食品中生物胺形成與抑制的研究進展

何璇，馬堃，哈斯，鄒宇，韓玲鈺，李婷婷

(大連民族大學 生命科學學院，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氨化形成。各種包含蛋白質或游離氨基酸的食品都有致使生物胺產生微生物或保持其繁殖的條件，如乳制品、水產品、肉制品、發酵蔬菜和豆制品[1]。生物胺的總量很大程度上取決于食物的性質和其存在的微生物。在發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組胺毒性，故而被認為是食品中微生物污染水平的標志，因此監測食品中的生物胺水平至關重要。本文對食品中生物胺形成與抑制進行了綜述，歸納總結了食品中微生物菌群與產生生物胺的關系，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量含氮化合物，是生物體細胞中在正常代謝過程中形成的化合物，具有生長調節、神經傳遞以及作為炎癥介質等作用。

生物胺根據化學結構可分為脂肪族(腐胺、尸胺、精胺)、芳香族(酪胺、苯乙胺)、雜環(組胺、色胺)以及一些揮發性胺(甲胺、吡咯烷酮)。根據胺的數量，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]。常見生物胺的化學結構如圖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生[4]。

組胺是最具毒性的胺類之一，攝入質量濃度超過100 mg/kg含組胺的食物，例如鯖魚、秋刀魚、沙丁魚和金槍魚，可能會導致組胺中毒。組胺中毒最常見的癥狀是其對心血管系統的作用，包括血管擴張效應、產生低血壓和頭痛、皮膚發紅、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、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、嚴重頭痛、高血壓危機，出現出血和心力衰竭的癥狀。此外，在亞硝酸鹽存在下，生物胺也可能轉化為潛在致癌的亞硝胺[7]。

由于發酵食品在功能性和有益健康方面享有盛譽，有關在發酵過程中產生的生物胺而引發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生和控制進行研究。

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生大量生物胺，生物胺的累積會對消費者的健康產生威脅，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)醛和酮的轉氨化或胺化反應產生；(2)游離氨基酸脫羧催化形成生物胺[8]。食品之所以能夠產生生物胺，主要是因為：(1)能產生具有氨基酸脫羧活性的微生物；(2)環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豐富，蛋白氮含量高，極易受微生物的污染而腐敗變質，其中包括各種具有產胺能力的微生物[9]，摩根氏菌(Morganella)的組氨酸脫羧酶活性最強，其次是肺炎克雷伯氏菌(Klebsiellapneunoniae)、哈夫尼亞肺泡桿菌(Hafiniaalvei)以及一些產氣腸桿菌和陰溝腸桿菌。海產品中生物胺的產生主要依賴于氨基酸前體以及腐敗和病原菌產生的氨基酸脫羧酶的存在。如想控制這些有害胺，必須優化處理和加工條件，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注[9]。除了魚類以外，奶酪是與組胺中毒有關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，以減少傳統干酪生物胺的積累，同時保證感官品質[10]。而啤酒中的生物胺與原料質量、釀造工藝及釀造和貯藏過程中受微生物污染程度及衛生條件密切相關。至于肉類，其原料肉的質量直接影響產品加工過程及最終產品中游離氨基酸含量及微生物種類和數量，使最終的肉制品當中存在大量的污染菌類，進而造成生物胺的產生與積累[11]。表1列出了在各類食品中發現的生物胺以及在這些食品中產生生物胺的細菌。

表1 食品中發現的生物胺產生菌Table 1 Biogenic amine-producing bacteria found in food

3 食品中與生物胺相關的主要微生物菌群

生物胺是食品細菌性腐敗的重要化學標志物，含量可作為食品新鮮度的指標之一。食品中與生物胺產生相關的主要微生物菌群可以歸結為以下兩類:革蘭氏陰性菌中的腸細菌和假單胞菌，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境的污染。已發現的產胺微生物有：芽孢桿菌屬(Bacillus)、梭菌屬(Clostridium)、假單胞菌屬(Pseudomonas)、發光桿菌屬(Photobacterium)以及腸肝菌科(Enterobacteriaceae)[21]。

在徐曄等[11]的研究中發現貯藏 36 h的牛肉及牛肉香腸在發酵階段的優勢菌群是具有產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，經脫羧作用將游離氨基酸轉化為生物胺。翟鈺佳[22]對植物乳桿菌進行篩選，得到 X22-2能有效地降低羊肉發酵香腸中生物胺的含量。SUN等[23]從中國傳統哈爾濱發酵香腸中分離到木霉并進行了反接實驗，結果總生物胺含量從240 mg/kg降低至173 mg/kg。這與CIUCIU等[24]的研究結果相似。

3.2 水產品

水產品中生物胺的形成取決于多種因素，如游離氨基酸的含量、細菌中脫羧酶的存在以及水產品的貯藏條件等。事實上，水產品中高水平的生物胺通常是由于保存不當造成的[25]。因此，水產品中生物胺的含量易受原料的新鮮度和環境貯藏條件的影響，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作為發酵劑加入到魚露中，并對其生物胺的積累進行了研究，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中，生物胺含量不會太高，但在乳制品當中由于經過發酵等工藝，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致中毒，故也稱酪胺引起的中毒現象為“奶酪危機”[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模型，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，發現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酵的類型和條件有關，其中自發發酵的生物胺含量最高。從毒理學的角度來看，啤酒還可以導致生物胺的生成，因為攝入乙醇會降低負責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，當植物乳桿菌JN01接種量為0.001 gDCW/t(DCW∶細胞干重)時，生物胺濃度可顯著降低24%。CARUSO等[32]進行了從葡萄酒中分離出的菌產生生物胺的實驗，發現在葡萄酒中釀酒酵母發酵能力最強，產胍丁胺含量最高。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，但設備成本高，能耗較大，在生產應用中具有一定的局限性[34]。目前，應用于食品加工行業中生物胺的物理防控方法包括氣調保鮮、輻照、超高壓等傳統技術及γ射線處理等高新技術。

有研究表明氧氣可以影響生物胺的產生。從這個角度來看，氣調包裝(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)技術是最早被科學探索的替代方法之一。由于HHP的抗菌作用，這項技術可以在數量和質量上改變食品的微生物菌群，還可以影響食品品質特性[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 化學防控

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

由于消費者對食品安全意識的增強，香精油作為一種新型香料使用增加，并逐漸代替食品工業中的合成添加劑。?ZOGUL等[39]發現不同水平(0.1、0.5和1 mL/100mL)香芹酚會造成細胞內容物和離子流失導致細胞死亡，使這些菌失活無法產生組胺。糖的缺乏也會造成生物胺的較高積累。在工業配方中，特別是在發酵香腸中，添加糖(主要是葡萄糖、蔗糖和乳糖)可以減少發酵過程中生物胺的積累。BUKOV等[40]發現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。特別要強調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。BARGOSSI等[41]發現添加15%的鹽使酪氨酸脫羧酶活性顯著降低。在發酵香腸中，增加鹽的含量降低了腸球菌產生的酪胺和2-苯乙胺的濃度。

4.3 生物防控

生物防控技術是指使用從動植物、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，達到防控的目的[34]。近年來，通過添加外源微生物發酵降低食物內生物胺含量的研究受到了廣泛的關注。添加選定的發酵劑是能夠降低發酵食品中生物胺積累的主要方法之一。無脫羧酶活性的發酵劑在限制生物胺積累方面有很大的潛力，需要進一步的研究來闡明這一潛力。最近已經證明，使用乳酸桿菌可以限制嗜熱鏈球菌和糞腸球菌產生生物胺[42]。

發酵劑在奶酪中的使用得到了許多的應用，RENES等[43]已經在羊奶干酪使用乳酸菌發酵劑，生物胺含量明顯較低。另外，根據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酵劑培養，不僅能很好地適應肉類發酵環境，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酵劑可以誘導快速酸化，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]在發酵香腸中添加混合發酵劑(干酪乳桿菌和木糖葡萄球菌)時，發現組胺的含量明顯降低。高文霞[47]將接種植物乳桿菌、戊糖片球菌的發酵香腸與自然發酵的香腸做對比，組胺的含量明顯降低。盧士玲[48]篩選了能產生生物胺氧化酶的3株菌，均符合肉品發酵劑標準，且起到了生長能力強、產酸能力差、可抑制產生物胺優勢菌的作用，可通過減少生物胺的含量來減少N-亞硝胺的生成。

5 結語

在食品安全日益受到人們關注的大環境下，生物胺種類及其含量可作為食品腐敗與否的驗證指標，特別是在富含蛋白質和游離氨基酸的食品當中，更應該關注其生物胺含量。本文闡述了食品中與生物胺的形成相關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尚未有的明確的規定，僅在水產品中有相關的限量標準，這亟待國標的出臺。國外的研究已經進入與生物胺相關菌群的脫羧酶、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行生物胺的防控很有發展前景。