xiàn)在雞肉的高壓加工過(guò)程中，特別是在300 MPa左右的中高壓下，添加大蒜具有促氧化作用。

3.2 在畜肉加工及保藏中的應(yīng)用

目前大蒜活性成分在畜肉上運(yùn)用的比較多，概括為4個(gè)方面的影響。改善抗氧化特性方面：大蒜在水中浸泡后，浸泡液可用于牛肉的防腐，碾碎大蒜可以降低牛肉脂肪氧化的程度，減緩冷藏過(guò)程中硫代巴比妥酸值的上升，從而延長(zhǎng)保質(zhì)期[45]。將大蒜粉添加到兔肉漢堡中，能改善兔肉的風(fēng)味以及抗氧化特性[46]。提高抗菌能力方面：在熟豬肉中加入大蒜素微膠囊，微膠囊在熱處理后仍保持著良好的殺菌效果[16]。Sung等[47]研究大蒜精油復(fù)合膜對(duì)牛肉相關(guān)致病菌和腐敗菌的體外抑菌效果，添加大蒜精油的膜在4℃下貯藏3、6、9、15 d后，對(duì)熟牛肉上單核細(xì)胞增生李斯特氏菌的生長(zhǎng)有明顯抑制作用，而對(duì)大腸桿菌無(wú)明顯影響。Min等[48]研究大蒜水提物對(duì)于豬肉的保藏過(guò)程中的抑菌能力，其對(duì)于金黃色葡萄球菌和小鼠傷寒沙門(mén)氏菌生長(zhǎng)繁殖沒(méi)有明顯的影響，但對(duì)小鼠傷寒沙門(mén)氏菌最大比生長(zhǎng)率有著顯著抑制作用。抑制不良化合物生成方面：大蒜中的硫化物，如二丙基二硫化物、胱氨酸二烯丙基二硫化物和S-烯基半胱氨酸S-氧化物，對(duì)雜環(huán)芳胺和芳香烴的形成有抑制作用[16]。Gibis等[49]發(fā)現(xiàn)大蒜油對(duì)于油炸牛肉餅中雜環(huán)芳胺的形成有抑制作用，畢可海等[50]發(fā)現(xiàn)大蒜提取物處理過(guò)的豬肉油炸后的苯并芘抑制率能夠達(dá)到43.86%。改善肉制品風(fēng)味方面：豬肉冷藏過(guò)程中，添加大蒜提取物對(duì)蛋白質(zhì)硫醇和蛋白質(zhì)交聯(lián)產(chǎn)生影響，從而影響豬肉的韌性[51]。Yang等[52]在輻照碎牛肉之前加入大蒜粒，可以掩蓋輻照產(chǎn)生的不良?xì)馕丁?/p>

3.3 在水產(chǎn)品加工及保藏中的應(yīng)用

在魚(yú)糜香腸的冷藏過(guò)程中，添加大蒜水提物可以減少蛋白質(zhì)和脂肪氧化以及抑制微生物生長(zhǎng)，而且添加大蒜提取液后魚(yú)糜香腸的質(zhì)地也得到了改善，其持水能力和蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更強(qiáng)[53]。大蒜精油能夠顯著提高熱熏虹鱒魚(yú)的冷藏貨架期，通過(guò)感官、化學(xué)和微生物評(píng)估，能夠?qū)⒇浖芷谘娱L(zhǎng)兩周[54]。

4 結(jié)語(yǔ)

目前大蒜活性成分的提取方法主要有高效液相色譜法、化學(xué)溶劑提取法、微波輔助提取法等，大蒜素提取率低，成本高。因此在肉的加工與保藏過(guò)程中，大蒜活性物質(zhì)使用程度較低。大蒜提取物在肉制品的加工與保藏過(guò)程中具有良好的抗氧化以及抗菌的效果，目前人們對(duì)天然食品防腐劑的需求越來(lái)越高，大蒜活性成分的提取工藝以及保存方式的改進(jìn)是未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，也將會(huì)給肉制品加工行業(yè)帶來(lái)進(jìn)步。