大蒜素研究

大蒜素对食品中霉菌的抑制研究进展
阎培玲
湖北理工学院化学与材料工程学院湖北黄石 435000
摘要：食品储存过程中易被霉菌，从而影响食品质量，是食品保鲜及储运应中重点考虑的问题。

大蒜对多种病原微生物均有抑制作用，其主要抗菌生物活性成分是大蒜素，具有广谱抗菌性而得到了广泛应用。

本文综述近年来大蒜素的应用，重点介绍大蒜素的抑菌机制及其抗菌活性，并介绍在大蒜素抗菌活性方面的最新研究成果，展望大蒜素作为天然防腐剂的应用前景。

关键词：霉菌大蒜素抑菌机制抗菌活性防腐剂
Research progress of the inhibition of garlic to leaf mold in
foods
Yan Peiling
Department of Chemical and Materials Engineering of Hubei Polytechnic University
Huangshi 435000 China
Abstract:Foods are easily infected by mold in the reservation and food quality is effected greatly, so mold shoud be the biggest problem in food fresh keeping and storage. Many kinds of pathogenic microorganisms can be inhibited by garlic, the antimicrobial component is allicin which has been extensively used because of resistance of wide spectrum. In this context the application of allicin is reviewed, the bacteriostatic machanism and stability are especially focused on. The latest researcher findings are also introduced. Finally，the application prospect of allicin as natural preservatives is forecasted.
Keywords：mold；allicin；pathogenic microorganism；antibiotic activity；preservative
一、食品中的霉菌
霉菌是丝状真菌的俗称，即“发霉的真菌”，它们往往能形成菌丝繁茂的菌丝体，又不像蘑菇那样产生大型的子实体。

在潮湿温暖的地方，很多多物品上长出一些肉眼可见的绒毛状、絮状或蜘蛛网状的菌落，即为霉菌。

霉菌繁殖迅速，
常造成食品霉腐贬值。

当湿度在0.7以下时，霉菌的繁殖受到抑制。

多数霉菌的最适繁殖温度在25°C-30°C之间。

霉菌多数对人体有益，如发酵、酿造，部分有害造成食品霉变或人体真菌感染，部分产生毒素，如黄曲霉产生黄曲霉素。

食品中的美军主要包含青霉、曲霉、根霉、毛霉。

霉菌主要利用食品中的碳水化合物作为营养物质进行生长，此外还有矿物质和少量氮，因此在含糖量高的食品如糕点水果粮食上容易生长，使食品营养价值和使用价值降低。

霉菌污染食品后可繁殖产毒，引起霉菌毒素中毒，侵害肝脏，肾脏，大脑神经系统等器官，产生肝硬化，肝炎，肝细胞坏死，肝癌，急慢性肾炎，大脑中枢神经系统的严重出血，神经组织变性等。

当食品上出现青霉和曲霉是表明食品将变质，当出现根霉和毛霉时表明食品已严重腐变，不能在食用，长期以来食品霉变成为食品质量的重大隐患。

二、大蒜素及其抑菌机制
(一) 大蒜素
大蒜(garlic)为百合科多年生宿根草本植物，性温、味辣,既有营养价值，又是调味增香和杀菌佳品。

自二十世纪巴斯德明确提出大蒜具有一定抗菌活性后，引起了诸多学者的研究兴趣，经多年研究发现，大蒜中的抗菌活性成分为大蒜素(allicin) 大蒜也因此被称为“植物性天然光谱抗生素”。

1844年德国化学家Theodor Wertheim[1]采用水蒸气蒸馏大蒜得到有刺激性气味大蒜精油，称之为大蒜。

大蒜素已被广泛应用于养殖业，以提高动物成活率并改善其肉质风味。

而且大蒜素无药物残留、无耐药性不产生致畸、致癌、致突变作用是替代抗生素。

大蒜素在临床医药、保健食品和饲料添加剂方面也得到了较为广泛的应用，欧美等发达国家将其作为抗菌、提高机体免疫力和调节血脂和抗肿瘤的天然首选治疗药物, 开发制备了含全蒜物质的“全蒜”软胶囊,成为国际保健品市场的新秀。

我国医学界已将大蒜素列为抗癌、降脂、抗动脉硬化方面的生物活性物质并定为应用重点。

在食品防腐保鲜方面,1988年日本学者[2]研究发现,大蒜对几十种食品卫生和食品腐败细菌有较强抑制灭作用,且具有较宽抗菌谱。

近年来对大蒜素的研究主要集中在医药方面。

大蒜素在食品方面的应用研究还未深入，本文对大蒜素抑制真菌作用的研究成果作了一定总结分析，以期对大蒜素在天然生物防腐剂方面的开发应用所启发。

大蒜素(CH2=CH- CH2- S- S(O)- CH2- CH=CH2)是从
大蒜的鳞茎（大蒜头）中提取的一种有机硫化合物，也存在于洋葱和其他葱科植物中。

学名二烯丙基硫代亚磺酸酯。

大蒜素以前体蒜氨酸的形式存在于大蒜中,蒜氨酸较稳定, 在大蒜素受到机械碰撞时, 蒜氨酸与同样存在于大蒜中的蒜酶作用, 生成挥发性大蒜素，并产生蒜臭[3]。

大蒜素为淡黄色油状液体，具有强烈的大蒜臭，味辣，水溶液pH值为6.5，溶于乙醇、氯仿或乙醚。

大蒜素不稳定, 特别是在热和碱性环境中易分解, 当温度上升到80℃或pH大于8.0 时,大蒜素分解速度加快。

用不同的提取方法提取大蒜素时所得的产物也不尽相同。

O'Gara EA等[4]用有机溶媒浸泡提取时, 萃取所得物主要为含硫化合物阿焦烯；张宇等[5]采用水蒸气蒸馏法所得物主要为二烯丙基硫化物,包括一硫化物,二硫化物和三硫化物。

当前的提取方法主要有有机溶剂浸取法，超临界流体提取，水蒸气蒸馏法等。

(二) 大蒜素的抑菌机理
经过多年的研究，现今普遍认为,大蒜素抗菌活性主要在于它能够与含有巯基的酶相互作用, 而这些酶对于微生物来说是至关重要的。

Ankri S等人发现大蒜素能够对巯基蛋白酶的活性产生不可逆的竞争性抑制，如NADP脱氢酶和 NAD 脱氢酶，而这些酶对生物体维持正常氧化还原态起着重要作用，对这些酶的抑制作用在较低的大蒜素浓度(<10μ g/mL )作用下即可观察得到,而在较高浓度下( >100μ g/mL )会对组织培养的动物细胞造成毒性损伤，这可能是由于动物细胞含有较微生物浓度较高的谷胱甘肽所致。

Ankri S等[3]人也发现大蒜素也能可逆性地抑制乙酰辅酶A的活性，大肠埃希菌RNA聚合酶对较低的大蒜素浓度也较为敏感。

由此可见大蒜素作用的靶位点有多种。

潘中武[6]等人通过大蒜素对烟曲霉菌感染小鼠的细胞免疫功能的影响实验发现注射大蒜素的烟曲霉菌感染小鼠的细胞免疫功能较没有注射大蒜素的对照组有较大提高，根据小鼠与人类的相近关系推测，如果霉菌进入机体内，大蒜素则可通过增强机体的免疫功能间接杀死霉菌。

宋卫国等[7]人通过对大蒜提取物抑制番茄灰霉菌活性测定的研究发现大蒜素对霉菌有较强的抑制作用，林辰壹等[8]对大蒜提取液对食用菌杂菌的抑制作用的研究发现大蒜素对青霉、曲霉、根霉、木霉四种食用真菌均有较强的抑制作用，苏风贤[9]发现大蒜生汁对黑曲霉也有较强抑制作用。

马慕英[10]发现大蒜素对桔青霉、岛青霉、产黄青霉、黑曲霉黄曲霉、杂色曲霉、黑根霉、米根霉、总
状毛霉、禾谷镰刀霉、串珠镰刀霉、灰白地霉、绿色木霉、犁头霉、牙枝霉、赤霉、灰色葡萄抱霉均有抑制作用且较苯甲酸、山梨酸抑制作用强。

并且许多研究结果已表明大蒜素对多数霉菌有抑制作用。

而大蒜素对霉菌的抑制机理至今尚未有深入研究，但从大蒜素强烈的抑菌作用推测其可能对霉菌的孢子有致死作用。

最近，LuYu等人通过检测大蒜素处理后的酵母细胞DNA并与未经处理的酵母细胞DNA对比后，从全基因组的角度提出了大蒜素的抑菌机理。

当处于有害的环境中时，基因表达的速率会降低以适应外部环境的压力。

Lu Yu等[11]人发现经大蒜素处理后的酵母细胞RNA的转录变慢，从而导致酵母菌的繁殖速率降低。

这是首次从全基因组的角度阐述大蒜素的抑菌理。

三、大蒜素抗菌活性的影响因素
（一）不同处理条件对大蒜素抗菌活性的影响
1.受其他试剂作用的影响
大蒜具有广谱抗菌作用，且较一般防腐剂抗菌作用强，但蔡芸等[12]发现大蒜素与其他抗菌试剂联合使用较大蒜素单独使用抗菌活性显著增强，而铜离子的剂量依赖性抗酿酒酵母菌作用在大蒜素存在条件下也显著提高。

2.大蒜素浓度的影响
对大蒜素的抑菌机理研究发现，低浓度的大蒜素抑制病原微生物生长，高浓度的则杀死病原微生物。

周延峰等[13]发现不同浓度的大蒜素对假单胞菌、大肠杆菌和金黄色葡萄球菌均有不同程度的抑菌效果，随着浓度的增加，抑菌效果愈加明显，对于假单胞菌，当大蒜素浓度达到25%时，病原菌可以完全被抑制；对于大肠杆菌和金黄色葡萄球菌，当大蒜素浓度达到50%时，病原菌可以完全被抑制。

而苏凤贤则发现大蒜汁对致病、致腐细菌、真菌均表现出极强的抑制作用，且菌悬液浓度越低，大蒜汁对供试菌种的抑制作用越明显，二者呈负相关。

3.pH及温度的影响
由于大蒜素中含有双键，性质极不稳定，受热因分解，在碱性条件下失去抗菌活性，在空气中易氧化，不同处理条件对大蒜素活性影响不同。

时威等[14]通过大蒜素对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌的抑制活性研究发现在酸性条件下，大蒜素对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抑制能力影响不大，在碱性条件下pH值的升高，对菌体的抑制能力下降，在pH 8～10 之间变化较大，pH值为10时抑菌效果
最差，金黄色葡萄球菌抑菌效果降低了 13.14%；大肠杆菌抑菌效果降低了10.90%周延峰等发现pH为6.5时大蒜素的抑菌效果较好。

原因可能是碱性条件下大蒜素失活。

在低于50°C条件下抑菌活性没有明显变化，在 50℃以上处理后，抑菌效力开始减弱，对金黄色葡萄球菌的抑菌效果降低了 22.68%，对大肠杆菌的抑菌效果降低了23.30%。

可知温度在 50℃以上时，随温度的升高大蒜素被破坏的速率大大加快。

周延峰等发现pH为6.5时大蒜素的抑菌效果较好，杨光[15]通过对大蒜乙醇提取液抑菌初步研究发现低浓度的乙醇(30%)提取大蒜素的抑菌效果较好。

苏凤贤则发现大蒜生汁的抑菌活性比大蒜提取物高。

对枯草芽孢杆菌、肠炎沙门氏菌、啤酒酵母的研究发现，生蒜汁pH为C时抑菌效果最好。

郭红珍等[16]通过大蒜对真菌抑制作用的研究也发现生蒜对真菌的抑制效果最为明显。

5%的生蒜浓度对葡萄酒酵母、酿酒酵母和黑根霉抑菌率均可达90%以上。

苏凤贤通过大蒜汁生物抑菌特性的实验发现大蒜汁在较宽的pH值范围都有抑菌活性，不仅在低pH值有很好的抑菌效力，在较高pH值也能充分发挥抑菌活性。

加入不同pH值的磷酸缓冲液后，大蒜汁的pH变化不尽相同，当pH在5.77一7.04时，大蒜汁的抑菌作用最强。

4.紫外线照射对大蒜素抗菌效果的影响
紫外线具有较高能量，并且有氧化能力，能破坏大蒜素活性。

时威等[14]发现随紫外处理时间的变化，大蒜素的抗菌活性随着处理时间的延长呈下降的趋势。

5.大蒜素保存时间对抑菌活性的影响
大蒜素不稳定，长时间存放易被氧化，时威等通过实验大蒜素的活性随时间的变化的总趋势是随着时间的延长而逐渐下降的，特别是 35d后下降的趋势明显，但保存42d仍表现出较好的抑菌活性，对金黄色葡萄球菌的抑菌效果仅降低4.22%，对大肠杆菌的抑菌效果也仅下降了 5.12%。

(二) 不同菌种对大蒜素抗菌活性的影响
不同的菌种对大蒜素的敏感性不同。

陈洪生等[17]人通过大蒜素提取条件的优化及其抑菌活力的研究结果表明,大蒜水提物对大肠杆菌的抑菌圈直径为34.00mm, 最低抑菌浓度为 25%(v/v)；对假单胞菌的抑菌圈直径为 32.20mm, 最低抑菌浓度为 20%(v/v)；对金黄色葡萄球菌的抑菌圈直径为 33.78mm, 最低抑菌浓度为 60%(v/v)[17]。

苏凤贤采用20%的大蒜汁浓度对供试菌种抑制的效果依
次为:大肠杆菌>白色念珠菌>啤酒酵母菌>金黄色葡萄球菌>枯草芽抱杆菌>福氏志贺氏菌>黑曲霉>伤寒沙门氏菌>肠炎沙门氏菌>绿脓假单抱菌。

杨光用30%的乙醇提取大蒜素，以最大抑菌圈比较抑菌效果，黑曲霉（29.3mm）> 青霉（24.8mm）> 金黄色葡萄球菌。

(三) 大蒜品种对大蒜素抗菌活性的影
不同地区大蒜蒜素的含量不同，抗菌活性自然也不同。

谭尉通过对国内主要大蒜产区不同大蒜品种油含量的测定，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，河南省中牟县的无薹蒜出油率最低。

程智慧等证实，在 26 个不同品种大蒜中，紫皮蒜的大蒜素含量最高。

周延峰等也通过大蒜素提取条件的优化及其抑菌效果的研究证实紫皮蒜体内的大蒜素含量高于白皮蒜；同一大蒜素浓度下，紫皮蒜的抑菌效果优于白皮蒜。

四、大蒜素在食品防腐方面的问题
大蒜具有较大刺激性蒜臭味，需要对其脱臭，目前的大蒜素脱臭现状是钝化或抑制蒜酶的活性、将蒜酶掩蔽，使之不与蒜氨酸接触、吸附或溶解小分子含硫臭气成分，方法有离子交换法、吸附脱臭法、微胶囊法、灭酶脱臭法、吸附脱臭法[18]。

但大蒜素性质极不稳定，从新鲜大蒜提取获得大蒜素及其它含硫化合物对热和碱稳定性差，对酸较稳定，在空气中长时间放置会使其失活。

据报道，大蒜汁中大蒜素在40℃水浴条件下，114小时后全部分解；而提纯大蒜素则更易分解，20℃时 20 小时几乎完全分解。

大蒜素不稳定性还表现在它可在蒜酶作用下进一步分解转化成其它挥发性硫化物，产生臭味同时降低生物性能。

这就限制了大蒜素的大规模应用。

当前在饲料加工中人们通过大蒜素碘化来提高大蒜素大稳定性。

不过值得考虑的是，食品中含有多种食用菌，而大蒜素具有广谱抗菌性，同样能杀死多种益生菌，而且到目前为止还没有关于大蒜素负面影响的相关研究，使大蒜素作为防腐剂的安全使用缺少科学依据,2004年就有报道称发现大蒜素致过敏性休克1例[19]，这更增加了大蒜素使用的安全隐患。

对于增强大蒜素的稳定性方面，当前在饲料加工中人们通过大蒜素碘化来提高大蒜素大稳定性。

五、结语
大蒜种植历史悠久，既具有较高营养价值又是食品增香佳品。

其中的大蒜素更是具有多种药理作用，而最重要的是其广谱抗菌功能较抗生素还要强，是天然
植物抗生素，被人们发现至今得到了广泛的应用，尤其是在水产品养殖业、医药业、饲料制造加工业的应用更为普遍，在水产品保鲜方面也有应用。

而使用中出现的问题，也引起了人们的重视，目前人们正致力于优化大蒜素提取工艺，研究大蒜素的脱臭工艺，并设法提高大蒜素额稳定性。

当前，大蒜素脱臭主要趋势是生物脱臭技术研究、低臭味大蒜品种的研究、脱臭和抑菌关系的研究，这些技术一旦成熟，将会大大提高大蒜素的使用范围，大蒜素也将给人们带来巨大的经济效益。

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