食品中生物胺形成与抑制的研究进展

何璇，马堃，哈斯，邹宇，韩玲钰，李婷婷

(大连民族大学 生命科学学院，辽宁 大连，116600)

生物胺(biogenic amines，Bas)是一种碱性含氮化合物，主要是由氨基酸脱羧或醛酮的转氨化形成。各种包含蛋白质或游离氨基酸的食品都有致使生物胺产生微生物或保持其繁殖的条件，如乳制品、水产品、肉制品、发酵蔬菜和豆制品[1]。生物胺的总量很大程度上取决于食物的性质和其存在的微生物。在发酵食品中高浓度的生物胺，通常是由不利于食品安全的微生物导致的氨基酸脱羧造成的，如组胺、酪胺、腐胺和尸胺[2]。腐胺和尸胺还可以增强组胺毒性，故而被认为是食品中微生物污染水平的标志，因此监测食品中的生物胺水平至关重要。本文对食品中生物胺形成与抑制进行了综述，归纳总结了食品中微生物菌群与产生生物胺的关系，以期为降低生物胺含量提供理论参考。

1 生物胺的特性及危害

生物胺是一种具有生物活性的低分子质量含氮化合物，是生物体细胞中在正常代谢过程中形成的化合物，具有生长调节、神经传递以及作为炎症介质等作用。

生物胺根据化学结构可分为脂肪族(腐胺、尸胺、精胺)、芳香族(酪胺、苯乙胺)、杂环(组胺、色胺)以及一些挥发性胺(甲胺、吡咯烷酮)。根据胺的数量，可分为单胺(苯乙胺和酪胺)、二胺(尸胺和腐胺)和多胺(亚精胺和精胺)[3]。常见生物胺的化学结构如图1所示。

最常见的单胺(组胺、酪胺和色胺)、二胺和多胺(腐胺、β-苯乙胺、尸胺)分别由组氨酸、酪氨酸、色氨酸、鸟氨酸、苯乙氨酸和赖氨酸脱羧形成，多胺如亚精胺和精胺来源于腐胺，在植物和一些微生物中，腐胺也可以与胍丁胺一起从精氨酸代谢中产生[4]。

组胺是最具毒性的胺类之一，摄入质量浓度超过100 mg/kg含组胺的食物，例如鲭鱼、秋刀鱼、沙丁鱼和金枪鱼，可能会导致组胺中毒。组胺中毒最常见的症状是其对心血管系统的作用，包括血管扩张效应、产生低血压和头痛、皮肤发红、水肿和皮疹，以及口腔灼热或辣味，这些症状伴随着典型的过敏反应、腹泻和腹部痉挛[3]。酪胺已被证明是一种生物血管活性胺，大量存在可能会引起血压升高、严重头痛、高血压危机，出现出血和心力衰竭的症状。此外，在亚硝酸盐存在下，生物胺也可能转化为潜在致癌的亚硝胺[7]。

由于发酵食品在功能性和有益健康方面享有盛誉，有关在发酵过程中产生的生物胺而引发的潜在食品安全问题通常被忽略。为确保食品的安全性，有必要对生物胺含量的产生和控制进行研究。

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、贮存过程中都有可能会产生大量生物胺，生物胺的累积会对消费者的健康产生威胁，所以需要研究其形成途径。生物胺的形成主要有2条途径(图2)：(1)醛和酮的转氨化或胺化反应产生；(2)游离氨基酸脱羧催化形成生物胺[8]。食品之所以能够产生生物胺，主要是因为：(1)能产生具有氨基酸脱羧活性的微生物；(2)环境中充足的游离氨基酸；(3)适合这些微生物的生长繁殖并且发挥其作用的理化条件[9]。

图2 生物胺的生物合成途径Fig.2 Biosynthetic pathway of biogenic amines

胺的含量不仅在不同品种之间有很大差异，而且在同种食品之间也有很大差异。其中鱼类原料由于营养丰富，蛋白氮含量高，极易受微生物的污染而腐败变质，其中包括各种具有产胺能力的微生物[9]，摩根氏菌(Morganella)的组氨酸脱羧酶活性最强，其次是肺炎克雷伯氏菌(Klebsiellapneunoniae)、哈夫尼亚肺泡杆菌(Hafiniaalvei)以及一些产气肠杆菌和阴沟肠杆菌。海产品中生物胺的产生主要依赖于氨基酸前体以及腐败和病原菌产生的氨基酸脱羧酶的存在。如想控制这些有害胺，必须优化处理和加工条件，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剂，这些替代品受到越来越多的关注[9]。除了鱼类以外，奶酪是与组胺中毒有关的另一种最常见的食物，在脱羧酶阳性微生物中，肠杆菌科的许多菌株和某些乳杆菌、小球菌和肠球菌在奶酪中特别活跃[10]。在奶酪中最有希望减少生物胺含量的方法之一是选择原生胺阴性和胺氧化乳酸菌，以减少传统干酪生物胺的积累，同时保证感官品质[10]。而啤酒中的生物胺与原料质量、酿造工艺及酿造和贮藏过程中受微生物污染程度及卫生条件密切相关。至于肉类，其原料肉的质量直接影响产品加工过程及最终产品中游离氨基酸含量及微生物种类和数量，使最终的肉制品当中存在大量的污染菌类，进而造成生物胺的产生与积累[11]。表1列出了在各类食品中发现的生物胺以及在这些食品中产生生物胺的细菌。

表1 食品中发现的生物胺产生菌Table 1 Biogenic amine-producing bacteria found in food

3 食品中与生物胺相关的主要微生物菌群

生物胺是食品细菌性腐败的重要化学标志物，含量可作为食品新鲜度的指标之一。食品中与生物胺产生相关的主要微生物菌群可以归结为以下两类:革兰氏阴性菌中的肠细菌和假单胞菌，革兰氏阳性菌中的葡萄球菌属和芽孢杆菌[20]。

3.1 肉制品

肉及肉制品中产生生物胺的微生物，有的是原料中存在的天然微生物，有的来自加工过程中周围环境的污染。已发现的产胺微生物有：芽孢杆菌属(Bacillus)、梭菌属(Clostridium)、假单胞菌属(Pseudomonas)、发光杆菌属(Photobacterium)以及肠肝菌科(Enterobacteriaceae)[21]。

在徐晔等[11]的研究中发现贮藏 36 h的牛肉及牛肉香肠在发酵阶段的优势菌群是具有产生物胺能力的魏斯氏菌，这说明贮藏后的牛肉中具有氨基酸脱羧酶活性的微生物在大量繁殖，经脱羧作用将游离氨基酸转化为生物胺。翟钰佳[22]对植物乳杆菌进行筛选，得到 X22-2能有效地降低羊肉发酵香肠中生物胺的含量。SUN等[23]从中国传统哈尔滨发酵香肠中分离到木霉并进行了反接实验，结果总生物胺含量从240 mg/kg降低至173 mg/kg。这与CIUCIU等[24]的研究结果相似。

3.2 水产品

水产品中生物胺的形成取决于多种因素，如游离氨基酸的含量、细菌中脱羧酶的存在以及水产品的贮藏条件等。事实上，水产品中高水平的生物胺通常是由于保存不当造成的[25]。因此，水产品中生物胺的含量易受原料的新鲜度和环境贮藏条件的影响，特别是贮藏温度和时间。

ZAMAN等[26]将从鱼露中分离到的具有胺氧化酶活性的肉糖葡萄球菌FS19和淀粉液化芽孢杆菌FS05作为发酵剂加入到鱼露中，并对其生物胺的积累进行了研究，使组胺浓度分别降低27.7%和15.4%，同步减少了其他胺的积累。吴燕燕等[27]从咸鱼中筛选出3株具有降解生物胺效果的菌株：鼠李糖乳酸菌(Lactobacillusrhamnosus，Lr)、植物乳杆菌(Lactobacillusplantarum，Lp)、戊糖片球菌(Pediococcuspentosaceus，Pp)，在反接试验中腐胺、尸胺、组胺、酪胺等生物胺含量均显著性降低(P<0.05)，接种Lr∶Lp=1∶2的混合菌种的咸鱼产品生物胺含量下降幅度更大。

3.3 乳制品

通常在纯的乳制品当中，生物胺含量不会太高，但在乳制品当中由于经过发酵等工艺，酪胺、组胺、尸胺、腐胺等生物胺含量激增。奶酪中存在的高浓度酪胺容易导致中毒，故也称酪胺引起的中毒现象为“奶酪危机”[28]。

TITTARELLI等[29]研究从奶酪中筛选生物胺降解菌，共分离到24株具降解能力的菌株。值得注意的是，A422(干酪乳杆菌)和A143(乳酪乳杆菌)这2株对这酪胺的降解率都很高，而且未显示脱羧酶活性。HERRERO-FRESNO等[30]建立了从干酪中分离出的干酪乳杆菌菌株减少生物胺积累的实验模型，选择其中2株对酪胺和组胺都有高降解率的菌株(L.casei4a和5b)反接回干酪中，发现2个菌株都可以减少组胺和酪胺的积累。

3.4 酒类

在酒类当中，生物胺的含量增加有2个不同来源的解释：(1)由微生物污染产生，主要是酿酒球菌、希尔加迪乳杆菌、果食乳杆菌等；(2)不同种类的酵母菌株，例如萨氏乳杆菌30a(Lactobaillussaerimneri30a)。[31]啤酒中生物胺的含量还与发酵的类型和条件有关，其中自发发酵的生物胺含量最高。从毒理学的角度来看，啤酒还可以导致生物胺的生成，因为摄入乙醇会降低负责生物胺代谢的单胺氧化酶和二胺氧化酶的活性。

LIU等[16]基于测序技术筛选减少黄酒中生物胺形成的功能微生物：植物乳杆菌JN01，当植物乳杆菌JN01接种量为0.001 gDCW/t(DCW∶细胞干重)时，生物胺浓度可显著降低24%。CARUSO等[32]进行了从葡萄酒中分离出的菌产生生物胺的实验，发现在葡萄酒中酿酒酵母发酵能力最强，产胍丁胺含量最高。在COTON等[33]的研究中证实了葡萄酒与苹果酒中的主要产胺菌株为乳杆菌(Lactobacilluas)和明串珠菌(Leuconostoc)。

4 生物胺的控制与去除

4.1 物理防控

物理控制方法是通过抑制微生物生长外源条件，从而减少生物胺的累积，具有操作简单、方便，但设备成本高，能耗较大，在生产应用中具有一定的局限性[34]。目前，应用于食品加工行业中生物胺的物理防控方法包括气调保鲜、辐照、超高压等传统技术及γ射线处理等高新技术。

有研究表明氧气可以影响生物胺的产生。从这个角度来看，气调包装(modified atmosphere packaging，MAP)和真空包装(vacuum packing，VP)等会影响生物胺的形成，可以利用这2种方法来抑制具有脱羧功能的微生物活性。RODRIGUES等[35]研究得出结论，用MAP(80%CO2∶20%N2)和VP处理的虹鳟鱼样品中腐胺和尸胺的产量较低。YEW等[36]探究不同二氧化碳组成(VP、30%、60%、80%和100%CO2)气调包装对青鱼生物胺形成的影响，致使组胺浓度降低(6.4%、8.5%、70.3%、78.8%和90.2%)。食品辐照可以通过减少微生物生长来提高食品的安全性和保质期。在食品保鲜热处理的替代工艺中，高压静压(high pressure static pressure，HHP)技术是最早被科学探索的替代方法之一。由于HHP的抗菌作用，这项技术可以在数量和质量上改变食品的微生物菌群，还可以影响食品品质特性[37]。NOVELLA等[38]研究400 MPa和600 MPa条件下处理21 d和35 d的成熟干酪，结果表明在600 MPa 下处理的样品中生物胺减少50%。换句话说，HHP处理减少了潜在脱羧微生物的数量，在前期浓度较高的情况下也限制了生物胺的积累。

4.2 化学防控

化学控制方法主要是在食品加工工业过程中添加不同化合物(糖类、食盐等)或天然提取物质(茶多酚、姜辣素、壳聚糖等)来达到控制生物胺含量的方法[34]。化学控制方法成本较低且不需要昂贵的仪器设备，但由于其添加的某些物质可能会掩盖食品独特的风味，改变食品本身的营养成分，故在实际生产中更需要控制其量的投入。

由于消费者对食品安全意识的增强，香精油作为一种新型香料使用增加，并逐渐代替食品工业中的合成添加剂。ÖZOGUL等[39]发现不同水平(0.1、0.5和1 mL/100mL)香芹酚会造成细胞内容物和离子流失导致细胞死亡，使这些菌失活无法产生组胺。糖的缺乏也会造成生物胺的较高积累。在工业配方中，特别是在发酵香肠中，添加糖(主要是葡萄糖、蔗糖和乳糖)可以减少发酵过程中生物胺的积累。BUKOV等[40]发现杜氏大肠杆菌在较高的乳糖浓度(5%)下酪胺积累最大。一般说来，盐浓度的增加有助于减少食物中生物胺的积累，盐主要是起到了降低脱羧微生物代谢活性的作用。特别要强调与革兰氏阳性菌相比，增加盐浓度对革兰氏阴性菌的抑制作用更强。BARGOSSI等[41]发现添加15%的盐使酪氨酸脱羧酶活性显著降低。在发酵香肠中，增加盐的含量降低了肠球菌产生的酪胺和2-苯乙胺的浓度。

4.3 生物防控

生物防控技术是指使用从动植物、微生物中提取的天然的或利用生物工程技术改造而获得的对人体安全的生物试剂从而抑制微生物的生长，达到防控的目的[34]。近年来，通过添加外源微生物发酵降低食物内生物胺含量的研究受到了广泛的关注。添加选定的发酵剂是能够降低发酵食品中生物胺积累的主要方法之一。无脱羧酶活性的发酵剂在限制生物胺积累方面有很大的潜力，需要进一步的研究来阐明这一潜力。最近已经证明，使用乳酸杆菌可以限制嗜热链球菌和粪肠球菌产生生物胺[42]。

发酵剂在奶酪中的使用得到了许多的应用，RENES等[43]已经在羊奶干酪使用乳酸菌发酵剂，生物胺含量明显较低。另外，根据LATORRE-MORATALLA等[44]报道，用胺阴性菌株乳酸杆菌和凝固酶阴性葡萄球菌混合发酵剂培养，不仅能很好地适应肉类发酵环境，更是降低香肠中生物胺含量的最佳选择。使用乳酸杆菌作为发酵剂可以诱导快速酸化，会抑制脱羧微生物的生长，从而减少生物胺的形成[45]。谭李红等[46]在发酵香肠中添加混合发酵剂(干酪乳杆菌和木糖葡萄球菌)时，发现组胺的含量明显降低。高文霞[47]将接种植物乳杆菌、戊糖片球菌的发酵香肠与自然发酵的香肠做对比，组胺的含量明显降低。卢士玲[48]筛选了能产生生物胺氧化酶的3株菌，均符合肉品发酵剂标准，且起到了生长能力强、产酸能力差、可抑制产生物胺优势菌的作用，可通过减少生物胺的含量来减少N-亚硝胺的生成。

5 结语

在食品安全日益受到人们关注的大环境下，生物胺种类及其含量可作为食品腐败与否的验证指标，特别是在富含蛋白质和游离氨基酸的食品当中，更应该关注其生物胺含量。本文阐述了食品中与生物胺的形成相关的菌群及其防控方式，同时阐述了生物胺的防控重要性。

目前我国的生物胺防控指标尚未有的明确的规定，仅在水产品中有相关的限量标准，这亟待国标的出台。国外的研究已经进入与生物胺相关菌群的脱羧酶、基因方面的研究，而我国的生物胺防控研究仍停留在外源性的添加来抑制生物胺含量，还需要在深层次的研究上下功夫，目前来看从基因水平进行生物胺的防控很有发展前景。