动物营养学报 >

2025 , Vol. 37 >Issue 12: 8124 - 8132

DOI: https://doi.org/10.12418/CJAN2025.662

综述

大蒜及其衍生物的化学成分、生理功能及在畜禽养殖中的应用研究进展

  • 秦冰华 , 1, 2 ,
  • 祝倩 1, 2 ,
  • 廉丽娜 3 ,
  • 孔祥峰 , 1, 2, *
展开
  • 1 中国科学院亚热带农业生态研究所, 畜禽养殖污染控制与资源化技术国家工程实验室,动物营养生理与代谢过程湖南省重点实验室, 长沙 410125
  • 2 中国科学院大学, 现代农业科学学院, 北京 100049
  • 3 蒜韵盛邦(广州)生物技术有限公司, 广州 511495
* 孔祥峰,研究员,博士生导师,E-mail:

秦冰华(2000—),女,广西钦州人,硕士研究生,研究方向为单胃动物营养。E-mail:

收稿日期: 2025-05-08

  网络出版日期: 2025-12-13

基金资助

国家重点研发计划课题“生产特色优质肉的日粮配制技术研发”(2023YFD1301305)

收起

Chemical Components, Physiological Functions and Application Progress of Garlic and Its Derivatives in Livestock and Poultry Production

  • QIN Binghua , 1, 2 ,
  • ZHU Qian 1, 2 ,
  • LIAN Li’na 3 ,
  • KONG Xiangfeng , 1, 2, *
Expand
  • 1 Hunan Provincial Key Laboratory of Animal Nutritional Physiology and Metabolic Process, National Engineering Laboratory for Pollution Control and Waste Utilization in Livestock and Poultry Production, Institute of Subtropical Agriculture, Chinese Academy of Sciences, Changsha 410125, China
  • 2 College of Advanced Agricultural Sciences, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
  • 3 Alli Bang Company (Guangzhou) Biological Science & Technology Co., Ltd., Guangzhou 511495, China
* professor, E-mail:

Received date: 2025-05-08

  Online published: 2025-12-13

Fold

摘要

大蒜中含有碳水化合物、蛋白质、氨基酸和微量矿物元素等营养物质以及含硫化合物、多糖、多酚等生物活性物质,并具有增香提味、促进食欲等食用价值以及抗氧化、抗菌、抗炎、抗病毒等药用价值。本文综述了大蒜的主要化学成分、生理功能及其衍生物在畜禽养殖中的应用现状,并探讨了其在产业化应用过程中存在的关键问题及未来研究方向,旨在提高大蒜的利用价值,为促进畜禽健康养殖提供参考。

关键词： 大蒜; 化学成分; 生理功能; 饲料添加剂; 畜禽养殖

本文引用格式

秦冰华 , 祝倩 , 廉丽娜 , 孔祥峰 . 大蒜及其衍生物的化学成分、生理功能及在畜禽养殖中的应用研究进展[J]. 动物营养学报, 2025 , 37(12) : 8124 -8132 . DOI: 10.12418/CJAN2025.662

Abstract

Garlic contains various nutrients such as carbohydrates, proteins, amino acids, and trace mineral elements, as well as bioactive substances such as sulfur compounds, polysaccharides, and polyphenols. Therefore, it has edible values such as enhancing aroma and flavor, promoting appetite, as well as medicinal values such as antioxidant, antibacterial, anti-inflammatory, and antiviral activities. This article reviews the main chemical components, physiological functions, and current applications of garlic and its derivatives in livestock and poultry production, and points out the key issues and future research directions in its industrial application, aiming to provide the references for improving the utilization value of garlic and promoting healthy breeding of livestock and poultry.

Key words： garlic; chemical components; physiological functions; feed additives; livestock and poultry production

大蒜(Allii sativum L.),又称胡蒜、独蒜、蒜头,为被子植物门石蒜科葱属植物蒜的地下鳞茎。大蒜原产于亚洲西部或欧洲,于西汉武帝建元二年前后被张骞引入中国[1]。目前,大蒜在我国山东、河南、江苏和云南等地均有栽培[1]。大蒜中富含的多种营养物质和生物活性物质,使其表现出抗氧化、抗炎、抗菌和抗病毒等生理功能,并赋予大蒜极高的食用和药用价值。本文系统综述了大蒜的主要化学成分、生理功能及其衍生物在畜禽养殖中的应用,旨在为大蒜的进一步开发利用提供参考。

1 大蒜的主要化学成分

大蒜中富含碳水化合物、蛋白质、氨基酸和微量矿物元素等多种营养成分[2]。另外,大蒜中的主要生物活性物质包括大蒜素、阿霍烯等挥发性硫化物以及蒜氨酸、γ-谷氨酰半胱氨酸衍生物等非挥发性硫化物。
蒜氨酸,化学名S-烯丙基-L-半胱氨酸亚砜(分子式为C6H11NO3S),相对分子质量为177.22,易溶于水,不溶于有机溶剂。蒜氨酸是一种由半胱氨酸衍生的天然亚砜,每克新鲜大蒜中含有6~14 mg蒜氨酸,是其中含量最高的非蛋白类含硫氨基酸[3]。蒜氨酸在大蒜鳞芽细胞的细胞质中可稳定存在,其合成途径包括:1)以丝氨酸和丙烯硫醇为前体的化学合成途径;2)通过γ-谷氨酰肽酶介导的谷胱甘肽和烯丙基的生物合成途径[4]。蒜氨酸主要通过依赖某种特殊的蛋白质作为载体在肠道中吸收。在代谢过程中,蒜氨酸主要以完整形式从小肠吸收到血液中,部分转化为丙烯基磺酸、丙酮酸和氨;此外,还可以分解为烯丙基亚磺酸,随后2个烯丙基亚磺酸分子自发凝结并消除水分子而形成大蒜素[5]。
蒜氨酸酶,化学名烷基半胱氨酸亚砜酶,存在于大蒜鳞芽细胞的液泡中,其稳定性和生物活性受温度、pH、缓冲液、盐和添加剂等因素的影响[6]。因此,在利用蒜氨酸酶合成大蒜素及其类似物过程中,控制反应条件对提高蒜氨酸酶的结构稳定性和生物活性至关重要。
大蒜素,化学名二烯丙基硫代亚磺酸酯(分子式为C6H10S2O),由大蒜辣素、大蒜新素及多种烯丙基硫醚化合物组成,是一种具有强烈刺激性气味的淡黄色油状液体[7];其相对分子质量为162.27,不溶于水,易溶于乙醇、氯仿、乙醚等有机溶剂。新鲜大蒜中并不存在大蒜素,而是以其前体物蒜氨酸的形式存在。当大蒜组织受损时,液泡中的蒜氨酸酶被释放至胞质,催化蒜氨酸水解产生脱氢丙氨酸和烯丙基亚磺酸,随后2分子烯丙基亚磺酸分子通过自发缩合反应生成1分子大蒜素(图1)。在实验室中,可利用过氧化氢、邻苯二甲酸单过氧镁或氯过苯甲酸氧化二烯丙基二硫化物(diallyl disulfide,DADS)来合成大蒜素[8]。大蒜素是一种不稳定的挥发性化合物,容易发生分解反应,主要转化为二烯丙基一硫化物(diallyl sulfide,DAS)、DADS和二烯丙基三硫化物(diallyl trisulfide,DATS)等有机硫衍生物[5]。凭借其疏水特性,大蒜素能够高效穿透细胞膜屏障,在细胞内与游离巯基发生快速反应,转化为2-丙烯磺酸、硫代丙烯醇和丙烯醇等次生产物,随后这些中间产物又迅速聚合形成二噻吩等分子量更大的硫化物[9]。
图1 大蒜中主要含硫化合物的转化过程

Fig.1 Conversion process of main sulfur compounds in garlic

2 大蒜的生理功能

2.1 诱食作用

大蒜及其衍生物具有的特殊蒜香味,能够强烈刺激动物的嗅觉和味觉,从而增加动物食欲和采食量,提示大蒜及其衍生物可作为一种高效的诱食添加剂。例如,大蒜素可通过诱食作用、促进消化酶分泌以及加强胃肠蠕动等方式,提高草鱼的增重率和肥满度,并降低饵料系数[10];饲粮添加大蒜可显著提高蛋鸡的采食量[11];饲粮添加大蒜素可显著提高小尾寒羊的平均日采食量[12]。

2.2 抗氧化作用

大蒜的抗氧化特性与其含有的有机硫和酚类化合物等成分有关。研究表明,每天补充80~4 000 mg大蒜2~24周,可提高血清总抗氧化能力(total antioxidant capacity,T-AOC)和超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)活性,同时降低血清丙二醛(malondialdehyde,MDA)含量,从而提高人类机体的抗氧化能力,减少氧化应激[13]。此外,陈年大蒜提取物可通过激活核因子E2相关因子2(nuclear factor erythroid 2-related factor 2,Nrf2)-抗氧化反应元件信号通路,上调包括谷氨酸-半胱氨酸连接酶修饰亚基在内的多种抗氧化酶基因的表达及其蛋白合成水平,从而预防与氧化损伤有关的疾病[14]。大蒜素能够改善脂多糖诱导的脐静脉内皮细胞凋亡,抑制活性氧过度产生,减少脂质过氧化,减轻血管的氧化应激[15]。DATS通过上调磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B介导的Nrf2通路来抑制活性氧的产生,进一步激活血红素氧合酶,从而保护B35神经细胞免受损伤和凋亡[16]。

2.3 抗炎作用

大蒜提取物可缓解脂多糖诱导的小鼠结肠中环氧化酶-2、肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)、核因子-κB(nuclear factor-κB,NF-κB)和白细胞介素(interleukin,IL)-6的表达,其中水醇提取物表现出更好的抗炎活性,并且该活性可能与大蒜提取物中所含的儿茶素等多酚类成分有关[17]。大蒜素通过调节Nrf2信号通路减少人脐静脉内皮细胞黏附和TNF-α、IL-8的产生,从而减弱脂多糖诱导的炎症反应和血管损伤[15]。此外,大蒜素还可通过双重调节机制有效缓解咪喹莫特诱导的小鼠银屑病样皮炎:一方面抑制IL-17介导的角质形成细胞的肿瘤坏死因子受体相关因子6(TNF receptor-associated factor 6,TRAF6)/丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)/NF-κB信号级联反应,另一方面阻断信号传导及转录激活蛋白3(signal transducer and activator of transcription 3,STAT3)/NF-κB信号通路,从而破坏炎症的正反馈循环[18]。
此外,大蒜中的多糖类物质在抗炎方面也具有重要作用。研究表明,大蒜多糖可通过改善小鼠的结肠机械屏障、调节肠道微生物群落以及抑制促炎因子表达等途径来缓解右旋糖苷硫酸钠诱导的结肠炎[19]。小分子大蒜多糖可抑制TNF-α、IL-6和IL-1β等促炎因子的表达,激活NF-κB和STAT3信号通路,进而减少脂多糖诱导的炎症反应[20]。

2.4 抗病毒作用

大蒜及其衍生物对噬菌体phi-S1、噬菌体-2和噬菌体DS6A等具有抑制作用[21]。大蒜素通过细胞外信号调节激酶(extracellular signal-regulated kinase,ERK)/MAPK信号通路,一方面可增强宿主的免疫反应,降低感染家禽中干扰素(interferon,IFN)-α、IFN-β和IL-2的mRNA表达水平,减轻网状内皮组织增生症病毒(reticuloendotheliosis virus,REV)感染引起的炎症和氧化损伤;另一方面,降低ERK磷酸化水平,抑制病毒复制,发挥抗REV作用[22]。
使用大蒜提取物合成的带正电荷的金纳米颗粒能与麻疹病毒中带负电荷的表面受体结合,阻断或抑制病毒进入宿主细胞,使病毒感染率减少84%,表明大蒜提取物具有抗病毒活性[23]。在登革热病毒感染模型中,DAS、DADS和蒜氨酸等大蒜生物活性成分可有效抑制感染细胞内MDA的生成,缓解脂质过氧化导致的氧化应激反应,进而降低TNF-α、IL-8和IL-10等促炎细胞因子的表达水平,提示大蒜可作为防治登革热病毒感染的潜在药物[24]。

2.5 抗菌作用

大蒜对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、奇异变形杆菌、铜绿假单胞菌和肺炎克雷菌等细菌具有很强的抗菌活性[25]。大蒜提取物能够破坏和阻止粪肠杆菌产生的生物膜形成,进而影响细胞裂解,发挥强大的抗菌功效,其中70%大蒜提取物与5.25%次氯酸钠效果类似[26]。大蒜素可通过抑制RNA合成、延迟和部分抑制DNA和蛋白质合成进而抑制鼠伤寒沙门氏菌[27]。
从腊八蒜中分离的3种生物活性肽对大肠杆菌、肠炎沙门氏菌、金黄色葡萄球菌和枯草芽孢杆菌均表现出显著的生长抑制作用,该作用可能是由生物活性肽含有的疏水性氨基酸破坏细胞膜而产生的,且抗菌肽的活性与氨基酸的序列、结构、阳离子性、疏水性和两亲性有关[28]。过量的亚铁离子会导致自由基的形成并损伤细胞,DATS处理诱导的TobB转运系统相关基因和ABC转运蛋白的下调会降低铁离子还原为亚铁离子的活性,降低细菌保持体内平衡的能力和抵抗氧化应激的能力,从而起到抗菌作用[29]。

3 大蒜及其衍生物在畜禽养殖中的应用

3.1 生物安全性

严格评估饲料添加剂的毒理学特性、合理使用剂量是保障畜禽养殖可持续发展、食品安全和公共卫生的关键。研究表明,160 μg/mL的大蒜素对小鼠正常肝细胞无明显毒性,30 mg/kg BW的大蒜素对小鼠无明显的肝肾毒性,表明大蒜素具有较高的生物安全性[30]。然而,给健康大鼠饲喂500 mg/kg BW的大蒜素会对肝脏、肾脏和肺脏组织造成显著损害[31],并且饲喂高剂量富含DATS的大蒜油还会导致出血时间延长[32]。因此,在畜禽生产中,需要严格控制大蒜及其衍生物的添加剂量,以平衡其有益作用与潜在毒性风险。

3.2 增强畜禽机体健康

改善动物机体健康状况不仅可以降低疾病发生率、改善动物福利,还能提高生产性能和经济效益。大蒜及其衍生物对猪和家禽机体健康的影响见表1。在养猪生产中,大蒜及其衍生物可减轻炎症反应、改善肠道菌群和化学屏障结构,从而增强猪的机体健康状况[33-36]。在家禽生产中,大蒜及其衍生物可通过改善血液生化参数、增强抗氧化性能和免疫能力以及抑制有害菌繁殖,从而增强家禽的机体健康[37-40]。
表1 大蒜及其衍生物对猪和家禽机体健康的影响

Table 1 Effects of garlic and its derivatives on health of pig and poultry

添加物
Additives		 动物种类
Animal species		 影响
Effects		 参考文献
References
大蒜素
Allicin		 新生仔猪 减少由缺氧-复氧导致的心肌细胞凋亡,提高
细胞存活率;下调白细胞介素-6(IL-6)和
肿瘤坏死因子-α(TNF-α)等促炎
细胞因子表达,显著降低细胞内活性氧
产生,缓解线粒体膜电位下降,从而
保护心肌细胞免受损伤		 [33]
大蒜和苹果渣或黑醋栗混合物
Garlic and apple pomace or
blackcurrant mixture		 断奶仔猪 抑制产肠毒素性大肠杆菌F18增殖,保持粪便
微生物群落多样性,减少微生物群结构的波动,
并提高有益菌丰度,从而降低腹泻		 [34]
紫蒜粉
Purple garlic powder		 断奶仔猪 显著增加空肠中杯状细胞数量,
改善空肠健康		 [35]
大蒜提取物
Garlic extract		 分娩母猪 提高肠道微生物多样性,降低致
病菌群多样性和丰富度		 [36]
硒化大蒜多糖
Selenized garlic
polysaccharides		 蛋鸡 提高肝脏谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)、
超氧化物歧化酶(SOD)活性以及总抗氧化能力
(T-AOC),降低肝脏丙二醛(MDA)含量,
增强肝脏抗氧化性能		 [37]
天然大蒜精油
Natural garlic essential oil		 蛋鸡 有效减少球虫卵囊排出量,促进
免疫球蛋白分泌,增强机体免疫力		 [38]
大蒜粉
Garlic powder		 肉鸡 显著降低血清总胆固醇和低密度脂蛋白胆固醇
含量,提高血清高密度脂蛋白胆固醇含量		 [39]
大蒜姜油混合物
Garlic and ginger oil
mixture		 家禽 显著减少肌肉中沙门氏菌数量,通过干扰群体
感应信号分子AI-2的产生来抑制沙门氏菌
与皮肤细胞的互作,抑制沙门氏菌生长		 [40]

3.3 提高畜禽生产性能

大蒜及其衍生物在改善猪的生产性能方面具有重要作用。饲粮添加0.4%紫蒜粉不会导致仔猪炎症、应激或氧化生物标志物的负面变化,并提高平均日增重,从而改善断奶后仔猪生长性能[41]。饲粮添加5 g/kg冻干大蒜粉可提高育肥猪的日增重,降低背膘厚、背最长肌和肝脏中的脂肪沉积和胆固醇水平;饲粮添加5 g/kg冻干大蒜粉和50 g/kg蒲公英根粉的混合物,可提高育肥猪的日增重、饲料转化率、眼肌面积和瘦肉率,降低背最长肌和肝脏中n-6/n-3多不饱和脂肪酸比值[42]。
大蒜及其衍生物还能够改善家禽的生产性能。饲粮添加0.30%~0.35%大蒜素可显著提高蛋鸡的采食量和产蛋率,并显著降低料蛋比[43];饲粮添加0.003 2%大蒜提取物可提高产蛋前期和高峰期蛋鸡的产蛋量[44];饲粮添加2~4 mL由大蒜提取物与嗜酸乳杆菌按100∶1比例制成的合生素,可增加肉鸡的体增重和饲粮消耗量,降低饲料转化率,从而提高肉鸡的生长性能,且添加剂量为4 mL时效果更佳[45]。

3.4 改善畜禽产品品质

畜禽产品品质的改善对于提高养殖业经济效益、保障食品安全均具有重要意义。大蒜及其衍生物对猪和家禽产品品质的影响见表2。研究表明,大蒜及其衍生物可通过减少猪肉烹饪过程中致癌化合物的含量、抑制有害菌活力和延长保质期来改善猪肉品质[46-49];此外,大蒜素及其衍生物还可改善肉色和系水力以及肌肉的氨基酸和脂肪酸图谱,减少肌肉中微生物数量,提高鸡蛋的蛋黄重量和哈夫单位,从而改善家禽产品品质[5053-54]。
表2 大蒜及其衍生物对猪和家禽产品品质的影响

Table 2 Effects of garlic and its derivatives on product quality of pig and poultry

添加物
Additives		 动物种类
Animal species		 影响
Effects		 参考文献
References
大蒜
Garlic		 猪 减少肉汁中α、γ和σ-碳胺等致癌非极性杂环芳
香胺总含量,增加碳水化合物含量,改善肉品质		 [46]
酒基大蒜腌料
Wine-based marinade with garlic		 猪 使肉汤中单核细胞增生李斯特菌和
沙门氏菌属丧失活力,提高食品安全性		 [47]
大蒜精油纳米乳液
Garlic essential oil nanoemulsion		 猪 延长冷冻肉的保质期约1周,为冷冻鲜肉和
肉制品涂层保鲜提供方法		 [48]
大蒜及其精油
Garlic and its essential oil		 猪 清除1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(DPPH)
自由基和减少致癌化合物苯并[a]芘形成,
提高肉的品质和安全性		 [49]
大蒜提取物
Garlic extract		 鸡 提高储存过程中肉的亮度(L*)和红度(a*)值,
改善肉品质;减少微生物数量,降低肉类腐败速度		 [50]
大蒜鳞茎、大蒜皮
Garlic bulb and husk		 肉鸡 降低腿肌中脂肪和饱和脂肪酸含量,
提高蛋白质和不饱和脂肪酸含量,改善腿肌品质		 [51]
黑蒜提取物
Black garlic extract		 肉鸡 降低鸡胸肉蒸煮过程中的蒸煮损失,改善
肉色并提高系水力,从而改善肉品质		 [52]
增加烹饪过程中高丽参鸡汤不饱和脂肪酸含量,
改善氨基酸组成图谱,从而增加鸡汤的风味和营养价值		 [53]
大蒜素
Allicin		 蛋鸡 显著提高鸡蛋的蛋黄重量和
哈氏单位,改善蛋品质		 [54]

4 小结与展望

大蒜中含有多种营养物质和生物活性物质,具有诱食、抗氧化、抗炎、抗菌和抗病毒等生理功能。因此,大蒜成为一种药用和食用价值极高的植物。目前,大蒜及其衍生物在增强畜禽机体健康、提高生产性能和改善产品品质等方面得到了较为广泛的应用。然而,大蒜在实际生产应用中仍存在一些缺陷。首先,大蒜素等生物活性物质易受到光照、温度和酸碱度的影响而降解,在加工或储存过程中易失活,导致使用效果波动较大;相比之下,人工合成的大蒜素类似物的稳定性虽然有所改善,但市场认可度不高。此外,因品种、栽培方式和提取工艺的不同,大蒜活性成分含量波动较大,缺乏标准化的质量控制体系。未来可借助微胶囊包被、纳米载体包埋等技术提高大蒜中生物活性成分的稳定性和提取效率。其次,大蒜具有的辛辣特性可能导致高剂量使用时饲粮适口性下降,甚至造成胃肠道刺激,且长期使用的安全性尚未充分验证,尤其是对幼龄或敏感动物的影响还需要进一步评估。后续应系统建立不同畜禽品种及生长阶段的剂量-效应关系,优化饲粮配伍以提高利用效率;同时,需开展长期毒理学试验,制定科学的残留限量标准,重点关注硫化物在畜禽产品中的残留以及粪便排放的环境风险。最后,现有研究多集中于促生长、防治腹泻等表观效果,其分子机制尚未被充分阐明。未来应利用多组学技术深入探究其作用机制。综上所述,今后需要结合精准饲养、生物工程等技术,解决大蒜及其衍生物的稳定性和标准化问题,推动其从实验室基础研究到产业化应用的转化。

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