蔣茂婷，黃雪松

(暨南大學(xué) 食品科學(xué)與工程系，廣東 廣州，510632)

蒜氨酸(S-烯丙基半胱氨酸亞砜，C6H11NO3S，分子質(zhì)量177.22)是鮮蒜中含量最高的非蛋白類含硫氨基酸(6～14 mg/g鮮重[1])，占大蒜含硫化合物的90%以上，也存在于加工的蒜片、熟蒜，黑蒜、大蒜提取物等產(chǎn)品中。在加工品中，因加工措施不同蒜氨酸含量各異。

蒜氨酸易溶于水、無臭、無揮發(fā)性，具有以碳和硫原子為中心的立體化學(xué)結(jié)構(gòu)，是在組織受損時產(chǎn)生的藥用和風(fēng)味化合物的主要來源。其產(chǎn)生的大蒜素，藥用與保健價值極高；但大蒜素具有極強的刺激性氣味，很難為公眾所接受，且穩(wěn)定性差、生物和化學(xué)半衰期短，這些性質(zhì)使大蒜素的研究和應(yīng)用均受到很大限制。因此研究蒜氨酸，具有重要的理論和應(yīng)用價值。

近年來，國內(nèi)外對蒜氨酸的生物合成、吸收代謝、生物活性等方面報道較多，但缺乏對其進(jìn)行系統(tǒng)綜述。本文旨在綜述蒜氨酸上述方面的研究報道，分析其在食品、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的應(yīng)用潛力，以期提高蒜氨酸的有效利用率，開發(fā)大蒜潛在的保健、調(diào)味等價值。

1 蒜氨酸在鮮蒜中的生物合成

1.1 蒜氨酸的生物合成途徑

1.1.1 谷胱甘肽/半胱氨酸-烯丙基途徑[2-3](途徑A)

該途徑是由半胱氨酸的衍生物谷胱甘肽與經(jīng)由纈氨酸產(chǎn)生的烯丙基源氨基酸結(jié)合生成S-(2-羧丙基)谷胱甘肽，依次失去甘氨酸、谷氨酸后生成S-烯丙基半胱氨酸；或直接由半胱氨酸與經(jīng)由纈氨酸產(chǎn)生的烯丙基源氨基酸結(jié)合生成S-(2-羧丙基)半胱氨酸，經(jīng)脫羧和氧化后生成S-烯丙基半胱氨酸，最后氧化S-烯丙基半胱氨酸形成蒜氨酸。γ-谷氨酰轉(zhuǎn)肽酶可催化谷胱甘肽-烯丙基途徑中間產(chǎn)物γ-谷氨酰-S-烯丙基半胱氨酸(γ- glutamyl-S-allylcysteine, GSAC)去除γ-谷氨?；?，含黃素的S-加氧酶可催化S-烯丙基半胱氨酸氧化為S-烯丙基半胱氨酸亞砜，通過施肥、灌溉等措施調(diào)節(jié)這些酶的活性，有益于蒜氨酸的合成和積累。

1.1.2 絲氨酸-硫醇途徑[4](途徑B)

該途徑是由絲氨酸與乙酰輔酶A結(jié)合生成O-乙酰絲氨酸后與未知的烯丙基硫醇源結(jié)合生成S-烯丙基半胱氨酸，再氧化S-烯丙基半胱氨酸形成蒜氨酸。絲氨酸乙酰基轉(zhuǎn)移酶可催化絲氨酸與乙酰輔酶A結(jié)合，半胱氨酸合酶可催化O-乙酰絲氨酸和烯丙基硫醇形成S-烯丙基半胱氨酸。

目前尚不清楚大蒜所有組織中以及整個生命史中這2種途徑的相對強弱和相互關(guān)系。雖然2種途徑都可能發(fā)生，且似乎并不局限于大蒜特定的組織或細(xì)胞類型，但途徑A得到更多學(xué)者的認(rèn)可和研究。

1.2 蒜氨酸的生物合成部位

雖然蒜氨酸的生物合成部位的細(xì)胞定位信息有限，但關(guān)于其合成的組織特異性定位研究已較清晰。即：大蒜根部吸收土壤中的硫酸鹽，運輸?shù)饺~片后在葉綠體內(nèi)合成谷胱甘肽。因此，大蒜鱗莖形成初期，主要是在綠葉組織中由谷胱甘肽生物合成蒜氨酸，再通過維管系統(tǒng)轉(zhuǎn)運至發(fā)育中的鱗莖；成熟的大蒜鱗莖會積累大量的蒜氨酸并且在它們的貯藏葉片中積累GSAC作為貯藏肽[3]。在發(fā)芽過程中，貯藏葉片中的GSAC通過途徑A谷胱甘肽-烯丙基途徑轉(zhuǎn)化為蒜氨酸，在貯藏葉片中形成的蒜氨酸可能被轉(zhuǎn)運到新興的葉片[2]，從而保護了芽苗免受微生物和食草動物的攻擊。

1.3 蒜氨酸的含量

在整個新鮮大蒜綠色植物中，蒜氨酸存在于鱗莖、花、根、葉、莖中[3]；而在干燥大蒜中，蒜氨酸僅存在于鱗莖中；在貯藏過程中，隨著貯藏條件的不同，蒜氨酸會發(fā)生不同的生化變化。在-3、4或23 ℃下貯藏期間，由于發(fā)芽的影響GSAC在貯藏過程中轉(zhuǎn)化為蒜氨酸，使蒜氨酸含量增加[5]；在大于35 ℃下貯藏期間，蒜氨酸含量降低[6]，降低原因暫不明確。在大蒜蒜氨酸含量較高時，適合進(jìn)行原料加工，在加工過程中，由于大蒜中亞砜類物質(zhì)不穩(wěn)定使蒜氨酸含量減少，水溶性含硫化合物S-烯丙基半胱氨酸含量增加[7]。

另外，受基因型因素和生態(tài)型因素的影響，不同品種和地區(qū)大蒜的蒜氨酸含量不同。我國不同產(chǎn)地大蒜中蒜氨酸的含量見表1。

由于檢測方法[8]和大蒜自身含水量等的差異，同一產(chǎn)地大蒜中蒜氨酸的含量在一定的取值范圍內(nèi)變化。由表1可以看出，新疆大蒜的蒜氨酸含量高于其他產(chǎn)地大蒜中蒜氨酸含量，主要是由于新疆具的有適合大蒜生長的土壤、充足的光照、涼爽的溫度等生態(tài)環(huán)境[9]；廣東等地大蒜的蒜氨酸含量較低，可能是由大蒜自身含水量高、生長季節(jié)短等因素所致[10]；同一產(chǎn)地大蒜的鱗莖、蒜莖、蒜葉中蒜氨酸含量不同，鱗莖中蒜氨酸含量最高，是因為大蒜合成的蒜氨酸主要轉(zhuǎn)運至大蒜鱗莖并在鱗莖中積累；同一產(chǎn)地不同品種大蒜中蒜氨酸含量不同，獨頭蒜中蒜氨酸含量略高于多瓣蒜，可能是由于獨頭蒜無分瓣、蒜頭為一整體等自身基因型因素造成。

表1 我國不同產(chǎn)地大蒜中蒜氨酸的含量

1.4 蒜氨酸的精制

高純度的蒜氨酸在蒜氨酸的研究與應(yīng)用方面尤為重要。對大蒜中的蒜氨酸進(jìn)行提取分離后，大蒜蒜氨酸中除了含有主成分蒜氨酸外，還含有丙氨酸、精氨酸、蘇氨酸、脯氨酸、酪氨酸、纈氨酸、谷氨酰胺等氨基酸[18]。由于這些氨基酸和其他雜質(zhì)的存在，要得到高純度的蒜氨酸，除了使用離子交換樹脂法等純化方法外還需要對蒜氨酸進(jìn)行精制，最常用的是重結(jié)晶。蒜氨酸的結(jié)晶受溶質(zhì)純度、溶劑種類、溶液溫度、溶液pH等因素的影響，不適宜的結(jié)晶條件可能會使蒜氨酸發(fā)生熱分解、結(jié)晶速度過慢、結(jié)晶中包裹雜質(zhì)等，從而導(dǎo)致產(chǎn)品純度偏低，因此可通過調(diào)節(jié)重結(jié)晶的條件及重結(jié)晶次數(shù)，將蒜氨酸的純度提升至90%以上甚至更高。近年來，詹盛文[19]以60%的乙醇溶液對蒜氨酸溶解使其恰好達(dá)到飽和狀態(tài)，通過調(diào)節(jié)蒜氨酸等電點(pI=4.86)，并將溫度維持在40 ℃對蒜氨酸進(jìn)行結(jié)晶，重復(fù)結(jié)晶3次，蒜氨酸的純度由64.3%提升到了92%以上。

2 蒜氨酸在人體中的吸收代謝

2.1 蒜氨酸在人體中的吸收

蒜氨酸親脂性較弱，不易與細(xì)胞膜結(jié)合，主要通過依靠某種特殊的蛋白質(zhì)作為載體在體內(nèi)吸收，吸收率在20%～70%，推斷其吸收機制為易化擴散[20]。灌胃給藥表明，蒜氨酸主要在小腸中吸收且吸收速率具有濃度和時間依賴性，空腸與回腸段的吸收率優(yōu)于十二指腸，在小腸各部位的吸收能力順序是回腸>空腸>十二指腸[21]。注射給藥表明，蒜氨酸吸收入血后，與血漿蛋白結(jié)合率在50%左右，為中度結(jié)合[20]。蒜氨酸峰值時小鼠各組織中蒜氨酸含量順序依次為腎>心>肺>脾>腦>肝[22]。

2.2 蒜氨酸在人體中的代謝

動物實驗表明，蒜氨酸進(jìn)入機體后，在體內(nèi)某些未知代謝酶或小腸中存在的某些未知細(xì)菌[23]的作用下，可部分轉(zhuǎn)化為大蒜素、丙酮酸和氨，發(fā)揮蒜氨酸和大蒜素2種活性成分的藥理作用。并通過大蒜素產(chǎn)生二烯丙基一硫醚和二烯丙基二硫醚，最終轉(zhuǎn)化為H2S，通過H2S介導(dǎo)在體內(nèi)發(fā)揮作用[24]，H2S峰值時小鼠各組織中H2S增加量順序依次為腎>肝>腦>脾>心>肺>血液[22]，產(chǎn)生H2S需要的3個轉(zhuǎn)硫化作用關(guān)鍵酶為巰基丙酮酸轉(zhuǎn)硫酶(mercaptopyruvate sulfurtransferase, MPST)、胱硫醚-β-合成酶(cystathionine-β-synthase, CBS)和胱硫醚-γ-裂解酶(cystathionine-γ-lyase, CSE)，其中紅細(xì)胞以MPST為主，心腦血管和肝臟以CBS和CSE為主，由于MPST主要以β-巰基丙酮酸為底物產(chǎn)生H2S，因此蒜氨酸在血液中H2S的增加量少于在其他各組織中H2S的增加量[25]。

蒜氨酸幾乎沒有肝臟首過效應(yīng)，在體內(nèi)無蒜氨酸累積和殘留。經(jīng)大鼠頸靜脈注射后，可在5 min內(nèi)達(dá)到蒜氨酸濃度峰值，平均半衰期為(34.62±10.02) min，小于1 h，屬于超速處置類藥物，120 min 后基本從血漿消除，說明蒜氨酸在體內(nèi)代謝較快，不易蓄積[24]。

2.3 蒜氨酸的毒性

目前還沒有蒜氨酸致死劑量的報道，但經(jīng)小鼠尾靜脈注射蒜氨酸的最大給藥量達(dá)2 g/kg時，未見小鼠死亡，這說明蒜氨酸安全性較高[24]。

蒜氨酸對紅細(xì)胞穩(wěn)定性的影響實驗表明，蒜氨酸本身對機體紅細(xì)胞無毒性，并且由于體內(nèi)有大量的血漿蛋白成分與蒜氨酸結(jié)合，降低了游離蒜氨酸濃度，因此不會發(fā)生因大量蒜氨酸聚集于紅細(xì)胞膜表面后改變細(xì)胞膜通透性而導(dǎo)致的紅細(xì)胞溶解現(xiàn)象。但當(dāng)蒜氨酸以200 mg/kg體重劑量注入家兔體內(nèi)連續(xù)多次用藥后，紅細(xì)胞的穩(wěn)定性受到影響且紅細(xì)胞脆性增加，其原因可能是由于蒜氨酸在體內(nèi)代謝產(chǎn)生較高濃度產(chǎn)物大蒜素，大蒜素影響了紅細(xì)胞的穩(wěn)定性并增加了紅細(xì)胞的脆性[26]。

3 蒜氨酸的活性

3.1 抗炎作用

蒜氨酸有抗炎作用[27]。蒜氨酸通過調(diào)節(jié)不同的通路對不同的炎癥反應(yīng)表現(xiàn)出抗炎特性。在炎癥性急性化學(xué)性肝損傷方面：蒜氨酸通過抑制小鼠血清中炎癥因子腫瘤壞死因子-α和干擾素γ的分泌，改善刀豆蛋白 A誘導(dǎo)的小鼠急性化學(xué)性肝損傷[25]。在炎癥性腸病方面，蒜氨酸通過保留結(jié)腸上皮細(xì)胞中的23個基因的表達(dá)、減弱白細(xì)胞和中性粒細(xì)胞的浸潤，對硫酸葡聚糖硫酸鈉誘導(dǎo)的結(jié)腸炎炎癥癥狀具有減輕作用[28]。并且，CHOI[29]提出蒜氨酸還可通過抑制核轉(zhuǎn)錄因子 (nuclear transcription factor-κB, NF-κB)信號傳導(dǎo)通路抑制人單核細(xì)胞U937細(xì)胞中環(huán)氧合酶-2的轉(zhuǎn)錄，對佛波醇12-肉豆蔻酸13-乙酸酯刺激的炎癥表現(xiàn)出抗炎特性。

3.2 抗氧化作用

體外實驗表明，蒜氨酸對鐵離子的螯合率較高，具有較強的鐵氰化鉀還原能力；并且，10 mg/mL的蒜氨酸對自由基的清除能力相當(dāng)于13.98 mmol/L的水溶性維生素E或14.63 mmol/L的FeSO4，能對氧化反應(yīng)的發(fā)生有效抑制，進(jìn)而達(dá)到對糖基化反應(yīng)的有效抑制[30]。體內(nèi)實驗表明，蒜氨酸通過促進(jìn)I型膠原的產(chǎn)生并抑制基質(zhì)金屬蛋白酶-1的產(chǎn)生，恢復(fù)由H2O2氧化應(yīng)激處理受損的真皮成纖維細(xì)胞活性，提高細(xì)胞的存活率，具有改善衰老皮膚的作用[31]；蒜氨酸還通過阻斷破骨細(xì)胞分化過程中轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子c-Fos-調(diào)控活化T細(xì)胞核因子1信號傳導(dǎo)，減少活性氧的生成，并下調(diào)NADPH氧化酶1的表達(dá)，以劑量依賴的方式對骨贅形成具有抑制作用[32]。

3.3 抗腫瘤作用

蒜氨酸的抗腫瘤作用主要是指對惡性腫瘤的抑制和殺死作用。研究顯示，蒜氨酸可以通過調(diào)節(jié)活性氧種類的產(chǎn)生和線粒體膜電位的降低來調(diào)節(jié)細(xì)胞凋亡，以此減輕胃腺癌細(xì)胞的增殖[33]；通過激活人唾液醛脫氫酶活性，降低口腔癌變等與醛有關(guān)的發(fā)病機制[34]。

3.4 免疫調(diào)節(jié)作用

蒜氨酸可與效應(yīng)細(xì)胞結(jié)合，參與免疫調(diào)節(jié)。對于蒜氨酸的免疫調(diào)節(jié)機制，ZHANG等[35]通過評估蒜氨酸對遠(yuǎn)端小腸細(xì)菌的影響，認(rèn)為蒜氨酸可能通過改變腸道菌群和上皮基因表達(dá)來影響健康個體的免疫系統(tǒng)。

3.5 抗輻射作用

蒜氨酸對生殖器官、肝臟、血細(xì)胞具有輻射防護作用。TAE-JEONG證實了蒜氨酸對未分化細(xì)胞和細(xì)胞器在卵子發(fā)生過程中，由7Gy X射線輻射導(dǎo)致的損傷具有防護作用[36]；對7Gy X射線照射引起的肝細(xì)胞形態(tài)損傷具有防護作用[37]；對5Gy X射線照射后血小板損傷具有保護作用[38]。

3.6 用于合成其他風(fēng)味物質(zhì)

大蒜中含硫化合物的存在是大蒜具有特殊風(fēng)味的主要原因，蒜氨酸可通過發(fā)生酶解反應(yīng)和熱解反應(yīng)(圖1)合成這些風(fēng)味物質(zhì)。酶解反應(yīng)即蒜氨酸在蒜氨酸酶(C-S-裂解酶)作用下，分解成2-丙烯基次磺酸、丙酮酸和氨離子，2-丙烯基次磺酸不穩(wěn)定易發(fā)生二聚反應(yīng)產(chǎn)生具有強烈辛辣味的揮發(fā)性物質(zhì)的大蒜素，大蒜素是大蒜具有刺鼻氣味的主要原因，但其具有一系列生物活性并已被證明可用于多方面的治療應(yīng)用。熱解反應(yīng)即在高溫情況下蒜氨酸受熱分解產(chǎn)生含硫化合物S-烯丙基半胱氨酸、烯丙基丙氨酸硫化物、二丙氨酸硫化物和二烯丙基硫醚[39]。S-烯丙基半胱氨酸無色無味，具有抗氧化活性、降血脂活性、抗癌活性、神經(jīng)營養(yǎng)等活性[40]；烯丙基丙氨酸硫化物具有抗菌、抗結(jié)腸癌細(xì)胞增殖等活性[41]；二烯丙基一硫醚具有輕微的香味，二烯丙基二硫醚具有哈鼻味和刺激味，二烯丙基三硫醚具有哈鼻味、刺激味、燃燒味和硫磺味，二烯丙基多硫醚具有抗菌、抗癌、抗炎、抗氧化等作用[42-43]。

另外，YU等[44]還發(fā)現(xiàn)，在樣品瓶為封閉的條件下，于溫度為180 ℃、pH為7.5的水溶液中，蒜氨酸與肌苷酸反應(yīng)1 h后分離物具有輕微的油炸蒜味和烤肉味，與葡萄糖反應(yīng)1 h后分離物具有強烈的烘烤的肉質(zhì)特征。

a-酶解反應(yīng);b-熱解反應(yīng)圖1 蒜氨酸發(fā)生的反應(yīng)

3.7 其他作用

蒜氨酸除了具有上述活性外，還可以抑制血液中乙醇濃度的升高，避免酒精中毒。UTO-KONDO等[45]發(fā)現(xiàn)蒜氨酸通過增加乙醇脫氫酶(將乙醇轉(zhuǎn)化為乙醛)和乙醛脫氫酶(將乙醛轉(zhuǎn)化成乙酸)的活性，促進(jìn)肝臟中乙醇的代謝和抑制腸道中乙醇的吸收，從而抑制血液中乙醇濃度的升高。

4 蒜氨酸的應(yīng)用潛力

4.1 防腐保鮮劑

蒜氨酸具有較強的抑制細(xì)菌、真菌、霉菌的作用，且抑菌效果不會隨著放置時間的延長而減弱。其原理是蒜氨酸中的氧原子與微生物體內(nèi)的半胱氨酸結(jié)合，使得半胱氨酸失去巰基，而不能轉(zhuǎn)變?yōu)殡装彼幔瑥亩绊懥宋⑸矬w內(nèi)重要的氧化還原反應(yīng)的進(jìn)行。因此將蒜氨酸制成天然植物防腐保鮮劑的抑菌效果顯著，能防止病蟲害對食物的入侵，延長食品的貯存期限和貨架期，且病原菌不易產(chǎn)生抗性，具有高效、低毒、環(huán)境友好、易降解等優(yōu)點。李旭光[46]開發(fā)出了純天然蒜氨酸-蘋果膠復(fù)合保鮮膜，其對大櫻桃、小蜜蜂葡萄、巨峰葡萄、李子等水果貯藏保鮮效果優(yōu)良，延長了水果的貯藏期和貨架期，提高了經(jīng)濟效益。

4.2 保健品

體內(nèi)體外試驗證實，蒜氨酸具有降血糖、降脂、抗氧化、免疫調(diào)節(jié)、抗輻射等生物活性，根據(jù)這些活性在保健品研制方面具有很大的應(yīng)用前景，蒜氨酸這種純天然的物質(zhì)的應(yīng)用也滿足人們對安全無毒保健品的需求。

目前，蒜氨酸在保健品應(yīng)用上主要有增強免疫力、輔助降血脂、降血糖、降血壓、抗氧化5種保健功能。在輔助降血脂方面，安徽“咱家田生態(tài)農(nóng)業(yè)有限公司”[47]通過添加蒜氨酸研制出一種輔助降血脂即食粥；在輔助降血壓方面，四川農(nóng)業(yè)大學(xué)[48]通過降低蒜氨酸轉(zhuǎn)化為大蒜素，合理配方分解硫化物，有效地保留了蒜氨酸，并掩蓋和/或消除了大蒜的辛辣氣味，研發(fā)了一種具有輔助降血壓的保健效果的大蒜植物保健飲料；另外，江蘇“千藥堂國醫(yī)研究院有限公司”[49]通過將蒜氨酸與白藜蘆醇組合，充分發(fā)揮蒜氨酸與白藜蘆醇的活性成分功效，研制出具有防治心腦血管疾病、輔助降血脂、輔助降血糖、抗氧化、增強免疫力多種保健功能作用的保健品。

4.3 藥物開發(fā)

蒜氨酸的抗腫瘤、抗炎、抗氧化等生物活性可運用至藥物開發(fā)，用于腫瘤、鼻炎、抑郁癥等的治療。在腫瘤治療方面的研究顯示，將蒜氨酸添加至蒜氨酸酶與特異性腫瘤單克隆抗體的偶聯(lián)物結(jié)合的靶向腫瘤細(xì)胞中，腫瘤細(xì)胞定位的蒜氨酸酶可以產(chǎn)生大蒜素，能有效誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡，體內(nèi)試驗也具有同樣的效果[50]。因此，運用這種方法可以為腫瘤治療提供了一種功能強大且毒性較小的新療法。在鼻炎治療方面，彭鳳鳳[51]發(fā)明了一種含有蒜氨酸和磷酸砒哆醛治療鼻炎的中藥，基于水和/或表面活性劑和/或甘油延長蒜氨酸在鼻腔中滯留時間，使滴入鼻腔中的藥物長期處于蒜氨酸與大蒜素的混合狀態(tài)，減少了蒜氨酸的揮發(fā)又提高了藥效，用該藥治療鼻炎，具有氣味輕，不會使人感到不適，且效果顯著。在抑郁癥治療方面，北京“冠瑞金生物科技有限公司”[53]研發(fā)了一種藥效成分為蒜氨酸或蒜氨酸相當(dāng)量的生大蒜、大蒜提取物和/或與蒜氨酸的鹽的藥物，此藥物在治療抑郁癥方面起效快、效果顯著、無毒副作用。

4.4 調(diào)味品

雖然蒜氨酸自身無味，但蒜氨酸作為風(fēng)味前體，在不同條件下可以和其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生風(fēng)味物質(zhì)，增加食品的甜味、咸味和鮮味[54]，其在調(diào)味品方面具有極大的應(yīng)用潛力。

5 小結(jié)

蒜氨酸性質(zhì)穩(wěn)定、無刺激性氣味、生物活性高、在體內(nèi)安全無毒代謝快，目前對蒜氨酸的生物合成、活性及其機理研究較為全面，但對其應(yīng)用及產(chǎn)品開發(fā)研究較少，如防腐保鮮劑研制、保健品研制、調(diào)味品研制等方面。蒜氨酸的應(yīng)用潛力還有待開發(fā)，值得深入研究。