傳統(tǒng)發(fā)酵蔬菜中生物胺的研究進(jìn)展

唐小曼,唐 垚,張其圣,陳 功,余文華,劉清斌

(1.四川理工學(xué)院,四川自貢 643000;2.四川東坡中國(guó)泡菜產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院,四川眉山 620000;3.四川省食品發(fā)酵工業(yè)研究設(shè)計(jì)院,四川成都 611130)

發(fā)酵蔬菜是傳統(tǒng)發(fā)酵食品的典型代表之一,歷史悠久,文化深厚。以生鮮蔬菜或蔬菜咸坯為原料,經(jīng)乳酸菌、酵母菌等微生物發(fā)酵而成。發(fā)酵蔬菜因原輔料、制作工藝、地域文化等差異,品種繁多,分類各異,代表性的包括四川泡菜、東北酸菜、涪陵榨菜、宜賓芽菜、北京醬菜、韓國(guó)泡菜、德國(guó)酸菜等。發(fā)酵蔬菜風(fēng)味獨(dú)特,常作為烹飪及佐餐食材,深受大眾喜愛(ài)[1-3]。隨著人們生活水平提高,發(fā)酵蔬菜的安全性受到廣泛關(guān)注,但主要聚焦于亞硝酸鹽含量方面，忽略了生物胺的存在。

生物胺是一類低分子量的含氮有機(jī)化合物。根據(jù)結(jié)構(gòu)可劃分為脂肪族胺(如腐胺、尸胺、精胺、亞精胺等)、芳香族胺(如酪胺、苯乙胺等)、雜環(huán)族胺(如組胺、色胺等),根據(jù)組成可分為單胺(如組胺、酪胺、尸胺、腐胺、色胺、苯乙胺等)和多胺(如精胺、亞精胺等)[4]。生物胺是細(xì)胞重要的活性成分,適量攝入生物胺能促進(jìn)生長(zhǎng)、增強(qiáng)代謝活力、清除自由基等,但過(guò)量攝入會(huì)引起偏頭痛、中毒等不良反應(yīng)[5-6],且生物胺可反應(yīng)形成具有致癌性的亞硝胺,對(duì)人體造成一定危害[7]。生物胺主要由微生物脫羧氨基酸形成,因此在蔬菜發(fā)酵過(guò)程中,往往伴隨著生物胺的產(chǎn)生,并在貯藏階段不斷積累。近年來(lái),國(guó)內(nèi)外對(duì)發(fā)酵蔬菜中生物胺的研究逐漸增多,本文綜述了發(fā)酵蔬菜的生物胺含量、形成機(jī)制及調(diào)控方法,以期為發(fā)酵蔬菜的質(zhì)量安全提供參考。

1 發(fā)酵蔬菜的生物胺含量

發(fā)酵蔬菜品種多樣,存在原料、工藝、產(chǎn)地等差異,導(dǎo)致了不同發(fā)酵蔬菜生物胺種類和含量的差距較大,因此很難制定發(fā)酵蔬菜中生物胺的限量標(biāo)準(zhǔn),但生物胺在發(fā)酵蔬菜中的含量對(duì)人體健康可能造成安全隱患。Liu等[8]測(cè)定了378個(gè)東北酸菜樣品中的生物胺含量,發(fā)現(xiàn)其中酪胺的平均含量為(203.7±2.6) mg/kg,腐胺的平均含量為(159.6±2.8) mg/kg,尸胺含量為(76.9±2.6) mg/kg,可見(jiàn)酪胺含量可能對(duì)人體健康造成一定威脅。Kim等[9]研究發(fā)現(xiàn),韓國(guó)泡菜中存在10種不同的胺類物質(zhì)(5-羥色胺、尸胺、腐胺、苯乙胺、組胺、酪胺、亞精胺、色胺、精胺、胍丁胺),其中羥色胺、腐胺、尸胺、組胺、苯乙胺含量都超過(guò)100 mg/kg,總生物胺含量超過(guò)1000 mg/kg。Hsien等[10]檢測(cè)臺(tái)灣零售泡菜和超市泡菜中組胺含量,樣品組胺含量分別為89和74 mg/kg,超過(guò)美國(guó)食品藥品管理局建議的50 mg/kg。瞿鳳梅等[11]分析了川渝地區(qū)30種市售泡菜的生物胺含量,發(fā)現(xiàn)腐胺的平均含量最高,其次為組胺、色胺和尸胺,腐胺的最高含量為(175.7±1.9) mg/kg,尸胺的最高含量為(149.26±7.27) mg/kg。邢茜等[12]調(diào)查研究北京市售腌制蔬菜的生物胺含量,發(fā)現(xiàn)尸胺含量最高為(246.62±19. 36) mg/kg,腐胺含量最高為(165.9±0.8) mg/kg,酪胺含量最高為(112.6±8.9) mg/kg。郭曉麗[13]等對(duì)26種市售醬腌菜中的生物胺進(jìn)行了分析,生物胺總量范圍為(40.57～692.82) mg/kg,腐胺含量最高為(353.9±2.0) mg/kg,尸胺含量最高為(269.19±2.39) mg/kg。相關(guān)報(bào)道指出腐胺和尸胺是形成致癌性亞硝胺的前體物質(zhì),人體外源攝入8～40 mg組胺會(huì)產(chǎn)生輕微中毒癥狀,超過(guò)40 mg會(huì)產(chǎn)生中等中毒癥狀,超過(guò)100 mg則產(chǎn)生嚴(yán)重中毒癥狀,而口服酪胺超過(guò)100 mg引起偏頭痛,超過(guò)1080 mg引起中毒性腫脹[5],3 mg的苯乙胺會(huì)引起偏頭痛,當(dāng)人體外援?dāng)z入生物胺含量達(dá)到1000 mg/kg時(shí)會(huì)對(duì)人體健康造成嚴(yán)重危害[14]。

綜上所述,發(fā)酵蔬菜中含量較高的生物胺為腐胺、尸胺、組胺、酪胺,且腐胺、尸胺含量最高超過(guò)100 mg/kg,可能會(huì)對(duì)人體健康造成一定威脅。因此,研究發(fā)酵蔬菜中生物胺的形成及降解機(jī)理并對(duì)其進(jìn)行調(diào)控,是行業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

2 發(fā)酵蔬菜中生物胺的形成機(jī)制及影響因素

2.1 生物胺形成機(jī)制

發(fā)酵蔬菜中的生物胺主要來(lái)源于蔬菜原料本身及蔬菜發(fā)酵過(guò)程中產(chǎn)生,生物胺的產(chǎn)生途徑有兩種[15]:一是脂肪族生物胺在醛或酮的轉(zhuǎn)氨作用下產(chǎn)生,二是蔬菜中本身存在或發(fā)酵過(guò)程中污染的含氨基酸脫羧酶的微生物,它們利用蔬菜中的游離氨基酸脫羧產(chǎn)生生物胺。根據(jù)生物胺的合成機(jī)制,發(fā)酵蔬菜中生物胺的合成需要同時(shí)滿足三個(gè)條件:一是存在微生物可利用的游離氨基酸,二是存在能夠產(chǎn)生氨基酸脫羧酶的微生物,三是具備相應(yīng)的適合含氨基酸脫羧酶的微生物生存、產(chǎn)酶、合成生物胺的環(huán)境因素[5]。

2.2 影響生物胺形成的主要因素

表1 常見(jiàn)產(chǎn)生物胺菌株Table 1 Common strains which produced biogenic amine

2.2.2 貯藏時(shí)間 生物胺除了在蔬菜發(fā)酵過(guò)程中產(chǎn)生外,在發(fā)酵蔬菜貯藏期間也能累積形成相應(yīng)的生物胺。Kalac等[28]研究發(fā)現(xiàn),德國(guó)酸菜中酪胺和腐胺的含量隨著酸菜貯藏時(shí)間的增其含量增大,從貯藏4個(gè)月到貯藏12個(gè)月,酪胺的含量由85.8 mg/kg增長(zhǎng)至274 mg/kg。Rabie等[15]研究發(fā)現(xiàn),德國(guó)酸菜貯藏45 d后的生物胺總量高達(dá)1553 mg/kg,組胺和酪胺的含量都高于200 mg/kg。Pe?as等[29]也研究得出,貯藏時(shí)間對(duì)德國(guó)酸菜中生物胺含量有顯著的影響,尤其是腐胺和亞精胺。Choi等[30]發(fā)現(xiàn)韓國(guó)泡菜貯藏到56 d的組胺含量增長(zhǎng)最大,超過(guò)90.22 mg/kg。因此,不難發(fā)現(xiàn)發(fā)酵蔬菜的生物胺會(huì)因貯藏時(shí)間的增加而不斷積累。

2.2.4 pH 發(fā)酵體系的pH決定著發(fā)酵蔬菜體系的菌群構(gòu)成。以四川泡菜和韓國(guó)泡菜為例,在泡菜發(fā)酵初期,發(fā)酵蔬菜原輔料表面附帶的大腸菌群、假單胞菌等革蘭氏陰性菌生長(zhǎng)迅速,是這一發(fā)酵階段生物胺形成的主要菌群。隨著蔬菜發(fā)酵的進(jìn)行,乳酸菌生長(zhǎng)代謝產(chǎn)酸,降低了泡菜體系的pH,環(huán)境pH的改變會(huì)抑制革蘭氏陰性菌的生長(zhǎng),乳酸菌成為蔬菜發(fā)酵中后期生物胺形成的主要菌群。當(dāng)pH降到3.5以下時(shí),發(fā)酵蔬菜中生物胺的形成主要以酵母菌為主。但也有研究表明,有些微生物會(huì)在低pH下產(chǎn)生物胺以提高對(duì)酸性環(huán)境的抵抗能力[32-33]。pH能影響發(fā)酵蔬菜的菌群構(gòu)成,而不同微生物的生物胺形成能力存在差異,可見(jiàn),pH是影響發(fā)酵蔬菜中生物胺含量的重要因素。

3 控制措施

生物胺作為發(fā)酵蔬菜產(chǎn)品的潛在風(fēng)險(xiǎn)因素,是客觀存在、不容小覷的。在發(fā)酵蔬菜生產(chǎn)過(guò)程中,除規(guī)范衛(wèi)生管理、減少雜菌污染等基本要求外,采取相應(yīng)的控制措施,如改良發(fā)酵菌種(利用降解生物胺的微生物或抑制產(chǎn)胺微生物生長(zhǎng)的微生物)、改善工藝(添加姜辣素和山梨酸鉀等物質(zhì))、接種胺氧化酶菌株等來(lái)降低發(fā)酵蔬菜中生物胺含量。

3.1 改良菌種

發(fā)酵蔬菜中的生物胺主要由微生物的氨基酸脫羧酶作用于發(fā)酵蔬菜體系中的游離氨基酸而形成,但同種微生物的不同菌株之間,形成生物胺的能力存在差異,如L.helveticus中有產(chǎn)生物胺和不產(chǎn)生物胺的菌株[27]。Rabie等[15]向酸菜中接入干酪乳桿菌(Lactobacilluscasei)和L.plantarum調(diào)控蔬菜發(fā)酵,與對(duì)照組相比,腐胺含量降低了10倍,且在發(fā)酵蔬菜貯藏期間沒(méi)有檢出組胺和酪胺。Kim等[35]研究發(fā)現(xiàn),韓國(guó)泡菜中接入L.sakei、L.curvatus、L.brevis能降低生物胺的含量。報(bào)道稱降低發(fā)酵卷心菜中酪胺含量的有效方法是,在卷心菜的發(fā)酵初期接種彎曲乳酸菌(Lactobacilluscurvatus)[6]。同時(shí),在蔬菜發(fā)酵初期接入乳酸菌,能快速降低發(fā)酵體系的pH,進(jìn)而抑制革蘭氏陰性菌形成生物胺。因此,篩選及接種不產(chǎn)生物胺的發(fā)酵菌株來(lái)調(diào)控蔬菜發(fā)酵,能從源頭上解決某些生物胺的形成,這也是目前最常用的調(diào)控發(fā)酵蔬菜體系生物胺含量的手段。

3.2 胺氧化酶

生物胺氧化酶(單胺、二胺、多胺等)可以降解生物胺產(chǎn)生醛、氨和過(guò)氧化氫,可利用分泌胺類氧化酶的菌株來(lái)降解發(fā)酵蔬菜中的生物胺。因此具有胺氧化酶活性的菌株被廣泛地用來(lái)阻止、減少發(fā)酵蔬菜中生物胺的積累。佟婷婷[36]從四川泡菜中篩選出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對(duì)色胺、苯乙胺、腐胺、尸胺、組胺、酪胺、亞精胺、精胺的降解率分別為86.74%、38.94%、63.90%、53.12%、96.69%、32.81%、85.68%、92.15%,對(duì)總胺的降解率達(dá)到67.33%。由于目前沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)來(lái)衡量發(fā)酵蔬菜中生物胺的毒性,所以胺氧化酶還并未大批量的投入生產(chǎn),國(guó)內(nèi)對(duì)于這個(gè)方面的研究與應(yīng)用也很少。

3.3 其他措施

向發(fā)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),不僅能增加發(fā)酵蔬菜的風(fēng)味,還對(duì)生物胺的形成具有抑制作用[36-39]。朝鮮泡菜在貯存56 h后組胺的含量增長(zhǎng)迅速,超過(guò)90.22 mg/kg,但加入skate這種有機(jī)酸后,組胺含量減少,且范圍在23.55～62.00 mg/kg[30]。Yücel等[40]發(fā)現(xiàn)加檸檬酸的土耳其泡卷心菜中生物胺含量遠(yuǎn)低于不加檸檬酸的泡卷心菜。蔬菜原產(chǎn)地、發(fā)酵劑、加工環(huán)境與工藝、包裝材料和包裝工藝對(duì)生物胺也有一定影響[41]。可利用保鮮技術(shù)如超聲波前處理技術(shù)、添加山梨酸鉀等,有效抑制發(fā)酵蔬菜中生物胺的含量[42]。此外,還可以調(diào)控蔬菜發(fā)酵及貯藏時(shí)的溫度、鹽度、pH等,從而抑制生物胺的形成或加快生物胺的降解。

4 展望

傳統(tǒng)發(fā)酵蔬菜歷史悠久,風(fēng)味獨(dú)特,深受人們喜愛(ài)。然而,國(guó)內(nèi)外檢測(cè)了各類發(fā)酵蔬菜中的生物胺,發(fā)現(xiàn)其含量可能存在安全隱患,需要對(duì)其引起重視。雖然,近年來(lái)發(fā)酵蔬菜中生物胺的研究逐漸增多,但主要集中于國(guó)外的韓國(guó)泡菜、德國(guó)酸菜等,而國(guó)內(nèi)的研究?jī)H局限于生物胺含量測(cè)定,在生物胺形成及調(diào)控機(jī)制等方面的研究較少。實(shí)際上,由于我國(guó)發(fā)酵蔬菜種類繁多,形態(tài)各異,菌群結(jié)構(gòu)、發(fā)酵及貯藏條件有所不同,可能導(dǎo)致生物胺形成及降解途徑存在差異。因此,未來(lái)研究可選擇國(guó)內(nèi)典型的傳統(tǒng)發(fā)酵蔬菜為對(duì)象,建立生物胺含量、菌群結(jié)構(gòu)、環(huán)境因素的構(gòu)效關(guān)系,從而剖析發(fā)酵蔬菜中生物胺形成及降解的機(jī)理,為生物胺調(diào)控應(yīng)用提供理論參考,以期提高傳統(tǒng)發(fā)酵蔬菜的食用安全性。