发酵水产品中生物胺控制技术研究进展

班雨函，朱明坤，董晶晶，孙纪录

（1.河北农业大学食品科技学院，河北 保定 071000；2.张家口市水产技术推广站，河北 张家口 075000）

发酵水产品是水产品经过发酵，借助自身或环境中的微生物，发酵成具有独特风味的酱、汁等调味料，如鱼露、虾酱、蟹酱等产品；或是为了延长保质期，对水产品进行发酵或腌渍，制成的水产风味食品如中国的腌制鱼等制品。发酵水产品因其风味鲜美、口感独特和丰富的营养价值，深受各国沿海地区人民的喜爱。发酵水产品其原料中富含蛋白质，在发酵过程中，微生物的不良代谢会产生有害物质。水产品中蛋白质经过微生物分解形成氨基酸和其他风味物质，游离氨基酸在微生物作用下发生脱羧反应，产生生物胺。生物胺是一种广泛存在于发酵水产品中的小分子含氮物质[1]。摄入少量的生物胺对人体无害，但是摄入过量的生物胺会对人体造成一定的损害。根据报道，各国因食用发酵水产品而引起食物中毒事件中，因生物胺导致中毒的案例占比较高且发生频繁[2-4]。本文对国内外发酵水产品中生物胺的危害、形成机制、影响因素以及控制方法进行综述，为未来靶向调控水产品中的生物胺提供理论基础。

1 发酵水产品中生物胺的分类及危害

1.1 生物胺的分类

生物胺是一类具有生物活性的小分子含氮物质的总称，在发酵水产品中大量存在，常见的生物胺有组胺、酪胺、腐胺、尸胺、色胺、苯乙胺、亚精胺和精胺。根据其化学结构不同，可以分为脂肪胺（尸胺、腐胺、亚精胺和精胺）、芳香胺（苯乙胺和色胺）、杂环胺（组胺和酪胺）[5]。根据产生途径不同，可以分成内源性生物胺和外源性生物胺，内源性生物胺主要由原料自身代谢产生[6]，而且在其中承担部分生命活动，这种途径主要存在食品原料中。外源性生物胺是在微生物作用下产生的，由于水产品中蛋白质含量较高，因此发酵水产品中的生物胺主要是外源性生物胺。根据所含氨基数量的多少，可以分为单胺（酪胺、腐胺、尸胺、色胺和苯乙胺等）和多胺（精胺、亚精胺）。

生物体内存在的适量生物胺，能维持机体细胞的正常生理功能。生物胺有调节DNA、RNA、蛋白质以及膜成分等多种分子的相互结合作用，利用静电反应维持生物膜的稳定性作用[7]。脂肪胺是生物体内细胞的重要组成部分，在维持生物膜的稳定性，调节遗传物质和蛋白质方面起着重要的作用。单胺有调节血管、肌肉紧张度的作用，如色胺和酪胺能升高血压，苯乙胺有调节去甲肾上腺素的作用，也能起到升高血压的功效[8]。组胺能充当神经递质，参与机体的免疫反应，调节肠道生理功能，参与炎症反应[9]，同时，组胺也能调节血液中白细胞的数量，可作为神经递质发挥功能[10]。生物胺也是机体内生物活性物质的前体物质，因此，摄入适量的生物胺有维持机体细胞稳态、调节血压、增强新陈代谢、增强免疫力等益处。

1.2 生物胺的危害

摄入过量的生物胺，会使人体机能紊乱，产生中毒反应，轻则会产生类似过敏症状，重则会导致组织细胞发生病变甚至死亡。组胺是所有生物胺中毒性最强的胺类，它可以和细胞膜上的受体结合，对机体产生神经毒性，使机体产生呕吐、心悸、呼吸紊乱、血压异常等不良反应[11]。酪胺的毒性次之，但摄入过量也会引起神经退行疾病和偏头痛等反应。同时，有研究发现，酪胺还是动物体内致突变的前体物质[12]；尸胺和腐胺相较而言，毒性较弱，但它们能有效抑制其他胺类降解酶的活性，可能会导致总胺含量升高，从而增加生物胺的毒性和中毒风险[13-15]。

不同国家对食品中生物胺规定的限量标准有所不同。如美国规定水产品中组胺含量不得超过50mg/kg[16]；欧盟规定食品中组胺含量不得超过100 mg/kg，酪胺含量不得超过100 mg/kg～800 mg/kg[17]；我国规定高组胺鱼类（沙丁鱼、鲐鱼和鲭鱼等青皮红肉海水鱼）含量不得超过400 mg/kg，其他海产鱼类中组胺含量不超过200 mg/kg[18]。但有些发酵水产品中生物胺的含量会超出限量标准，Jiang等[19]检测了35种发酵鱼露样品中生物胺的含量，并且在鱼露样品中发现了腐胺、尸胺和组胺等8种生物胺。一些样品显示总胺、组胺和酪胺的含量超出了安全限量标准。Park等[20]研究发酵蔬菜和发酵海产品生物胺含量，发现发酵海产品中的组胺含量超出了组胺限量标准，这可能会给人体健康造成严重的影响。有必要扩大对生物胺的限量标准范围，涵盖更多的食品种类，对不同种类发酵水产品进行质量监测，保证发酵水产品的安全性。

2 发酵水产品中生物胺的形成机制

生物胺的形成机制是研究生物胺控制技术的重要理论基础。生物胺主要有两个形成途径：一是微生物产生的脱羧酶或脱亚胺酶催化游离氨基酸发生脱羧反应，去除氨基酸上的羧基形成相应的生物胺和CO2；二是转氨基作用或醛酮类化合物发生氨基化[21]，常见生物胺的形成过程见图1。

图1 常见生物胺的形成过程Fig.1 The formation process of biogenic amines

发酵水产品中生物胺形成的最主要途径是脱羧反应。发酵水产品中生物胺的合成过程大致如下：游离氨基酸经逆向转运蛋白从细胞外运送至细胞内后，由氨基酸脱羧酶利用催化脱去羧基，生成相应的生物胺，生成的生物胺再由转运蛋白输送到细胞外[6]。脱羧酶基因的菌株是生物胺产生的必要条件。VAN DER VEKEN 等[22]在葡萄球菌属（Staphylococcus）和四联球菌属（Tetragenococcus）中发现了酪氨酸脱羧酶和组氨酸脱羧酶的基因编码和转录表达，这些脱羧酶基因与反向转运蛋白酶基因以及相应的氨基酸tRNA合成酶基因，转录表达成氨基酸脱羧酶，从而参与发酵水产品中生物胺的形成。总体来说，生物胺的形成一般要符合以下3个要素：1）游离氨基酸（作为生物胺的前体物质）；2）存在产氨基酸脱羧酶或脱亚胺酶的微生物；3）适宜产胺微生物生长的发酵环境[23]。

生物胺是一种碱性物质，可用来维持细胞内的酸碱平衡，此外生物胺的形成也能将净正电荷传递到细胞外，为细胞补充能量，维持电荷平衡。由此可见，生物胺的产生是一种细胞在危害条件下的初级代谢[24-26]。有相关研究表明[27-28]，脱羧酶活性与细胞生存能力无关，即使产生脱羧酶的细胞裂解后，脱羧酶也极能抵抗恶劣的环境条件。可以通过抑制微生物和酶的活性，来抑制游离氨基酸的形成或抑制脱羧反应，从而有效抑制生物胺的产生和积累。

3 发酵水产品中生物胺形成的影响因素

3.1 发酵水产品原料

原料对生物胺的形成存在一定的影响，水产品中的食品基质会影响生物胺的形成，因为水产品中存在大量的水溶性蛋白，在发酵过程中，易被内源性蛋白酶和环境中蛋白酶分解成氨基酸[29]。游离氨基酸不仅是生物胺的前体物质，而且是微生物生长繁殖的重要能源物质。Wang等[30]探究大黄鱼中生物胺与游离氨基酸的关系，研究发现，大黄鱼蛋白质水解程度和腐胺、尸胺含量呈显著正相关。不同水产品中游离氨基酸的种类和含量有所不同，因此，不同原料生产的发酵水产品中，产生的生物胺种类和数量有所不同。其中，沙丁鱼、鲐鱼和鲭鱼等青皮红肉海水鱼等鱼类体内含有较多游离的组氨酸，因此，以这些鱼类为原料的发酵水产品会极易产生生物胺[31]。Dabadé等[14]检测了比利时市售发酵产品，分析游离氨基酸与生物胺的关系，排除环境因素的影响，发现游离氨基酸与生物胺的生成之间存在正相关。因此，研究发酵水产品中游离氨基酸的组成，能有效分析最终发酵水产品中生物胺的组成，从而开发更有针对性的控制手段。

3.2 发酵水产品中生物胺的产生菌

发酵水产品中的生物胺小部分源于水产品原料，大部分是在发酵过程中微生物催化产生的。发酵水产品中的生物胺主要是脱羧酶产生的，这些微生物存在于原料和发酵环境中，微生物在生物胺的形成过程中起着决定性作用。但由于发酵水产品生产过程中受到各种因素的影响，导致不同种类发酵水产品中占主导地位的生物胺产生菌种类不同。发酵水产品中许多优势菌株都有产胺能力，如吴佳佳等[32]发现腐生葡萄球菌菌株是咸鳓鱼中生物胺的主要生产者。许多不同类型的菌株可能会产生同类生物胺，同一菌株也可能存在不同的脱羧酶基因，从而产生不同的生物胺。Kim等[33]用宏基因组分析韩国酱油中产胺微生物的脱羧酶序列，发现肠球菌、芽孢杆菌、四联球菌属和葡萄球菌属在不同的发酵阶段表现出不同的产胺酶基因表达量，这为研究控制生物胺方法提供了理论支持。

3.3 发酵水产品的生产工艺

发酵水产品的生产工艺主要是利用环境中的微生物进行发酵，所以发酵条件如发酵原料、发酵温度、发酵时间、pH值等工艺参数，发酵过程中发酵剂的添加，对微生物的生长繁殖都会产生影响，进而会影响产品中生物胺的产生。适宜的温度和pH值会促进发酵水产品中生物胺的产生和积累。Landete等[34]认为氨基酸脱羧酶在酸性环境下具有较高活性，因此在低pH值条件下，会促进游离氨基酸转变成生物胺的脱羧反应。20℃～37℃是多数含脱羧酶细菌生长的最适温度，较高温度会提高蛋白质水解酶和氨基酸脱羧酶活性，低温下产生物胺微生物生长能力和产生物胺活性会受到抑制，Lei等[35]研究结果显示，所有干发酵香肠在20℃条件下贮藏过程中色胺、腐胺、尸胺、组胺和酪胺含量均增加，且20℃贮藏42 d后发酵香肠中生物胺的含量明显高于4℃贮藏样本中生物胺的含量。优化改善不同发酵水产品的生产工艺，对靶向监控生物胺的形成有重要意义。

4 发酵水产品中生物胺的控制方法

要保证发酵水产品中生物胺的安全性，研究生物胺的控制技术尤为重要。但生物胺具有热稳定性强和不易挥发的特点，通常都是采用抑制发酵水产品中微生物和酶的活性，来控制生物胺的产生。根据处理方式的不同，可以将减少生物胺的方法分成物理法、化学法和生物法3种。物理法主要是通过调节储藏温度[36]、辐照[37]和高压[38]等物理方法来抑制生物胺产生菌产生脱羧酶或抑制产胺酶的酶活性，从而抑制生物胺的产生；化学法主要是通过在食品中添加化合物或者植源性天然产物，来破坏生物胺产生菌的细胞结构，但是合成化合物对人体健康存在安全威胁，因此研究者大多研究植源性天然产物的抑制作用；生物法主要是通过接种产生物胺降解酶的微生物作为发酵剂[39]，利用其产生的胺氧化酶或胺脱氢酶将生物胺降解成醛、氨和过氧化氢等低毒性产物，达到降解生物胺的目的。物理法和生物法对硬件设施和生产工艺控制有较高的要求，相较而言，化学法具有操作简单、成本低、安全性高等优点。

4.1 物理方法

物理法降低食品中生物胺，主要是改变发酵环境，如改变温度、pH值、压强、辐射处理等，能有效地抑制微生物的生物活性和氨基酸脱羧酶的酶活性，从而抑制生物胺的产生和积累。温度变化会抑制微生物的活性，一般情况低温能有效抑制生物胺的形成。孙项丽等[40]研究了不同贮藏温度下鲅鱼组胺含量的变化情况，发现低温有助于减少鲅鱼生物胺积累和维持鲅鱼品质。在发酵过程中调控温度也能有效抑制生物胺的形成。Xu等[41]表明在低盐发酵鱼过程中，在发酵后期提高温度，虽然促进了乳酸菌的生长，但是对葡萄球菌和肠杆菌的抑制作用更大，有效地抑制了生物胺的产生和积累，并且提高了低盐发酵鱼的品质和风味。辐照和臭氧处理也能在一定条件下抑制生物胺的产生。Rabie等[42]的研究发现，用γ射线处理埃及发酵香肠，辐射处理降低了总胺和组胺的含量。Wójciak等[43]研究发现，超声波处理能显著抑制干发酵牛肉产品中生物胺（尸胺、组胺、酪胺和腐胺）的形成，并且对发酵过程中乳酸菌的生长影响不大。用超高静水压处理可以钝化脱羧酶的活性，从而抑制生物胺的形成。Humaid等[44]的研究中指出，龙虾尾在经过350 MPa高压处理10 min后，微生物总量和生物胺含量显著降低。产品包装材料会影响生物胺的形成，尤其是发酵产品，成品中仍然存在大量的微生物，因此，包装材料的选择也会抑制生物胺产生菌的生物活性。Gardini等[45]研究发现气调包装能够有效抑制食品中组胺、腐胺和尸胺的形成。

4.2 生物方法

发酵水产品中添加的发酵剂，一般是从食品基质中筛选出来的具有胺降解酶活性的微生物，胺降解酶主要包括胺脱氢酶和胺氧化酶，胺脱氢酶可以将生物胺脱氨分解成乙醛和氨，但是胺脱氢酶去除生物胺的效果并不理想。胺氧化酶能将生物胺分解为醛和氨的氧化脱氨酶，分解的化学式为R-CH2NH2+O2+H2O→R-CHO+NH3+H2O2。向发酵水产品中添加外加发酵剂是一种降低产品中生物胺的有效措施。使用不产生脱羧酶的菌株作为发酵剂也是一种控制生物胺产生的方法。Kim等[46]从鳀鱼酱中分离出嗜盐四联球菌MJ4（Tetragenococcus halophilus MJ4），且该菌株不携带产生物胺的基因。将此菌株作为发酵剂添加到泰国虾酱（saeu-jeot）中，发现该菌株能有效抑制泰国虾酱中生物胺的积累，尤其是尸胺。研究表明，在腌制鱼发酵过程中使用MJ4菌株作为发酵剂，能有效抑制生物胺的形成。Zhao等[47]从中国大豆酱中分离到生物胺降解能力强的乳酸片球菌M28（Pediococcus acidilactici M28）和肉葡萄球菌（Staphylococcus carnosus M43）。发现乳酸片球菌M28能降解8种生物胺，肉葡萄球菌M43能降解发酵食品中常见的组胺和酪胺。在pH 5～7、氯化钠质量分数0%～9%、温度30℃～40℃的条件下，乳酸片球菌M28和肉葡萄球菌M43对组胺、酪胺的降解效果最好。将其作为发酵剂应用于实验室规模的豆酱发酵，不仅减少了发酵过程中生物胺的形成，而且产生了更多理想的风味物质。结果表明，用乳酸片球菌M28和肉葡萄球菌M43作为豆酱发酵的发酵剂，是一种减少生物胺的有效方法。Kong等[48]使用清酒乳杆菌（Lactobacillus sakei KM5474）和植物乳杆菌（Lactobacillus plantarum KM1450）作为发酵剂添加到泰国传统发酵鱼香肠中，结果表明，与未添加发酵剂和添加单一发酵剂的样品相比，添加混合发酵剂能有效地抑制发酵鱼香肠中的生物胺。胺降解酶产生菌的种类及来源见表1[49-54]。

表1 胺降解酶产生菌的种类及来源Table 1 The microorganisms producing amine-metabolizing enzymes and their origins

4.3 化学方法

化学方法主要是向发酵水产品中添加天然植物提取物、外源氨基酸等物质。一些天然抗菌剂能作用于产胺微生物的细胞膜，会改变细胞膜的通透性[55]，导致微生物死亡，如酚类化合物中的羟基和双键，可以通过结合酶的活性位点来改变细胞的代谢[56]。因此，添加单一或混合天然植物提取物能抑制产胺微生物的生长，能有效抑制生物胺的形成。Zhuang等[57]发现向鳙鱼片中添加石榴皮提取物能有效抑制有害微生物的生物活性。香辛料中含有大量的活性物质，如黄酮类、萜类、酚类等物质，一般具有抗菌性，因此能削弱产生物胺微生物的生物活性。Jia等[58]研究发现，香辛料提取物对生物胺的积累有显著的抑制作用，其中桂皮、茴香提取物的抑制效果最好，并将此方法成功应用到鱼露的生产中。添加外源氨基酸物质也是一种抑制生物胺形成的研究方向，于靖等[59]发现，向发酵虾头酱中添加甘氨酸，能抑制组氨酸脱羧酶活性，从而明显抑制组胺生成，在提高产品安全性的同时优化产品风味。其中甘氨酸添加量为4%时效果最优，既能有效抑制组胺的生成，又能增强产品特征风味。添加天然植物提取物对降低生物胺的研究效果见表2。

表2 添加天然植物提取物对降低生物胺的研究效果Table 2 The research effect of adding natural plant extracts on reducing biogenic amines

5 结论

发酵水产品因其富含蛋白质，在自然发酵过程中，水产品中的游离氨基酸受到微生物产生的脱羧酶作用，会产生大量的生物胺。发酵水产品中的生物胺含量远高于其他食品。大量生物胺的产生会影响发酵水产品的安全性、营养性、感官性。但是许多国家对一些发酵水产品中生物胺的限量没有明确的标准。目前，生物胺的控制技术已有一定的发展，但大多数研究是控制单一因素的影响，还远远不够。因此，可综合多个控制方法更高效地控制发酵水产品中生物胺的形成，深入研究发酵水产品中生物胺的形成机制，更加针对性地调节各种生物胺的形成因素，为对生物胺进行靶向调控奠定坚实的理论基础。