大蒜活性物質提取方法及其在肉制品中的應用研究進展

蒲仕文，徐雯，楊燕，李富寬，呂慎金

（1.新疆大學生命科學與技術學院，新疆 烏魯木齊 830046；2.臨沂大學農林科學學院，山東 臨沂 276000；3.臨沂市農業科學院，山東 臨沂 276012）

食品安全問題是當今人們關注的一個重要話題，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程中，需要化學添加劑來滿足食品在加工、儲存和包裝過程中的質量和安全?；瘜W添加劑通常有兩種來源：化學合成和自然來源提取。自然來源提取是利用最多的一種方式，人們普遍認為相比于化學合成的產品，天然產品更溫和，無害。天然化合物可以替代化學合成的防腐劑，既滿足了消費者對新鮮肉品的需求，也滿足了消費者對化學合成防腐劑的潛在抵觸心理，是肉類保鮮的有效抗菌方法[1-2]。因此，肉類工業與科研工作者的目光越來越關注植物提取物，其對于減緩食品腐敗以及延長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生長，大蒜原產于中亞和伊朗東北部，并且在古埃及、印度、韓國、中國的歷史中有記載[4]。大蒜對人體有益，能治療許多疾病，例如感冒、感染和糖尿病以及作為預防與健康有關的疾病的治療劑[5]。大蒜含有多種活性物質，如多酚、類黃酮、有機硫化物、皂苷、酚類化合物和多糖等[6]。大蒜中的酚類物質具有清除1，1-二苯基-2-三硝基苯肼自由基的能力[7]，大蒜中的有機硫化物具有抗病毒[8-9]和抗菌潛力[10-13]，對于人體健康和抑制癌細胞增殖有積極作用[14]。

大蒜提取物不僅和人類的營養健康相關，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方面也有很大潛力，可以作為替換化學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、熟豬肉的保藏過程中[16]，添加大蒜素對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其抗氧化和抗菌的組合作用能夠延長香腸的保質期，在肉制品保鮮方面具有潛在的實用價值[13]。因此，大蒜是具有抗氧化和抗菌特性的天然制劑，很容易被消費者接受。本文對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用進行了綜述，以期為后續的研究提供參考。

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]，通過蒜氨酸酶產生，在沒有受到破壞的大蒜組織中，蒜氨酸和蒜氨酸酶分別位于細胞質和液泡中[19]。當組織被破壞，酶和底物相互接觸，便產生了大蒜素。大蒜素是新鮮碎大蒜最主要的抗菌活性成分[18]。

Lee等[20]運用高效液相色譜-四甲基偶氮唑鹽比色法證實大蒜的水提物活性成分與大蒜素相關。大蒜素易溶于甲醇、乙醇、丙酮等有機溶劑，所以這些有機溶劑能夠單獨或者混合浸提大蒜素。Fujisawa等[21]從大蒜中提取大蒜素時，乙醇溶液的提取效果優于水溶液。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%，大蒜素的得率達到最高，為1.37 mg/g。Zhu等[23]用正交試驗分析得出水提大蒜素酶解時間，料液比以及提取溫度是影響提取率的重要因素，并且用響應面得出最佳料液比為 1∶6.4（g/mL），提取溫度為 27.4 ℃，酶解時間為32 min提取的大蒜素最高，達到2.81 mg/kg。

基于低分子有機溶劑和無機鹽的鹽析萃取對提取生物活性物質來說比較穩定，對工業提取生物活性成分來說，價格低廉，高效以及簡單。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%。微波能夠在極短時間內使細胞膜破裂，使想要提取的物質快速進入有機溶劑中，大大縮短了萃取時間，提高了萃取效率。王婕[25]研究了微波輔助提取大蒜，但未進行提取大蒜素穩定性的檢測。del Valle等[26]采用超臨界CO2萃取技術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。

大蒜素是不穩定的揮發性有機硫化物，對溫度和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被大蒜蛋白質中含有巰基的水溶性物質破壞。不同的溫度、pH值和光照等條件對大蒜素的穩定性影響較大。Wang等[28]用超高效液相色譜研究大蒜素在不同溫度、pH值和光照下的穩定性。水提大蒜素的穩定性在pH 5～6時比較高，環境或者介質溫度高于40℃尤其是高于70℃，加速大蒜素降解。水提大蒜素濃度越高，大蒜素的穩定性越好。當在避光和-20℃的條件下儲存時，水提物中的大蒜素保存時間比較長。Jiang等[22]用大蒜素和乳清蛋白進行偶連，形成偶連物提高了大蒜素的穩定性，也提高了整體的水溶性與乳化性。噴霧凝固（也稱為噴霧冷卻）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，該技術可方便地調整顆粒大小，避免使用水或有機溶劑。Tom?ik等[29]用噴霧凝固的方法將大蒜素包埋，復合物的抗菌活性在3個月內均表現出較強的抗菌活性。采用微膠囊化技術來改善其大蒜素等提取物的溶解性和穩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-環糊精噴霧干燥技術，可高效制備新型大蒜素微膠囊。大蒜素微膠囊相對于熱、pH值、光、氧的穩定性也有所提高。

1.2 大蒜多酚的提取方法

在天然抗氧化劑中，酚類物質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，都屬于植物次級代謝產物，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、化學溶劑提取等方式。Alide等[31]通過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槲皮素當量/100 g和（258.47±12.37）槲皮素當量/100 g。提取過程中提取溫度對總黃酮含量有顯著影響，但是提取時間對植物化學成分和抗氧化活性沒有顯著影響。Tom?ik等[32]采用超聲波輔助提取多酚以及黃酮，預測并驗證在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]運用超臨界流體萃取-超臨界流體色譜-質譜聯用測定大蒜中酚類物質，通過響應曲面法對超臨界流體萃取工藝參數進行優化，在50℃下，加入30%甲醇溶液，在9 min內成功地提取出15種酚類化合物，該方式具有自動、高效、綠色的特點。Chhouk等[34]采用二氧化碳膨化乙醇的方法提取酚類化合物，結果表明CO2流量對總酚類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，大蒜殼中總酚類化合物含量為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化合物含量和抗氧化活性均超過有機溶劑提取法。Tom?ik等[35]通過方差分析優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的質量分數為1.09%。用高效液相色譜-差示掃描量熱儀聯用鑒定出主要酚類化合物為山茶酚類化合物。

2 大蒜主要提取物活性及機制

2.1 抗氧化活性及機制

大蒜中酚類的抗氧化能力主要通過作為自由基清除劑來達到抗氧化的效果。酚類是良好的氫供體，可以清除原有的自由基，自身則變為比較穩定的酚類自由基。酚類物質不僅僅可以直接清除自由基，也可以通過調節不同類型的氧化酶以及抗氧化酶活性來調節身體機能，從而能夠保護身體免受氧化損傷[36]。為了找出大蒜素清除自由基的最可能的機理，Tiwari等[37]研究3種不同類型的反應，如雙氫原子轉移、單電子轉移和順序質子損失電子轉移過程。結果表明，大蒜素可通過Fe催化發生雙氫原子轉移有效地清除O2-·。Okada等[38]根據大蒜素與DPPH自由基在Mg2+存在條件下的反應結果，表明大蒜素清除自由基的反應是通過一步氫原子轉移進行，而不是通過電子轉移。

2.2 抗菌能力及機制

大蒜提取物作為微生物生長抑制劑在食品保鮮中效果顯著，食品在加工、運輸儲存中需要微生物防護措施，從而能夠延長其貨架期以及改善感官特性。食源性疾病是世界范圍內日益嚴重的公共衛生問題，其中大量食源性疾病是微生物導致的腐敗所致。

大量微生物對于大蒜提取物很敏感，但大蒜素對于微生物的作用方式尚不確定。Müller等[39]研究發現，大腸桿菌在大蒜素作用下的生長被抑制，與谷胱甘肽的耗盡和蛋白質S-烯丙基巰基修飾有關。大蒜素氧化蛋白質中的半胱氨酸生成硫代烯丙基巰基化合物，改變蛋白質的三維構象，從而干擾信號轉導達到抑菌效果[40]。CURTIS等[41]對大蒜素抗性熒光假單胞菌和熒光假單胞菌參比菌株進行試驗，發現大蒜素通過對半胱氨酸的氧化來抑制DNA旋轉酶的活性，達到抑菌效果。大蒜素對革蘭氏陰性菌和革蘭氏陽性菌有良好的抗菌活性。大蒜素對某些具有抗藥性的人類病原體也很有效，能夠抑制耐甲氧西林金黃色葡萄球菌的增殖[18]。大蒜素還表現出對真菌細胞的毒性作用，并能在體內和體外抑制孢子萌發和菌絲生長[41]。不同時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比結果顯示，老蒜提取物的抗菌能力以及抗氧化能力更強[42]。

3 大蒜及其提取物在肉品加工及保藏中的應用

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或化學性質，從而延長貨架期、改善風味、抑制不良物質生成。

3.1 在禽肉加工及保藏中的應用

羧甲基纖維素鏈上含有豐富的游離基，可以跟納米顆粒結合，制得復合材料，將大蒜素提取液通過超聲作用鍍膜到復合材料上，能作為一種潛在的雞肉保鮮方法。Diao等[43]通過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即時雞肉的貨架期，緩解雞肉蛋白質降解和脂肪氧化的速度，且對產品風味無消極作用。大量研究人員發現大蒜素對于肉品保藏是有利的，但Mariutti等[44]研究發現在雞肉的高壓加工過程中，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用

目前大蒜活性成分在畜肉上運用的比較多，概括為4個方面的影響。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，減緩冷藏過程中硫代巴比妥酸值的上升，從而延長保質期[45]。將大蒜粉添加到兔肉漢堡中，能改善兔肉的風味以及抗氧化特性[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]研究大蒜精油復合膜對牛肉相關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，對熟牛肉上單核細胞增生李斯特氏菌的生長有明顯抑制作用，而對大腸桿菌無明顯影響。Min等[48]研究大蒜水提物對于豬肉的保藏過程中的抑菌能力，其對于金黃色葡萄球菌和小鼠傷寒沙門氏菌生長繁殖沒有明顯的影響，但對小鼠傷寒沙門氏菌最大比生長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，對雜環芳胺和芳香烴的形成有抑制作用[16]。Gibis等[49]發現大蒜油對于油炸牛肉餅中雜環芳胺的形成有抑制作用，畢可海等[50]發現大蒜提取物處理過的豬肉油炸后的苯并芘抑制率能夠達到43.86%。改善肉制品風味方面：豬肉冷藏過程中，添加大蒜提取物對蛋白質硫醇和蛋白質交聯產生影響，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，可以掩蓋輻照產生的不良氣味。

3.3 在水產品加工及保藏中的應用

在魚糜香腸的冷藏過程中，添加大蒜水提物可以減少蛋白質和脂肪氧化以及抑制微生物生長，而且添加大蒜提取液后魚糜香腸的質地也得到了改善，其持水能力和蛋白質網絡結構更強[53]。大蒜精油能夠顯著提高熱熏虹鱒魚的冷藏貨架期，通過感官、化學和微生物評估，能夠將貨架期延長兩周[54]。

4 結語

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程中，大蒜活性物質使用程度較低。大蒜提取物在肉制品的加工與保藏過程中具有良好的抗氧化以及抗菌的效果，目前人們對天然食品防腐劑的需求越來越高，大蒜活性成分的提取工藝以及保存方式的改進是未來的發展趨勢，也將會給肉制品加工行業帶來進步。