热老化将白蒜（WG）转化为黑蒜（BG），可能改变其生物活性；然而，其对肠道屏障功能和宿主-微生物群相互作用的影响仍不明确。本研究比较了白蒜与黑蒜提取物在成分、抗氧化能力、抗菌活性、细胞相容性以及通过脂多糖（LPS）诱导的Caco-2/HT29共培养体外模型调节肠道稳态方面的差异。在干基基础上，老化降低了还原糖含量（约从39降至约33 g/100g），同时显著增加了抗氧化成分和能力，包括总酚含量（约从111增至约433 mg没食子酸当量/g）、原花青素（约从689增至约1423 mg儿茶素当量/g）和铁离子还原抗氧化能力（约从23增至约136 mmol Fe2+/g）。非靶向代谢组学揭示了成分从白蒜中富含的氨基酸和含硫代谢物向黑蒜中的有机酸和含氮化合物转变。黑蒜提取物对益生菌菌株（大肠杆菌Nissle 1917和副干酪乳杆菌）的抑制作用极小，并表现出更高的细胞相容性（1 mg/mL白蒜时细胞活力>80%；10 mg/mL黑蒜时>100%）。两种提取物均显著降低了LPS诱导的白细胞介素-6（IL-6）产生（黑蒜为84 ± 5%；白蒜为89 ± 24%）。值得注意的是，黑蒜通过维持跨上皮电阻（TEER）、降低细胞旁通透性以及保持闭合小带蛋白-1（ZO-1）结构，更有效地维持了上皮屏障完整性。这些发现支持黑蒜作为缓解炎症相关肠道屏障功能障碍的功能性成分。
本研究旨在比较热老化处理对大蒜功能特性的影响，特别是对肠道稳态的调节作用。研究背景源于大蒜（Allium sativum L.）作为传统药用植物和现代功能性食品成分的悠久历史，其生物活性主要归因于有机硫化合物（如大蒜素）和多酚类物质。近年来，经过受控热老化过程制成的黑蒜（BG）因其增强的稳定性、更低的刺激性以及更优异的抗氧化能力而备受关注。肠道上皮屏障功能障碍和慢性低度炎症是炎症性肠病、代谢性内毒素血症等疾病的核心机制。然而，白蒜（WG）与黑蒜在调节肠道屏障完整性、炎症反应以及宿主与微生物群互作方面的比较效应仍不清楚。因此，阐明大蒜衍生化合物对肠上皮的功能作用具有重要的转化医学意义。为此，研究人员在本研究中假设，富含S-烯丙基半胱氨酸（S-allyl-cysteine, SAC）和美拉德反应抗氧化产物的黑蒜，相较于白蒜具有更强的抗炎和屏障保护作用，并且两种提取物均会影响炎症条件下的宿主-微生物群相互作用。
为验证上述假设，研究人员采用了多种关键技术方法。核心是利用人结肠腺癌细胞系Caco-2与分泌粘液的HT29细胞建立9:1比例的体外共培养模型，模拟人肠上皮细胞与杯状细胞的混合群体，培养21天形成分化良好的类肠组织。通过给予脂多糖（LPS）刺激诱导炎症状态。研究对白蒜与黑蒜进行了成分分析，包括近似组成测定、总酚、总黄酮、原花青素含量及抗氧化能力（FRAP与ORAC法）评估，并运用傅里叶变换红外光谱（FTIR-ATR）、核磁共振（
1H NMR）和非靶向液相色谱-质谱（LC-MS）代谢组学分析其化学组成的差异。同时，评估了提取物对益生菌（大肠杆菌Nissle 1917与副干酪乳杆菌）的最小抑菌浓度（MIC）和最小杀菌浓度（MBC），以及在不同浓度下对Caco-2细胞的细胞毒性（细胞活力检测、活死染色）。最后，在建立的类肠组织炎症模型上，检测了提取物对跨上皮电阻（TEER）、荧光黄（LY）细胞旁通透性、紧密连接蛋白ZO-1的免疫荧光定位以及炎症因子（IL-1β, IL-6, TNF-α）表达的影响。实验样本来源于2024年在中国收获的一级白蒜。
研究结果部分首先报告了近似组成与抗氧化能力。热老化过程显著改变了大蒜的组成：与白蒜相比，黑蒜水分含量降低，蛋白质含量增加，还原糖含量减少。在生物活性成分方面，黑蒜的总酚、总黄酮和原花青素含量均显著高于白蒜，其铁离子还原抗氧化能力（FRAP）也大幅提升，但氧自由基吸收能力（ORAC）在两者间无显著差异。通过FTIR和
1H NMR光谱分析，研究人员观察到黑蒜的化学结构发生了深刻变化，FTIR显示其羰基和羧酸盐相关吸收带增强，
1H NMR谱图显示白蒜中丰富的氨基酸信号在黑蒜中减弱或消失，同时低分子量有机酸（如乳酸、乙酸、琥珀酸）信号增加，糖类区域信号也发生改变，反映了热加工导致的化学重组。非靶向代谢组学分析进一步证实，黑蒜的代谢物谱发生了重构，从白蒜中以氨基酸和含硫化合物（如大蒜素）为主的模式，转变为黑蒜中以有机酸和含氮生物活性化合物（如胆碱、β-咔啉类）富集的模式。在抗菌敏感性方面，白蒜提取物对两种测试的益生菌菌株表现出显著的抑制作用，而黑蒜提取物则显示出高耐受性，对益生菌生长的抑制极小。细胞相容性测试表明，在测试浓度范围内，两种提取物均维持了较高的细胞代谢活性，但黑蒜在相应浓度下诱导的细胞代谢活性显著高于白蒜，且在高浓度（50 mg/mL）下未观察到明显的细胞死亡。在模拟肠道炎症的体外模型上，LPS刺激导致TEER下降、细胞旁通透性增加和促炎细胞因子（IL-1β, IL-6, TNF-α）水平升高。与单独LPS处理组相比，白蒜和黑蒜提取物均能减轻炎症反应，特别是降低IL-6水平。更重要的是，黑蒜提取物在维持上皮屏障完整性方面表现更佳，能更好地保持TEER值、降低LY通透性并维持ZO-1蛋白的连续性表达。
讨论部分总结了热老化如何将大蒜转变为一种在代谢和功能上都截然不同的食品。老化过程诱导了广泛的化学重组，将不稳定的高反应性有机硫化合物转化为更稳定、水溶性的衍生物（如SAC），同时显著增加了酚类物质和美拉德反应衍生的抗氧化产物。这些代谢转变与观察到的生物学效应直接相关。黑蒜对益生菌的抑制作用减弱，表明其具有更高的微生物群兼容性，这对于维持肠道微生态平衡至关重要。在炎症条件下，黑蒜表现出更强的抗炎活性，能更有效地抑制促炎细胞因子释放，这可能归因于其富含的酚类抗氧化剂、稳定的硫代谢物和美拉德反应产物（如类黑精）共同作用，抑制了核因子κB（NF-κB）依赖性信号通路。黑蒜对上皮屏障的保护作用尤为关键，它通过维持紧密连接结构的完整性来防止屏障功能障碍。此外，黑蒜提取物与益生菌的组合使用展现出协同效应，提示黑蒜代谢物支持而非干扰共生菌与上皮细胞的通讯。因此，研究结论认为，本研究证实热老化将大蒜转变为一种代谢和功能独特的食品，其对共生微生物具有增强的相容性，并在肠道上皮模型中表现出改善的抗炎和屏障保护作用。通过将老化诱导的代谢重塑与细胞因子产生、上皮完整性和益生菌相容性的调节联系起来，研究结果支持了黑蒜作为促进肠道稳态和缓解炎症相关肠道功能障碍的潜在膳食策略。
