黑蒜是新鲜大蒜在高温高湿条件下经美拉德反应作用而形成的。在此过程中产生了大量的类黑精（melanoidin）。但由于类黑精的结构和功能特性仍不明确,因此制约了黑蒜的进一步开发利用。本课题以黑蒜为原料,提取黑蒜类黑精,经分离纯化后对其结构进行鉴定,并进一步探讨其理化性质、生物活性（包括抑制肥胖、改善高脂饮食引起的肠道菌群昼夜节律失调、体外抗氧化活性）及其作用机理。主要结果如下:1.黑蒜类黑精分离提取及理化性质研究:通过单因素实验（温度、时间、料液比和提取次数）结合响应面实验优化了黑蒜类黑精的提取工艺,最优工艺为:温度53℃、时间38 min、料液比1:21 g/m L、提取次数2次,在此条件下黑蒜类黑精提取得率为1.79%。采用紫外分光光度计、凝胶排阻色谱、色差分析仪和金属离子螯合能力研究了类黑精的褐变度、分子量、色差和螯合特性,并采用体外模拟消化实验研究了类黑精的“类膳食纤维”特性。结果表明:类黑精在提取物中占85%以上。随着分子量的增加,类黑精褐变度随之提高。黑蒜类黑精主要为分子质量大于50 k Da的大分子混合物。色差结果表明,类黑精的色差值（△E）与分子量呈正相关。黑蒜类黑精的螯合活性可以达到35%以上,且与分子量呈正相关。在体外消化过程中,黑蒜类黑精的褐变度、分子量分布均和色差值保持不变,表明类黑精在消化道中不分解;类黑精的螯合能力在体外模拟消化过程中经α-淀粉酶和盐酸处理后显著降低,加入蛋白酶后保持不变,但消化后的螯合活性仍超过30%。上述结果表明,黑蒜类黑精理化性质与分子量呈正相关,具有类“膳食纤维”特性,体外消化过程中可能由于类黑精中少量多糖与类黑精形成的交联结构随着多糖的降解被破坏从而降低了螯合能力。2.黑蒜类黑精的分离纯化、结构鉴定和热力学分析:依次通过DA201-C大孔吸附树脂和半制备高效液相色谱系统纯化制备,最终得到3种黑蒜类黑精组分,分别命名为BGW,BG20和BG40。分别采用凝胶排阻色谱（SEC-HPLC）、紫外可见光吸收光谱（UV/VIS）、傅里叶红外光谱（FT-IR）、核磁共振光谱（NMR）、元素分析（EA）鉴定不同组分类黑精的结构特征。结果表明:BGW,BG20和BG40的重均分子量分别为8.0×10~8 Da、2.3×10~8 Da和16.0×10~8 Da;类黑精在紫外光和可见光区均有强烈吸收,其中BG20和BG40在420 nm处有显著的吸收峰。红外光谱表明,黑蒜类黑精骨架与糖链相似,并检测到了微弱的芳香环特征波段,3种类黑精在1330 cm-1以上的特征频率区域结果一致,而在1330 cm-1以下的指纹区域则差异明显。核磁共振分析结果同样发现黑蒜类黑精具有与糖链相似的骨架结构,但未检测到杂环类物质,与红外结果有差异,表明杂环结构含量极少。元素分析测定结果也证实了糖骨架的存在,这与红外光谱和核磁共振观察结果一致。在各组分类黑精元素分析中C、H、N、O、S比例不同,其中较高的S元素含量,间接证明了大蒜中蒜氨酸可能参与了美拉德反应进而生成类黑精。上述结果表明:黑蒜类黑精具有与糖链类似的骨架结构,这与大蒜中极高的多糖含量有关;美拉德反应产生的杂环结构在类黑精中含量极低,排除了由杂环构成黑蒜类黑精骨架结构的假设,间接表明杂环类物质仅在黑蒜美拉德反应中与风味物质形成相关;黑蒜类黑精中S元素占比较高,可能是因为蒜氨酸参与了美拉德反应,反应机理需要进一步探究。采用热重分析仪（TG）和差示量热扫描仪（DSC）研究不同组分黑蒜类黑精的热力学性质,采用扫描电镜（SEM）分析黑蒜类黑精的表观形态。TG分析发现三种黑蒜类黑精的热重谱图中均发现了多个吸热峰,其中在300℃附近、450℃附近和550℃附近出现明显的吸热峰;DSC检测结果中BGW有一个放热峰,BG20和BG40均出现两个放热峰,BGW相变峰值温度（Tp）平均值为499.01℃,BG20中Tp平均值分别为396.66℃和455.21℃,BG40中Tp平均值分别为398.29℃和501.71℃。SEM观察结果表明,BGW的表面形貌呈随机卷曲状,BG20为疏松多孔的网状层,BG40为片状晶体。3.结合DPPH自由基清除能力、ABTS自由基清除能力、羟自由基清除能力及总还原力评估黑蒜类黑精消化前后的体外抗氧化活性。结果表明:类黑精的DPPH自由基清除活性为148.41±0.91μmol TE/g,ABTS自由基清除活性超过250μmol TE/g,羟自由基清除率为190.88±3.33μmol TE/g,总还原力吸光值为0.585±0.003,且类与分子量呈正相关。类黑精的抗氧化活性在体外模拟消化过程中先降低后不变,消化结束后DPPH、ABTS和羟自由基的清除能力分别降至105.50±4.50μmol TE/g、210.77±0.74μmol TE/g和180.41±2.82μmol TE/g,总还原力吸光度降至0.458±0.001。上述结果表明,黑蒜类黑精具有极强的抗氧化活性,且与分子量呈正相关;体外消化后抗氧化能力的降低与类黑精中挥发性化合物的丧失、类黑精交联结构的破坏及螯合能力的降低有关。4.黑蒜类黑精抑制高脂饮食诱导小鼠肥胖机理研究:采用高脂饲料（HFD）诱导C57BL6/J小鼠肥胖,测定了低、中、高剂量黑蒜类黑精（LMLD、MMLD和HMLD）对肥胖小鼠的体重增长和能量利用率、口服葡萄糖耐量、血脂水平、肝脏和脂肪组织病理切片及相关基因表达、粪便中短链脂肪酸（SCFA）含量和肠道内容物菌群变化的影响。结果表明黑蒜类黑精能够减轻由高脂饮食引起的小鼠体重增加,灌胃低、中、高剂量的黑蒜类黑精12周后,与HFD组相比,小鼠体重分别下降21.01%、21.09%和24.61%;类黑精干预不改变小鼠摄食量,但降低小鼠的能量利用率,与HFD组相比,LMLD组、MMLD组和HMLD组能量利用率分别降低了21.54%、21.54%和23.08%。与高脂对照组相比,各剂量组小鼠口服葡萄糖耐量显著提高（p＜0.05）,LMLD组、MMLD组和HMLD组曲线下面积（AUC）分别降低了38.18%、38.18%和41.82%。血清甘油三酯（TG）、总胆固醇（TC）、低密度脂蛋白胆固醇（LDLC）和血清内毒素脂多糖（LPS）水平显著降低（p＜0.05）,高密度脂蛋白胆固醇（HDLC）水平显著增加（p＜0.05）,其中TG、TC、LDLC、LPS水平与类黑精剂量呈正相关。肝脏和脂肪组织H＆E染色观察结果表明,类黑精可减少小鼠肝脏中脂肪含量,恢复正常的肝细胞组织结构;减小脂肪组织中细胞体积。肝脏和脂肪组织基因表达结果显示,类黑精干预可显著下调脂肪酸合成酶（FAS）和白细胞介素-6（IL-6）,上调三酰甘油脂肪酶（ATGL）和激素敏感脂肪酶（HSL）;此外,类黑精干预可以显著增加粪便SCFA的含量（p＜0.05）,其中乙酸含量增加最多,其次为丙酸、丁酸和戊酸。黑蒜类黑精干预可以改变高脂饮食小鼠的肠道菌群组成,增加产SCFA细菌（Bacteroidaceae）的丰度,减少条件致病菌（Enterobacteriaceae、Desulfovibrionaceae）的丰度。Lactobacillaceae和Akkermansiaceae等益生菌的丰度也有所增加。基于上述结果,推测类黑精减肥功能的作用机制是通过在肠道中发酵实现对肠道微生物群落的调节作用,在肝脏和脂肪组织中下调FAS和IL-6基因表达,上调ATGL和HSL基因表达,改善由高脂饮食导致的肥胖小鼠肠道菌群紊乱,进而增加肠道短链脂肪酸的产生,改善肠道环境,从而达到抑制肥胖的作用。5.黑蒜类黑精分子量对改善高脂饮食引起的小鼠肠道菌群昼夜节律失调的影响:采用高脂膳食小鼠实验模型,分析了低分子量类黑精（LMM）和高分子量类黑精（HMM）对高脂饮食小鼠的体重变化、血脂水平、肝脏和脂肪组织指数以及肠道菌群昼夜节律变化及菌群功能变化。结果表明:不同分子量类黑精干预均可显著降低高脂饮食引起的小鼠体重增加（p＜0.05）,改善血脂异常,抑制脂肪积累,缓解肝脏损伤,且高分子量类黑精效果更好。对小鼠肠道菌群进行16S基因测序研究发现,NC组和HFD组肠道菌群丰度（ACE指数）均表现出早（ZT0）高-晚（ZT12）低的昼夜节律,且高脂饮食显著降低了小鼠肠道菌群丰度（p＜0.05）。与HFD组相比,LMM组在两个时间点的菌群丰度均显著增加,且没有表现出明显的昼夜节律;而HMM组则表现出早（ZT0）低-晚（ZT12）高的昼夜节律,但菌群丰度显著增加。高脂饮食显著降低了肠道微生物多样性（Shannon指数）,昼夜震荡丧失,NC组表现出正常的昼夜节律;与HFD组相比,LMM干预显著增加肠道菌群多样性,但没有表现出昼夜震荡,HMM组中表现出早低-晚高,与肠道菌群丰度结果一致。在门水平上,ZT0时,NC、HFD、LMM和HMM组的厚壁菌门与拟杆菌门的比值（F/B比值）分别为0.79、5.26、1.62和2.81;ZT12时,F/B分别为1.18、4.54、1.19和1.62,HFD组F/B比值表现出较低的昼夜节律。同一时间点不同组间指示物种差异分析结果发现,在ZT0时,总共有31个细菌发生了显著变化,NC组、HFD组和HMM组肠道菌群组成发生显著变化,LMM组无显著变化;在ZT12时,四组小鼠肠道菌群中共有27个细菌发生显著变化。不同时间点同一组间指示物种差异分析发现,NCZT0和NCZT12之间有24种细菌发生显著变化;在HFDZT0和HFDZT12之间,共14个细菌发生了显著变化;LMMZT0和LMMZT12之间共有24种细菌发生显著变化,HMMZT0和HMMZT12之间有34个显著变化的细菌。在LMM组和HMM组中,ZT0组和ZT12组的属间差异数较HFD组增加,产短链脂肪酸细菌（Ruminococcaceae＿UCG＿004、Ruminococcaceae＿NK4A214＿group和Ruminococcaceae＿UCG-014）和调节血脂代谢细菌（Akkermansia）的相对丰度高于HFD组。基于Tax4Fun的16S r RNA数据的2级预测功能域结果表明,NC组、LMM组和HMM组功能变化明显,HFD组无明显变化。NC组有16种功能域发生改变,LMM组有4个功能域发生变化,HMM组变化的功能域有8个。上述结果表明,高脂饮食不但减少菌群丰度,而且扰乱了肠道微生物正常的周期性波动,丧失昼夜震荡。不同分子量黑蒜类黑精能够缓解高脂饮食导致的脂代谢紊乱,恢复小鼠肠道菌群正常的昼夜节律,还可以增加其丰度,并调节一些已知与血脂代谢和短链脂肪酸产生相关的肠道细菌。此外,类黑精干预还可以改善肠道菌群的部分功能特性。不同分子量类黑精缓解高脂饮食引起小鼠肠道菌群昼夜节律紊乱的差异可能是由于它们的组分和结构差异造成的,而恢复小鼠肠道微生物的昼夜节律可能是抑制小鼠高脂血症和代谢综合征的关键原因。