代 爽，李琳琳，尹 衛(wèi)，王 樂，王煜偉, ，梁 健,

（1.青海大學(xué)省部共建三江源生態(tài)與高原農(nóng)牧業(yè)國家重點實驗室，青海西寧 810016；2.青海大學(xué)農(nóng)牧學(xué)院，青海西寧 810016）

大蒜，為百合科蔥屬植物蒜（Allium sativumL.）的地下鱗莖[1]，又名胡蒜、蒜頭等[2]，性溫味辛，是日常生活中最常見的調(diào)味品。大蒜原產(chǎn)于中亞，目前許多國家都有種植[3]。自漢代起，大蒜種植技術(shù)引入我國，之后擴展到全國各地[4]。目前，我國是大蒜的主要生產(chǎn)國。作為一種藥食兩用資源，大蒜因其獨特的風(fēng)味及增強健康的特性受到廣泛關(guān)注，目前常用于食物、保健品和膳食補充劑[5]。研究表明，新鮮大蒜所含化學(xué)成分十分復(fù)雜，除含有特有的活性物質(zhì)有機硫化合物外，還含有豐富的碳水化合物、蛋白質(zhì)、氨基酸、脂肪酸、維生素、礦質(zhì)元素、黃酮和多酚類化合物等[6-7]。這些復(fù)雜的成分是大蒜藥理活性的物質(zhì)基礎(chǔ)，賦予了大蒜及其分解產(chǎn)物抗氧化[8]、抗炎抑菌[9-10]、保肝抗癌[11-12]、保護心血管[13]、免疫調(diào)節(jié)[14]等生物學(xué)活性，能夠預(yù)防和治療多種身體疾病。

多糖也稱多聚糖，是10 個以上單糖殘基通過糖苷鍵相連而成的聚合體，是構(gòu)成生命的四大基本物質(zhì)之一[15]。研究表明，多糖具有抗炎[16]、抑菌[17]、抗氧化[18]、抗腫瘤[19]、降血脂[20]、降血壓[21]等多種藥理作用。近年來，從天然植物中提取的多糖因具有多種生物活性且安全無毒而備受各界青睞。大蒜多糖是一種水溶性植物多糖[22]，約占大蒜鮮重的26%～30%[23]。作為大蒜主要的活性成分之一，大蒜多糖生物學(xué)活性廣泛，在醫(yī)藥、保健品、食品領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊。然而，目前對于大蒜多糖的研究多見于分離提取和生物活性的理論研究，其應(yīng)用研究較為局限，不利于大蒜多糖精深產(chǎn)品的開發(fā)利用。本文系統(tǒng)總結(jié)了大蒜多糖在提取分離、結(jié)構(gòu)組成、化學(xué)修飾、藥理活性等方面的研究現(xiàn)狀，以期為大蒜多糖作為功能性產(chǎn)品的進一步開發(fā)應(yīng)用提供理論參考。

1 大蒜多糖的提取

不同方法提取大蒜多糖的研究見表1，其中以熱水提取法、酶法提取和超聲輔助提取法最為常見。

近年來，學(xué)者們利用超聲、微波等手段對大蒜多糖進行輔助提取，并探索了影響大蒜多糖得率的主要因素，相關(guān)試驗研究進一步提高了大蒜多糖的得率。董玉瑋等[27]發(fā)現(xiàn)酶解時間是影響大蒜多糖得率最重要的因素，其次是酶添加量和酶解溫度，在酶解時間160 min，纖維素酶和果膠酶添加量2%，酶解溫度50 ℃時，大蒜多糖得率達34.76%；席椿凱等[31]發(fā)現(xiàn)超聲輔助提取法影響多糖得率最主要的因素是料液比，在料液比1:30，超聲功率為150 W，超聲時間8 min的條件下，大蒜多糖得率為31.48%。

如表1 所示，熱水提取法時間長且溫度高，提取的多糖得率較低，而酶法和超聲輔助提取法提取時間短且溫度低，多糖得率普遍提高。熱水提取法較為傳統(tǒng)，存在能耗高、得率低的問題；超聲波提取法效率高、得率高、無污染且操作安全簡單，其通過空化作用和高頻振動破壞細胞，加速細胞內(nèi)有效物質(zhì)的溶出，達到增產(chǎn)的效果[38-39]；酶法反應(yīng)條件溫和，能高效地促進細胞壁破裂，加快多糖的浸出，所得多糖產(chǎn)物性質(zhì)穩(wěn)定，活性較高[28,40]。由此可見，大蒜多糖的得率與提取方法有著密切的聯(lián)系，不同的提取方法原理不同，提取效果不同，多糖得率不同。因此，采用合適的提取方法至關(guān)重要。

盡管超聲波提取法和酶法在提高多糖得率方面效果顯著，但其仍是一種輔助手段，需依賴傳統(tǒng)的熱水提取方法，過高的溫度會造成樣品的降解。Yang等[37]發(fā)現(xiàn)激發(fā)電壓、頻率、pH 和溫度均能影響多糖的提取，在激發(fā)電壓200 V、頻率20 kHz、pH2、溫度70 °C 的條件下，采用感應(yīng)電場法提取的大蒜多糖得率可達9.73%，且具有較強的DPPH 自由基清除活性和鐵還原能力。盡管和上述酶法相比，多糖得率有所下降，但其構(gòu)建的變壓裝置為多糖的提取提供了一種新的可行思路，未來仍需尋找更為合適的技術(shù)來提高大蒜多糖的得率。

2 大蒜多糖的結(jié)構(gòu)測定

多糖的生物功能取決于其化學(xué)結(jié)構(gòu)，因此，闡明大蒜多糖的結(jié)構(gòu)組成是研究開發(fā)的前提。作為大蒜鱗莖中極為重要的生物活性物質(zhì)，大蒜多糖結(jié)構(gòu)多樣，品種不同，所含多糖不同，因此測定的結(jié)構(gòu)也不同。目前，對大蒜多糖結(jié)構(gòu)的研究主要集中在分子量、單糖組成及糖苷鍵構(gòu)型等方面[41-44]。高效液相凝膠色譜法和高效空間排阻色譜常用于多糖分子量的測定；高效液相色譜法、離子色譜、氣相色譜法用于單糖組成的測定；紅外光譜和核磁共振主要對多糖的主鏈構(gòu)型和糖鏈分支進行結(jié)構(gòu)分析。

Chen 等[45]發(fā)現(xiàn)大蒜多糖是以果糖為主的雜多糖，通過對其結(jié)構(gòu)表征發(fā)現(xiàn)，大蒜的果聚糖結(jié)構(gòu)主要由β-糖苷鍵連接，且不含糖醛酸。劉平香等[46]通過研究發(fā)現(xiàn)，大蒜多糖為小分子雜多糖，平均分子量為9～10 kDa。邵鑫[47]經(jīng)提取純化得到一種小分子水溶性的大蒜多糖，是一種同時含有α和β構(gòu)型糖苷鍵且以β-糖苷鍵為主的果聚糖，經(jīng)結(jié)構(gòu)鑒定和解析發(fā)現(xiàn)其由2.60%的巖藻糖、32.50%的葡萄糖和64.90%的果糖組成。李瑞瑞[48]通過薄層色譜鑒別發(fā)現(xiàn)大蒜中主要存在果糖蔗糖、蔗果三糖、蔗果四糖和多糖等物質(zhì)，并建立了測定不同海拔大蒜單糖和低聚糖含量的新方法。Li 等[49]通過HPTLC 分析了新鮮大蒜和黑蒜的單糖組分，結(jié)果表明，大蒜多糖主要由果糖、半乳糖和半乳糖醛酸組成，摩爾比為307:25:32，而黑蒜在發(fā)酵過程中果聚糖被分解，黑蒜多糖主要由半乳糖和半乳糖酸組成，摩爾比為63:20。

綜上，大蒜多糖的單糖組成種類豐富，是以果糖為主的由果糖、葡萄糖、半乳糖、甘露糖、阿拉伯糖、葡萄糖醛酸、半乳糖醛酸等組成的雜多糖[50]。由于大蒜品種及提取測定方法存在差異，因此學(xué)者所獲得的大蒜多糖結(jié)構(gòu)及其組成也存在一定程度的差異[51]，大蒜多糖分離純化及結(jié)構(gòu)測定的相關(guān)研究見表2。

表2 大蒜多糖分離純化及結(jié)構(gòu)測定Table 2 Separation,purification and structure determination of garlic polysaccharide

3 大蒜多糖的化學(xué)修飾

實踐證明，多糖活性與分子結(jié)構(gòu)有著密切的聯(lián)系[50]。通過適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)修飾，多糖的生物活性大大增加，毒副作用明顯減少，且賦予了多糖許多新的藥用價值[26]。目前，常用的修飾多糖方法有羧甲基化、硫酸化、磷酸化、硒化等，極大改變了多糖的抗氧化等生物活性，擴大了多糖在食品醫(yī)藥等領(lǐng)域的應(yīng)用。

作為最常用的化學(xué)改性方法之一，乙酰化可使多糖單元的羥基轉(zhuǎn)化成乙?；粌H改變多糖的物化性質(zhì)，還能影響多糖的活性。Chen 等[45]通過化學(xué)改性大蒜多糖，并通過羥胺量熱法和酸堿滴定法測定，成功合成了乙?；笏舛嗵牵⒅苽涞玫戒\含量為8.8%的大蒜多糖鋅絡(luò)合物，通過體外抗氧化試驗證明了乙?；窃鰪姶笏舛嗵强寡趸钚缘挠欣緩?。此外，Chen 等[58]以大蒜多糖和三氯化鐵為原料，通過共熱法合成了大蒜多糖-鐵（Ⅲ）配合物，經(jīng)過鑒定發(fā)現(xiàn)其屬于果聚糖，糖苷鍵由β-糖苷鍵連接，盡管穩(wěn)定性略有下降，但其抗氧化效果明顯增強，該復(fù)合物不僅保留了多糖和金屬離子的活性，還可避免游離態(tài)離子所引起的不良反應(yīng)，副作用小，配位穩(wěn)定，易被吸收和利用，在調(diào)節(jié)免疫、抗病毒等生物活性方面發(fā)揮作用，可以作為一種新型的金屬元素補充劑。

近年來，硒化多糖倍受關(guān)注。與亞硒酸鈉等無機硒相比，硒多糖的生物活性高于硒和多糖，且易于吸收，毒性小[59]。研究表明，元素硒在大蒜抗菌、抗病毒、抗癌等功能中起到了重要作用[60]。邱樹磊等[59]采用HNO3-Na2SeO3法得到9 個硒化大蒜多糖，發(fā)現(xiàn)硒化修飾能提高大蒜多糖抗新城疫病毒的活性。此外，經(jīng)HNO3-Na2SeO3法硒化得到的大蒜多糖能夠促進細胞因子TNF-α、IL-1β和IL-6 的分泌[61]。Gao 等[62]發(fā)現(xiàn)亞硒化修飾可以增強大蒜多糖的免疫活性，HNO3-Na2SeO3法效率最高，且成本低、制備簡單、產(chǎn)品回收方便。硒化修飾能夠顯著提高大蒜多糖的抗氧化活性，可能的原因是硒作為生命活動中的必需元素，參與了輔酶Q 的生物合成、谷胱氨肽過氧化物酶的激活、抗體合成的刺激等過程，通過分子修飾和結(jié)構(gòu)重建使多糖產(chǎn)生了新的活性或者增強了活性[63]。

多糖的磷酸化修飾是將磷酸鍵引入到多糖中，由于磷酸根三個負電荷的存在，增加了電負性，影響了多糖的某些活性。Chen 等[50]發(fā)現(xiàn)磷酸化大蒜多糖清除羥基自由基的能力明顯強于大蒜多糖，推測原因可能是大蒜多糖被磷酸化導(dǎo)致其分子結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，提高了其阻止·OH 鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的能力。Cheng 等[26]對羧甲基化大蒜多糖進行了硫酸化和磷酸化修飾，發(fā)現(xiàn)單基團和雙基團的化學(xué)修飾影響了多糖的抗氧化活性，磷酸基的引入增強了羥基自由基的清除能力，羧甲基的引入增強了超氧化物陰離子的清除能力。程浩[60]通過化學(xué)修飾改變了大蒜多糖的抗氧化活性，磷酸化及羧甲基磷酸化提高了羥自由基清除能力，磷酸基團的引入加強了多糖的抗脂質(zhì)過氧化能力。單基團的化學(xué)修飾和雙基團的化學(xué)修飾對多糖的抗氧化活性有不同程度的影響。因此，對大蒜多糖進行不同的化學(xué)修飾可產(chǎn)生多種不同的藥用價值，具有良好的應(yīng)用前景。

4 大蒜多糖的生物活性

4.1 抗炎抑菌作用

作為植物類廣譜抗生素，大蒜對多種細菌和真菌具有良好的抑制作用，甚至強于一些化學(xué)抑菌劑及抗生素，是替代抗生素、抑菌劑、農(nóng)藥獸藥的最佳選擇[64]。顧林等[65]利用蒜渣提取多糖，發(fā)現(xiàn)水提多糖和堿提多糖可以抑制大腸桿菌、沙門氏菌、金黃色葡萄球菌的生長，其中堿提多糖抑菌效果更佳。

當(dāng)受到外界環(huán)境的刺激時，機體會觸發(fā)炎癥反應(yīng)，引發(fā)免疫系統(tǒng)的防御功能，反應(yīng)過強時會對機體造成嚴(yán)重危害[66]。研究表明，大蒜多糖能夠激活免疫器官，促進巨噬細胞和淋巴細胞的增殖分化，刺激免疫因子分泌，從而起到較好的抗炎作用[5]。Shao 等[55]經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)大蒜多糖能夠改善腸黏膜屏障，抑制白細胞介素和腫瘤壞血因子的表達，促進短鏈脂肪酸的產(chǎn)生，調(diào)節(jié)腸道菌群的組成，減輕了葡聚糖硫酸鈉誘導(dǎo)的小鼠結(jié)腸炎。邵鑫[47]發(fā)現(xiàn)大蒜多糖改善了急性潰瘍性結(jié)腸炎小鼠的功能障礙，通過調(diào)控代謝通路減輕了腸道菌群失衡，較好地發(fā)揮了抗炎作用。

4.2 抗氧化活性

多糖的還原能力與羥基數(shù)目有關(guān)，通過充當(dāng)電子供體與自由基進行反應(yīng)，將其轉(zhuǎn)化為更穩(wěn)定的產(chǎn)物來終止自由基鏈?zhǔn)椒磻?yīng)[67]。一方面，多糖分子可直接作用于酶，通過提高過氧化氫酶、超氧化物歧化酶及谷胱甘肽過氧化物酶的活性來體現(xiàn)抗氧化能力；另一方面，多糖的羥基基團可以與金屬離子結(jié)合，阻止金屬離子催化產(chǎn)生羥基自由基[68]。

Bo 等[67]采用HNO3-Na2SeO3法制備硒化大蒜多糖，發(fā)現(xiàn)硒化修飾可以提高多糖的抗氧化活性，推測其原因是硒從硒酸鹽中提供一個氫原子或電子給羥基自由基，從而形成水，阻止了自由基鏈反應(yīng)，達到抗氧化的效果[69]。Chen 等[45]制備了乙?；笏舛嗵呛痛笏舛嗵卿\復(fù)合物，發(fā)現(xiàn)乙酰化是提高大蒜多糖抗氧化活性的有力途徑，大蒜多糖鋅復(fù)合物可以作為抗氧化劑和鋅補充劑的潛在候選物。研究發(fā)現(xiàn)，大蒜多糖鐵復(fù)合物也有類似的抗氧化效果，與大蒜多糖相比，復(fù)合物抗氧化活性最高，協(xié)同作用更明顯[58]。

4.3 護肝作用

作為天然的植物多糖，大蒜多糖安全低毒，來源廣泛，提取工藝簡單。重要的是，大蒜多糖既具有良好的抗病毒作用，又對肝功能有較好的保護作用，是一種較為理想的護肝物質(zhì)[70]。

孔祥槐等[70]發(fā)現(xiàn)大蒜多糖對卡介苗加脂多糖誘發(fā)的免疫性肝損傷有保護作用，600 mg/（kg·d）劑量組可有效降低免疫性肝損傷小鼠血清谷丙轉(zhuǎn)氨酶活性，提高肝組織轉(zhuǎn)氨酶水平，同時降低血清NO 水平，改善肝細胞水腫及變性程度。李瑞瑞[48]發(fā)現(xiàn)完整的大蒜經(jīng)高溫、胃酸等滅酶后，滅酶體系中的多糖仍具有抗氧化活性，能降低血清和肝臟中轉(zhuǎn)氨酶活力，提高肝臟中谷胱甘肽過氧化物酶活力，降低腫瘤壞血因子水平，對小鼠化學(xué)性肝損傷有保護作用。Wang 等[71]通過研究發(fā)現(xiàn)，大蒜多糖具有類似益生元的作用，可通過誘導(dǎo)微生物競爭來減少有害腸道菌群的數(shù)量，酒精性肝纖維化小鼠經(jīng)大蒜多糖預(yù)處理后，螺菌科和乳桿菌屬增加，費克藍姆氏菌屬和厚壁菌門減少，肝保護作用可能與抑制轉(zhuǎn)化生長因子、腫瘤壞血因子的表達和促進核心蛋白的表達有關(guān)。范穎等[72]通過實驗發(fā)現(xiàn)25 mg/mL 的大蒜多糖預(yù)防給藥能夠調(diào)節(jié)急性酒精性肝損傷導(dǎo)致的腸道菌群失調(diào)，腸道中優(yōu)桿菌屬和乳酸菌屬數(shù)量增多，腸道菌群結(jié)構(gòu)多樣性和均勻度增加，其效果與長春海外制藥集團有限公司生產(chǎn)的護肝片（批號：Z22020994）相似。

由于“腸—肝”軸的存在，腸道菌群與肝損傷的發(fā)生有著密切的聯(lián)系，包括大蒜多糖在內(nèi)的許多天然產(chǎn)物都具有調(diào)節(jié)腸道菌群平衡的作用，賦予了其改善肝臟功能的生物活性。

4.4 增強免疫力

作為大蒜的主要成分之一，多糖具有廣泛的免疫調(diào)節(jié)活性。Li 等[49]通過比較新鮮大蒜和黑蒜多糖的免疫調(diào)節(jié)作用，發(fā)現(xiàn)新鮮大蒜多糖的免疫調(diào)節(jié)活性更強，可以促進巨噬細胞吞噬、NO 生成和細胞因子的表達，而黑蒜多糖基本沒有免疫調(diào)節(jié)作用，可能原因是在發(fā)酵過程中，果聚糖成分發(fā)生了降解。Qiu等[73]發(fā)現(xiàn)具有較強免疫增強活性的硒化多糖需要較高硒含量和較高碳水化合物含量的組合，大蒜多糖通過HNO3-Na2SeO3法改性后能促進雞外周血淋巴細胞增殖，提高血清抗體滴度、干擾素和白細胞介素的含量。劉寬輝等[74]通過體外試驗和體內(nèi)試驗，篩選出了新型免疫增強劑的復(fù)方，發(fā)現(xiàn)大蒜多糖-硒化黨參多糖促進T 淋巴細胞增殖的作用最強，血清抗體效價和IL-2、IL-6 及IFN-γ含量均為最高，且顯著高于免疫對照組。紀(jì)迅[75]采用HNO3-Na2SeO3法得到了硒含量為38.27 mg/g 的大蒜硒化多糖，研究發(fā)現(xiàn)其可以促進生長，且可以提高新城疫雞的血清抗體效價，促進空腸、氣管IgA、IFN-γ和IL-2 的分泌而提高黏膜免疫。Bo 等[67]采用HNO3-Na2SeO3法制備了硒化大蒜多糖，通過體內(nèi)研究發(fā)現(xiàn)其能顯著提高抗新城疫病毒的血清凝集抑制的抗體滴度，增強空腸和氣管灌洗液IgA、IFN-γ、IL-2 的分泌，硒化改變了大蒜多糖的聚集體外觀，其形態(tài)為球形，這可能是硒化多糖效果較好的原因之一。

4.5 增強記憶力

隨著年齡的不斷增加，機體抗氧化能力逐漸遞減，氧化自由基產(chǎn)生逐漸增多。研究表明，氧化自由基損傷參與腦組織衰老的過程[76]。植物多糖具有抗氧化的生物活性，不僅能增強免疫、抑制自由基，而且能改善東莨菪堿、亞硝酸鈉、D-半乳糖等所導(dǎo)致的小鼠多種學(xué)習(xí)記憶障礙[77-78]。

陳紅光等[79]通過跳臺實驗證實大蒜多糖具有改善東莨菪堿致小鼠學(xué)習(xí)記憶障礙的作用，600 mg/kg大蒜多糖組小鼠跳臺錯誤次數(shù)顯著降低，觸電潛伏期明顯延長，被動回避反應(yīng)的記憶獲得作用明顯改善。陳翠桃等[80]發(fā)現(xiàn)海馬區(qū)細胞損傷導(dǎo)致了小鼠學(xué)習(xí)記憶神經(jīng)障礙，而大蒜多糖可以改善因持續(xù)過量飲酒導(dǎo)致的學(xué)習(xí)記憶能力下降和腦組織損傷，其機制與調(diào)節(jié)改善乙酰膽堿酶和單胺氧化酶等神經(jīng)系統(tǒng)的功能有關(guān)。

4.6 其他

大蒜多糖是大蒜中一類重要的活性成分，也是大蒜功能活性的物質(zhì)基礎(chǔ)之一，除具有抗氧化、保護肝臟、提高免疫力功能外，大蒜多糖還具有抗疲勞、防治便秘、降血糖、抗凝血、抗腫瘤、益生等多種生物活性，且安全性高、毒副作用小，可藥食兩用，近年來受到了學(xué)者的廣泛關(guān)注。

大蒜多糖相關(guān)生物活性及作用機理研究見表3。

表3 大蒜多糖的生物活性及機理研究Table 3 Studies on the biological activity and mechanism of garlic polysaccharides

5 結(jié)論與展望

大蒜多糖屬于雜多糖，各種糖的組成和構(gòu)成比例不同，實驗方法和操作條件會影響多糖的純度和組分，從而影響其生物活性。因此，在不影響活性的前提下提高多糖得率及尋求新的提取純化方法是將來研究中需要關(guān)注的問題。結(jié)構(gòu)特征與多糖的生物活性聯(lián)系緊密，單糖組成、糖鏈構(gòu)型等初級結(jié)構(gòu)是目前研究多糖主要的方向，其高級結(jié)構(gòu)的研究較少，多糖結(jié)構(gòu)與生物活性的構(gòu)效關(guān)系目前尚不清楚。未來可以從多糖結(jié)構(gòu)與生物活性關(guān)系的角度出發(fā)，明確多糖生物活性所處的分子量范圍及單糖組成，以優(yōu)化大蒜多糖在食品及其他領(lǐng)域中的應(yīng)用。

當(dāng)前市場上的大蒜僅作為調(diào)味品出現(xiàn)在大眾視野中，精深加工產(chǎn)品極為罕見。經(jīng)化學(xué)改性、發(fā)酵等工藝，大蒜多糖可加工成黑蒜、磷酸化、硫酸、硒化大蒜多糖及大蒜多糖鋅復(fù)合物等新型產(chǎn)品，附加值較高，可用于免疫增強劑、膳食補充劑等食品藥品的生產(chǎn)，在保健食品及功能性藥品上具有廣闊的應(yīng)用價值。雖然大蒜多糖的藥理作用報道較多，但多見于體外試驗，有關(guān)進一步的作用機制研究較少，未來應(yīng)注重從人體健康和醫(yī)學(xué)的角度深刻闡明其作用機理，從而有助于其作為輔助類藥物應(yīng)用于臨床治療。除應(yīng)用于醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域外，大蒜多糖還具有抗氧化、抑菌等功效，可考慮作為添加劑應(yīng)用于肉制品、奶制品及飲料等產(chǎn)品中，也可作為飼料添加劑防治細菌感染，提高畜禽免疫力，改善肉制品品質(zhì)。

綜合而言，大蒜多糖的研究仍處于初級階段，關(guān)于其結(jié)構(gòu)組成、作用機理及精深產(chǎn)品的研究還需學(xué)者們進行更深入的探索。