咖啡中生物胺的控制简述

薛笑然，张树竹，孔德婷，刘 爽，何飞飞，秦世雯

（云南大学资源植物研究院/农学院，昆明 650500）

咖啡是一种高经济价值的饮料作物，可提高人体脑力功能，降低肝脏损害、心血管疾病的风险［1-2］。云南省热区昼夜温差大、热量条件好、降水量适中等，是最适宜小粒种咖啡生长的地区［3］，种植区域包括保山、临沧、德宏等地，主要种植的小粒种咖啡品种有卡蒂姆（Catimor）、波邦（Bourbon）、铁毕卡（Typical）等［4］。咖啡加工过程中，绿原酸、生物碱、多糖等化学成分会发生一系列焦糖化反应、美拉德反应等化学反应，产生挥发性物质，同时也影响咖啡的感官和营养价值［5-6］。生物胺便是其中一种化学成分，食品中过量的生物胺会对人体造成一定影响。本文综述了生物胺的分类、毒理作用、限量标准和检测方法，介绍咖啡中生物胺的含量和种类，并提出生物胺防治手段及其效果，以期为咖啡工艺的优化和咖啡品质的提高提供参考。

1 生物胺简介

生物胺（biogenic amines, BAs）是一类含氮的具有生物活性的低分子量有机化合物的总称［7］，常见于奶酪、肉、鱼产品、葡萄酒、啤酒等发酵食品中，是检测发酵食品质量、评估食品有害微生物的重要指标［8］。发酵食品中的生物胺主要是由微生物将生物胺前体物质——氨基酸脱羧形成的，氨基酸脱羧酶将氨基酸中的α-羧基脱羧后形成对应的生物胺［9］。不同食物中形成的生物胺种类不同，相同食物内部和外部生物胺含量也不同。生物胺是检测发酵食品安全性的重要指标之一［10］，了解咖啡中生物胺的种类和含量，可以在咖啡初加工发酵过程中提高咖啡的品质。

1.1 生物胺的分类

从来源看，生物胺可分为内源性生物胺和外源性生物胺。内源性胺是生物体中不同组织中生成的神经递质，其可以在局部作用或通过血液系统传播作用，分为儿茶酚胺、吲哚胺和组胺三类，具有生长调节、免疫调节、神经传递和清除自由基等生理功能［11-13］。外源性胺是发酵食品及加工工艺过程中检测到的天然抗营养因子，由前体氨基酸脱羧生成。从结构上，生物胺可分为脂肪胺、芳香胺和杂环胺［14］。其中，脂肪族包括腐胺（putrescine）、尸胺（cadaverin）、精胺（spermine）、亚精胺（spermidine）等；芳香胺包括酪胺（tyramine）、苯乙胺（phenylethylamine）等；杂环胺包括组胺（histamine）、色胺（tryptamine）等。从组成上，生物胺也分为单胺（酪胺、苯乙胺、组胺、色胺）、二胺（腐胺、尸胺）和多胺（精胺、亚精胺）等［15］。

1.2 生物胺的毒理作用

人体中有特定的生物胺解毒机制，一般情况下，从外界摄入少量的生物胺可由小肠上皮的单胺氧化酶（MAO）、二胺氧化酶（DAO）将其氧化成醛类物质进入血液循环，完成解毒而不会对人体产生伤害［16］。当人体酶功能异常或摄入过量生物胺时，体内的胺氧化酶不足以及时氧化生物胺，生物胺就会在血管中堆积，造成人体中毒。生物胺中毒可能产生头晕、干呕、心悸等症状，严重的可导致呼吸衰竭和死亡［17］。食品中过量的组胺对人体的毒性最强，通过作用于H1、H2、H3和H4受体，可引起头疼、发烧、皮疹、失眠和过度兴奋等症状，严重时可导致精神分裂、认知障碍和癫痫等神经类疾病［18］。研究表明，人体摄入组胺含量高于100 mg 就会产生一系列的中毒反应［19］，食品中组胺含量高于400 mg/kg、酪胺含量高于125 mg/kg 便会对人体造成伤害，而人体血液中生物胺的蓄积浓度最高可达1 000 mg/kg［20］。二胺和多胺还会抑制人体中的单胺代谢，因此生物胺互作可加重人体中毒［21］。生物胺还可与食品中的亚硝酸盐反应生成亚硝胺而致癌［22］。

1.3 生物胺的限量标准

生物胺种类多，但毒性不同，且因不同体质敏感程度对生物胺毒性的耐受等都不同，因此中毒水平因人而异。此外，生物胺对人体的毒性大小也受其他生物胺和胺氧化酶存在的影响［23］。不同食品中的生物胺种类和含量差异很大，难以用生物胺的总量对食品的毒性进行衡量，国际上对食品中的生物胺限量标准也不统一。但许多国家已根据不同的食品制订出相应的生物胺标准，欧洲食品安全局要求组胺在食品中含量不超过100 mg/kg，酪胺含量不超过 100～800 mg/kg［24］；美国食品药品监督管理局要求水产品中的组胺含量不得超过500 mg/kg，酪胺含量不得超过100 mg/kg［25］；我国要求海水鱼类产品中的组胺含量不得超过20 mg/100 g，高组胺鱼类产品不得超过40 mg/100 g［26］。

2 食品中生物胺的控制

2.1 生物胺控制机制

对食品中生物胺的控制主要从两方面着手。一方面是从生物胺的生成机制出发，在食品生产过程中控制生物胺的生成。游离氨基酸是生物胺生成的主要底物，高温、高pH 值和少量盐物质可以促进游离氨基酸聚集，从而产生大量的生物胺，改变生产过程中温度、pH 值等条件，降低食品生产过程中生物胺含量［27］。氨基酸脱羧酶是生物胺形成的关键限制因子，主要由产氨基酸脱羧酶的微生物生成，控制此类微生物的活性就可以限制氨基酸脱羧酶的含量。另一方面，可开发具有生物氧化酶活性微生物的新型发酵剂，利用生物防控技术来降解已经生成的生物胺。

2.2 生物胺控制技术

一是物理防控技术，包括生产低温控制、工艺控制、辐照控制、食品添加剂控制、臭氧控制、超高压控制等。研究发现，高压加工可显著抑制腌制鲱鱼片中组胺、尸胺、酪胺和腐胺的生成，延长储藏时间［28］。臭氧处理会显著抑制鳕鱼中一类生物胺产生菌的活跃度，有效延长其保质期［29］。

二是化学防控技术，主要是利用人工合成的山梨酸钾、硫酸钠、丁基羟基茴香醚、苯甲酸等试剂抑制生物胺的产生［30］。例如，丹宁会抑制金枪鱼中微生物的生长，从而延长其保质期［31］。

三是生物防控技术，主要是从动植物中提取出可降解生物胺的菌株，将其接种到发酵产品中来减少生物胺的积累［32］。目前，生物防控方法中采用生物胺降解菌降解是减少发酵食品中生物胺的新兴手段，在食品工业具有良好应用前景。

2.3 生物胺降解菌

不同生物胺降解菌的生长和生物胺降解特性差异较大。例如，发酵蔬菜中筛选出可降解色胺、苯乙胺、尸胺、组胺、亚精胺、腐胺和酪胺的干酪乳杆菌（Lactobacillus casei），对豆瓣酱中亚精胺的降解率最高可达85.82%［33］。葡萄酒中筛选出可降解腐胺、酪胺、尸胺、色胺、精胺和组胺的植物乳杆菌（Lactobacillus plantarum），在乙醇体积分数为10%时，对组胺最高降解率达28.92%［34］。鱼露中筛选出可降解组胺、腐胺、酪胺、尸胺的发酵柠檬乳杆菌（Limosilactobacillus fermentum），其可降解72.3%组胺、78.5%尸胺、86.4%腐胺和100%酪胺［35］。黄酒中筛选出可降解酪胺、尸胺、腐胺、组胺、苯乙胺、色胺、亚精胺和精胺的披发糖多孢菌（Saccharopolyspora hirsuta）和玫瑰糖多孢菌（Saccharopolyspora rosea），其对生物胺标液的降解率分别为 76.41%和 74.62%［36］。P. acidilactici5930 和P.Pediococcus4816 中含有降解生物胺的漆酶，其属于多铜氧化酶的一种，其对酪胺降解分别达到70% 和 93% ，对 多 巴 胺 降 解 率 达 到 97% 和100%［37］。含有Weissellaspp 的发酵剂可显著降解四川香肠中组胺、腐胺、酪胺和尸胺的含量［38］。

3 咖啡中生物胺的影响因素及控制

一是烘焙程度。咖啡烘焙包括3 个阶段：干燥、热解和冷却［39］。烘焙会影响咖啡中的化学物质，提高咖啡品质，但烘焙过程中，咖啡中的精氨酸、半胱氨酸、赖氨酸和丝氨酸的结构变化明显。氨基酸是生物胺的前体物质，咖啡烘焙会在3 个阶段中持续影响咖啡中生物胺的种类和含量［40］。 例 如 ，Oliveira［41］等 利 用 高 效 液 相 色 谱（HPLC）检测了两种阿拉比卡生豆在220 ℃烘培下的生物胺含量，发现均有腐胺、亚精胺和精胺等3 种生物胺，其中在干燥阶段，组胺、腐胺、精胺和酪胺发生降解。高效液相色谱（HPLC）检测出越南罗巴斯达咖啡豆中含有4 种生物胺，分别为腐胺、血清素、亚精胺和精胺，在烘焙过程咖啡中生物胺先减少后增加，尤其是组胺含量［42］。使用具有荧光检测器的液相色谱（LC）检测出阿拉比卡生豆中含有腐胺、亚精胺、精胺、血清素四种生物胺，烘焙导致咖啡中的腐胺和精胺完全消失，并降低亚精胺和血清素的含量，咖啡中的生物胺含量烘焙 6 min 比 12 min 更高［43］。

二是加工工艺。咖啡冲泡饮品的生物胺含量比研磨咖啡的低，而浓缩咖啡液、胶囊机等咖啡饮品中的生物胺含量比摩卡咖啡的低［44］。干法和湿法加工的特定条件会降低低质量咖啡中尸胺和组胺的含量［45］。

目前还缺乏针对于控制咖啡中生物胺的应用菌。本研究团队测定了43 种市售咖啡的生物胺含量，及针对咖啡中生物胺的种类，从泡菜中筛选了10 株分别可降解乙胺、环戊胺、尸胺、酪胺、精胺和亚精胺的菌株（图1），其对生物胺总胺的降解率在52%～77%。对优势菌株进行鉴定后，找出其可降解生物胺的4 个目标基因进行原核外源表达，获得4 株原核表达菌，诱导表达后纯化蛋白，以期未来在咖啡加工过程中进行应用，并结合其他防控手段来提高咖啡品质。

图1 10株菌株对生物胺的降解率

4 结论与展望

咖啡初加工过程中产生的生物胺会对人体健康造成影响，提高咖啡品质可从降解生物胺的角度考虑改进加工工艺，采取生物防控技术或与其他防控技术相结合的手段，进一步控制咖啡中生物胺的含量。生物胺降解菌能利用其分泌的胺氧化酶、多铜氧化酶和胺脱氢酶来降解生物胺，不同的酶对生物胺的特异性不同，导致生物胺降解菌的功能具有差异性。目前对生物胺降解酶的研究大多针对其酶学性质和作用机理，缺少对其大规模应用的研究。因此，对生物胺降解菌的分离及其酶的应用还有待进一步研究探索。