大蒜素的生理功能及其在動物生產中的應用研究進展

樊慶燦，鄭路程，王倩倩，胡 威，楊 雪，鄭文亞

（1.宜春學院生命科學與資源環境學院，江西宜春 336000；2.江西綠科農牧科技有限公司，江西宜春 336000）

以往，抗生素作為高效的殺菌劑和生長促進劑廣泛應用于畜牧生產。但抗生素導致的藥物殘留等生物安全問題引起人們越來越多的關注。畜禽生產中限制或禁止使用抗生素是目前畜牧業發展的方向，開發具有抗菌和促生長作用的抗生素替代物成為研究熱點。大蒜素（Allicin）是大蒜細胞受損后，液泡中的蒜氨酸酶逸出，催化細胞質中的蒜氨酸轉化形成的油性物質，化學名為二烯丙基硫代亞磺酸酯（CHOS）。大蒜素進入生物體內，迅速與谷胱甘肽反應生成巰基谷胱甘肽S-烯丙基，游離的大蒜素則通過自由擴散進入細胞膜，使蛋白質半胱氨酸中的硫醇基發生S-烯丙基氧化修飾。硫醇基的可逆氧化和還原反應是大蒜素生物活性關鍵，可以調節細胞的多個生理過程。大蒜素具有抗菌、抗氧化、抗應激、提高免疫力、調節脂質代謝和促生長等生理功能，且大蒜素為植物提取物，不會產生藥物殘留等問題，是一種極具潛力的抗生素替代物。本文主要綜述了大蒜素的生理功能及其在動物生產中的應用進展，為大蒜素在動物生產中應用提供參考。

1 大蒜素的生理功能

1.1 抗菌作用 大蒜素對革蘭氏陽性菌和陰性菌都具有廣譜抗菌活性，能高效抑制芽孢桿菌屬、鏈球菌屬、霍亂弧菌、鼠傷寒沙門氏菌、金黃色葡萄球菌、根癌農桿菌、丁香假單胞菌和大腸桿菌等細菌。大蒜素還具有抵抗真菌的活性，醫學上不僅用于治療局部皮膚的念珠菌感染，還可以通過呼吸作用輸送到肺部，治療肺的曲霉病。此外，研究還發現大蒜素與其他已知的真菌毒性物質（如銅）協同作用，抑制面包酵母等真菌的活性。

大蒜素的抑菌機制與其化學結構存在密切關系。大蒜素分子中所含有的硫醚基及烯丙基可以破壞菌體細胞膜結構，抑制細菌生長和增殖。大蒜素還可以通過對細菌中含巰基的蛋白質進行S-烯丙基修飾，從而使細菌蛋白質聚集、關鍵酶失活和谷胱甘肽水平降低。研究發現，大蒜素能有效抑制細菌中異檸檬酸裂解酶（含硫醇基）、硫氧還蛋白還原酶、木瓜蛋白酶和乙醇脫氫酶活性，這種抑制作用可以通過添加還原劑來解除，說明大蒜素的抑制作用是由酶蛋白的硫醇修飾引起。此外，大蒜素還可以通過對谷胱甘肽池的硫醇修飾，引起酵母細胞氧化電位增加，最終導致細胞凋亡。

1.2 調節動物脂質代謝 大蒜素通過多種途徑影響動物脂質沉積。大蒜素不僅抑制機體內脂肪的生成，還促進脂肪分解產熱來減少脂肪堆積。研究發現，飼喂大蒜素的小鼠，脂肪酸結合蛋白（Fatty Acid-Binding Protein4，）等脂肪合成相關基因表達量減少，甘油三酯脂肪酶（Adipose Triglyceride Lipase，）等脂肪分解相關基因表達量增加，解偶聯蛋白1（Uncoupling Protein 1，）等機體產熱相關基因表達量增加，瘦素（Leptin，）等脂肪因子表達量顯著增加。大蒜素可以增加Krüppel 樣因子15（Krüppel-like Factor 15，）和基因表達，增強KLF15 蛋白與啟動子區域的相互作用，誘導體內棕色樣脂肪生成以及多泡脂肪細胞的出現。大蒜素可以增強胰島素活性，大蒜素組小鼠胰島素受體底物1（Insulin Receptor Substrate 1，）等基因表達量較對照組顯著增加，間接影響機體脂質代謝。大蒜素還可以通過增加腸道有益菌群的豐度來減少脂肪堆積。飼喂大蒜素的小鼠，嗜黏蛋白阿克曼菌（，Akk）的豐度顯著增加，而Akk 可以產生對宿主和微生物群成員均有益的短鏈脂肪酸，調節宿主脂肪沉積。此外，大蒜素可與體內酶蛋白的半胱氨酸的巰基直接反應，抑制膽固醇生物合成途徑的2 種重要酶（角鯊烯單加氧酶和乙酰輔酶A 合成酶）的功能，這是膽固醇生物合成早期的步驟，直接影響膽固醇合成。

1.3 提高動物抗氧化能力 大蒜素在動物體內也可以提高動物的抗氧化能力。一方面，大蒜素可提高動物對氧化應激的抵御能力。大蒜素進入生物體內，迅速與谷胱甘肽氧化反應生成氧化型谷胱甘肽（GSSG）。谷胱甘肽是真核生物含量最豐富的硫醇化合物，大蒜素進入生物體內后，機體生成大量GSSG，并通過氧化應激傳感器系統，激活機體本身的氧化應激保護反應，這種輕度氧化應激反應使細胞能夠抵御更大氧化應激造成的損傷。另一方面，大蒜素在室溫下很容易發生Cope 消除反應，形成2-丙烯亞磺酸，這是一種非常有效的抗氧化劑，參與維持體內氧化還原平衡。

1.4 提高動物免疫力 研究發現，大蒜素可以通過刺激單核細胞，使單核細胞釋放出大量的溶菌酶，溶菌酶水解細菌細胞壁中的黏多肽，消滅病菌細胞。大蒜素也可以增加淋巴細胞與巨噬細胞的細胞數量，刺激淋巴細胞分泌較多的干擾素、白細胞介素等，這些細胞因子可以破壞病菌細胞，增強機體的非特異性免疫作用。大蒜素可以有效促進脾臟B 淋巴細胞抗體細胞的形成，促進抗體分泌?？贵w和病原體相結合，產生干擾病原體中某些起作用的酶，減少病原體致病的效果，并與外毒素特異性結合，阻止外毒素吸附易感細胞。大蒜素能夠激活T 淋巴細胞，提高T 淋巴細胞內-醋酸萘酯陽性率，刺激中樞淋巴器官和外周淋巴器官的細胞增殖，加強機體細胞的免疫功能。

1.5 改善動物生活環境，促進動物生長發育 大蒜素可改善畜禽生活環境。一方面，大蒜素所含的硫化物散發出大蒜味，可驅避害蟲，避免它們對動物飼料造成污染。大蒜辣素通過糞或尿從體內排出，可阻止動物糞便中蚊蠅的生長繁殖，長期添加可大大改善畜舍內外環境。另一方面，大蒜素作為天然抑菌物質，容易揮發到空氣中，飼料中添加大蒜素能在一定程度抑制環境中有害微生物的生長，減少空氣中細菌數量，達到凈化環境空氣的效果。此外，大蒜素中存在多種硫醚化合物等揮發性物質，其散發的自然香味對動物有較強的引誘作用，提高動物食欲，增加采食量，并通過嗅味覺對高級中樞的反射性活動進行調節，促進腸道蠕動和消化酶分泌，提高動物對飼料的消化吸收。長期飼喂大蒜素還能提升畜禽肉品質及風味。

1.6 其他生理作用 大蒜素還具有解毒作用，是一種預防重金屬中毒的天然草藥。大蒜素通過抑制鉛中毒誘導的肝細胞凋亡途徑保護肝臟，并通過上調丙酮酸激酶同工酶2（Pyruvate Kinase Isozyme 2，）的表達來緩解鉛誘導的干細胞衰老。大蒜素通過多種途徑抑制和治療消化道癌癥的發生。

2 大蒜素在動物生產中的應用

2.1 大蒜素在雞生產中的應用 大蒜素可提高肉雞和蛋雞的生產效率。權根花等發現，2.0% 大蒜素組的白羽肉雞成活率、日增重和屠宰率都高于對照組，耗料增重比低于對照組。范兆卓等發現，飼糧中加入200 mg/kg 大蒜素能降低白羽肉雞腿肌和胸肌中膽固醇含量，并且改善腿肌和胸肌肉品質。唐嬌玉等發現，在湘黃雞日糧中添加200 mg/kg 大蒜素可以提高調節熱應激的糖和蛋白質代謝，顯著降低熱應激下的死亡率，提高湘黃雞的生產性能。劉兆輝等研究表明，在飼料中添加200 mg/kg 大蒜素可提高湘黃雞胸腺指數，增加血液中總蛋白和球蛋白含量。王文利等發現，飼料中添加0.2%大蒜素，不僅可使蛋雞的開產時間、產蛋高峰期提前，還可延長蛋雞產蛋高峰期所持續的時間，增加平均蛋重、降低蛋雞的料蛋比，提高生產效益。由此可見，大蒜素可以提高雞成活率、飼料轉化率和抗熱應激能力，改善雞肉品質，增強機體免疫力，并有效提高肉雞和蛋雞的生產性能，應根據生產需要添加不同濃度的大蒜素。

2.2 大蒜素在豬生產中的應用 大蒜素有效促進仔豬、育肥豬和繁殖母豬的生產性能。研究發現，仔豬生產中每天在飼糧中添加200 mg/kg 大蒜素，仔豬的糞便顏色淺且蚊蠅少，仔豬發病率低；200 mg/kg 大蒜素組仔豬日增重比對照組高8.04%，耗料增重比和腹瀉率均低于對照組；0.01%大蒜素組的斷奶仔豬血清低密度脂蛋白、葡萄糖含量、總膽固醇含量、甲狀腺素T3（FT3）、胰島素樣生長因子I 都高于對照組，血清尿素氮含量低于對照組，其效果與抗生素相當。在育肥豬生產中，0.25%大蒜素（日糧中連續3 周添加）組育肥豬平均日增重較對照組提高了 9.91%，日糧鈣、磷和粗蛋白質的表觀消化率顯著提高；日糧中添加5%新鮮大蒜可提高去勢公豬屠體中過氧化物歧化酶活性、肌肉系水力和大理石花紋含量，降低滴水損失和丙二醛含量。此外，飼料中添加300 mg/kg 大蒜素可顯著提高母豬初乳中的總超氧化物歧化酶含量。綜上所述，在豬飼料中添加大蒜素可以有效減少仔豬疾病的發生，提高仔豬和育肥豬每日的采食量、日增重和飼料利用率，改善豬血清指標，提高母豬初乳中的抗氧化指標，提高豬的生產性能。

2.3 大蒜素在魚類生產中的應用 大蒜素可以提高魚類抗病力，并作為營養物質代謝調節劑改善飼料的口味，長期飼喂還可以提高水產品的品質。在羅非魚的飼料中添加200 mg/kg 大蒜素，可有效提高羅非魚魚苗的成活率，降低耗料增重比。日糧中添加40 mg/kg 大蒜素可以改善鱘魚的飼料效率、特定生長率和蛋白效率，并提高機體粗蛋白質含量，降低肌肉的蒸煮損失。研究表明，200 mg/kg 大蒜素組大菱鲆幼魚的特定生長率和血清補體C3 顯著高于對照組，死亡率和飼料系數低于對照組，且400 mg/kg 大蒜素組溶菌酶活力、超氧化物歧化酶活力和抗病力高于對照組。大蒜素也可與其他中草藥添加劑混合使用。0.1%大蒜素和杜仲復合添加劑可顯著提高鯉魚的成長速度、魚肉中蛋白質和氨基酸的含量，降低脂肪含量，改善肌肉膠原蛋白和肌原纖維耐折力。由此可見，大蒜素可以增強魚類抵抗力，降低死亡率，提高飼料利用率，長期飼喂可改善魚肉品質，提高魚類生產效益。

2.4 大蒜素在羊、牛生產中的應用 大蒜素在反芻動物研究較少，但研究發現大蒜素能提高羊和牛的生產性能，并改善羊血液指標。趙健康等發現，3 月齡湖羊精料中添加2 g/d 大蒜素并連續飼喂45 d，試驗組羊的總增重和日增重均顯著高于對照組，腹瀉率低于對照組。劉敏研究發現，1.8 g/d 大蒜素干粉（濃度為25%）組哈薩克羊血清中的球蛋白、谷丙轉氨酶、谷草轉氨酶水平和總抗氧化能力均顯著高于對照組，丙二醛顯著低于對照組。陳丹丹等研究發現，精料中添加2.0 g/（只·d）大蒜素能夠一定程度上降低杜泊綿羊× 小尾寒羊雜交F代肉用成年母羊的甲烷排放量和單位代謝體重。劉敏研究發現，0.08% 大蒜素干粉（濃度為25%）組荷斯坦奶牛產奶量、乳脂率分別比對照組提高了0.93 kg 和0.06%，乳蛋白率和非脂固形物率顯著提高。此外，大蒜素雖能夠提高牛羊的生產性能，但反芻動物的食物在瘤胃中停留時間較長，大蒜素可能主要通過微生物來調節機體代謝，影響了大蒜素對反芻動物的調節作用。

3 小結與展望

大蒜素對細菌和真菌具有廣泛的抑制作用，同時具有抗應激、調節脂質代謝、降低耗料增重比和促進動物生長發育的生理功能，使它成為替代抗生素的良好選擇，已廣泛應用于動物生產。大蒜素是生物活性比較強的植物提取物，但自然狀態下的大蒜素極不穩定，遇堿遇熱均會降解，嚴重影響了大蒜素在動物生產中的應用。在今后的研究中，應重點尋找能在飼料中穩定存在并在機體內具有調節活性的大蒜素衍生品，并確定改善畜禽生產性狀的有效濃度，為畜牧業綠色健康發展提供助力。