大蒜素的生理功能及其在动物生产中的应用研究进展

樊庆灿，郑路程，王倩倩，胡 威，杨 雪，郑文亚

（1.宜春学院生命科学与资源环境学院，江西宜春 336000；2.江西绿科农牧科技有限公司，江西宜春 336000）

以往，抗生素作为高效的杀菌剂和生长促进剂广泛应用于畜牧生产。但抗生素导致的药物残留等生物安全问题引起人们越来越多的关注。畜禽生产中限制或禁止使用抗生素是目前畜牧业发展的方向，开发具有抗菌和促生长作用的抗生素替代物成为研究热点。大蒜素（Allicin）是大蒜细胞受损后，液泡中的蒜氨酸酶逸出，催化细胞质中的蒜氨酸转化形成的油性物质，化学名为二烯丙基硫代亚磺酸酯（CHOS）。大蒜素进入生物体内，迅速与谷胱甘肽反应生成巯基谷胱甘肽S-烯丙基，游离的大蒜素则通过自由扩散进入细胞膜，使蛋白质半胱氨酸中的硫醇基发生S-烯丙基氧化修饰。硫醇基的可逆氧化和还原反应是大蒜素生物活性关键，可以调节细胞的多个生理过程。大蒜素具有抗菌、抗氧化、抗应激、提高免疫力、调节脂质代谢和促生长等生理功能，且大蒜素为植物提取物，不会产生药物残留等问题，是一种极具潜力的抗生素替代物。本文主要综述了大蒜素的生理功能及其在动物生产中的应用进展，为大蒜素在动物生产中应用提供参考。

1 大蒜素的生理功能

1.1 抗菌作用 大蒜素对革兰氏阳性菌和阴性菌都具有广谱抗菌活性，能高效抑制芽孢杆菌属、链球菌属、霍乱弧菌、鼠伤寒沙门氏菌、金黄色葡萄球菌、根癌农杆菌、丁香假单胞菌和大肠杆菌等细菌。大蒜素还具有抵抗真菌的活性，医学上不仅用于治疗局部皮肤的念珠菌感染，还可以通过呼吸作用输送到肺部，治疗肺的曲霉病。此外，研究还发现大蒜素与其他已知的真菌毒性物质（如铜）协同作用，抑制面包酵母等真菌的活性。

大蒜素的抑菌机制与其化学结构存在密切关系。大蒜素分子中所含有的硫醚基及烯丙基可以破坏菌体细胞膜结构，抑制细菌生长和增殖。大蒜素还可以通过对细菌中含巯基的蛋白质进行S-烯丙基修饰，从而使细菌蛋白质聚集、关键酶失活和谷胱甘肽水平降低。研究发现，大蒜素能有效抑制细菌中异柠檬酸裂解酶（含硫醇基）、硫氧还蛋白还原酶、木瓜蛋白酶和乙醇脱氢酶活性，这种抑制作用可以通过添加还原剂来解除，说明大蒜素的抑制作用是由酶蛋白的硫醇修饰引起。此外，大蒜素还可以通过对谷胱甘肽池的硫醇修饰，引起酵母细胞氧化电位增加，最终导致细胞凋亡。

1.2 调节动物脂质代谢 大蒜素通过多种途径影响动物脂质沉积。大蒜素不仅抑制机体内脂肪的生成，还促进脂肪分解产热来减少脂肪堆积。研究发现，饲喂大蒜素的小鼠，脂肪酸结合蛋白（Fatty Acid-Binding Protein4，）等脂肪合成相关基因表达量减少，甘油三酯脂肪酶（Adipose Triglyceride Lipase，）等脂肪分解相关基因表达量增加，解偶联蛋白1（Uncoupling Protein 1，）等机体产热相关基因表达量增加，瘦素（Leptin，）等脂肪因子表达量显著增加。大蒜素可以增加Krüppel 样因子15（Krüppel-like Factor 15，）和基因表达，增强KLF15 蛋白与启动子区域的相互作用，诱导体内棕色样脂肪生成以及多泡脂肪细胞的出现。大蒜素可以增强胰岛素活性，大蒜素组小鼠胰岛素受体底物1（Insulin Receptor Substrate 1，）等基因表达量较对照组显著增加，间接影响机体脂质代谢。大蒜素还可以通过增加肠道有益菌群的丰度来减少脂肪堆积。饲喂大蒜素的小鼠，嗜黏蛋白阿克曼菌（，Akk）的丰度显著增加，而Akk 可以产生对宿主和微生物群成员均有益的短链脂肪酸，调节宿主脂肪沉积。此外，大蒜素可与体内酶蛋白的半胱氨酸的巯基直接反应，抑制胆固醇生物合成途径的2 种重要酶（角鲨烯单加氧酶和乙酰辅酶A 合成酶）的功能，这是胆固醇生物合成早期的步骤，直接影响胆固醇合成。

1.3 提高动物抗氧化能力 大蒜素在动物体内也可以提高动物的抗氧化能力。一方面，大蒜素可提高动物对氧化应激的抵御能力。大蒜素进入生物体内，迅速与谷胱甘肽氧化反应生成氧化型谷胱甘肽（GSSG）。谷胱甘肽是真核生物含量最丰富的硫醇化合物，大蒜素进入生物体内后，机体生成大量GSSG，并通过氧化应激传感器系统，激活机体本身的氧化应激保护反应，这种轻度氧化应激反应使细胞能够抵御更大氧化应激造成的损伤。另一方面，大蒜素在室温下很容易发生Cope 消除反应，形成2-丙烯亚磺酸，这是一种非常有效的抗氧化剂，参与维持体内氧化还原平衡。

1.4 提高动物免疫力 研究发现，大蒜素可以通过刺激单核细胞，使单核细胞释放出大量的溶菌酶，溶菌酶水解细菌细胞壁中的黏多肽，消灭病菌细胞。大蒜素也可以增加淋巴细胞与巨噬细胞的细胞数量，刺激淋巴细胞分泌较多的干扰素、白细胞介素等，这些细胞因子可以破坏病菌细胞，增强机体的非特异性免疫作用。大蒜素可以有效促进脾脏B 淋巴细胞抗体细胞的形成，促进抗体分泌。抗体和病原体相结合，产生干扰病原体中某些起作用的酶，减少病原体致病的效果，并与外毒素特异性结合，阻止外毒素吸附易感细胞。大蒜素能够激活T 淋巴细胞，提高T 淋巴细胞内-醋酸萘酯阳性率，刺激中枢淋巴器官和外周淋巴器官的细胞增殖，加强机体细胞的免疫功能。

1.5 改善动物生活环境，促进动物生长发育 大蒜素可改善畜禽生活环境。一方面，大蒜素所含的硫化物散发出大蒜味，可驱避害虫，避免它们对动物饲料造成污染。大蒜辣素通过粪或尿从体内排出，可阻止动物粪便中蚊蝇的生长繁殖，长期添加可大大改善畜舍内外环境。另一方面，大蒜素作为天然抑菌物质，容易挥发到空气中，饲料中添加大蒜素能在一定程度抑制环境中有害微生物的生长，减少空气中细菌数量，达到净化环境空气的效果。此外，大蒜素中存在多种硫醚化合物等挥发性物质，其散发的自然香味对动物有较强的引诱作用，提高动物食欲，增加采食量，并通过嗅味觉对高级中枢的反射性活动进行调节，促进肠道蠕动和消化酶分泌，提高动物对饲料的消化吸收。长期饲喂大蒜素还能提升畜禽肉品质及风味。

1.6 其他生理作用 大蒜素还具有解毒作用，是一种预防重金属中毒的天然草药。大蒜素通过抑制铅中毒诱导的肝细胞凋亡途径保护肝脏，并通过上调丙酮酸激酶同工酶2（Pyruvate Kinase Isozyme 2，）的表达来缓解铅诱导的干细胞衰老。大蒜素通过多种途径抑制和治疗消化道癌症的发生。

2 大蒜素在动物生产中的应用

2.1 大蒜素在鸡生产中的应用 大蒜素可提高肉鸡和蛋鸡的生产效率。权根花等发现，2.0% 大蒜素组的白羽肉鸡成活率、日增重和屠宰率都高于对照组，耗料增重比低于对照组。范兆卓等发现，饲粮中加入200 mg/kg 大蒜素能降低白羽肉鸡腿肌和胸肌中胆固醇含量，并且改善腿肌和胸肌肉品质。唐娇玉等发现，在湘黄鸡日粮中添加200 mg/kg 大蒜素可以提高调节热应激的糖和蛋白质代谢，显著降低热应激下的死亡率，提高湘黄鸡的生产性能。刘兆辉等研究表明，在饲料中添加200 mg/kg 大蒜素可提高湘黄鸡胸腺指数，增加血液中总蛋白和球蛋白含量。王文利等发现，饲料中添加0.2%大蒜素，不仅可使蛋鸡的开产时间、产蛋高峰期提前，还可延长蛋鸡产蛋高峰期所持续的时间，增加平均蛋重、降低蛋鸡的料蛋比，提高生产效益。由此可见，大蒜素可以提高鸡成活率、饲料转化率和抗热应激能力，改善鸡肉品质，增强机体免疫力，并有效提高肉鸡和蛋鸡的生产性能，应根据生产需要添加不同浓度的大蒜素。

2.2 大蒜素在猪生产中的应用 大蒜素有效促进仔猪、育肥猪和繁殖母猪的生产性能。研究发现，仔猪生产中每天在饲粮中添加200 mg/kg 大蒜素，仔猪的粪便颜色浅且蚊蝇少，仔猪发病率低；200 mg/kg 大蒜素组仔猪日增重比对照组高8.04%，耗料增重比和腹泻率均低于对照组；0.01%大蒜素组的断奶仔猪血清低密度脂蛋白、葡萄糖含量、总胆固醇含量、甲状腺素T3（FT3）、胰岛素样生长因子I 都高于对照组，血清尿素氮含量低于对照组，其效果与抗生素相当。在育肥猪生产中，0.25%大蒜素（日粮中连续3 周添加）组育肥猪平均日增重较对照组提高了 9.91%，日粮钙、磷和粗蛋白质的表观消化率显著提高；日粮中添加5%新鲜大蒜可提高去势公猪屠体中过氧化物歧化酶活性、肌肉系水力和大理石花纹含量，降低滴水损失和丙二醛含量。此外，饲料中添加300 mg/kg 大蒜素可显著提高母猪初乳中的总超氧化物歧化酶含量。综上所述，在猪饲料中添加大蒜素可以有效减少仔猪疾病的发生，提高仔猪和育肥猪每日的采食量、日增重和饲料利用率，改善猪血清指标，提高母猪初乳中的抗氧化指标，提高猪的生产性能。

2.3 大蒜素在鱼类生产中的应用 大蒜素可以提高鱼类抗病力，并作为营养物质代谢调节剂改善饲料的口味，长期饲喂还可以提高水产品的品质。在罗非鱼的饲料中添加200 mg/kg 大蒜素，可有效提高罗非鱼鱼苗的成活率，降低耗料增重比。日粮中添加40 mg/kg 大蒜素可以改善鲟鱼的饲料效率、特定生长率和蛋白效率，并提高机体粗蛋白质含量，降低肌肉的蒸煮损失。研究表明，200 mg/kg 大蒜素组大菱鲆幼鱼的特定生长率和血清补体C3 显著高于对照组，死亡率和饲料系数低于对照组，且400 mg/kg 大蒜素组溶菌酶活力、超氧化物歧化酶活力和抗病力高于对照组。大蒜素也可与其他中草药添加剂混合使用。0.1%大蒜素和杜仲复合添加剂可显著提高鲤鱼的成长速度、鱼肉中蛋白质和氨基酸的含量，降低脂肪含量，改善肌肉胶原蛋白和肌原纤维耐折力。由此可见，大蒜素可以增强鱼类抵抗力，降低死亡率，提高饲料利用率，长期饲喂可改善鱼肉品质，提高鱼类生产效益。

2.4 大蒜素在羊、牛生产中的应用 大蒜素在反刍动物研究较少，但研究发现大蒜素能提高羊和牛的生产性能，并改善羊血液指标。赵健康等发现，3 月龄湖羊精料中添加2 g/d 大蒜素并连续饲喂45 d，试验组羊的总增重和日增重均显著高于对照组，腹泻率低于对照组。刘敏研究发现，1.8 g/d 大蒜素干粉（浓度为25%）组哈萨克羊血清中的球蛋白、谷丙转氨酶、谷草转氨酶水平和总抗氧化能力均显著高于对照组，丙二醛显著低于对照组。陈丹丹等研究发现，精料中添加2.0 g/（只·d）大蒜素能够一定程度上降低杜泊绵羊× 小尾寒羊杂交F代肉用成年母羊的甲烷排放量和单位代谢体重。刘敏研究发现，0.08% 大蒜素干粉（浓度为25%）组荷斯坦奶牛产奶量、乳脂率分别比对照组提高了0.93 kg 和0.06%，乳蛋白率和非脂固形物率显著提高。此外，大蒜素虽能够提高牛羊的生产性能，但反刍动物的食物在瘤胃中停留时间较长，大蒜素可能主要通过微生物来调节机体代谢，影响了大蒜素对反刍动物的调节作用。

3 小结与展望

大蒜素对细菌和真菌具有广泛的抑制作用，同时具有抗应激、调节脂质代谢、降低耗料增重比和促进动物生长发育的生理功能，使它成为替代抗生素的良好选择，已广泛应用于动物生产。大蒜素是生物活性比较强的植物提取物，但自然状态下的大蒜素极不稳定，遇碱遇热均会降解，严重影响了大蒜素在动物生产中的应用。在今后的研究中，应重点寻找能在饲料中稳定存在并在机体内具有调节活性的大蒜素衍生品，并确定改善畜禽生产性状的有效浓度，为畜牧业绿色健康发展提供助力。