水产品生物胺控制技术研究进展

刘亚楠，李 欢，连仁杰，苏来金，傅玲琳，王彦波,*

（1.浙江工商大学食品与生物工程学院，浙江 杭州 310018；2.靖海集团有限公司，山东 荣成 264300；3.温州大学生命与环境科学学院，温州市特色食品资源工程技术研究中心，浙江 温州 325000）

水产品含有丰富的蛋白质等营养物质，在适宜的条件下，含氨基酸脱羧酶的微生物可作用于游离氨基酸脱羧产生生物胺。研究发现，从水产品中摄入过量生物胺则可能会引起呕吐、腹泻等食物中毒现象，如摄入3 mg的苯乙胺会引起偏头痛，8～40 mg的组胺即可引起轻微中毒，摄入1 000 mg/kg（总胺/食物）则被认为对健康有害。鉴于此，水产品中生物胺超标问题就引起了政府和公众的广泛关注，控制水产品中生物胺的产生以保障水产品品质和食用安全就显得尤为重要。目前无法完全通过低温冷冻或者高温加热等技术从源头消除水产品生物胺的产生及关联的安全隐患，因此通过新技术的创新，建立高效的生物胺控制体系是保障水产品食用品质和安全的重要基础和研究热点。鉴于此，本文对近年来有关水产品生物胺控制技术的研究进行了综述，基于加工技术、调控食品组分和抑菌包装3个方面进行归纳总结，旨在为今后建立高效水产品生物胺控制体系提供一定的参考。

1 水产品中的生物胺

1.1 生物胺的形成及危害

生物胺是一类具有生物活性、低分子质量的碱性含氮化合物的总称。生物胺广泛存在于食品尤其是富含蛋白质的水产品中，主要是由水产品中的蛋白质在蛋白酶和肽酶的作用下分解为氨基酸，继而在微生物氨基酸脱羧酶的作用下进行脱羧反应产生的。除需要有前体物质氨基酸和含氨基酸脱羧酶的微生物外，生物胺的合成还需要具有能够满足含氨基酸脱羧酶的微生物以及氨基酸脱羧酶合成与作用的环境条件。

生物胺是人体内必不可少的组成成分，适量的生物胺具有清除自由基，抗氧化，调节细胞生长、基因表达、心率和细胞免疫等生理功能。在正常生理条件下，生物胺可以被机体内的胺氧化酶分解代谢。但摄入的生物胺量超过胺氧化酶的代谢能力时，未被代谢的生物胺则会在体内堆积，对人体健康产生危害。不同生物胺产生的毒性有所不同。研究发现，组胺可以通过与细胞膜上的受体作用而引起皮疹、荨麻疹、恶心、呕吐、腹泻、潮红、刺痛、皮肤发痒等。色胺可以引起哮喘、血压升高和消化系统失调等。苯乙胺可消除神经系统中的去甲肾上腺素，引起高血压和偏头痛。酪胺可以引起偏头痛、神经系统疾病、呕吐和高血压等。研究发现尸胺和腐胺不仅可以促进恶性肿瘤的增殖分化，还抑制组胺代谢酶如单胺或二胺氧化酶和组胺甲基转移酶的活性，增强组织胺和酪胺的毒性效应；与亚硝酸盐反应形成致癌的亚硝胺。精胺和亚精胺可以促进肿瘤生长，与亚硝酸盐反应形成亚硝胺等致癌物质。

1.2 生物胺在水产品中的限量标准

过量的生物胺不仅会引起腹泻、头痛等不良反应，同时还可与水产品中的防腐剂亚硝酸盐反应生成亚硝胺等致癌物质，危害人体健康。鉴于此，不同国家以水产品中毒性最强的组胺为代表进行限量规定以保障其食用安全。澳大利亚和欧盟规定水产品中组胺的含量不能超过200 mg/kg和100 mg/kg。美国食品药品监督管理局规定水产品中的组胺含量不能超过50 mg/kg。印度规定干制类鱼产品、酸菜鱼产品、发酵鱼产品组胺含量不能超过400 mg/kg，而生鲜冷藏冷冻鱼类、热加工鱼产品、干制鱼产品、烟熏鱼产品、鱼肉酱、煎炸类鱼产品、其他即食类鱼产品、其他鱼产品中的组胺含量则不能超过200 mg/kg。我国规定高组胺鱼类组胺含量不能超过400 mg/kg，其他鱼类组胺含量不能超过200 mg/kg。

2 水产品中生物胺控制技术

水产品中生物胺主要是由蛋白质在蛋白酶和肽酶的作用下分解为氨基酸，继而在微生物氨基酸脱羧酶的作用下进行脱羧反应产生的。传统的低温贮藏技术对抑制生物胺的产生具有显著成效。低温不仅可以降低鱼体内部自身的生化反应速率，而且水产品中的产胺菌大部分都是嗜中温菌，例如，的最适产生物胺温度为37 ℃，、和的最适产生物胺温度均为30 ℃，在低温条件下这些产胺菌生长缓慢，氨基酸脱羧酶活力降低，脱羧反应也随之减弱。Arulkumar等发现在4 ℃环境下贮藏能够抑制梭子蟹组胺的产生，延缓腐败。Li Kaifeng和Hosseini等发现低温贮藏对抑制生物胺的产生至关重要。然而，低温贮藏并不是绝对的控制手段，某些嗜冷细菌也含氨基酸脱羧酶，即使在适当的冷藏温度下，脱羧酶也能导致生物胺的形成。近年来，随着技术的不断发展改进，相继出现了许多基于加工技术、调控食品组分和抑菌包装的新型方法用于高效控制生物胺的产生。

2.1 基于加工技术的生物胺控制方法

2.1.1 辐照处理

辐照处理是用来控制生物胺的常用方法之一（表1）。辐照处理是一种利用电离辐射作用于核酸、蛋白质等杀死食物内部大多数微生物，减少脱羧反应发生的有效方法。相兴伟等对大管鞭虾在辐照条件下进行处理，结果表明当其暴露在5 kGy的辐照剂量时，能对生物胺起到显著的抑制作用。Özogul等以γ射线作为辐照源，对海鲷分别进行2.5、5.0 kGy的辐照处理后在冰冻条件下贮藏19 d，同对照组相比，腐胺、尸胺的含量均显著降低。Nei测定了不同温度下经γ辐照灭菌的金枪鱼和黄尾鱼片中的组胺积累量，发现组胺含量均低于10 mg/kg，表明辐照可以有效降低不同鱼类不同温度下生物胺的产生。但研究发现辐照也会产生一定的负面作用，辐照改变肉类中血红素的存在状态、促进硫氨基酸分解和脂质氧化，对肉品的色泽和风味产生一定的影响。

表1 基于加工技术的水产品生物胺控制方法Table 1 Control effect of processing technologies onbiogenic amine in aquatic products

2.1.2 超高压处理

超高压处理是以水作为介质对食品施以100～1 000 MPa压力，从而杀灭食品内部微生物，钝化酶活性、降低脱羧反应，减少生物胺的产生（表1）。Doeun等发现高压处理秋刀鱼片10 min，可有效抑制尸胺和酪胺的产生。Gou Jingyu等用500 MPa高压对鱿鱼干分别处理5、10 min，发现高压处理10 min的鱿鱼干中挥发性生物胺（二甲胺、三甲胺）含量最低，其次是高压处理5 min和未处理组，表明超高压处理可控制生物胺的产生。Krizek等发现用300 MPa和500 MPa高压处理梭鱼肉，生物胺含量均降低，同时研究发现在3.5 ℃下，300 MPa处理后的样品保质期从7 d延长至21 d，500 MPa处理后的样品保质期甚至长达42 d。但在12 ℃时，高压处理对抑制生物胺产生的积极影响并不显著，加压至300 MPa和500 MPa的样品保质期分别仅为7 d和21 d，表明超高压技术可结合低温贮藏用于水产品生物胺控制。虽然超高压技术对生物胺的控制起到了明显的抑制效果，但是也有研究发现超高压技术处理肉制品会促进脂质氧化，给产品带来不良风味。

2.1.3 其他加工技术处理

除辐照和超高压处理外，超声处理、臭氧处理等方法也是基于加工方式控制生物胺的常见方法。赵中辉等研究发现超声处理可以有效抑制金枪鱼样品生物胺的产生，使金枪鱼的保质期得到延长。Mercogliano等发现鸡肉经臭氧处理后腐胺和尸胺含量显著降低，货架期可延长6 d。

基于加工技术的控制方法虽然能够在一定程度上控制生物胺、延长食品保质期，但是往往需要具有大型设备的辅助，价格昂贵，而且往往会影响产品的色泽和风味。因此，低成本、高效、对色泽和风味影响较小的生物胺控制方法是目前的研究趋势。

2.2 基于调控食品组成的生物胺控制方法

基于调控食品组成的控制生物胺方法主要是通过添加不同类化合物或天然提取物等食品添加剂控制生物胺的产生。常用的化合物一般有糖、盐、山梨酸钾等。Hu Jiawei和Fan Hongbin等尝试采用不同浓度的盐和糖混合处理鱼肉，糖类物质可以与前体物质氨基酸发生美拉德反应，减少脱羧反应的发生；一定浓度的盐可以渗透通过细菌细胞膜，抑制微生物生长以此降低鱼肉中生物胺的含量。Gençcelep等用5 g/100 mL的山梨酸钾处理珍珠鲻鱼，发现苯乙胺、腐胺、色胺含量显著降低。然而，安全性高、高效和成本低越来越成为消费者和生产者关注用食品添加剂控制生物胺方法的热点，因此采用天然产物控制生物胺受到研究者们的青睐（表2）。

表2 天然产物降低食品中生物胺的应用Table 2 Application of natural products to reduce biogenic amines in foods

酚酸类和黄酮类物质是常用的天然产物。Cai Luyun等发现在虾酱中添加姜酚可以延缓生物胺的形成，同时也显著抑制脂质氧化，减少微生物数量。然而从生姜中提取出来的姜酚味辣而苦，Cai Luyun等将丁香、孜然、留兰香提取物用于延缓红鼓鱼鱼片生物胺的产生，发现生物胺含量显著降低、微生物含量下降，蛋白质和核酸分解受到抑制，其中留兰香提取物对生物胺的抑制效果最佳。Akan等利用葡萄籽提取物（主要成分为儿茶素、原花青素）处理黑鱼，贮藏结束后发现葡萄籽提取物可以有效减少生物胺的含量，降低总游离氨基酸含量。Wang Jing等用根皮素处理鲑鱼片，发现与对照组相比，处理组生物胺的产生量降低至原来的1/18.84，菌落总数含量和脂质氧化程度也显著降低。除酚酸类和黄酮类物质外，有机酸和有机硫化合物对抑制生物胺的形成也起到了很好的效果。Harada等研究添加柠檬酸对樱花味噌鱼酱加工过程中组胺积累的影响，发现柠檬酸可以显著降低组胺含量。同时，他们还分别研究了柠檬酸、醋酸、苹果酸和乳酸对发酵鱼酱表皮葡萄球菌TYH1产生组胺的影响，发现醋酸、苹果酸、柠檬酸和乳酸对培养基中组胺积累和TYH1增殖的抑制浓度分别为80、＞100、30 mmol/L和＞100 mmol/L，柠檬酸抑制效果最好。Mah等为降低发酵凤尾鱼制品中生物胺的含量，比较香料提取物对生物胺产生的影响，发现大蒜素可显著降低生物胺的含量，并且对胺产生菌具有最高抑制活性。对胺产生菌有抑制活性的还有维生素，Kim等将样品浸泡到VC和VE溶液中，发现酪胺含量显著下降，其中VE效果最好。

研究发现，在食源性细菌生物膜的保护下，细菌能耐受高浓度的抗菌剂和食品防腐剂等添加剂从而引起食品腐败，产生大量生物胺，显著增加食品安全风险。刘娜娜研究发现，添加4种环二肽信号分子（cyclo-(-Leu--Leu)、cyclo-(-Pro--Gly)、cyclo-(-Pro--Leu)和cyclo-(-Pro--Phe)）后，细菌生物膜形成明显增加，表明群体感应系统在食源性细菌生物膜形成起着关键调控作用。因此，通过有效阻断细菌群体感应系统抑制生物膜的产生，也成为一种抑制食品腐败、减少生物胺产生的方法。冯杰研究发现大黄鱼特定腐败菌海希瓦氏菌群体感应信号分子cyclo-(-Pro--Leu)和cyclo-(-Pro--Phe)分泌量与腐胺产生量呈显著正相关关系，添加花色苷后可显著抑制群体感应信号分子cyclo-(-Pro--Leu)和cyclo-(-Pro--Phe)的分泌和鸟氨酸脱羧酶基因的表达，从而抑制了腐胺的生成。朱素琴研究发现肉桂醛能显著抑制sp.分泌-酰基高丝氨酸内酯（-acyl homoserine lactone，AHLs），从而抑制凡纳滨对虾中微生物的信息交流，导致了致腐能力下降，最终延长了冷藏凡纳滨对虾的货架期。刘佳宜等发现乙基麦芽酚可以显著抑制所产群体感应信号分子C-高丝氨酸内酯的分泌及其所调控的腐败表型。由此可见，乙基麦芽酚对具有较强的群体感应抑制效果，有望作为群体感应抑制剂用于水产品生物胺控制延长水产品保鲜。

目前，应用到水产品生物胺控制的保鲜剂很多，根据栅栏技术的原理，应将不同种类的食品保鲜剂综合运用，发挥其协同效应，不仅可以增强其抑菌效果，而且可以降低单一保鲜剂的使用量，从而减少其对食品品质的影响，提高其应用的安全性。

2.3 基于抑菌包装的生物胺控制方法

随着食品工业的快速发展，食品包装产业也获得了飞速发展。作为食品的外部保护，食品包装可以防止食品受到微生物等外界因素的影响而使食品的保质期得到了极大的延长，满足了消费者日益增长的物质需求。传统的食品包装以塑料材质为主，虽有高阻隔性、轻薄、良好的机械性能及耐高温等优点，但绝大多数无法降解且其中添加许多化学添加剂，对环境和人类自身健康都会产生巨大伤害。2019年联合国粮食与农业组织报告提出，包装产业升级是实现生鲜食品保鲜产业化的必要前提。气调/真空包装、抑菌活性包装是在普通包装的基础上进一步升级，且与普通包装相比，对确保食品安全以及延长食品货架期的作用更为突出，是目前应用于水产品生物胺控制的常见食品包装。

2.3.1 气调/真空包装

气调/真空包装是利用一种或数种混合气体或者去除包装内气体等方式改变食品包装的气体环境的一种包装方式，主要利用通过调控食品外部包装袋中O所占的比例，削弱微生物生长繁殖的能力，从而达到降低生物胺含量的目的。Gui Meng等将鲟鱼切片剁碎后采用真空包装于4 ℃贮存，可明显降低生物胺的含量。Dordevica等将玉梭鱼分别放入普通包装和真空包装中贮藏9 d，监测生物胺（尤其是组胺）含量变化。贮藏结束后发现7 d内真空包装可以延缓生物胺的形成，但不能贮藏至9 d，7 d后组胺含量显著升高。Yew等将鲭鱼放入含有不同CO浓度的包装中贮藏12 d，贮藏结束后发现组胺和酪胺含量显著降低，且CO浓度越大对酪胺的抑制效果越明显，对精胺无显著效果。Oezogul等将沙丁鱼贮藏于4 ℃，将采用60% CO、40% N气调包装和真空包装处理的沙丁鱼作为实验组，暴露于空气中的沙丁鱼作为对照组，发现随着贮藏时间的延长，生物胺含量普遍增多，其中对照组中生物胺含量最高，其次是真空包装，60% CO、40% N气调包装下沙丁鱼的生物胺含量最低。

2.3.2 抑菌活性包装

活性包装功能主要是保护产品免受机械损伤、物理因素、化学因素和微生物活动的影响，对食品的保鲜、贮藏和运输等起着重要的作用。目前应用于水产品生物胺控制的活性包装大部分是以聚合物材料作为基底包埋抗菌剂的抑菌活性包装（表3）。

表3 基于抑菌活性包装控制生物胺Table 3 Control effect of antibacterial packaging on biogenic amines

李苗苗等以金枪鱼为对象，比较了保鲜膜托盘包装、真空包装、气调包装和壳聚糖涂膜对金枪鱼生物胺产生的影响，结果发现壳聚糖涂膜与其他组相比菌落总数显著降低，且对生物胺产生抑制效果最佳（尸胺被完全抑制）。壳聚糖的抑菌机理尚无定论，对革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌的抑菌机制有所不同，总的来说，带正电的壳聚糖分子与带负电的微生物细胞膜之间的静电作用是其主要抑菌机理，因此壳聚糖抑菌具有广谱性。然而，壳聚糖的抑菌效果与其分子质量、脱乙酰程度、pH值和微生物类型紧密相关，因此，将壳聚糖与其他抑菌剂复合使用增强抑菌效果从而控制生物胺产生是现在的研究热点。壳聚糖和茶多酚具有良好的抑菌性能，甘晖等配制壳聚糖-茶多酚复合溶液处理南美白对虾，发现复合涂层组腐胺、尸胺含量显著降低，优势腐败菌、和丰度降低，该复合涂层为南美白对虾冷藏中的质量控制提供了保障。Wu Chunhua等研究没食子酸和壳聚糖作为可食用涂层对太平洋鲭鱼鱼片冷藏期间品质保持的协同作用，发现壳聚糖-没食子酸涂层不仅抑制微生物生长、生物胺形成，而且抑制蛋白质分解、脂质氧化和核苷酸分解，可将鲭鱼的保质期延长6 d。余达威将壳聚糖涂抹到草鱼片中发现与未涂抹的相比生物胺含量显著降低。Ramezani等将壳聚糖与纳米三聚磷酸钠制成复合涂膜，与单一壳聚糖涂膜相比，添加了纳米三聚磷酸钠的复合涂膜不仅抗菌性能更佳，对银鲤鱼片的保鲜效果更好，而且涂膜的致密性也更好。田鑫分别研究龙须菜寡糖、壳聚糖和龙须菜寡糖-壳聚糖复配使用对秋刀鱼在4 ℃贮藏过程中生物胺产生的影响。研究发现，龙须菜寡糖、壳聚糖以及龙须菜寡糖-壳聚糖组与对照组相比，保质期分别延长了1、4 d和5 d，总生物胺含量分别降低了33.33%、51.35%、63.64%。龙须菜寡糖单独使用对秋刀鱼的生物胺抑制效果不如壳聚糖显著，因此将龙须菜寡糖与其他抑菌物质复配有助于提高生物胺抑制效果。闵娟将龙须菜寡糖与大蒜提取物、迷迭香提取物复配使用，发现马鲛鱼贮藏末期的总生物胺抑制率为27.03%；将其进一步应用到蓝圆鲹、秋刀鱼、大黄鱼、罗非鱼的生物胺控制中，结果显示总生物胺抑制率分别为65.58%、68.80%、39.51%、43.69%，表明该复合涂层可应用到鱼类生物胺控制中。王祺将抑菌剂表没食子儿茶素没食子酸酯和明胶交联成一种新型的表没食子儿茶素没食子酸酯-明胶复合膜用于罗非鱼片的低温保鲜，发现加入表没食子儿茶素没食子酸酯的复合膜可以降低值和生物胺的含量，抑制微生物生长繁殖，延缓鱼片感官品质的劣变，有利于罗非鱼片的低温保鲜。Zhou Qianqian等将丁香酚加入明胶中形成活性涂层并与高CO浓度包装相结合用于鲈鱼保鲜，研究发现活性涂层的加入有利于抑制革兰氏阴性菌的生长以及腐败微生物对氨基酸的降解，从而降低生物胺的生成。

水产品生物胺是由含氨基酸脱羧酶的微生物作用于游离氨基酸产生的，因此抑制生物胺能力常与抑菌能力有关。Cai Luyun等将阿拉伯树胶与麦角硫氨酸制成可食用涂层溶液处理红鲷，与对照组相比，可延缓核苷酸分解、脂质氧化、蛋白质降解和抑制微生物生长。阿拉伯树胶与麦角硫氨酸的复合涂层可作为一种食品级抑菌活性包装来保持红鲷贮藏品质量，在水产品生物胺控制中具有良好的应用前景。Ahmed等将壳聚糖和聚乙烯醇混合制备壳聚糖/聚乙烯醇抗菌纤维，该纤维膜对腐败菌铜绿假单胞菌具有显著抑制作用，有望用于水产品保鲜。Surendhiran等为提高石榴提取物的抑菌活性稳定性，将石榴提取物包埋壳聚糖/聚环氧乙烷静电纺丝纳米纤维膜中，发现纳米纤维膜抗菌效果显著，可应用于肉类食品保鲜。梅佳林等以壳聚糖和聚乙烯醇作为成膜基材，并添加天然抑菌剂香兰素制备复合纳米纤维膜。该复合纳米纤维膜对腐败希瓦氏菌生长具有明显的抑制作用，可在一定程度上抑制大菱鲆的腐败，延长鱼片的货架期，且与单一壳聚糖膜相比热稳定性增强。因此，香兰素/壳聚糖/聚乙烯醇纤维膜在水产品保鲜包装中具有广泛的应用潜力。

3 结 语

水产品由于自溶和细菌活性高通常比其他肌肉食物腐败得更快，在腐败过程中会产生大量生物胺，过量摄入生物胺会对人体健康构成潜在的安全风险，因此有效控制生物胺产生对于水产品行业的可持续发展以及保障水产品食用安全至关重要。传统的低温贮藏虽然可以控制生物胺的产生，但嗜冷产胺菌在低温下仍能产生生物胺，因此低温并不是绝对有效的控制方法。随着技术的发展，相继出现了许多基于加工技术、调控食品组分和基于抑菌包装的方法控制水产品中生物胺的产生。这些方法通过抑制腐败微生物的生长，减缓水产品内部的脱羧反应从而有效抑制生物胺的产生。虽然这些技术取得了一定的成效，但单一技术并不能完全有效地控制生物胺而且存在加工设备价格高、添加剂/包装可能存在不安全性等缺点。因此在今后的研究中，应加强对以下方面更为深入的研究：1）多种技术相结合利用优势互补实现生物胺的高效控制并减少单一技术；2）研发具有高效抑制生物胺且安全的添加剂和抑菌包装，在控制生物胺的同时减少对人体可能产生的危害。