大蒜素的合成及應(yīng)用

關(guān)于大蒜素的合成及應(yīng)用前言

在畜禽飼料中濫用抗生素對(duì)人體、動(dòng)物體的危害現(xiàn)在已被人們廣泛認(rèn)識(shí)到，世界衛(wèi)生組織、聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織對(duì)其藥物殘留問(wèn)題都極為重視。從1999年7月1日起歐盟已禁止使用抗生素在畜禽飼料中作為促生長(zhǎng)劑。而我國(guó)也發(fā)布了對(duì)磺胺類、奎諾酮類等抗生素的禁令。因此，研制、開發(fā)新型的無(wú)藥物殘留、無(wú)公害的促生長(zhǎng)劑就成為食品工業(yè)、飼料工業(yè)的重要課題。大蒜素與抗生素的促生長(zhǎng)作用效果相似，但在動(dòng)物體內(nèi)無(wú)毒、無(wú)害而且無(wú)藥物殘留，是一種較為安全和有效的抗菌、保健、促生長(zhǎng)劑，現(xiàn)在廣泛用于替代抗生素應(yīng)用在養(yǎng)殖業(yè)。同時(shí)，大蒜素還具有強(qiáng)烈的誘食性能，既可用作治療藥物，又可作為誘食劑及食品風(fēng)味改善劑。第2頁(yè),共30頁(yè)，2024年2月25日，星期天

（一）大蒜素1.大蒜素的化學(xué)組成大蒜素是百合科多年生宿根草本蒜（alliumsativum）中所含的主要生物活性有效成份。天然大蒜的精油含有丙基二硫化丙烯（約60%），二硫化二丙烯（23%～39%），三硫化二丙烯（13%～19%），二硫化二丙烯（4%～5%）及甲基二硫化丙烯等100多種揮發(fā)性含硫化合物，總含硫量約為35～40%。每噸干蒜球中約含精油1kg～2kg(0.1%～0.2%)。天然大蒜油廣泛應(yīng)用于沙司、肉糜的增香和調(diào)配肉香、海鮮及辛香類香精。近年來(lái)還出現(xiàn)了以天然蒜油為原料制造的高級(jí)保健品蒜素片，具有明顯的防病、治病和抗衰老作用。第3頁(yè),共30頁(yè)，2024年2月25日，星期天

飼料工業(yè)中使用的大蒜素一般指人工合成的大蒜油吸附載體后制成的預(yù)混料。人工合成的大蒜油的主要成份是三硫化二丙烯（50%～80%），二硫化二丙烯（20%～50%），少量的單硫化二丙烯和四硫化二丙烯。這四種成分的總含量一般在92%以上。第4頁(yè),共30頁(yè)，2024年2月25日，星期天

項(xiàng)目性能指標(biāo)顏色淡黃色液體氣味濃烈的大蒜氣味密度1.050～1.095折光率1.550～1.580溶解性能溶于大多數(shù)非揮發(fā)性油，部分溶于乙醇，不溶于水，甘油和丙二醇等?；瘜W(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)酸、強(qiáng)氧化劑和紫外線可引起變質(zhì)。表1.大蒜油的主要理化性能第5頁(yè),共30頁(yè)，2024年2月25日，星期天

（二）大蒜素的合成

大蒜素的來(lái)源有兩種方法：一是生物提取法，即從天然大蒜片中精餾而成，該方法收率低，成本高，原料季節(jié)性強(qiáng)；一是化學(xué)合成法，化學(xué)合成的大蒜素與天然提取的大蒜素主要成分一致，原料易得，而且有效成分的濃度要高于天然提取物。合成產(chǎn)品在性質(zhì)上更穩(wěn)定，殺菌力強(qiáng)，療效也更好。目前，用于獸用及水產(chǎn)的大蒜素，多為人工合成產(chǎn)品。人工合成大蒜素主要以三硫二丙烯和二硫二丙烯混合物含量的高低來(lái)表示大蒜素產(chǎn)品質(zhì)量的優(yōu)劣。目前工業(yè)中通常使用的氯丙烯-硫代硫酸鈉-硫化鈉法合成大蒜素路線簡(jiǎn)單可行，但由于其工藝中需加入一定量的甲醛和石油醚，既污染環(huán)境，而且石油醚還需減壓分離、回收，工藝流程復(fù)雜，成本高而收率不理想。本文依據(jù)該合成路線對(duì)其工藝流程進(jìn)行改進(jìn)，采用水相反應(yīng)，不添加甲醛和石油醚，所用原料價(jià)廉易得，無(wú)需減壓蒸餾過(guò)程，在簡(jiǎn)化了工藝流程的同時(shí)，既降低了生產(chǎn)成本，又提高了收率，效果較為理想。第6頁(yè),共30頁(yè)，2024年2月25日，星期天

1.實(shí)驗(yàn)方法1）合成反應(yīng)原理CH2=CH-CH2Cl+Na2S2O3ACH2=CH-CH2-S2O3Na+NaClCH2=CH-CH2-S2O3Na+Na2S→CH2=CH-CH2-S-S-S-CH2-CH=CH2+CH2=CH-CH2-S-S-CH2-CH=CH2

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在電熱磁力攪拌器上安裝好三口燒瓶，附置回流冷凝管、滴液漏斗、溫度計(jì)，取180ml氯丙烯（配比基準(zhǔn)）置于滴液漏斗中。按表2中所設(shè)計(jì)的量稱取Na2S2O3?5H2OX克配成飽和溶液加入三口燒瓶中,開啟攪拌并加熱升溫至所設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)溫度。然后將氯丙烯緩慢滴入三口燒瓶，約0.5h滴完。保持溫度攪拌至反應(yīng)完成。冷至室溫，用2mol/L氨水溶液調(diào)節(jié)反應(yīng)液的pH為7.5左右，滴加Na2S溶液，滴完后，在室溫下攪拌反應(yīng)0.5h，靜置過(guò)夜。料液分層后，用分液漏斗分液，棄去下層水相，用去離子水洗滌油相3次，棄去水相。取樣測(cè)含量，計(jì)算產(chǎn)品收率。第8頁(yè),共30頁(yè)，2024年2月25日，星期天

2.大蒜素含量的測(cè)定1）測(cè)定原理將大蒜素樣品用氧瓶燃燒法燃燒分解，燃燒產(chǎn)物為硫的氧化物，以過(guò)氧化氫溶液吸收，使之生成硫酸，加熱除去過(guò)量的過(guò)氧化氫，以甲基紅作為指示劑，用氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定生成的硫酸。2）試劑和溶液過(guò)氧化氫（HG-3-1082）無(wú)水乙醇（GB678）甲基紅（HG3-958）1g/L溶液氫氧化鈉（GB629）0.01mol/L的標(biāo)準(zhǔn)溶液乙醚（HG3-1002-76）第9頁(yè),共30頁(yè)，2024年2月25日，星期天

實(shí)驗(yàn)號(hào)氯丙烯:硫代硫酸鈉（X）:硫化鈉（Y）（重量比）溫度（℃）時(shí)間（h）產(chǎn)品（ml）收率（％）11:X1:Y150412066.6721:X1:Y150512569.4431:X1:Y150612871.1141:X2:Y240614077.7851:X2:Y250614882.2261:X1:Y260615183.8971:X2:Y150614278.8981:X1:Y250615586.112）工藝過(guò)程為了考察產(chǎn)品收率，我們通過(guò)改變反應(yīng)物配比、反應(yīng)溫度和反應(yīng)時(shí)間三個(gè)條件來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)方案及結(jié)果見表2。表2.反應(yīng)物配比、反應(yīng)溫度和時(shí)間對(duì)產(chǎn)品收率的影響第10頁(yè),共30頁(yè)，2024年2月25日，星期天

（五）應(yīng)用

目前，大蒜素在飼料行業(yè)應(yīng)用逐步廣泛，一般認(rèn)為，大蒜素作為新型飼料添加劑具有殺菌、促進(jìn)生長(zhǎng)、動(dòng)物保健、調(diào)味誘食等多種功能。為了驗(yàn)證大蒜素的功效，2004年2月－4月期間，我們?cè)谡虑鸩捍迦怆u場(chǎng)進(jìn)行了大蒜素飼喂肉仔雞應(yīng)用效果的試驗(yàn)。第11頁(yè),共30頁(yè)，2024年2月25日，星期天

2.試驗(yàn)結(jié)果與分析試驗(yàn)肉仔雞只增重、成活率及飼料消耗情況見表4。表4.試驗(yàn)雞成活率、增重及耗料情況組別\項(xiàng)目試初只數(shù)試末只數(shù)成活率（%）只均始重（g）只均末重（g）耗料（g）料肉比試驗(yàn)組98897898.9939.62287.64428.61.97對(duì)照組98894495.5539.92144.34293.02.04第12頁(yè),共30頁(yè)，2024年2月25日，星期天

3.結(jié)論1）在肉仔雞日糧中添加大蒜素可以提高仔雞采食量，使其精神旺盛。增重明顯，平均日增重提高6.8%，料肉比則降低3.4%。有效提高了飼料利用率。大蒜素有濃郁的自然香味，能消除飼料中的藥物及其他物質(zhì)帶來(lái)的不良味道，提高飼料的適口性，顯著增加動(dòng)物胃液分泌，增加胃腸蠕動(dòng)，刺激動(dòng)物食欲，從而提高采食量。而且大蒜素能有效抑制和殺死消化道內(nèi)硝酸鹽還有原菌；阻斷致癌物質(zhì)亞硝酸胺的合成，從而起到防止消化道癌變的功效，保證動(dòng)物消化道正常生理功能。第13頁(yè),共30頁(yè)，2024年2月25日，星期天

2）在肉仔雞日糧中添加大蒜素可以降低仔雞的死淘率，明顯提高成活率。大蒜素能增強(qiáng)機(jī)體免疫功能，防治疾病。眾所周知，細(xì)胞的衰老是因?yàn)榧?xì)胞膜的滲透性下降，細(xì)胞吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的功能降低，同時(shí)滯留在細(xì)胞內(nèi)的廢物（代謝產(chǎn)物）也不易排出細(xì)胞外。大蒜素含有多種活性物質(zhì)，具有活化由糖脂質(zhì)組成的細(xì)胞膜功能，能再度提高其滲透性，于是細(xì)胞的新陳代謝加強(qiáng)，活力提高，機(jī)體的免疫力隨之加強(qiáng)。大蒜素具有增加巨噬細(xì)胞、淋巴細(xì)胞功能的免疫調(diào)節(jié)作用。第14頁(yè),共30頁(yè)，2024年2月25日，星期天

大蒜素中的二硫醚和三硫醚能夠透過(guò)細(xì)菌的細(xì)胞膜進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)中，將含巰基的酶氧化為雙硫鍵，從而抑制細(xì)胞分裂，破壞病菌和癌細(xì)胞的正常代謝。而且對(duì)引起畜禽疾病的福氏痢疾桿菌、巴氏桿菌、傷寒桿菌、白色葡萄球菌、變形桿菌、綠膿桿菌等均有良好的抑制和殺滅作用，因此可以替代日糧中的其他抗生素，有效的解決畜禽產(chǎn)品中的藥物殘留問(wèn)題，改善畜禽產(chǎn)品品質(zhì)，保護(hù)環(huán)境。此外，大蒜素還能有效殺滅黃曲霉、黑曲霉、煙曲霉等各種霉菌，防止飼料變質(zhì)。第15頁(yè),共30頁(yè)，2024年2月25日，星期天

3）在肉仔雞日糧中添加大蒜素能增強(qiáng)雞肉的香味成份，使雞肉更鮮。據(jù)泰國(guó)研究報(bào)道，雞肉香味成份主要是靠C3H5—S（O）—基團(tuán)，而大蒜素中的硫醚化合物含有這一結(jié)構(gòu)，因而可以改善雞肉的香味。4）綜上所述，在肉仔雞日糧中添加0.01%大蒜素可以明顯提高肉雞的成活率和日增重量，降低料肉比，提高飼料報(bào)酬，而且可以改善肉雞風(fēng)味，明顯提高肉雞飼養(yǎng)經(jīng)濟(jì)效益。大蒜素在養(yǎng)殖業(yè)中是一種高效的值得推廣的飼料添加劑。第16頁(yè),共30頁(yè)，2024年2月25日，星期天

謝辭

本論文是在任藝兵老師的悉心指導(dǎo)和嚴(yán)格要求下完成的。論文從選題、文獻(xiàn)整理、步驟設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)、寫作、修改至最后定稿的全過(guò)程中，任老師都給予了無(wú)微不至的關(guān)心與幫助。任老師淵博的學(xué)識(shí)、敏捷的思維、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度都給予我很大的影響，并深深感染了我，也將激勵(lì)我今后不斷刻苦學(xué)習(xí)、不斷進(jìn)取。在此，謹(jǐn)向任老師致以誠(chéng)摯的謝意！第17頁(yè),共30頁(yè)，2024年2月25日，星期天

3）測(cè)定方法按氧瓶燃燒法測(cè)定，稱取大蒜素油樣品0.03-0.05g，稱準(zhǔn)至0.00005g,封入玻璃紙（不含硫壓敏膠帶）筒中，即將一約0.6×5cm2的定量濾紙卷成紙卷，置于約1.6×2.4cm2的玻璃紙中部并一起卷制成筒，先將紙筒的一端壓合密封、稱重，再將樣品小心的滴加并浸潤(rùn)濾紙上，將紙筒上端壓合密封后，再一起稱量。將封有樣品的玻璃紙筒，再用小塊帶長(zhǎng)條尾巴的濾紙裹住，一起夾在鉑絲鉤（或網(wǎng)）上。在1000ml錐形瓶中加20ml水，10-15滴過(guò)氧化氫作吸收液，瓶?jī)?nèi)充滿氧氣后，點(diǎn)燃濾紙的尾部，立即插入瓶中并蓋緊磨口塞，同時(shí)將錐形瓶小心傾側(cè)，用吸收液封住瓶口。燃燒完畢后，將反應(yīng)瓶劇烈振蕩，并在放置過(guò)程中也隨時(shí)加以振蕩，直至瓶中煙霧完全消失，用少量水沖洗瓶塞、鉑絲及瓶壁，加熱煮沸數(shù)分鐘，除去過(guò)量的過(guò)氧化氫。放至室溫，加甲基紅2滴，用0.01mol/L氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至黃色即可（每0.01mol/L的氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液相當(dāng)于0.2972mg的C6H10S3）。第18頁(yè),共30頁(yè)，2024年2月25日，星期天

大蒜油中的各主要成分都屬硫醚類化合物，與對(duì)應(yīng)的醚相比，化學(xué)性能穩(wěn)定得多，在非強(qiáng)酸環(huán)境中可耐高溫120℃以上而不易分解。但如果長(zhǎng)期暴露于紫外線下可誘發(fā)分解。在強(qiáng)酸性環(huán)境中可形成锍鹽并析出硫而產(chǎn)生沉淀。在強(qiáng)氧化環(huán)境中可被氧化為亞砜甚至砜。因此，大蒜油應(yīng)存放于陰涼處并避免與強(qiáng)酸或氧化性物料存放在一起。第19頁(yè),共30頁(yè)，2024年2月25日，星期天

（三）大蒜素的測(cè)定1.鑒別1）試劑和溶液無(wú)水乙醇（GB678）硫化鈉（HG3-905）飽和溶液2）鑒定方法取大蒜素油1ml，加無(wú)水乙醇2ml，加硫化鈉溶液3滴，即顯黃色。第20頁(yè),共30頁(yè)，2024年2月25日，星期天

2.大蒜素的理化性能大蒜素是以一定的載體吸附大蒜油后形成的預(yù)混料，它是白色流動(dòng)性的細(xì)小粉末。其理化性能主要取決于大蒜油的理化性能。大蒜油的理化性能見表1。第21頁(yè),共30頁(yè)，2024年2月25日，星期天

（四）實(shí)驗(yàn)結(jié)論

由表2可以看出，反應(yīng)物配比是收率的顯著性影響因素，反應(yīng)溫度和反應(yīng)時(shí)間的影響也較大。將各方案結(jié)果數(shù)據(jù)分析比較，得出結(jié)論，當(dāng)工藝條件為氯丙烯:硫代硫酸鈉:硫化鈉（g）取1:3:1.3,反應(yīng)溫度取50℃，反應(yīng)時(shí)間為6h時(shí)，收率最高，能達(dá)到85%以上。第22頁(yè),共30頁(yè)，2024年2月25日，星期天

1.試驗(yàn)方法將2000只剛出殼肉仔雞隨機(jī)分為兩組，每組1000只，一組為試驗(yàn)組，一組為對(duì)照組。兩組雞體重差異不顯著。從2004年2月29日至3月6日為預(yù)試期7天；從3月7日至4月18日共42天，為正式試驗(yàn)期。試驗(yàn)組飼喂基礎(chǔ)日糧+0.01%大蒜素，對(duì)照組只飼喂基礎(chǔ)日糧（基礎(chǔ)日糧配方見表3）。兩組供試雞在相鄰的雞網(wǎng)中均采用地面平養(yǎng)，可充分利用陽(yáng)光和人工光照，自然通風(fēng)。預(yù)試期內(nèi)按獸醫(yī)衛(wèi)生免疫程序進(jìn)行防疫，認(rèn)真觀察雞群，淘汰弱殘雞。根據(jù)試驗(yàn)要求，調(diào)整雞群，并經(jīng)生物統(tǒng)計(jì)處理后，組間差異不顯著（P>0.05）。試驗(yàn)期間，人工定時(shí)定量飼喂，自由采食、自由飲水，嚴(yán)格按照預(yù)防禽流感措施進(jìn)行操作。每周每組隨機(jī)抽取30只肉仔雞稱重，并記錄各組飼料消耗情況，以及死亡雞只數(shù)。第23頁(yè),共30頁(yè)，2024年2月25日，星期天表3.基礎(chǔ)日糧組成及營(yíng)養(yǎng)水平項(xiàng)目前期（0日齡－14日齡）中期（15日齡－28日齡）后期（29日齡－42日齡）玉米（％）585757豆粕（％）322827魚粉（％）3.32.02.0磷酸氫鈣（％）2.22.22.2石粉（％）0.60.50.5食鹽（％）0.30.30.3預(yù)混料（％）1.01.01.0油脂（％）——2.02.0高粱（％）2.67.08.0合計(jì)100100100粗蛋白（％）代謝能（MJ·kg-1）鈣（％）總磷（％）2112.120.980.7119.212.540.960.6918.212.741.010.68第24頁(yè),共30頁(yè)，2024年2月25日，星期天

1）成活率從表4可以看出，對(duì)照組試驗(yàn)雞死亡44只，成活率為95.55%。試驗(yàn)組僅死亡10只，成活率達(dá)98.99%，試驗(yàn)組比對(duì)照組高出3.5個(gè)百分點(diǎn)，提高成活率效果明顯。而且試驗(yàn)組仔雞明顯可見精神旺盛，毛色光亮，冠髯鮮紅，采食量大。2）料肉比由于大蒜素可刺激肉雞的食欲，增加采食量，使試驗(yàn)組的雞耗料量明顯高于對(duì)照組。表4數(shù)據(jù)顯示，雖然試驗(yàn)組比對(duì)照組平均每