发酵食品中生物胺的形成、检测及其防控策略的研究

◎陈巧迎

（陕西国际商贸学院管理学院，陕西 西安 712046）

1 生物胺的形成

生物胺是微生物在生长过程中合成的具有生物活性的非蛋白胺类物质，生物胺的来源主要包括发酵食品原料（如大豆、小麦、玉米、水稻、花生等）和在发酵过程产生（如接种乳酸菌）。在微生物合成过程中，有一条相对独立的代谢途径，即首先进行蛋白质的合成，然后在生物酶作用下，通过脱羧脱氨基产生生物胺。蛋白质是发酵食品中主要的生物胺前体物质。微生物在生长过程中，蛋白质可以通过脱氨作用直接生成生物胺；也可以通过代谢途径合成生物胺，如在丙酸脱羧酶、色氨酸合成酶和异戊二烯转移酶等作用下合成生物胺。一般情况下，植物蛋白在微生物生长过程中不易产生生物胺[1]。此外，发酵过程中产生的一些物质也是生物胺的前体物质。如乳酸菌中存在色氨酸循环代谢途径和谷氨酸代谢途径，分别能在丙酸脱羧酶和异戊二烯转移酶作用下，通过脱羧反应生成色氨酸和谷氨酸。

2 生物胺的检测方法

生物胺的检测方法主要包括微生物法、高效液相色谱法和毛细管电泳法。微生物测定法包括培养基倍比稀释法、生物素-生物氢过氧化物酶联免疫吸附试验等。生物素-生物氢过氧化物酶联免疫吸附试验是一种用于食品中生物胺测定的快速方法，其检测灵敏度高、结果稳定可靠，但需使用生物胺标准品，试剂耗量大、测定成本高，且所需样品前处理步骤多、操作繁琐。高效液相色谱-质谱联用法具有快速、灵敏等优点，但需要使用标准品，试剂耗量大、前处理过程复杂。液相色谱-质谱联用是一种多组分同时分析方法，可以同时检测多个生物胺化合物的存在，无需标准品即可定量检测，操作简单快捷。电泳法具有灵敏度高、选择性好等优点，但需要使用生物胺标准品及缓冲液。

3 发酵食品中生物胺的防控策略

3.1 改善发酵条件

微生物的生长繁殖离不开适宜的环境条件，可通过调节发酵温度、 pH值、盐浓度、水分含量等发酵条件来实现对生物胺的调控。低温有利于维持发酵剂的稳定性，减少生物胺产生。赵雪等利用低温和低pH值技术分别将大豆接种至含3%（v/v）食盐的泡菜缸中，能有效降低泡菜中生物胺含量。采用不同温度发酵能明显提高发酵剂中生物胺的含量，研究表明，25 ℃和30 ℃发酵条件下，大豆发酵剂中生物胺产率较高。当发酵时间为30 d时，大豆发酵剂中生物胺含量仅为0.13 mg·（100 g）-1。在温度10 ℃~20 ℃条件下，乳酸菌均可较好地生长繁殖，但不同种类的乳酸菌生长情况不同。将接种量为6%的乳酸菌接种至5%（v/v）食盐溶液中时，乳酸菌产生的生物胺产率较高。不同类型的盐对微生物生长有较大影响[2]。通过对东北黑木耳进行盐胁迫实验发现，盐度增加可促进黑木耳中生物胺的产生。盐度越高，黑木耳中生物胺产率越高。当盐度达到50%时，黑木耳中生物胺产量为3.45 mg·（100 g）-1。黑木耳盐胁迫处理后，黑木耳中生物胺含量增加至5.33 mg·（100 g）-1。在发酵过程中添加0.05%（v/v）的蔗糖能够有效降低发酵食品中生物胺含量。蔗糖可以增加黑木耳中胺的含量且使之降低。此外，高盐对微生物生长有一定的抑制作用，可适当增加发酵时间来降低生物胺含量。低温和低pH值也有利于减少生物胺含量，主要是由于低温下微生物生长繁殖缓慢、代谢水平较低、蛋白质分解作用弱、氨基酸合成能力差以及低pH值抑制了生物胺的合成。赵雪等通过对传统发酵香肠进行低温和低pH值处理后发现，在发酵过程中生物胺产率提高，且其含量无明显变化。上述研究表明微生物对发酵环境温度和盐度等因素敏感，可以通过改变发酵环境来调控微生物的生长和繁殖从而实现生物胺的减少。

3.2 降低微生物发酵法

微生物发酵法是目前发酵食品工业中最常见的控制生物胺的方法，但操作复杂、成本高和易受环境因素影响等问题，不利于大规模生产。目前，国内外已有研究人员开发出了许多控制生物胺含量的新方法。例如，通过降低发酵温度可以有效降低食品中生物胺含量，其中，温度降低到20 ℃以下时，生物胺生成量最低（减少了约65%）。在食品工业中常采用的降低发酵温度的方法如增加发酵时间、添加保水剂、使用可将生物胺降解为游离氨基酸的酶等。除此之外，还可以通过使用具有生物胺降解能力的菌种进行发酵来降低食品中生物胺含量，目前已有研究人员研发出了多种可以有效降低发酵食品中生物胺含量的菌株。

3.3 促进有机酸的形成

在食品中加入外源酸可以提高产品的风味，改善产品的品质，同时还能够降低生物胺的产生。研究表明，乳酸菌和酵母菌都可以将乳酸转化为有机酸，而植物乳杆菌可以将有机酸转化为氨基酸。Yang等在泡菜中添加不同量的有机酸，研究发现有机酸能够显著降低泡菜中生物胺含量，添加3 g·L-1葡萄糖酸内酯的泡菜中，生物胺含量从1 761 μg·g-1降至482 μg·g-1。Gilbert等通过添加苹果酸或苹果汁可以明显抑制生物胺的形成。Min等在泡菜中添加3 g·L-1的柠檬酸、苹果汁和果糖，结果发现3 g·L-1柠檬酸可以显著抑制生物胺的形成，而苹果汁和果糖可以提高食品中生物胺含量。除了含有氨基酸的有机酸外，还可能含有其他具有生物活性的物质，如有机酸根离子、游离氨基酸、糖苷以及芳香族化合物等。尽管利用外源酸可以有效抑制生物胺的产生，但是，由于其具有一定的副作用且安全性低等缺点而限制了其在实际生产中的应用。目前利用外源酸抑制生物胺含量主要采取2种方法：①通过添加食品添加剂或使用合成菌株来产生化学性质稳定的有机酸，如草酸、琥珀酸和苹果酸盐等[3]。②采用微生物发酵或酶法催化的方式使游离氨基酸转化为氨基酸。然而这两种方法均存在一定弊端，如食品添加剂法容易破坏食品中营养成分、导致食品安全问题，而酶法产酸过程中可能会产生有害物质。

3.4 降低菌体中蛋白水解酶的活性

蛋白质水解酶是分解食物蛋白质的关键酶，其活性高低与生物胺含量直接相关。Dzykosz等发现，大豆中的生物胺主要来源于菌体中的蛋白酶，抑制蛋白酶活性可以降低生物胺产生量。同时，微生物也会通过合成相关酶抑制生物胺合成。例如，甲硫氨酸脱羧酶（MEP）和半胱氨酸脱羧酶（CBS）等，生物胺合成酶对生物胺合成有显著影响，当MEP活性低时，生物胺含量较高；当CBS活性低时，则降低了MEP和CBS的合成，从而降低了生物胺含量。在微生物生长繁殖过程中，许多细菌会利用蛋白水解酶分解蛋白质，释放出游离氨基酸。这些氨基酸有很强的生物活性，如可以在生物体内转变成生物胺。在发酵过程中，由于蛋白质结构中存在大量的羧基和羟基，会在蛋白水解酶的催化下生成氨和硫胺。当发酵原料中存在大量的含氮物质时，发酵产品中将产生大量生物胺。降低菌体内蛋白质水解酶活性的方法有2种：①抑制蛋白水解酶。②向菌体中添加蛋白酶抑制剂。其中，蛋白酶抑制剂可以通过阻止生物胺水解，从而降低食品中生物胺含量。在生物胺脱除方法的选择上，有研究表明，添加适量的蛋白酶抑制剂（如胰蛋白酶、菠萝蛋白酶等）可以有效降低发酵产品中生物胺含量。

3.5 抑制微生物生长

控制微生物生长可通过外源添加物质和改变微生物代谢途径来实现。在食品加工过程中，化学抑制剂和生物抑制剂均能抑制微生物生长，降低食品中的生物胺含量。化学抑制剂主要包括添加防腐剂和使用高效防腐剂。常用的防腐剂有苯甲酸（化学合成）、山梨酸（天然存在）、三氯乙酸（天然存在，不产生生物胺）。食品中的微生物会利用食物中的有机酸、糖类、蛋白质等营养物质作为碳源和能源，在代谢过程中产生大量生物胺，会导致产品产生怪味，同时还会引起过敏反应[4]。为了避免使用苯甲酸作为食品防腐剂，可以使用高效防腐剂如三氯乙酸来替代苯甲酸，提高安全性。生物抑制剂是指通过改变微生物的代谢途径来控制微生物生长的一类物质。常见的生物抑制剂有季胺盐类（C6H9N）、蛋白酶抑制剂（GAP、 SG等）、羧酸酯酶抑制剂（ACD、 Lys等）、其他类化合物（2-脱氢-D-吡喃酮羧酸、D-吡喃半乳糖苷）。季胺盐类和蛋白酶抑制剂均可有效抑制微生物的生长。其中，季胺盐类对酵母菌和霉菌等有较好的抑制作用，在乳酸菌中添加1%的季胺盐或2%的蛋白酶抑制剂，可显著降低发酵乳中生物胺的含量。GAP能抑制酵母菌生长、提高产乳酸能力、增强抗氧化能力、提高生物量和降低pH值。另外，研究表明Lys可以抑制乳酸菌生物胺含量30%。SG也能显著降低乳饮料中生物胺含量。目前研究发现，乳酸菌可以利用植物来源的非营养物质来促进生长，但植物来源的非营养物质会影响微生物代谢过程并破坏发酵过程。因此，需要建立一种新的策略来控制发酵食品中生物胺含量，该策略不仅要避免生物胺和其它有害物质的产生，而且要保证食品风味和质量，以满足消费者的需求。

3.6 调整微生物群落结构

微生物群落结构对发酵食品中生物胺含量的影响已经成为近年来的研究热点，研究表明，添加乳酸或乙酸可显著降低发酵食品中生物胺含量，这主要是因为乳酸菌产生的乳酸和乙酸主要是由于其发酵过程中产酸的影响，而产生物胺菌株则在乳酸和乙酸发酵过程中产生了一定的生物胺。此外，对酵母菌进行低温和高盐处理后可以使其在短时间内大量死亡，从而降低了生物胺的产生[5]。然而，利用低温或高盐处理后微生物群落结构发生了明显变化，这是由于在低温和高盐条件下会使微生物的活性受到抑制。

4 结语

综上所述，可通过调节发酵温度、pH值、盐浓度、水分含量等发酵条件来实现对生物胺的调控。实验表明，低温和低pH值有利于减少生物胺含量；另外，降低发酵温度、加入外源酸可以明显抑制生物胺的形成；添加适量的蛋白酶抑制剂可以有效降低发酵产品中生物胺含量。在发酵过程中加入其它菌株也可以调控微生物群落结构达到降低生物胺含量的目的。降低食品中生物胺的含量可以，可以提高食品的安全性和品质。