食品生物胺安全控制關聯的包裝技術研究進展

劉亞楠，李天舒，王彥波，傅玲琳，張德權，李歡

食品生物胺安全控制關聯的包裝技術研究進展

劉亞楠1，李天舒1，王彥波1，傅玲琳1，張德權2，李歡1

（1.浙江工商大學 食品與生物工程學院，杭州 310018；2.中國農業科學院農產品加工研究所農業農村部農產品質量安全收貯運管控重點實驗室，北京 100193）

綜述包裝技術在食品生物胺安全控制領域的研究現狀及應用進展，為新型高效的食品生物胺控制包裝的研發提供借鑒與參考，助力食品安全國家戰略的實施。通過收集和整理相關文獻，在概述食品中生物胺的形成機制和危害的基礎上，探討傳統食品包裝在控制生物胺形成方面的成效和局限性，重點總結近年來出現的新型生物胺控制包裝技術（氣調包裝、抑脫羧酶活性包裝及抑菌活性包裝）及其研究進展，并對其未來發展方向進行展望。食品包裝可實現生物胺的安全控制，研發新型、高效的生物胺安全控制包裝技術對于保障消費者舌尖上的安全具有重要的現實意義。

食品包裝；生物胺控制；氣調包裝；抑酶活性包裝；抑菌活性包裝

生物胺是一類具有生物活性的低分子量堿性含氮化合物的總稱，主要產生于食品的腐敗變質過程。近年來，食品中的生物胺引發了一系列食品安全問題，引起了人們的廣泛關注。我國沿海地區（特別是浙江、廣東、江蘇和山東等地）均發生過生物胺中毒事件[1]。食物中常見的生物胺有組胺、酪胺、腐胺、尸胺、–苯乙胺、色胺、亞精胺及精胺等。過量攝入這些胺類物質不僅存在較大的中毒風險，還可能導致機體發生過敏性反應[2]。常規的低溫冷藏及高溫烹飪等方法均無法有效地抑制食品中生物胺的產生[3]，如何高效便捷地控制食品中生物胺的形成和積累，保障消費者的食用安全，成為了當前的研究熱點。

食品包裝作為食品的外部保護屏障，可有效阻隔環境及微生物等外部因素對食品的侵害，有助于延長食品的貨架期，提升食品質量，保障食品安全，它已成為食品加工、貯藏產業的有力支撐部分[4-5]。近年來，在食品安全保障需求下，食品包裝作為一種高效便捷的技術手段被廣泛應用于生物胺的控制中。文中將在概述食品中生物胺的形成機制和危害的基礎上，探討傳統食品包裝在控制生物胺形成方面的成效和局限性，重點總結近年來出現的新型生物胺控制包裝技術及其研究進展，旨在為今后開發新型、高效的生物胺控制食品包裝提供借鑒與參考，以保障消費者舌尖上的安全。

1 食品生物胺的形成機制與潛在危害

生物胺廣泛存在于各類高蛋白食品中，如肉制品、水產品及發酵豆制品等。除部分生物胺由醛酮類化合物的氨基化和轉氨基作用生成外，大部分生物胺由氨基酸前體通過微生物中的氨基酸脫羧酶脫羧形成[6-7]（如圖1）。其中，游離氨基酸不但是生物胺的前體物質，還是微生物生長的供能物質，其總量與腐胺、尸胺、精胺、亞精胺等生物胺的生成量顯著相關[8]。微生物所含氨基酸脫羧酶在生物胺的形成過程中扮演著至關重要的角色。研究發現，當脫羧酶中B基因的表達受到抑制時，會影響由精氨酸向腐胺的轉化[9]。此外，原料組成、加工和貯藏條件等也會對食品中生物胺的形成產生顯著的影響，如脂肪含量、環境的pH值、貯藏溫度和包裝條件等[10-11]。從原料組成來看，當食品（如肉品等）中的脂肪含量較高時，生物胺的生成量往往較低。這是因為高脂肪含量帶來的低水分活度會抑制微生物的生長及游離氨基酸的生成，進一步減少食品中生物胺的形成[12]。微生物產胺實際上是它抵抗酸性環境所做出的一種生理性反應，因此氨基酸脫羧酶往往在低pH條件下具有較高的活性，微生物在酸性環境下的產胺能力一般也較高[13]。貯藏溫度也會顯著影響生物胺的形成，比如，較高的貯藏溫度一方面會加快微生物的生長和蛋白質的分解，另一方面也會顯著提升氨基酸脫羧酶和蛋白水解酶的活性，最終加快生物胺的形成及積累速度[13]。包裝條件可對食品中的微生物種類、數量及代謝情況等產生顯著影響，進而造成生物胺形成和積累量的差異。例如，食品中的肺炎克雷伯菌（）在無氧包裝條件下，尸胺的生成量會大幅減少，腐胺的生成量會顯著增加[14]。

近年來，由水產品、肉制品及奶制品等食品中的生物胺引起的食品安全事件屢見不鮮[15-16]，我國沿海地區（特別是浙江、廣東、江蘇和山東等地）均發生過生物胺中毒事件[1]。江蘇省南京市某工廠曾發生100余人日本鯖魚食物中毒事件。浙江省寧海縣某企業部分職工食用不新鮮青占魚后，陸續出現頭痛、頭暈、惡心、嘔吐、皮癢、腹痛等癥狀，經調查發現，所食用青占魚的組胺平均含量高達2.3 g/kg，是國標限量標準的2.3倍[15,17]。當機體攝入含高水平生物胺的食品時，過量的生物胺無法及時被小腸黏膜內的胺氧化酶分解代謝，極易在體內蓄積，從而對機體健康造成損傷，引發嘔吐、呼吸障礙、頭痛，甚至中毒等癥狀[18-20]。研究表明，食用高組胺食品會引起頭痛、紅疹、血壓紊亂等癥狀，還可通過組胺受體4促進粒細胞浸潤腸黏膜，誘發如克羅恩病、潰瘍性結腸炎等相關疾病。此外，組胺作為Ⅰ型變態反應重要的炎性介質，可導致過敏性食物中毒的發生[18,21-24]。酪胺可能引起偏頭痛、呼吸紊亂、高血壓等病癥，同時還會增強大腸桿菌O157:H7在小腸上皮細胞上的黏附，增強其致病性[18,25]。尸胺和腐胺不僅能夠與亞硝酸鹽反應生成亞硝胺致癌物，過量存在于體內時還將促進惡性腫瘤的轉移[26-27]。除此以外，腐胺還可以提高致病性革蘭氏陽/陰性菌的毒性[28]。由此可見，不當攝入生物胺對人體健康存在著較大的威脅。對此，我國以水產品中最容易產生、毒性最強的組胺為代表設置了最高限量水平，即高組胺魚類中組胺含量不得超過400 mg/kg，其他魚類中組胺含量不得超過200 mg/kg[29]。可見，有效地控制食品中生物胺的形成對于保障消費者的生命健康具有重要的意義。

圖1 生物胺的形成途徑

2 傳統食品包裝與生物胺安全控制

如前所述，食品中生物胺的產生與原料組成、加工儲存條件等密切相關[30]。添加植物或化學物質，采用非熱物理處理等加工方法是減少或抑制食品中生物胺形成的重要舉措[28]。然而，這些方法通常會導致食品組分和感官特性發生變化[31]。此外，消費者對部分加工方式及添加劑的接受度較差[32]。消費者和食品行業生產者均偏好質量高、添加劑少、保質期長的產品[33]。食品包裝作為物理保護屏障，可有效隔絕外部環境和物質對內含食品的污染，減少微生物在食品中的定植與生長等，可在一定程度上減緩生物胺的生成[34]，且消費者對其接受度和認可度較高。姜曉娜[35]模擬物流過程不同包裝方式對黃鰭金槍魚品質變化影響的研究中發現，聚乙烯包裝組中黃鰭金槍魚的組胺含量顯著低于無包裝處理組中黃鰭金槍魚的組胺含量，表明食品包裝對組胺的產生具有顯著的抑制作用。真空包裝通過改變包裝環境中氧氣的含量，從而影響微生物生長和代謝等多種生命活動過程[12]，可有效降低魚片和干香腸等肉制品在儲存過程中的生物胺生成量[36-37]。蔡秋杏等[38]采用真空和普通等2種包裝方式在25 °C下貯藏液熏羅非魚片，并比較了其生物胺產生量的變化，研究發現，貯藏結束后真空包裝和普通包裝樣品中腐胺的含量分別為13.94 mg/kg和16.25 mg/kg，表明真空包裝能夠顯著抑制腐胺含量的增加。劉義等[39]將真空貼體包裝與普通真空包裝、托盤包裝進行對比，探究在4 °C冷藏過程中鱘魚片的品質變化規律，研究發現，真空貼體包裝組鱘魚片的生物胺含量顯著低于普通真空包裝和托盤包裝組鱘魚片的生物胺含量，且貨架期被延長至9 d。Kaniou等[40]研究發現，在4 °C貯藏條件下，真空包裝的鮮牛肉與未包裝的鮮牛肉相比，腐胺的產生量顯著降低。對于發酵食品而言，在配送和貯藏過程中通常采用鹽溶液包裝，而NaCl的存在可能會加速泡菜等發酵食品對腐胺的降解或轉化[41]。Zhao等[31]比較了不同包裝方式（有氧包裝、NaCl溶液包裝、真空包裝）對泡菜貯藏過程中生物胺產生水平的影響，研究發現，真空包裝對泡菜中組胺、酪胺和腐胺的積累的抑制作用優于有氧包裝和NaCl溶液包裝。然而，真空包裝、有氧包裝和鹽溶液包裝等傳統包裝方式在減少或抑制食品生物胺產生和積累方面的效果較為有限，研發新型、高效的包裝技術對于食品生物胺控制至關重要，如食品氣調包裝、食品活性包裝（如圖2）等。

3 食品氣調包裝與生物胺安全控制

氣調包裝是利用一種或數種混合氣體改變食品所處氣體環境的一種新型包裝方式[1]。研究表明，O2含量的減少可有效降低氣調包裝內食品的菌落總數，尤其是對梭狀芽胞桿菌屬（）和假單胞菌屬（）等典型產胺菌的生長有抑制作用[42]。目前，用于控制生物胺的氣調包裝主要集中在降低食品外部包裝袋中O2所占比值。如利用CO2、N2等氣體調控食品外部包裝氣體組成來抑制梭狀芽胞桿菌和假單胞菌等產胺微生物的生長，從而達到降低生物胺含量的目的[42]，見表1。Ozogul等[43]以暴露于空氣中的沙丁魚為對照，比較了在4 °C貯藏條件下CO2/N2（體積分數為60%/40%）氣調包裝和真空包裝中沙丁魚生物胺的變化情況，研究發現，雖然各類包裝方式均未能完全消除生物胺的積累和增加，但與對照組相比，真空包裝沙丁魚中生物胺的質量分數降低了51.8%，CO2/N2（體積分數為60%/40%）氣調包裝沙丁魚的生物胺含量降低了77.4%。由此可見，氣調包裝對沙丁魚生物胺的抑制能力優于真空包裝。Yew等[44]比較了不同CO2濃度（體積分數為30%、60%、80%、100%）對熟雞胸肉絲中組胺形成的影響，研究結果顯示，氣調包裝中CO2的體積分數分別為30%、60%、80%和100%時，雞肉中組胺的質量分數分別降低了8.5%、70.3%、78.8%和90.2%。此外，Rodriguez等[45]也研究了具有不同CO2濃度（體積分數為10%、30%、50%、70%和90%）的氣調包裝對熟雞胸肉絲中生物胺形成的影響，研究發現，貯藏于不同CO2條件下雞胸肉絲中的腐胺和尸胺含量顯著減少，且減小程度隨CO2濃度的增加而增加。同時，研究還發現產腐胺的細菌對CO2的敏感度相對較弱。Fraqueza等[46]比較了CO2與其他氣體構成不同氣調包裝環境時對火雞生物胺產生量的影響，研究發現，與普通有氧包裝相比，在氣調包裝中添加較高濃度CO2和CO混合氣體時，肉品的生物胺含量較低。Rokka等[47]對比了氣調包裝（體積分數80%的CO2+體積分數20%的N2）中的雞肉片在不同溫度（2.9、3.4、5.4 ℃）下生物胺含量的變化情況，研究發現，隨著儲藏時間的增加，在2.9 ℃低溫環境下貯藏的氣調包裝中雞肉片的生物胺含量的增加更為緩慢。Rodriguez等[36]探究了輻射處理、真空包裝和氣調包裝對虹鱒魚片生物胺含量的影響，研究發現，采用氣調包裝可有效減緩虹鱒魚中腐胺和尸胺的形成，進而延長了虹鱒魚片的保質期，且生物胺控制能力為3種處理方式中最強的。徐思雨[48]將復合保鮮劑（白藜蘆醇、迷迭香酸和肉桂醛）與氣調包裝相結合，研究其對生鮮鴨胸肉的保鮮效果，研究發現，實驗組的菌落總數、腸桿菌數量、假單胞菌數量和乳酸菌數量顯著低于對照組的，苯乙胺、腐胺、尸胺、組胺和酪胺的含量顯著降低，說明復合保鮮劑與氣調包裝（體積分數40%的CO2+體積分數20%的CO2+體積分數40%的N2）相結合的活性包裝方式增強了氣調包裝減緩生物胺的生成和積累的能力。

圖2 具有生物胺控制功效的食品包裝

表1 氣調包裝用于食品中生物胺控制

Tab.1 Control of biogenic amines based on modified atmosphere packaging

4 食品活性包裝與生物胺安全控制

4.1 具有氨基酸脫羧酶活性抑制功效的活性包裝

由于食品中的生物胺主要由微生物中的氨基酸脫羧酶作用于游離氨基酸產生，故抑制氨基酸脫羧酶活性是減少生物胺形成的有效途徑之一[4]。研究發現，如阿魏酸、兒茶素、丁香酚等活性物質可通過降低氨基酸脫羧酶活性來抑制生物胺的產生[53-54]。將抑酶活性物質包埋于包裝膜材料中，進而減少包裝食品中生物胺的積累，是目前基于活性包裝材料控制生物胺的研究熱點之一，見表2。

研究表明，在阿魏酸的作用下，等產胺菌的酪氨酸脫羧酶基因和酪氨酸/酪胺透性酶基因的表達均會受到抑制，其對酪氨酸的敏感性大大減弱，進而導致酪胺的產量降低[58]。同時，阿魏酸具有抑制大腸桿菌等微生物生長的功效，因此將具有雙重功效的阿魏酸與其他物質結合制備活性包裝可為控制生物胺提供新的策略。肖乃玉等[55]以膠原蛋白為成膜基材，制備了阿魏酸–膠原蛋白復合膜，并進一步探究了阿魏酸–膠原蛋白復合膜對臘腸中生物胺生成量的影響。研究發現，阿魏酸–膠原蛋白復合膜可顯著降低臘腸中揮發性生物胺的含量，且可將臘腸的貨架期延長8.5 d。兒茶素不僅可抑制賴氨酸脫羧酶、組氨酸脫羧酶和苯丙氨酸脫羧酶等多種脫羧酶的活性，還可以抑制微生物的生長，且對風味微生物生長的影響較小[53]。Cao等[56]將表沒食子兒茶素沒食子酸酯添加到明膠膜中制備出了表沒食子兒茶素沒食子酸酯–明膠薄膜，將其用于包裝羅非魚片后，魚片中的腐胺及尸胺生成量顯著降低，并可有效減緩魚片中脂肪和蛋白質的氧化，延長了保質期。除兒茶素外，丁香酚對賴氨酸脫羧酶、組氨酸脫羧酶和苯丙氨酸脫羧酶等多種脫羧酶也具有抑制功效[53]，且對微生物的生長具有明顯的抑制作用[59]。Zhou等[57]探究了采用丁香酚–明膠涂膜與氣調包裝聯用的方式對鱸魚的保鮮功效，研究發現，丁香酚–明膠涂膜可有效抑制假單胞菌的生長，減少游離氨基酸的生成量，從而抑制生物胺的生成。未來可進一步開發對氨基酸脫羧酶具有特異性抑制功能的活性成分，將其與活性包裝技術相結合，從而更加精準地控制生物胺的產生和積累。

4.2 具有抑菌功效的活性包裝

由生物胺的形成機制可知，除抑制脫羧酶活性外，抑制食品中具有脫羧酶活性的產胺菌或蛋白酶產生菌等微生物的生長也有助于減緩生物胺的生成。利用抑菌包裝材料控制食品中的產胺菌活性，進而減少生物胺的生成，已成為控制食品中生物胺產生的一個高潛力途徑，見表3。

表2 具有氨基酸脫羧酶活性抑制功效的活性包裝用于生物胺控制

Tab.2 Application of active packaging with amino acid decarboxylase enzyme inhibiting effect in control of biogenic amines

表3 具有抑菌功效的活性包裝用于食品生物胺控制

Tab.3 Application of antibacterial active packaging in control of biogenic amines

殼聚糖是一類具有廣譜抑菌性的生物大分子，其帶正電的分子結構有助于其通過靜電作用破壞微生物細胞膜，進而達到柔性殺菌的目的[67]。李苗苗等[60]比較了4種不同包裝方式（殼聚糖涂膜、氣調包裝、真空包裝和托盤包裝）對金槍魚中生物胺形成的影響，結果表明，殼聚糖涂膜組的菌落總數最少，對生物胺的抑制效果最佳，氣調包裝、真空包裝和托盤包裝抑制菌落生長及生物胺生成的能力較弱。Wu等[61]采用沒食子酸–殼聚糖制備了太平洋鯖魚片的可食用涂膜，并觀察了它對冷藏儲存期間魚中生物胺生成量的影響，研究發現，殼聚糖–沒食子酸涂膜能夠有效抑制微生物的生長，減緩組胺、腐胺和尸胺等生物胺的形成。Jamróz等[62]將含丙氨酸–酪氨酸二肽的叉紅藻膠/水解明膠活性雙層膜用于大西洋鯖魚的保鮮研究，研究發現，活性雙層膜降低了大西洋鯖魚的假單胞菌數量，減緩了腐胺、尸胺、組胺、精胺、亞精胺和2–苯乙胺的形成，對于大西洋鯖魚的貯藏保鮮具有重要的現實意義。Topuz等[68]比較了不同涂膜材料（明膠、海藻酸鹽和果膠）對虹鱒魚肉中生物胺形成的影響，研究發現，經海藻酸鹽處理后虹鱒魚肉的生物胺含量最低。Hao等[63]研究了海藻酸鈉–竹葉提取物或迷迭香提取物涂層處理對冷藏條件下皺紋盤鮑生物胺含量的影響，結果表明，該涂層可有效抑制腐敗微生物假單胞菌、H2S產生菌、腸桿菌和乳酸菌的生長，改變鮑魚中的微生物組成，從而降低腐胺、尸胺和酪胺的含量。

5 結語

生物胺是高蛋白食品發酵或儲藏過程中生成的常見有害物質之一，由此引發的食品安全問題引起了廣泛的關注。如何高效便捷地控制食品中生物胺的產生與積累是當前的研究熱點。添加天然或化學物質，采用非熱物理處理等加工工藝是減少或抑制食品中生物胺形成的重要方法。然而，這些方法通常會導致食品組成和感官特性的變化，存在消費者接受度低等局限性。食品包裝可以有效防止食品受到微生物等的侵染，有助于延長食品的保質期和貨架期，在生物胺控制領域展現出了巨大的應用前景。真空包裝、有氧包裝和鹽溶液包裝等傳統包裝方式被證明具有一定的生物胺控制功效，但其控制效率有待提升。隨著技術的發展，氣調包裝和活性包裝逐漸成為生物胺控制領域的新興包裝方式。氣調包裝和活性包裝通過抑制產胺菌的生長和脫羧酶的活性，實現了對生物胺的有效控制。

盡管食品包裝技術在生物胺控制領域展現出了較好的成效，但在今后的研究中，還應加強對下述方面更為深入的探索。

1）大腸桿菌和乳酸桿菌在厭氧條件下仍會產生和積累酪胺，將氣調包裝與其他技術結合以抑制這類產胺微生物的生長是今后的研究方向之一。

2）活性包裝已在水產品、肉制品等食品的生物胺控制中取得了一定的成效，然而在發酵食品的生物胺控制方面的探索較少，相關研究較為匱乏。

3）目前，有關活性包裝抑制生物胺的機理研究較少，加強相關的機理研究可為今后開發高效的食品生物胺控制包裝技術提供理論支撐。

4）目前，活性包裝主要通過抑制微生物的生長來間接抑制生物胺的產生，未來可開發更有針對性的生物胺抑制活性包裝，以減少對有益菌群的影響。

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Research Progress in Packaging Technologies for Safety Control of Food Biogenic Amines

LIU Ya-nan1, LI Tian-shu1, WANG Yan-bo1, FU Ling-lin1, ZHANG De-quan2, LI Huan1

(1. School of Food Science and Biotechnology, Zhejiang Gongshang University, Hangzhou 310018, China; 2. National Risk Assessment Laboratory of Agro-Products Processing Quality and Safety under the Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Institute of Food Science and Technology, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100193, China)

The work aims to investigate the research status and application progress of packaging technologies in safety control of food biogenic amines, so as to provide references for the research and development of new and efficient food biogenic amines control packaging and contribute to the implementation of the national strategy on food safety. Through the collection and analysis of relevant literature, the formation mechanism and hazard of food biogenic amines were reviewed to discuss the effectiveness and limitations of the traditional food packaging in controlling the formation of biogenic amines. Then, the new biogenic amines control packaging technologies (modified atmosphere packaging, decarboxylase enzyme inhibiting active packaging, and antibacterial packaging) and their research progress in recent years were summarized, and their future development directions were prospected. Food packaging can realize the safety control of biogenic amines, which is of great practical significance to develop a new and efficient packaging technology for safety control of biogenic amines to ensure the food safety of consumers.

food packaging; biogenic amines control; modified atmosphere packaging; enzyme inhibiting active packaging; antibacterial packaging

TS206.6

A

1001-3563(2022)15-0150-10

10.19554/j.cnki.1001-3563.2022.15.017

2022–01–26

農業農村部農產品質量安全收貯運管控重點實驗室開放課題（S2020KFKT–07）

劉亞楠（1995—），女，博士研究生，主要研究方向為食品質量與安全。

張德權（1972—），男，博士，研究員，主要研究方向為肉品科學與技術；李歡（1991—），女，博士，講師，主要研究方向為食品貯藏與保鮮技術。

責任編輯：彭颋