大蒜素的作用机理和在畜禽业中的应用
大蒜属于百合科,为多年生宿根草本植物,是人们生活常用的调味品。大蒜素大Allicin)是大蒜细胞破碎时,蒜氨素与蒜酶作用而来的,为植物广谱抗菌素,对多种球菌、杆菌、霉菌、阿米巴原虫和蛲虫等有抑制和杀灭作用。早在晋代葛洪所著《肘后备急方》中,就有大蒜油治疗家禽疾病的记载。药理实验及临床试验证明,大蒜素对多种细菌、真菌、病毒都有抑制作用。近年来已开发应用于水产、畜禽等饲料行业,用于改善饲料风味,提高动物抗病力。饲料工业用的大蒜素是以一定的载体吸附大蒜油而形成的预混剂。
1.大蒜素的性质和来源
1.1理化性质
大蒜素的分子式为C6H10S3,化学名称为二烯丙基三硫醚,分子量为178。呈油状液体,具有强烈刺激性和蒜所特有的辛辣味,密度为1.050~1.095,不耐热,对碱不稳定,对酸稳定,难溶于水,可与乙醇、乙醚和苯等混合。
1.2来源和结构
大蒜素有天然型、化学合成型
天然大蒜素可从百合科多年宿根草本大蒜的鳞茎中提取挥发性油状物而得,通常提取率为0.1%~0.2%。即采用生物提取法直接从鲜大蒜中提取,日本、德国等采用此方法。每吨大蒜可提取3kg左右的大蒜油,但其提取困难且需要大量的植物鳞茎或鲜大蒜原料。天然的大蒜素含有挥发油,其主要成分为蒜氨酸(0.24%)、大蒜辣素和大蒜新素。
蒜氨酸与蒜苷酶接触后,水解形成大蒜辣素。大蒜辣素极不稳定,大蒜新素稳定,其水溶液经100℃3h,杀菌能力保持90%以上,具有较强抗霉菌和杀灭细菌的能力。但天然型大蒜素的生产成本高,约800~1000元/kg,用作饲料添加剂投入产出比不理想。
化学合成大蒜素是采用化学方法在一定条件下合成大蒜油,制取率为85%~90%,然后加入载体稀释成大蒜素粉剂。其有效成分纯度高,药效显著,价格低廉。人工合成的大蒜素主要由二丙烯基三硫醚(50%~80%)、二丙烯基二硫醚(20%~50%)、少量的一硫醚和四硫醚组成。这四种总成分的含量一般在92%以上,其余不到8%为低沸点的杂质如丙酮、乙醇、丙基烯丙基硫醚、二丙基硫醚、氯丙烯等。四硫醚不稳定,久置会释放出硫和其它不明物质;一硫醚在心脑血管等疾病的防治上有良好的效果;二硫醚、三硫醚性质稳定,杀菌力强。一硫醚的生产成本最高,依次下降,四硫醚最低,仅为一硫醚的60%。
一硫醚为无色液体,沸点139℃;二硫醚为无色至浅黄色液体,具有特殊的大蒜味,不溶于水,可溶于乙醇等有机溶剂,沸点138~139℃;三硫醚为无色至浅黄色液体,沸点139~140℃;四硫醚为浅棕色至棕红色,沸点140℃。人工合成的大蒜素其主要成分为三硫醚。
2.大蒜素的生理功能
2.1杀菌防病作用
Weber等报道,大蒜素中的二硫醚、三硫醚具有杀菌、抑菌作用,其机理为,它们能穿过致病菌的细胞膜而进入细胞质中,使细菌缺乏半胱胺不能进行生物氧化作用,从而破坏致病菌的正常新陈代谢,使细菌巯基失活而抑制细菌的生长繁殖。国外研究表明:大蒜能有效杀灭荧光极毛杆菌、鱼害粘球菌、鳗弧菌、爱德华氏菌、气单胞菌、鲁耶尔森氏菌等淡水鱼类主要致病菌,对草鱼肠炎病、烂腮病、赤皮病和链鱼的出血病及鱼类的爆发性传染病都特别有效,是防治鱼病较好的药物之一。对引起畜禽疾病的痢疾杆菌、巴氏杆菌、伤寒杆菌、白色葡萄球菌、变形杆菌、绿脓杆菌等均有良好的抑制和杀灭效果。王能友(2004)报道,大蒜素对引起畜禽疾病的大肠杆菌、葡萄球菌、沙门氏菌的最小抑制浓度为80mg/kg、80mg/kg、40mg/kg。大蒜素对鸡的球虫病也有一定的防治效果。
2.2促生长、诱食作用
大量试验结果表明,大多数动物特别是禽类和鱼类都比较喜欢大蒜素的气味,猪和虾经过2~3d的适应后也会喜欢。因此,动物极易产生食欲,从而提高采食量和饲料转化率。另外,浓烈的蒜香味能有效掩盖饲料中菜籽粕、肉骨粉、药物等一些原料的不良气味,提高饲料的适口性,增进动物的采食量。
表2 饲料中添加大蒜素对淡水白鲳的效果
试验组 | 总增重(g) | 尾增重(g/尾) | 增重率% | 饵料系数 | 成活率 |
对照组 | 187 | 10.3 | 10.28 | 2.39 | 80 |
25mg/kg大蒜素组 | 380 | 16.72 | 16.19 | 2.18 | 86.5 |
50mg/kg大蒜素组 | 447.5 | 20.81 | 19.66 | 2.10 | 86.7 |
75mg/kg大蒜素组 | 490.5 | 20.36 | 20.69 | 2.16 | 86 |
2.3改善动物产品的质量
大蒜素中含有各种硫醚化合物,长期饲喂大蒜素可改善动物产品的质量。生化分析结果表明:鸡肉中的香味成分主要是C3H5-S(O)-基团,而大蒜素中的硫醚化合物正含有这一结构,因而可以改善鸡肉的香味。黄玉德等(1997)报道,采食大蒜素的奶牛乳汁中含有一定量的三硫醚和四硫醚,能抑制大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、肠道沙门氏菌等有害菌的生长,而对有益菌如干酪乳杆菌有促进作用,而且牛乳保质期长,味道鲜美。日本专家在鱼饲料中添加50mg/kg大蒜素粉,经长期不间断投喂可使成鱼的肉质细腻、紧密,鱼肉味鲜美。
2.4降脂抗氧化功能
Aouadi等(2000)试验结果表明,在大鼠日粮中添加新鲜大蒜,与对照组相比,试验鼠血浆中胆固醇水平显著降低。黎七雄等(2000)以糖尿病小鼠作试验发现,糖尿病小鼠心脏抗氧化功能明显下降,一氧化氮含量明显减少,血液中白细胞数及血红蛋白含量明显下降,胆固醇含量明显提高,而在糖尿病小鼠日粮中添加大蒜素后能明显逆转上述变化,其中大蒜素对SOD酶影响较大,能改善其抗氧化功能。大蒜素对CCL4引起的肝组织结构损伤具有一定保护作用,其机理可能与大蒜素抗氧化活性、抑制脂质过氧化物对膜结构的损伤起重要作用有关。
表3 大蒜素对试验性高血脂型小鼠血脂水平的影响
组别 | 大蒜素含量 mg/kgd | TC 总胆固醇 | HDL 高密度脂蛋白 | LDL 低密度脂蛋白 | HDL/TC | TG 血清甘油三酯 |
模型组 | 0 | 9.86 | 0.92 | 7.99 | 0.09 | 2.09 |
中剂量组 | 2 | 6.15 | 1.38 | 4.28 | 0.22 | 1.07 |
高剂量组 | 3 | 5.79 | 1.4 | 3.99 | 0.24 | 0.88 |
2.5提高机体的免疫力
低剂量大蒜素可使小鼠溶菌酶的活性显著提高,中剂量和高剂量大蒜素可使小鼠溶菌酶的活性极显著提高,说明大蒜素提高了单核细胞的分泌功能,使溶菌酶大量释放。溶菌酶能水解细菌细胞壁的粘多肽,从而使其裂解死亡,起到抗感染作用。研究发现,大蒜素还具有增强小鼠巨噬细胞和巯基乙酸盐诱发的小鼠巨噬细胞氧化爆发能力,增强了T淋巴细胞的转化功能。陈至宝(2004)在贵妃鸡日粮中添加200mg/kg大蒜素,试验结果表明,试验组贵妃鸡的胸腺、法氏囊、哈氏腺、脾的T细胞值均显著高于对照组。试验结果表明,大蒜素可促进贵妃鸡免疫器官中免疫活性细胞的增殖,提高机体免疫细胞功能。
3.大蒜素使用中的误区
3.1 大蒜素的气味
目前,养殖户和饲料厂把大蒜素添加剂气味的刺激与不刺激作为判定大蒜素质量的标准,这是不科学的。大蒜素添加剂的气味过于刺激,可能是由于合成大蒜素制剂的氯丙稀残留过高造成的。我国大蒜素的合成主要以氯丙稀为原料,合成二烯丙基三硫醚化合物,而天然的大蒜油中不含有氯丙稀。
大蒜油生产过程中的反应率为85%~92%,其余为杂质如氯丙烯、一硫醚、二硫醚等。氯丙烯为强刺激性无色液体,对皮肤、粘膜、呼吸道有强烈的刺激性,且蒸气能引起肺气肿,该物质可能对中枢神经系统、肾、肺有损害,长期接触,可导致四肢麻木和残废。由于其熔点只有44.6℃,在饲料制粒、贮存过程中大部分会自然挥发掉,对畜禽危害不大。需要注意的是,大蒜素制剂中的氯丙烯与大蒜素制剂的蒜味浓与不浓密切相关。纯品大蒜素制剂中的三硫醚蒜味不浓。而氯丙烯在常温下可与大蒜油相混溶。氯丙烯挥发的同时携带出大蒜油分子,而使大蒜油挥发加剧,蒜味当然又浓烈又刺鼻。要去掉它必须选用专业设备,投资在100万以上,而许多生产单位没有将氯丙稀除掉的能力。因此,养殖场在购买大蒜素制剂时要有清醒的认识,不要把大蒜素制剂蒜味的浓与不浓作为购买的重要指标。我国即将发布的农业部大蒜素质量标准规定,大蒜素制剂中氯丙稀的含量要低于1%。
3.2实验室检测方法不科学
大蒜素制剂的硫醚化合物尤其是三硫醚是其发挥作用的主要成分之一,其含量越高,大蒜素制剂的作用效果越明显。但养殖场或饲料厂在测定大蒜素制剂的硫醚含量时,通常运用氧瓶燃烧法和硫酸钡重量法。氧瓶燃烧法是把大蒜素制剂在纯氧中燃烧,使大蒜素中的硫变为SO2,被水吸收,变成H2SO4,用标准的NaOH溶液滴定出S的含量,以三硫醚的S含量为标准,反推出大蒜素的含量。硫酸钡重量法是把大蒜素用浓硝酸消化,使S变成SO4,再生成BaSO4,从而反推出大蒜素的含量。但这两种测定方法均假定大蒜素中的硫醚化合物均为三硫醚,但事实远不是这样,而且会给人造成一种错觉:S的含量越高,大蒜素质量就越好的错误判断,同时也会给造假者提供添加硫磺、元明粉等含硫物的机会。大蒜素一般采用碳酸钙等作为载体,碳酸钙经氧燃烧,变成氧化钙,遇水变成氢氧化钙,中和了S燃烧产生的H2SO4,造成NaOH滴定结果不准甚至无法滴定;硫酸钡法在消化时不能让SO2跑掉,否则造成结果偏低。因此,要精确测定出大蒜素硫醚化合物的含量,必须用气相色谱法或毛细管色谱法为宜。
表4:通过气相色谱法测定的天然大蒜素和合格大蒜素的成分
化合物 | 分子式 | 天然大蒜素成分 | 合成大蒜素成分 |
氯丙稀 | C3H4CL | 0 | 0.24 |
二烯丙基单硫醚 | C6H10S | 9.01 | 5.56 |
二烯丙基二硫醚 | C6H10S2 | 17.49 | 29.02 |
二烯丙基三硫醚 | C6H10S3 | 40.05 | 57.54 |
其它成分 | | 33.45 | 7.64 |
3.3添加量
在畜禽日粮中添加一定量的大蒜素可以提高动物的食欲,改善产品的风味,促进动物的生长。但不宜过量添加,过量添加不仅造成浪费,而且还会产生副作用。长期添加250mg/kg大蒜素可能会使屠宰后的肉质商品呈现蒜酸味。由于大蒜素对粘膜有刺激性,长期超剂量添加很可能对小肠粘膜造成损伤,使之充血。
4.应用前景
目前,饲料添加剂中广泛使用的抗生素及化学合成药物不仅会造成药物在动物体内药物残留,而且还会危害人体健康。欧盟从06年开始禁止在饲料中添加抗生素,使用绿色促生长添加剂是大势所趋。因此,随着大蒜素生产工艺的改进、检测方法的科学化,大蒜素添加剂将更广泛应用于养殖业。
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