食品中生物胺形成與抑制的研究進(jìn)展

何璇，馬堃，哈斯，鄒宇，韓玲鈺，李婷婷

(大連民族大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，遼寧 大連，116600)

生物胺(biogenic amines，Bas)是一種堿性含氮化合物，主要是由氨基酸脫羧或醛酮的轉(zhuǎn)氨化形成。各種包含蛋白質(zhì)或游離氨基酸的食品都有致使生物胺產(chǎn)生微生物或保持其繁殖的條件，如乳制品、水產(chǎn)品、肉制品、發(fā)酵蔬菜和豆制品[1]。生物胺的總量很大程度上取決于食物的性質(zhì)和其存在的微生物。在發(fā)酵食品中高濃度的生物胺，通常是由不利于食品安全的微生物導(dǎo)致的氨基酸脫羧造成的，如組胺、酪胺、腐胺和尸胺[2]。腐胺和尸胺還可以增強(qiáng)組胺毒性，故而被認(rèn)為是食品中微生物污染水平的標(biāo)志，因此監(jiān)測食品中的生物胺水平至關(guān)重要。本文對食品中生物胺形成與抑制進(jìn)行了綜述，歸納總結(jié)了食品中微生物菌群與產(chǎn)生生物胺的關(guān)系，以期為降低生物胺含量提供理論參考。

1 生物胺的特性及危害

生物胺是一種具有生物活性的低分子質(zhì)量含氮化合物，是生物體細(xì)胞中在正常代謝過程中形成的化合物，具有生長調(diào)節(jié)、神經(jīng)傳遞以及作為炎癥介質(zhì)等作用。

生物胺根據(jù)化學(xué)結(jié)構(gòu)可分為脂肪族(腐胺、尸胺、精胺)、芳香族(酪胺、苯乙胺)、雜環(huán)(組胺、色胺)以及一些揮發(fā)性胺(甲胺、吡咯烷酮)。根據(jù)胺的數(shù)量，可分為單胺(苯乙胺和酪胺)、二胺(尸胺和腐胺)和多胺(亞精胺和精胺)[3]。常見生物胺的化學(xué)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

最常見的單胺(組胺、酪胺和色胺)、二胺和多胺(腐胺、β-苯乙胺、尸胺)分別由組氨酸、酪氨酸、色氨酸、鳥氨酸、苯乙氨酸和賴氨酸脫羧形成，多胺如亞精胺和精胺來源于腐胺，在植物和一些微生物中，腐胺也可以與胍丁胺一起從精氨酸代謝中產(chǎn)生[4]。

組胺是最具毒性的胺類之一，攝入質(zhì)量濃度超過100 mg/kg含組胺的食物，例如鯖魚、秋刀魚、沙丁魚和金槍魚，可能會導(dǎo)致組胺中毒。組胺中毒最常見的癥狀是其對心血管系統(tǒng)的作用，包括血管擴(kuò)張效應(yīng)、產(chǎn)生低血壓和頭痛、皮膚發(fā)紅、水腫和皮疹，以及口腔灼熱或辣味，這些癥狀伴隨著典型的過敏反應(yīng)、腹瀉和腹部痙攣[3]。酪胺已被證明是一種生物血管活性胺，大量存在可能會引起血壓升高、嚴(yán)重頭痛、高血壓危機(jī)，出現(xiàn)出血和心力衰竭的癥狀。此外，在亞硝酸鹽存在下，生物胺也可能轉(zhuǎn)化為潛在致癌的亞硝胺[7]。

由于發(fā)酵食品在功能性和有益健康方面享有盛譽(yù)，有關(guān)在發(fā)酵過程中產(chǎn)生的生物胺而引發(fā)的潛在食品安全問題通常被忽略。為確保食品的安全性，有必要對生物胺含量的產(chǎn)生和控制進(jìn)行研究。

2 食品中生物胺的形成

食品原料中除本身含有少量生物胺外，在加工、貯存過程中都有可能會產(chǎn)生大量生物胺，生物胺的累積會對消費(fèi)者的健康產(chǎn)生威脅，所以需要研究其形成途徑。生物胺的形成主要有2條途徑(圖2)：(1)醛和酮的轉(zhuǎn)氨化或胺化反應(yīng)產(chǎn)生；(2)游離氨基酸脫羧催化形成生物胺[8]。食品之所以能夠產(chǎn)生生物胺，主要是因為：(1)能產(chǎn)生具有氨基酸脫羧活性的微生物；(2)環(huán)境中充足的游離氨基酸；(3)適合這些微生物的生長繁殖并且發(fā)揮其作用的理化條件[9]。

圖2 生物胺的生物合成途徑Fig.2 Biosynthetic pathway of biogenic amines

胺的含量不僅在不同品種之間有很大差異，而且在同種食品之間也有很大差異。其中魚類原料由于營養(yǎng)豐富，蛋白氮含量高，極易受微生物的污染而腐敗變質(zhì)，其中包括各種具有產(chǎn)胺能力的微生物[9]，摩根氏菌(Morganella)的組氨酸脫羧酶活性最強(qiáng)，其次是肺炎克雷伯氏菌(Klebsiellapneunoniae)、哈夫尼亞肺泡桿菌(Hafiniaalvei)以及一些產(chǎn)氣腸桿菌和陰溝腸桿菌。海產(chǎn)品中生物胺的產(chǎn)生主要依賴于氨基酸前體以及腐敗和病原菌產(chǎn)生的氨基酸脫羧酶的存在。如想控制這些有害胺，必須優(yōu)化處理和加工條件，也可以使用其他替代品，如添加法定限度或低于限度的不同食品添加劑，這些替代品受到越來越多的關(guān)注[9]。除了魚類以外，奶酪是與組胺中毒有關(guān)的另一種最常見的食物，在脫羧酶陽性微生物中，腸桿菌科的許多菌株和某些乳桿菌、小球菌和腸球菌在奶酪中特別活躍[10]。在奶酪中最有希望減少生物胺含量的方法之一是選擇原生胺陰性和胺氧化乳酸菌，以減少傳統(tǒng)干酪生物胺的積累，同時保證感官品質(zhì)[10]。而啤酒中的生物胺與原料質(zhì)量、釀造工藝及釀造和貯藏過程中受微生物污染程度及衛(wèi)生條件密切相關(guān)。至于肉類，其原料肉的質(zhì)量直接影響產(chǎn)品加工過程及最終產(chǎn)品中游離氨基酸含量及微生物種類和數(shù)量，使最終的肉制品當(dāng)中存在大量的污染菌類，進(jìn)而造成生物胺的產(chǎn)生與積累[11]。表1列出了在各類食品中發(fā)現(xiàn)的生物胺以及在這些食品中產(chǎn)生生物胺的細(xì)菌。

表1 食品中發(fā)現(xiàn)的生物胺產(chǎn)生菌Table 1 Biogenic amine-producing bacteria found in food

3 食品中與生物胺相關(guān)的主要微生物菌群

生物胺是食品細(xì)菌性腐敗的重要化學(xué)標(biāo)志物，含量可作為食品新鮮度的指標(biāo)之一。食品中與生物胺產(chǎn)生相關(guān)的主要微生物菌群可以歸結(jié)為以下兩類:革蘭氏陰性菌中的腸細(xì)菌和假單胞菌，革蘭氏陽性菌中的葡萄球菌屬和芽孢桿菌[20]。

3.1 肉制品

肉及肉制品中產(chǎn)生生物胺的微生物，有的是原料中存在的天然微生物，有的來自加工過程中周圍環(huán)境的污染。已發(fā)現(xiàn)的產(chǎn)胺微生物有：芽孢桿菌屬(Bacillus)、梭菌屬(Clostridium)、假單胞菌屬(Pseudomonas)、發(fā)光桿菌屬(Photobacterium)以及腸肝菌科(Enterobacteriaceae)[21]。

在徐曄等[11]的研究中發(fā)現(xiàn)貯藏 36 h的牛肉及牛肉香腸在發(fā)酵階段的優(yōu)勢菌群是具有產(chǎn)生物胺能力的魏斯氏菌，這說明貯藏后的牛肉中具有氨基酸脫羧酶活性的微生物在大量繁殖，經(jīng)脫羧作用將游離氨基酸轉(zhuǎn)化為生物胺。翟鈺佳[22]對植物乳桿菌進(jìn)行篩選，得到 X22-2能有效地降低羊肉發(fā)酵香腸中生物胺的含量。SUN等[23]從中國傳統(tǒng)哈爾濱發(fā)酵香腸中分離到木霉并進(jìn)行了反接實驗，結(jié)果總生物胺含量從240 mg/kg降低至173 mg/kg。這與CIUCIU等[24]的研究結(jié)果相似。

3.2 水產(chǎn)品

水產(chǎn)品中生物胺的形成取決于多種因素，如游離氨基酸的含量、細(xì)菌中脫羧酶的存在以及水產(chǎn)品的貯藏條件等。事實上，水產(chǎn)品中高水平的生物胺通常是由于保存不當(dāng)造成的[25]。因此，水產(chǎn)品中生物胺的含量易受原料的新鮮度和環(huán)境貯藏條件的影響，特別是貯藏溫度和時間。

ZAMAN等[26]將從魚露中分離到的具有胺氧化酶活性的肉糖葡萄球菌FS19和淀粉液化芽孢桿菌FS05作為發(fā)酵劑加入到魚露中，并對其生物胺的積累進(jìn)行了研究，使組胺濃度分別降低27.7%和15.4%，同步減少了其他胺的積累。吳燕燕等[27]從咸魚中篩選出3株具有降解生物胺效果的菌株：鼠李糖乳酸菌(Lactobacillusrhamnosus，Lr)、植物乳桿菌(Lactobacillusplantarum，Lp)、戊糖片球菌(Pediococcuspentosaceus，Pp)，在反接試驗中腐胺、尸胺、組胺、酪胺等生物胺含量均顯著性降低(P<0.05)，接種Lr∶Lp=1∶2的混合菌種的咸魚產(chǎn)品生物胺含量下降幅度更大。

3.3 乳制品

通常在純的乳制品當(dāng)中，生物胺含量不會太高，但在乳制品當(dāng)中由于經(jīng)過發(fā)酵等工藝，酪胺、組胺、尸胺、腐胺等生物胺含量激增。奶酪中存在的高濃度酪胺容易導(dǎo)致中毒，故也稱酪胺引起的中毒現(xiàn)象為“奶酪危機(jī)”[28]。

TITTARELLI等[29]研究從奶酪中篩選生物胺降解菌，共分離到24株具降解能力的菌株。值得注意的是，A422(干酪乳桿菌)和A143(乳酪乳桿菌)這2株對這酪胺的降解率都很高，而且未顯示脫羧酶活性。HERRERO-FRESNO等[30]建立了從干酪中分離出的干酪乳桿菌菌株減少生物胺積累的實驗?zāi)Ｐ?，選擇其中2株對酪胺和組胺都有高降解率的菌株(L.casei4a和5b)反接回干酪中，發(fā)現(xiàn)2個菌株都可以減少組胺和酪胺的積累。

3.4 酒類

在酒類當(dāng)中，生物胺的含量增加有2個不同來源的解釋：(1)由微生物污染產(chǎn)生，主要是釀酒球菌、希爾加迪乳桿菌、果食乳桿菌等；(2)不同種類的酵母菌株，例如薩氏乳桿菌30a(Lactobaillussaerimneri30a)。[31]啤酒中生物胺的含量還與發(fā)酵的類型和條件有關(guān)，其中自發(fā)發(fā)酵的生物胺含量最高。從毒理學(xué)的角度來看，啤酒還可以導(dǎo)致生物胺的生成，因為攝入乙醇會降低負(fù)責(zé)生物胺代謝的單胺氧化酶和二胺氧化酶的活性。

LIU等[16]基于測序技術(shù)篩選減少黃酒中生物胺形成的功能微生物：植物乳桿菌JN01，當(dāng)植物乳桿菌JN01接種量為0.001 gDCW/t(DCW∶細(xì)胞干重)時，生物胺濃度可顯著降低24%。CARUSO等[32]進(jìn)行了從葡萄酒中分離出的菌產(chǎn)生生物胺的實驗，發(fā)現(xiàn)在葡萄酒中釀酒酵母發(fā)酵能力最強(qiáng)，產(chǎn)胍丁胺含量最高。在COTON等[33]的研究中證實了葡萄酒與蘋果酒中的主要產(chǎn)胺菌株為乳桿菌(Lactobacilluas)和明串珠菌(Leuconostoc)。

4 生物胺的控制與去除

4.1 物理防控

物理控制方法是通過抑制微生物生長外源條件，從而減少生物胺的累積，具有操作簡單、方便，但設(shè)備成本高，能耗較大，在生產(chǎn)應(yīng)用中具有一定的局限性[34]。目前，應(yīng)用于食品加工行業(yè)中生物胺的物理防控方法包括氣調(diào)保鮮、輻照、超高壓等傳統(tǒng)技術(shù)及γ射線處理等高新技術(shù)。

有研究表明氧氣可以影響生物胺的產(chǎn)生。從這個角度來看，氣調(diào)包裝(modified atmosphere packaging，MAP)和真空包裝(vacuum packing，VP)等會影響生物胺的形成，可以利用這2種方法來抑制具有脫羧功能的微生物活性。RODRIGUES等[35]研究得出結(jié)論，用MAP(80%CO2∶20%N2)和VP處理的虹鱒魚樣品中腐胺和尸胺的產(chǎn)量較低。YEW等[36]探究不同二氧化碳組成(VP、30%、60%、80%和100%CO2)氣調(diào)包裝對青魚生物胺形成的影響，致使組胺濃度降低(6.4%、8.5%、70.3%、78.8%和90.2%)。食品輻照可以通過減少微生物生長來提高食品的安全性和保質(zhì)期。在食品保鮮熱處理的替代工藝中，高壓靜壓(high pressure static pressure，HHP)技術(shù)是最早被科學(xué)探索的替代方法之一。由于HHP的抗菌作用，這項技術(shù)可以在數(shù)量和質(zhì)量上改變食品的微生物菌群，還可以影響食品品質(zhì)特性[37]。NOVELLA等[38]研究400 MPa和600 MPa條件下處理21 d和35 d的成熟干酪，結(jié)果表明在600 MPa 下處理的樣品中生物胺減少50%。換句話說，HHP處理減少了潛在脫羧微生物的數(shù)量，在前期濃度較高的情況下也限制了生物胺的積累。

4.2 化學(xué)防控

化學(xué)控制方法主要是在食品加工工業(yè)過程中添加不同化合物(糖類、食鹽等)或天然提取物質(zhì)(茶多酚、姜辣素、殼聚糖等)來達(dá)到控制生物胺含量的方法[34]?；瘜W(xué)控制方法成本較低且不需要昂貴的儀器設(shè)備，但由于其添加的某些物質(zhì)可能會掩蓋食品獨(dú)特的風(fēng)味，改變食品本身的營養(yǎng)成分，故在實際生產(chǎn)中更需要控制其量的投入。

由于消費(fèi)者對食品安全意識的增強(qiáng)，香精油作為一種新型香料使用增加，并逐漸代替食品工業(yè)中的合成添加劑。?ZOGUL等[39]發(fā)現(xiàn)不同水平(0.1、0.5和1 mL/100mL)香芹酚會造成細(xì)胞內(nèi)容物和離子流失導(dǎo)致細(xì)胞死亡，使這些菌失活無法產(chǎn)生組胺。糖的缺乏也會造成生物胺的較高積累。在工業(yè)配方中，特別是在發(fā)酵香腸中，添加糖(主要是葡萄糖、蔗糖和乳糖)可以減少發(fā)酵過程中生物胺的積累。BUKOV等[40]發(fā)現(xiàn)杜氏大腸桿菌在較高的乳糖濃度(5%)下酪胺積累最大。一般說來，鹽濃度的增加有助于減少食物中生物胺的積累，鹽主要是起到了降低脫羧微生物代謝活性的作用。特別要強(qiáng)調(diào)與革蘭氏陽性菌相比，增加鹽濃度對革蘭氏陰性菌的抑制作用更強(qiáng)。BARGOSSI等[41]發(fā)現(xiàn)添加15%的鹽使酪氨酸脫羧酶活性顯著降低。在發(fā)酵香腸中，增加鹽的含量降低了腸球菌產(chǎn)生的酪胺和2-苯乙胺的濃度。

4.3 生物防控

生物防控技術(shù)是指使用從動植物、微生物中提取的天然的或利用生物工程技術(shù)改造而獲得的對人體安全的生物試劑從而抑制微生物的生長，達(dá)到防控的目的[34]。近年來，通過添加外源微生物發(fā)酵降低食物內(nèi)生物胺含量的研究受到了廣泛的關(guān)注。添加選定的發(fā)酵劑是能夠降低發(fā)酵食品中生物胺積累的主要方法之一。無脫羧酶活性的發(fā)酵劑在限制生物胺積累方面有很大的潛力，需要進(jìn)一步的研究來闡明這一潛力。最近已經(jīng)證明，使用乳酸桿菌可以限制嗜熱鏈球菌和糞腸球菌產(chǎn)生生物胺[42]。

發(fā)酵劑在奶酪中的使用得到了許多的應(yīng)用，RENES等[43]已經(jīng)在羊奶干酪使用乳酸菌發(fā)酵劑，生物胺含量明顯較低。另外，根據(jù)LATORRE-MORATALLA等[44]報道，用胺陰性菌株乳酸桿菌和凝固酶陰性葡萄球菌混合發(fā)酵劑培養(yǎng)，不僅能很好地適應(yīng)肉類發(fā)酵環(huán)境，更是降低香腸中生物胺含量的最佳選擇。使用乳酸桿菌作為發(fā)酵劑可以誘導(dǎo)快速酸化，會抑制脫羧微生物的生長，從而減少生物胺的形成[45]。譚李紅等[46]在發(fā)酵香腸中添加混合發(fā)酵劑(干酪乳桿菌和木糖葡萄球菌)時，發(fā)現(xiàn)組胺的含量明顯降低。高文霞[47]將接種植物乳桿菌、戊糖片球菌的發(fā)酵香腸與自然發(fā)酵的香腸做對比，組胺的含量明顯降低。盧士玲[48]篩選了能產(chǎn)生生物胺氧化酶的3株菌，均符合肉品發(fā)酵劑標(biāo)準(zhǔn)，且起到了生長能力強(qiáng)、產(chǎn)酸能力差、可抑制產(chǎn)生物胺優(yōu)勢菌的作用，可通過減少生物胺的含量來減少N-亞硝胺的生成。

5 結(jié)語

在食品安全日益受到人們關(guān)注的大環(huán)境下，生物胺種類及其含量可作為食品腐敗與否的驗證指標(biāo)，特別是在富含蛋白質(zhì)和游離氨基酸的食品當(dāng)中，更應(yīng)該關(guān)注其生物胺含量。本文闡述了食品中與生物胺的形成相關(guān)的菌群及其防控方式，同時闡述了生物胺的防控重要性。

目前我國的生物胺防控指標(biāo)尚未有的明確的規(guī)定，僅在水產(chǎn)品中有相關(guān)的限量標(biāo)準(zhǔn)，這亟待國標(biāo)的出臺。國外的研究已經(jīng)進(jìn)入與生物胺相關(guān)菌群的脫羧酶、基因方面的研究，而我國的生物胺防控研究仍停留在外源性的添加來抑制生物胺含量，還需要在深層次的研究上下功夫，目前來看從基因水平進(jìn)行生物胺的防控很有發(fā)展前景。