大蒜活性物质提取方法及其在肉制品中的应用研究进展

蒲仕文，徐雯，杨燕，李富宽，吕慎金

（1.新疆大学生命科学与技术学院，新疆 乌鲁木齐 830046；2.临沂大学农林科学学院，山东 临沂 276000；3.临沂市农业科学院，山东 临沂 276012）

食品安全问题是当今人们关注的一个重要话题，人们青睐于自然和健康的肉与肉制品。在肉与肉制品的加工与保藏过程中，需要化学添加剂来满足食品在加工、储存和包装过程中的质量和安全。化学添加剂通常有两种来源：化学合成和自然来源提取。自然来源提取是利用最多的一种方式，人们普遍认为相比于化学合成的产品，天然产品更温和，无害。天然化合物可以替代化学合成的防腐剂，既满足了消费者对新鲜肉品的需求，也满足了消费者对化学合成防腐剂的潜在抵触心理，是肉类保鲜的有效抗菌方法[1-2]。因此，肉类工业与科研工作者的目光越来越关注植物提取物，其对于减缓食品腐败以及延长食品货架期有着巨大的潜力[3]。

大蒜是一种多年生植物，是仅次于洋葱的最广泛使用的鳞茎植物，它易于在世界各地的温带和热带地区生长，大蒜原产于中亚和伊朗东北部，并且在古埃及、印度、韩国、中国的历史中有记载[4]。大蒜对人体有益，能治疗许多疾病，例如感冒、感染和糖尿病以及作为预防与健康有关的疾病的治疗剂[5]。大蒜含有多种活性物质，如多酚、类黄酮、有机硫化物、皂苷、酚类化合物和多糖等[6]。大蒜中的酚类物质具有清除1，1-二苯基-2-三硝基苯肼自由基的能力[7]，大蒜中的有机硫化物具有抗病毒[8-9]和抗菌潜力[10-13]，对于人体健康和抑制癌细胞增殖有积极作用[14]。

大蒜提取物不仅和人类的营养健康相关，其作为一种重要的天然添加剂在肉品保藏和提高肉品品质方面也有很大潜力，可以作为替换化学合成抗氧化剂和防腐剂的良好选择。在冷鲜肉的保藏方面[15]，大蒜提取物有较好的保鲜效果；在熟鸡肉、熟猪肉的保藏过程中[16]，添加大蒜素对于防腐效果的提高有积极作用；在香肠加工中添加大蒜及其衍生物有较强的抗氧化效果和抗菌效果[17]；在鸡肉香肠的保藏中，新鲜大蒜和大蒜粉通过其抗氧化和抗菌的组合作用能够延长香肠的保质期，在肉制品保鲜方面具有潜在的实用价值[13]。因此，大蒜是具有抗氧化和抗菌特性的天然制剂，很容易被消费者接受。本文对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应用进行了综述，以期为后续的研究提供参考。

1 大蒜主要活性成分的提取方法

1.1 大蒜素的提取方法

大蒜素是一种含硫的天然化合物，大蒜素的前体是非蛋白性氨基酸蒜氨酸（S-烯丙基-L-半胱氨酸亚砜）[18]，通过蒜氨酸酶产生，在没有受到破坏的大蒜组织中，蒜氨酸和蒜氨酸酶分别位于细胞质和液泡中[19]。当组织被破坏，酶和底物相互接触，便产生了大蒜素。大蒜素是新鲜碎大蒜最主要的抗菌活性成分[18]。

Lee等[20]运用高效液相色谱-四甲基偶氮唑盐比色法证实大蒜的水提物活性成分与大蒜素相关。大蒜素易溶于甲醇、乙醇、丙酮等有机溶剂，所以这些有机溶剂能够单独或者混合浸提大蒜素。Fujisawa等[21]从大蒜中提取大蒜素时，乙醇溶液的提取效果优于水溶液。这可能是由于大蒜素的疏水性，它更易溶于乙醇中。Jiang等[22]用不同浓度乙醇提取大蒜素，乙醇浓度为60%，大蒜素的得率达到最高，为1.37 mg/g。Zhu等[23]用正交试验分析得出水提大蒜素酶解时间，料液比以及提取温度是影响提取率的重要因素，并且用响应面得出最佳料液比为 1∶6.4（g/mL），提取温度为 27.4 ℃，酶解时间为32 min提取的大蒜素最高，达到2.81 mg/kg。

基于低分子有机溶剂和无机盐的盐析萃取对提取生物活性物质来说比较稳定，对工业提取生物活性成分来说，价格低廉，高效以及简单。Li等[24]选用乙醇硫酸铵体系提取大蒜素，盐析萃取的方法大蒜素得率为68.4%。微波能够在极短时间内使细胞膜破裂，使想要提取的物质快速进入有机溶剂中，大大缩短了萃取时间，提高了萃取效率。王婕[25]研究了微波辅助提取大蒜，但未进行提取大蒜素稳定性的检测。del Valle等[26]采用超临界CO2萃取技术从大蒜样品中提取大蒜素，萃取条件为55℃、30 MPa、55 kg/kg的CO2/底物萃取4 h，在该工艺条件下达到最佳大蒜素得率75 mg/kg。得率随萃取压力的增加而略有增加，随工艺温度的升高而显著增加。

大蒜素是不稳定的挥发性有机硫化物，对温度和pH值比较敏感[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。水提物中的大蒜素会被大蒜蛋白质中含有巯基的水溶性物质破坏。不同的温度、pH值和光照等条件对大蒜素的稳定性影响较大。Wang等[28]用超高效液相色谱研究大蒜素在不同温度、pH值和光照下的稳定性。水提大蒜素的稳定性在pH 5～6时比较高，环境或者介质温度高于40℃尤其是高于70℃，加速大蒜素降解。水提大蒜素浓度越高，大蒜素的稳定性越好。当在避光和-20℃的条件下储存时，水提物中的大蒜素保存时间比较长。Jiang等[22]用大蒜素和乳清蛋白进行偶连，形成偶连物提高了大蒜素的稳定性，也提高了整体的水溶性与乳化性。喷雾凝固（也称为喷雾冷却）是一种适用于小分子药物、生物制品和保健食品的封装技术，该技术可方便地调整颗粒大小，避免使用水或有机溶剂。Tomšik等[29]用喷雾凝固的方法将大蒜素包埋，复合物的抗菌活性在3个月内均表现出较强的抗菌活性。采用微胶囊化技术来改善其大蒜素等提取物的溶解性和稳定性也是重要的保存其活性和功能特性的方式。阿拉伯胶、糊精、羧甲基纤维素、多孔淀粉和酪蛋白等都是良好的壁材。Wang等[30]采用多孔淀粉为壁材，采用β-环糊精喷雾干燥技术，可高效制备新型大蒜素微胶囊。大蒜素微胶囊相对于热、pH值、光、氧的稳定性也有所提高。

1.2 大蒜多酚的提取方法

在天然抗氧化剂中，酚类物质也是很重要的一种抗氧化剂，主要作为还原剂、氢供体和金属螯合剂抑制活性氧和自由基，在自然界中分布广泛。茶叶中的茶多酚、生姜中的姜酮、玉米大豆中的生育酚，都属于植物次级代谢产物，是有效的抗氧化剂。

大蒜中多酚的提取方法主要有微波辅助提取、高效液相色谱、超高压、化学溶剂提取等方式。Alide等[31]通过水提方式和乙醇提取方式提取大蒜中的平均总黄酮含量分别为（109.78±6.78）mg槲皮素当量/100 g和（258.47±12.37）槲皮素当量/100 g。提取过程中提取温度对总黄酮含量有显著影响，但是提取时间对植物化学成分和抗氧化活性没有显著影响。Tomšik等[32]采用超声波辅助提取多酚以及黄酮，预测并验证在80℃、70%乙醇溶液、79.8 min、20.06 W的超声辅助提取条件下，提取物总酚和黄酮的含量最多，抗氧化效果最好。Liu等[33]运用超临界流体萃取-超临界流体色谱-质谱联用测定大蒜中酚类物质，通过响应曲面法对超临界流体萃取工艺参数进行优化，在50℃下，加入30%甲醇溶液，在9 min内成功地提取出15种酚类化合物，该方式具有自动、高效、绿色的特点。Chhouk等[34]采用二氧化碳膨化乙醇的方法提取酚类化合物，结果表明CO2流量对总酚类化合物含量和抗氧化活性的影响小于温度的影响。并且在温度为200℃、CO2流量为0.5 mL/min时，大蒜壳中总酚类化合物含量为56.26 mg/g，清除50%DPPH自由基所需的样品浓度为0.41 mg/mL，二氧化碳膨化乙醇提取的总酚类化合物含量和抗氧化活性均超过有机溶剂提取法。Tomšik等[35]通过方差分析优化亚临界水萃取野生大蒜中的有效成分，最大限度提高提取率、总酚、总黄酮以及抗氧化活性。得出最佳提取条件为179℃、10 min，酸改性剂HCl的质量分数为1.09%。用高效液相色谱-差示扫描量热仪联用鉴定出主要酚类化合物为山茶酚类化合物。

2 大蒜主要提取物活性及机制

2.1 抗氧化活性及机制

大蒜中酚类的抗氧化能力主要通过作为自由基清除剂来达到抗氧化的效果。酚类是良好的氢供体，可以清除原有的自由基，自身则变为比较稳定的酚类自由基。酚类物质不仅仅可以直接清除自由基，也可以通过调节不同类型的氧化酶以及抗氧化酶活性来调节身体机能，从而能够保护身体免受氧化损伤[36]。为了找出大蒜素清除自由基的最可能的机理，Tiwari等[37]研究3种不同类型的反应，如双氢原子转移、单电子转移和顺序质子损失电子转移过程。结果表明，大蒜素可通过Fe催化发生双氢原子转移有效地清除O2-·。Okada等[38]根据大蒜素与DPPH自由基在Mg2+存在条件下的反应结果，表明大蒜素清除自由基的反应是通过一步氢原子转移进行，而不是通过电子转移。

2.2 抗菌能力及机制

大蒜提取物作为微生物生长抑制剂在食品保鲜中效果显著，食品在加工、运输储存中需要微生物防护措施，从而能够延长其货架期以及改善感官特性。食源性疾病是世界范围内日益严重的公共卫生问题，其中大量食源性疾病是微生物导致的腐败所致。

大量微生物对于大蒜提取物很敏感，但大蒜素对于微生物的作用方式尚不确定。Müller等[39]研究发现，大肠杆菌在大蒜素作用下的生长被抑制，与谷胱甘肽的耗尽和蛋白质S-烯丙基巯基修饰有关。大蒜素氧化蛋白质中的半胱氨酸生成硫代烯丙基巯基化合物，改变蛋白质的三维构象，从而干扰信号转导达到抑菌效果[40]。CURTIS等[41]对大蒜素抗性荧光假单胞菌和荧光假单胞菌参比菌株进行试验，发现大蒜素通过对半胱氨酸的氧化来抑制DNA旋转酶的活性，达到抑菌效果。大蒜素对革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌有良好的抗菌活性。大蒜素对某些具有抗药性的人类病原体也很有效，能够抑制耐甲氧西林金黄色葡萄球菌的增殖[18]。大蒜素还表现出对真菌细胞的毒性作用，并能在体内和体外抑制孢子萌发和菌丝生长[41]。不同时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对比结果显示，老蒜提取物的抗菌能力以及抗氧化能力更强[42]。

3 大蒜及其提取物在肉品加工及保藏中的应用

大蒜以及大蒜提取物在肉制品加工中起着重要作用，它们可以改变加工食品的物理性质或化学性质，从而延长货架期、改善风味、抑制不良物质生成。

3.1 在禽肉加工及保藏中的应用

羧甲基纤维素链上含有丰富的游离基，可以跟纳米颗粒结合，制得复合材料，将大蒜素提取液通过超声作用镀膜到复合材料上，能作为一种潜在的鸡肉保鲜方法。Diao等[43]通过羟甲基壳聚糖与大蒜水提物制备纳米可食用涂抹液，涂抹到鸡肉上能延长即时鸡肉的货架期，缓解鸡肉蛋白质降解和脂肪氧化的速度，且对产品风味无消极作用。大量研究人员发现大蒜素对于肉品保藏是有利的，但Mariutti等[44]研究发现在鸡肉的高压加工过程中，特别是在300 MPa左右的中高压下，添加大蒜具有促氧化作用。

3.2 在畜肉加工及保藏中的应用

目前大蒜活性成分在畜肉上运用的比较多，概括为4个方面的影响。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，减缓冷藏过程中硫代巴比妥酸值的上升，从而延长保质期[45]。将大蒜粉添加到兔肉汉堡中，能改善兔肉的风味以及抗氧化特性[46]。提高抗菌能力方面：在熟猪肉中加入大蒜素微胶囊，微胶囊在热处理后仍保持着良好的杀菌效果[16]。Sung等[47]研究大蒜精油复合膜对牛肉相关致病菌和腐败菌的体外抑菌效果，添加大蒜精油的膜在4℃下贮藏3、6、9、15 d后，对熟牛肉上单核细胞增生李斯特氏菌的生长有明显抑制作用，而对大肠杆菌无明显影响。Min等[48]研究大蒜水提物对于猪肉的保藏过程中的抑菌能力，其对于金黄色葡萄球菌和小鼠伤寒沙门氏菌生长繁殖没有明显的影响，但对小鼠伤寒沙门氏菌最大比生长率有着显著抑制作用。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，对杂环芳胺和芳香烃的形成有抑制作用[16]。Gibis等[49]发现大蒜油对于油炸牛肉饼中杂环芳胺的形成有抑制作用，毕可海等[50]发现大蒜提取物处理过的猪肉油炸后的苯并芘抑制率能够达到43.86%。改善肉制品风味方面：猪肉冷藏过程中，添加大蒜提取物对蛋白质硫醇和蛋白质交联产生影响，从而影响猪肉的韧性[51]。Yang等[52]在辐照碎牛肉之前加入大蒜粒，可以掩盖辐照产生的不良气味。

3.3 在水产品加工及保藏中的应用

在鱼糜香肠的冷藏过程中，添加大蒜水提物可以减少蛋白质和脂肪氧化以及抑制微生物生长，而且添加大蒜提取液后鱼糜香肠的质地也得到了改善，其持水能力和蛋白质网络结构更强[53]。大蒜精油能够显著提高热熏虹鳟鱼的冷藏货架期，通过感官、化学和微生物评估，能够将货架期延长两周[54]。

4 结语

目前大蒜活性成分的提取方法主要有高效液相色谱法、化学溶剂提取法、微波辅助提取法等，大蒜素提取率低，成本高。因此在肉的加工与保藏过程中，大蒜活性物质使用程度较低。大蒜提取物在肉制品的加工与保藏过程中具有良好的抗氧化以及抗菌的效果，目前人们对天然食品防腐剂的需求越来越高，大蒜活性成分的提取工艺以及保存方式的改进是未来的发展趋势，也将会给肉制品加工行业带来进步。