氧化三甲胺与鱼产品品味及加工性能关系的研究进展

李军生，杨 军，阎柳娟，赖春华

（1.广西工学院生物与化学工程系，广西柳州545006；2.柳州市鱼家乐饲料有限公司，广西柳州545002）

氧化三甲胺与鱼产品品味及加工性能关系的研究进展

李军生1，杨 军2，阎柳娟1，赖春华1

（1.广西工学院生物与化学工程系，广西柳州545006；2.柳州市鱼家乐饲料有限公司，广西柳州545002）

通过对氧化三甲胺及相关衍生物的性能、代谢变化及相关酶进行分析，探讨提高鱼产品品味及加工性能的原理和措施，为提高鱼产品品质，促进和拓展鱼产品深加工产业提供参考。

鱼产品，品味，加工性能，氧化三甲胺

1 氧化三甲胺及相关衍生物的风味与代谢变化

氧化三甲胺广泛分布于各种海洋生物，例如海洋软骨鱼、硬骨鱼、软体动物、藻类等，且含量较高，是体现水产品特色的鲜味成分。经测定，罗非鱼、尼罗河巨鲈、尼罗尖吻鲈、梭鲈、虹鳟等淡水鱼类也含有较高水平的氧化三甲胺[7-9]。三甲胺最早发现是由微生物分解胆碱、甜菜碱或氧化三甲胺而来，是海洋鱼类腐败的恶臭成分[10]。三甲胺在鱼制品加工废液中含量十分丰富[11-12]。有研究表明，三甲胺也表现一定的毒副作用，三甲胺可以抑制DNA、RNA和蛋白质的合成，对小鼠胚胎具有致畸作用[13]。二甲胺具有鱼腐臭的特殊气味，是一种广泛应用于橡胶硫化、制革、合成洗涤剂、杀虫剂的化工原料，也可由微生物和藻类分解三甲胺和氧化三甲胺而来，是城市污水的主要臭源之一。有研究表明，二甲胺还是致癌化合物亚硝基二甲胺的前体[14]。甲胺低于12.7mg/m3时仅有微臭味；浓度增加2～10倍时，气味加重，有浓烈的鱼腥臭；浓度增加10～50倍时，有难闻的氨气味。在有氧情况下，三甲胺先通过三甲胺单加氧酶催化转变成氧化三甲胺，氧化三甲胺转变成二甲胺，然后二甲胺会快速地在微生物和藻类的作用下分解为甲胺，进一步分解为氨和甲醛（见图1）[15]，所以三甲胺不会在细胞内累积。

图1 微生物中三甲胺形成和降解途径Fig.1 Formation and degradation pathways of trimethylamine in microorganisms

氧化三甲胺沿图1中的代谢途径进行分解，也可在厌氧条件下，通过氧化三甲胺还原酶将氧化三甲胺还原为三甲胺[16]，三甲胺在三甲胺脱氢酶的作用下转变成二甲胺，二甲胺在二甲胺单加氧酶的作用下转变成甲氨，最后甲胺在甲胺脱氢酶的作用下转变成氨和甲醛。据文献报道，鱼的幽门盲囊、肾、肝、肌肉等组织均具有相应的氧化三甲胺脱甲基酶催化氧化三甲胺转变成二甲胺和甲醛[17-19]。人体在正常情况下，可将氧化三甲胺及相关衍生物通过尿液排出体外[20]，因此，不会对人体造成毒害作用。

2 直接参与氧化三甲胺转变的相关酶性能介绍

2.1 氧化三甲胺脱甲基酶简况

氧化三甲胺脱甲基酶（Trimethylamine-N-oxide demethyllase，TMAOase）是分解氧化三甲胺成为二甲胺和甲醛的酶，分布在鱼肌肉组织器官和消化道微生物中。来自鳕鱼肌肉的氧化三甲胺脱甲基酶需要铁离子、半胱氨酸、抗坏血酸作为辅助因子[17]。进一步研究表明，激活氧化三甲胺脱甲基酶的辅助因子系统可能有两种：一种是在厌氧条件下的NADH和FMN系统；另一种是由铁离子、半胱氨酸、抗坏血酸组成的系统[21]，不同来源的酶，其分子组成、结构及最适pH具有比较明显的差别[22]。

2.2 三甲胺单加氧酶简况

三甲胺单加氧酶催化三甲胺转变成氧化三甲胺，是一种含核黄素的单加氧酶。人体内95%以上的三甲胺通过该酶的作用转变成氧化三甲胺，进而通过尿液排出体外，少于5%的三甲胺直接通过尿液排出体外[23]。当病人的三甲胺单加氧酶不能正常地将三甲胺氧化成氧化三甲胺时，有鱼腥味的三甲胺不能被肝脏代谢，进而在体内蓄积。因此，病人汗液、尿液和呼出气体都含有大量鱼腥味的三甲胺，这种疾病被称为三甲胺尿症，俗称鱼腥综合征。与人体情况类似，新鲜、健康的鱼体内不会存在过量的三甲胺，通过测定鱼体内三甲胺的含量可以精确地判断鱼的新鲜和健康程度。

2.3 氧化三甲胺还原酶简况

在厌氧条件下，氧化三甲胺还原酶直接将氧化三甲胺直接还原为三甲胺。该酶最初在Shewanella massilia厌氧菌中发现，是一种含钼的酶。氧化三甲胺是作为一些厌氧菌生长需要呼吸系统的电子最终受体而参与其中，氧化三甲胺本身则被还原成具有恶臭气味的三甲胺。这种氧化三甲胺还原酶已在许多海洋细菌、淡水池塘光合细菌和肠道细菌中发现[16]。

3 基于氧化三甲胺及相关衍生物风味与代谢变化的鱼产品品味及加工工艺改进

3.1 鱼产品新鲜程度的提升与鉴别

氧化三甲胺是水产品特色的鲜味成分，如何提高和保持鱼体或产品内氧化三甲胺的含量，维持极低水平的其它脂肪族胺衍生物含量，是提升和确保鱼产品品味的关键所在。

食物前体成分分析结果表明，投喂胆碱后，罗非鱼肠道微生物可使胆碱转变成三甲胺，三甲胺在罗非鱼肝脏和肾脏三甲胺单加氧酶的作用下转变成氧化三甲胺，因此罗非鱼可以借助肠道微生物和组织中的三甲胺单加氧酶将胆碱转变成氧化三甲胺[24]。因此，对于健康鱼群，投喂含有胆碱或磷脂酰胆碱的动物蛋白饲料或大豆蛋白饲料，可以间接提高鱼体内氧化三甲胺的含量，从而提高鱼产品的鲜味。

鱼死亡后，或受到微生物污染，其体内氧化三甲胺脱甲基酶及氧化三甲胺还原酶会迅速启动和强化，造成鱼或鱼产品三甲胺和二甲胺含量迅速提高。通过检测三甲胺的含量可以正确预测鱼或鱼产品的新鲜程度。三甲胺含量新鲜程度判定指标为：新鲜：0～1mg/100g；腐败初期：1～5mg/100g；腐败（不能食用）：≥6mg/100g[25]，这比传统的K值评价方法更具体，更简单有效。

3.2 鱼产品加工工艺的改进

鉴于氧化三甲胺脱甲基酶需要铁离子、半胱氨酸、抗坏血酸作为辅助因子才具有活性，因此，无论冷冻保藏，还是加工处理，一方面尽可能将鱼放血完全；另一方面，尽可能避免铁锈，以减少铁离子的激活作用。此外，食品加工中常用的还原剂抗坏血酸、半胱氨酸等也尽量不用。相反，在鱼产品加工前后，利用臭氧水处理可以大大提高鱼产品保存时间和质量[26]。

大量的研究结果表明，即使在低温下，鱼体内的微生物，以及氧化三甲胺脱甲基酶和氧化三甲胺还原酶均保留有一定的活性，因此，鱼产品应尽可能保持无菌，最佳的方案是加工全熟的鱼产品，否则，不但三甲胺、二甲胺、甲胺等使鱼产品品味劣化，副产物甲醛也使鱼蛋白变性，不但存在潜在危害，也使鱼产品适口性变劣。

4 展望

氧化三甲胺是鱼的天然组分，是鱼的鲜味剂，但是氧化三甲胺很容易转变为三甲胺、二甲胺、甲胺等脂肪族胺衍生物，是鱼腐臭的主要成分。氧化三甲胺、三甲胺、二甲胺、甲胺等脂肪族胺衍生物的产生都是酶促调控的，因此，研究氧化三甲胺及相关衍生物风味特性与代谢变化，探讨提高鱼产品品味及加工性能的原理和措施，可以为提高鱼产品品质，促进和拓展鱼产品深加工产业提供参考。

[1]杨军，李军生，程海涛.撬动罗非鱼国内销售市场的几点思考[J].中国渔业经济，2010，28（5）：79-84。

[2]Somero GN.From dogfish to dogs：trimethylamines protect proteins from urea[J].Int Union Physiol Sci，1986，1：9-12.

[3]Raymond JA，DeVries AL.Elevated concentrations and synthetic pathways of trimethylamine oxide and urea in some teleost fishes of McMurdo Sound，Antarctica[J].Fish Physiol Biochem，1998，18：387-398.

[4]Brzezinski B，Zundel G.Formation of disulphide bonds in the reaction of SH group-containing amino acids with trimethylamine N-oxide[J].FEBS Letters，1993，333：331-333.

[5]Uversky VN，Li J，Fink AL.Trimethylamine-N-oxide-induced folding of K-synuclein[J].FEBS Letters，2001，509：31-35.

[6]Shikawa Y，Yuki E，Fujimaki M.Synergistic effect of trimethylamine oxide inhibition of the autooxidation of methyl linoleate by d-tocopherol[J].Agric Biol Chem，1978，42：703-709.

[7]Sadoka S，Hetli MM，Abed AE，et al.Changes in some nitrogenous compounds in the blood and tissues of freshwater pikeperch（Sander lucioperca）during salinity acclimation[J]. Comparative Biochemistry and Physiology，Part A，2004，138：9-15.

[8]Anthoni U，Borresen T，Christophersen C，et al.Is trimethylamine oxide a reliable indicator for the marine origin of fish[J].Comp Biochem Physiol，1990，97：569-572.

[9]Chytiri S，Chouliara I，Savvaidis IN，et al.Microbiological，chemical and sensory assessment of iced whole and filleted aquacultured rainbow trout[J].Food Microbiology，2004，21：157-165.

[10]King GM.Metabolism of trimethylamine，choline，and glycine betaine by sulfate-reducing and methanogenic bacteria in marine sediments[J].Appl Environ Microbiol，1984，48：719-725.

[11]Sandberg M，Ahring BK.Anaerobic treatment of fishmeal process wastewater in UASB reactor at high Ph[J].Appl Microbiol Biotechnol，1992，36：800-804.

[12]Rappert S，Muller R.Odor compounds in waste gas emissions from agricultural operations and food industries[J].Waste Management，2005，25：887-907.

[13]Guest I，Varma DR.Teratogenic and macromolecular synthesis inhibitory effects of trimethylamine on mouse embryos in culture [J].J Toxicol Environ Health，1992，36：27-41.

[14]Lundstrom RC，Racicot LD.Decomposition in foods：Gas chromatographic determination of dimethylamine and trimethylamine in seafoods[J].J Assoc of Anal Chem，1983，66：1158-1163.

[15]Rappert S，Muller R.Microbial degradation of selected odorous substances[J].Waste Management，2005，25：940-954.

[16]Dos Santos JP，Iobbi-Nivol C，Giordano CCG，et al.Molecular analysis of the trimethylamine N-oxide（TMAO）reductase respiratory system from a shewanella species[J].J Mol Biol，1998，284：421-433.

[17]Parkin KL，Hultin HO.Fish muscle microsomes catalyze the conversion oftrimethylamine oxide to dimethylamine and formaldehyde[J].FEBS Letters，1982，139：61-64.

[18]Simeonidou S，Govaris A，Vareltzis K.Effect of frozen storage on the quality of whole fish and fillets of horse mackerel（Trachurus trachurus）and Mediterranean hake（Merluccius mediterraneus）[J].Zeitschrift fur Lebensmittel-Untersuchung und-Forschung A，1997，204：405-410.

[19]Pedrosa-Menabrito A，Regenstein JM.Shelf-life extension of fresh fish-a review.Part III—fish quality and methods of assessment[J].Journal of Food Quality，1990，13：209-223.

[20]Zhang AQ，Mitchell SC，Smith RL.Dietary precursors of trimethylamine in Man：A pilot study[J].Food and Chemical Toxicology，1999，37：515-520.

[21]Parkin KL，Hultin HO.Characterization of trimethylamine-N-oxide（TMAO）demethylase activity from fish muscle microsome [J].J Biochem，1986，100：77-86.

[22]宋丹阳，周德庆，杜永芳，等.氧化三甲胺酶研究进展[J].食品科学，2007，28（1）：350-353.

[23]Zhang AQ，Mitchell SC，Ayesh R，et al.Determination of trimethylamine and related aliphatic amines in human urine by head-space gas chromatography[J].Journal of Chromatography：Biomedical Applications，1992，584：141-145.

[24]Niizeki N，Daikoku T，Hirata T，et al.Mechanism of biosynthesis of trimethylamine oxide from choline in the teleost tilapia，Oreochromis niloticus，under freshwater conditions[J]. Comparative Biochemistry and Physiology，Part B，2002，131：371-386.

[25]Mitsubayashi K，Kubotera Y，Yano K，et al.Trimethylamine biosensor with flavin-containing monooxygenase type 3（FMO3）for fish-freshness analysis[J].Sensors and Actuators B，2004，103：463-467.

[26]Pastoriza L，Bernardez M，Sampedro G，et al.Use of sterile and ozonized water as a strategy to stabilize the quality of stored refrigerated fresh fish[J].Food Control，2008，19：772-780.

Research progress in the fish flavor and product processing related with trimethylamine oxide

LI Jun-sheng1，YANG Jun2，YAN Liu-juan1，LAI Chun-hua1
（1.Department of Biological and Chemical Engineering，Guangxi University of Technology，Liuzhou 545006，China；2.Liuzhou Yujiale Fish Feed Company，Liuzhou 545002，China）

Performance and metabolic change of TMAO and its related derivatives and performance of related enzyme were analyzed，the principle and measure of improving savor and processing performance of fish products was explored，and it was supposed to provide reference for improving quality of fish products and promoting and expanding fish products deep processing industry.

fish；flavor；product processing；trimethylamine oxide

TS254.1

A

1002-0306（2012）03-0388-03

随着水产品养殖规模的不断壮大和拓展，水产品加工贮藏保鲜的要求也越来越紧迫[1]。目前中国的水产产业仍然集中在养殖方面，而后续的加工贮藏保鲜方面则大大滞后。实际上，现阶段中国淡水鱼的主要消费模式仍然是古老的现宰现卖消费模式，已死的鱼，包括冷冻条鱼在中国基本上没有消费市场。造成这种局面的原因，除了传统消费习惯外，还与鱼刺和腥味有关。鱼的风味和品味是否符合消费者的习惯和需要已成为影响鱼产品深加工产业链的培育和延伸的关键因素。氧化三甲胺是鱼的天然风味成分，除了具有鲜味外，氧化三甲胺可以调节软骨鱼类的细胞大小、防止因尿素过高引发的鱼功能蛋白质变性[2]、降低鱼血液冰点[3]，这可能与氧化三甲胺对一些蛋白质或酶二硫键形成具有调节作用[4]或调节蛋白质分子折叠[5]有关。此外，有研究表明氧化三甲胺还具有抗氧化功能[6]。但是在鱼死亡后，由于受到微生物感染及鱼器官组织相关酶的影响，氧化三甲胺极易转变成具有显著鱼腐臭味的三甲胺、二甲胺、甲胺及甲醛。因此，鱼产品的深加工与其它禽畜产品不同，如果加工方式不当、加工不卫生和不及时，都会影响鱼产品品味及加工性能。本文通过对氧化三甲胺及相关衍生物的性能、代谢变化及相关酶进行综述，旨在为鱼产品深加工产业提供参考。

2011-01-11

李军生（1963-），男，研究方向：生物分子的化学修饰与功能研究。

现代农业产业技术体系建设专项资金（nycytx-48-18）。