传统发酵蔬菜中生物胺的研究进展

唐小曼,唐 垚,张其圣,陈 功,余文华,刘清斌

(1.四川理工学院,四川自贡 643000;2.四川东坡中国泡菜产业技术研究院,四川眉山 620000;3.四川省食品发酵工业研究设计院,四川成都 611130)

发酵蔬菜是传统发酵食品的典型代表之一,历史悠久,文化深厚。以生鲜蔬菜或蔬菜咸坯为原料,经乳酸菌、酵母菌等微生物发酵而成。发酵蔬菜因原辅料、制作工艺、地域文化等差异,品种繁多,分类各异,代表性的包括四川泡菜、东北酸菜、涪陵榨菜、宜宾芽菜、北京酱菜、韩国泡菜、德国酸菜等。发酵蔬菜风味独特,常作为烹饪及佐餐食材,深受大众喜爱[1-3]。随着人们生活水平提高,发酵蔬菜的安全性受到广泛关注,但主要聚焦于亚硝酸盐含量方面，忽略了生物胺的存在。

生物胺是一类低分子量的含氮有机化合物。根据结构可划分为脂肪族胺(如腐胺、尸胺、精胺、亚精胺等)、芳香族胺(如酪胺、苯乙胺等)、杂环族胺(如组胺、色胺等),根据组成可分为单胺(如组胺、酪胺、尸胺、腐胺、色胺、苯乙胺等)和多胺(如精胺、亚精胺等)[4]。生物胺是细胞重要的活性成分,适量摄入生物胺能促进生长、增强代谢活力、清除自由基等,但过量摄入会引起偏头痛、中毒等不良反应[5-6],且生物胺可反应形成具有致癌性的亚硝胺,对人体造成一定危害[7]。生物胺主要由微生物脱羧氨基酸形成,因此在蔬菜发酵过程中,往往伴随着生物胺的产生,并在贮藏阶段不断积累。近年来,国内外对发酵蔬菜中生物胺的研究逐渐增多,本文综述了发酵蔬菜的生物胺含量、形成机制及调控方法,以期为发酵蔬菜的质量安全提供参考。

1 发酵蔬菜的生物胺含量

发酵蔬菜品种多样,存在原料、工艺、产地等差异,导致了不同发酵蔬菜生物胺种类和含量的差距较大,因此很难制定发酵蔬菜中生物胺的限量标准,但生物胺在发酵蔬菜中的含量对人体健康可能造成安全隐患。Liu等[8]测定了378个东北酸菜样品中的生物胺含量,发现其中酪胺的平均含量为(203.7±2.6) mg/kg,腐胺的平均含量为(159.6±2.8) mg/kg,尸胺含量为(76.9±2.6) mg/kg,可见酪胺含量可能对人体健康造成一定威胁。Kim等[9]研究发现,韩国泡菜中存在10种不同的胺类物质(5-羟色胺、尸胺、腐胺、苯乙胺、组胺、酪胺、亚精胺、色胺、精胺、胍丁胺),其中羟色胺、腐胺、尸胺、组胺、苯乙胺含量都超过100 mg/kg,总生物胺含量超过1000 mg/kg。Hsien等[10]检测台湾零售泡菜和超市泡菜中组胺含量,样品组胺含量分别为89和74 mg/kg,超过美国食品药品管理局建议的50 mg/kg。瞿凤梅等[11]分析了川渝地区30种市售泡菜的生物胺含量,发现腐胺的平均含量最高,其次为组胺、色胺和尸胺,腐胺的最高含量为(175.7±1.9) mg/kg,尸胺的最高含量为(149.26±7.27) mg/kg。邢茜等[12]调查研究北京市售腌制蔬菜的生物胺含量,发现尸胺含量最高为(246.62±19. 36) mg/kg,腐胺含量最高为(165.9±0.8) mg/kg,酪胺含量最高为(112.6±8.9) mg/kg。郭晓丽[13]等对26种市售酱腌菜中的生物胺进行了分析,生物胺总量范围为(40.57～692.82) mg/kg,腐胺含量最高为(353.9±2.0) mg/kg,尸胺含量最高为(269.19±2.39) mg/kg。相关报道指出腐胺和尸胺是形成致癌性亚硝胺的前体物质,人体外源摄入8～40 mg组胺会产生轻微中毒症状,超过40 mg会产生中等中毒症状,超过100 mg则产生严重中毒症状,而口服酪胺超过100 mg引起偏头痛,超过1080 mg引起中毒性肿胀[5],3 mg的苯乙胺会引起偏头痛,当人体外援摄入生物胺含量达到1000 mg/kg时会对人体健康造成严重危害[14]。

综上所述,发酵蔬菜中含量较高的生物胺为腐胺、尸胺、组胺、酪胺,且腐胺、尸胺含量最高超过100 mg/kg,可能会对人体健康造成一定威胁。因此,研究发酵蔬菜中生物胺的形成及降解机理并对其进行调控,是行业发展的必然趋势。

2 发酵蔬菜中生物胺的形成机制及影响因素

2.1 生物胺形成机制

发酵蔬菜中的生物胺主要来源于蔬菜原料本身及蔬菜发酵过程中产生,生物胺的产生途径有两种[15]:一是脂肪族生物胺在醛或酮的转氨作用下产生,二是蔬菜中本身存在或发酵过程中污染的含氨基酸脱羧酶的微生物,它们利用蔬菜中的游离氨基酸脱羧产生生物胺。根据生物胺的合成机制,发酵蔬菜中生物胺的合成需要同时满足三个条件:一是存在微生物可利用的游离氨基酸,二是存在能够产生氨基酸脱羧酶的微生物,三是具备相应的适合含氨基酸脱羧酶的微生物生存、产酶、合成生物胺的环境因素[5]。

2.2 影响生物胺形成的主要因素

表1 常见产生物胺菌株Table 1 Common strains which produced biogenic amine

2.2.2 贮藏时间 生物胺除了在蔬菜发酵过程中产生外,在发酵蔬菜贮藏期间也能累积形成相应的生物胺。Kalac等[28]研究发现,德国酸菜中酪胺和腐胺的含量随着酸菜贮藏时间的增其含量增大,从贮藏4个月到贮藏12个月,酪胺的含量由85.8 mg/kg增长至274 mg/kg。Rabie等[15]研究发现,德国酸菜贮藏45 d后的生物胺总量高达1553 mg/kg,组胺和酪胺的含量都高于200 mg/kg。Peñas等[29]也研究得出,贮藏时间对德国酸菜中生物胺含量有显著的影响,尤其是腐胺和亚精胺。Choi等[30]发现韩国泡菜贮藏到56 d的组胺含量增长最大,超过90.22 mg/kg。因此,不难发现发酵蔬菜的生物胺会因贮藏时间的增加而不断积累。

2.2.4 pH 发酵体系的pH决定着发酵蔬菜体系的菌群构成。以四川泡菜和韩国泡菜为例,在泡菜发酵初期,发酵蔬菜原辅料表面附带的大肠菌群、假单胞菌等革兰氏阴性菌生长迅速,是这一发酵阶段生物胺形成的主要菌群。随着蔬菜发酵的进行,乳酸菌生长代谢产酸,降低了泡菜体系的pH,环境pH的改变会抑制革兰氏阴性菌的生长,乳酸菌成为蔬菜发酵中后期生物胺形成的主要菌群。当pH降到3.5以下时,发酵蔬菜中生物胺的形成主要以酵母菌为主。但也有研究表明,有些微生物会在低pH下产生物胺以提高对酸性环境的抵抗能力[32-33]。pH能影响发酵蔬菜的菌群构成,而不同微生物的生物胺形成能力存在差异,可见,pH是影响发酵蔬菜中生物胺含量的重要因素。

3 控制措施

生物胺作为发酵蔬菜产品的潜在风险因素,是客观存在、不容小觑的。在发酵蔬菜生产过程中,除规范卫生管理、减少杂菌污染等基本要求外,采取相应的控制措施,如改良发酵菌种(利用降解生物胺的微生物或抑制产胺微生物生长的微生物)、改善工艺(添加姜辣素和山梨酸钾等物质)、接种胺氧化酶菌株等来降低发酵蔬菜中生物胺含量。

3.1 改良菌种

发酵蔬菜中的生物胺主要由微生物的氨基酸脱羧酶作用于发酵蔬菜体系中的游离氨基酸而形成,但同种微生物的不同菌株之间,形成生物胺的能力存在差异,如L.helveticus中有产生物胺和不产生物胺的菌株[27]。Rabie等[15]向酸菜中接入干酪乳杆菌(Lactobacilluscasei)和L.plantarum调控蔬菜发酵,与对照组相比,腐胺含量降低了10倍,且在发酵蔬菜贮藏期间没有检出组胺和酪胺。Kim等[35]研究发现,韩国泡菜中接入L.sakei、L.curvatus、L.brevis能降低生物胺的含量。报道称降低发酵卷心菜中酪胺含量的有效方法是,在卷心菜的发酵初期接种弯曲乳酸菌(Lactobacilluscurvatus)[6]。同时,在蔬菜发酵初期接入乳酸菌,能快速降低发酵体系的pH,进而抑制革兰氏阴性菌形成生物胺。因此,筛选及接种不产生物胺的发酵菌株来调控蔬菜发酵,能从源头上解决某些生物胺的形成,这也是目前最常用的调控发酵蔬菜体系生物胺含量的手段。

3.2 胺氧化酶

生物胺氧化酶(单胺、二胺、多胺等)可以降解生物胺产生醛、氨和过氧化氢,可利用分泌胺类氧化酶的菌株来降解发酵蔬菜中的生物胺。因此具有胺氧化酶活性的菌株被广泛地用来阻止、减少发酵蔬菜中生物胺的积累。佟婷婷[36]从四川泡菜中筛选出5株L.plantarum和1株L.buchneri具有降解生物胺的能力,其中有1株L.plantarum对色胺、苯乙胺、腐胺、尸胺、组胺、酪胺、亚精胺、精胺的降解率分别为86.74%、38.94%、63.90%、53.12%、96.69%、32.81%、85.68%、92.15%,对总胺的降解率达到67.33%。由于目前没有标准来衡量发酵蔬菜中生物胺的毒性,所以胺氧化酶还并未大批量的投入生产,国内对于这个方面的研究与应用也很少。

3.3 其他措施

向发酵蔬菜中添加香辛料及其提取物(如辣椒、大蒜、生姜、肉桂、八角、丁香等),不仅能增加发酵蔬菜的风味,还对生物胺的形成具有抑制作用[36-39]。朝鲜泡菜在贮存56 h后组胺的含量增长迅速,超过90.22 mg/kg,但加入skate这种有机酸后,组胺含量减少,且范围在23.55～62.00 mg/kg[30]。Yücel等[40]发现加柠檬酸的土耳其泡卷心菜中生物胺含量远低于不加柠檬酸的泡卷心菜。蔬菜原产地、发酵剂、加工环境与工艺、包装材料和包装工艺对生物胺也有一定影响[41]。可利用保鲜技术如超声波前处理技术、添加山梨酸钾等,有效抑制发酵蔬菜中生物胺的含量[42]。此外,还可以调控蔬菜发酵及贮藏时的温度、盐度、pH等,从而抑制生物胺的形成或加快生物胺的降解。

4 展望

传统发酵蔬菜历史悠久,风味独特,深受人们喜爱。然而,国内外检测了各类发酵蔬菜中的生物胺,发现其含量可能存在安全隐患,需要对其引起重视。虽然,近年来发酵蔬菜中生物胺的研究逐渐增多,但主要集中于国外的韩国泡菜、德国酸菜等,而国内的研究仅局限于生物胺含量测定,在生物胺形成及调控机制等方面的研究较少。实际上,由于我国发酵蔬菜种类繁多,形态各异,菌群结构、发酵及贮藏条件有所不同,可能导致生物胺形成及降解途径存在差异。因此,未来研究可选择国内典型的传统发酵蔬菜为对象,建立生物胺含量、菌群结构、环境因素的构效关系,从而剖析发酵蔬菜中生物胺形成及降解的机理,为生物胺调控应用提供理论参考,以期提高传统发酵蔬菜的食用安全性。