氧化三甲胺與魚產(chǎn)品品味及加工性能關(guān)系的研究進展

李軍生，楊 軍，閻柳娟，賴春華

（1.廣西工學(xué)院生物與化學(xué)工程系，廣西柳州545006；2.柳州市魚家樂飼料有限公司，廣西柳州545002）

氧化三甲胺與魚產(chǎn)品品味及加工性能關(guān)系的研究進展

李軍生1，楊 軍2，閻柳娟1，賴春華1

（1.廣西工學(xué)院生物與化學(xué)工程系，廣西柳州545006；2.柳州市魚家樂飼料有限公司，廣西柳州545002）

通過對氧化三甲胺及相關(guān)衍生物的性能、代謝變化及相關(guān)酶進行分析，探討提高魚產(chǎn)品品味及加工性能的原理和措施，為提高魚產(chǎn)品品質(zhì)，促進和拓展魚產(chǎn)品深加工產(chǎn)業(yè)提供參考。

魚產(chǎn)品，品味，加工性能，氧化三甲胺

1 氧化三甲胺及相關(guān)衍生物的風味與代謝變化

氧化三甲胺廣泛分布于各種海洋生物，例如海洋軟骨魚、硬骨魚、軟體動物、藻類等，且含量較高，是體現(xiàn)水產(chǎn)品特色的鮮味成分。經(jīng)測定，羅非魚、尼羅河巨鱸、尼羅尖吻鱸、梭鱸、虹鱒等淡水魚類也含有較高水平的氧化三甲胺[7-9]。三甲胺最早發(fā)現(xiàn)是由微生物分解膽堿、甜菜堿或氧化三甲胺而來，是海洋魚類腐敗的惡臭成分[10]。三甲胺在魚制品加工廢液中含量十分豐富[11-12]。有研究表明，三甲胺也表現(xiàn)一定的毒副作用，三甲胺可以抑制DNA、RNA和蛋白質(zhì)的合成，對小鼠胚胎具有致畸作用[13]。二甲胺具有魚腐臭的特殊氣味，是一種廣泛應(yīng)用于橡膠硫化、制革、合成洗滌劑、殺蟲劑的化工原料，也可由微生物和藻類分解三甲胺和氧化三甲胺而來，是城市污水的主要臭源之一。有研究表明，二甲胺還是致癌化合物亞硝基二甲胺的前體[14]。甲胺低于12.7mg/m3時僅有微臭味；濃度增加2～10倍時，氣味加重，有濃烈的魚腥臭；濃度增加10～50倍時，有難聞的氨氣味。在有氧情況下，三甲胺先通過三甲胺單加氧酶催化轉(zhuǎn)變成氧化三甲胺，氧化三甲胺轉(zhuǎn)變成二甲胺，然后二甲胺會快速地在微生物和藻類的作用下分解為甲胺，進一步分解為氨和甲醛（見圖1）[15]，所以三甲胺不會在細胞內(nèi)累積。

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

氧化三甲胺沿圖1中的代謝途徑進行分解，也可在厭氧條件下，通過氧化三甲胺還原酶將氧化三甲胺還原為三甲胺[16]，三甲胺在三甲胺脫氫酶的作用下轉(zhuǎn)變成二甲胺，二甲胺在二甲胺單加氧酶的作用下轉(zhuǎn)變成甲氨，最后甲胺在甲胺脫氫酶的作用下轉(zhuǎn)變成氨和甲醛。據(jù)文獻報道，魚的幽門盲囊、腎、肝、肌肉等組織均具有相應(yīng)的氧化三甲胺脫甲基酶催化氧化三甲胺轉(zhuǎn)變成二甲胺和甲醛[17-19]。人體在正常情況下，可將氧化三甲胺及相關(guān)衍生物通過尿液排出體外[20]，因此，不會對人體造成毒害作用。

2 直接參與氧化三甲胺轉(zhuǎn)變的相關(guān)酶性能介紹

2.1 氧化三甲胺脫甲基酶簡況

氧化三甲胺脫甲基酶（Trimethylamine-N-oxide demethyllase，TMAOase）是分解氧化三甲胺成為二甲胺和甲醛的酶，分布在魚肌肉組織器官和消化道微生物中。來自鱈魚肌肉的氧化三甲胺脫甲基酶需要鐵離子、半胱氨酸、抗壞血酸作為輔助因子[17]。進一步研究表明，激活氧化三甲胺脫甲基酶的輔助因子系統(tǒng)可能有兩種：一種是在厭氧條件下的NADH和FMN系統(tǒng)；另一種是由鐵離子、半胱氨酸、抗壞血酸組成的系統(tǒng)[21]，不同來源的酶，其分子組成、結(jié)構(gòu)及最適pH具有比較明顯的差別[22]。

2.2 三甲胺單加氧酶簡況

三甲胺單加氧酶催化三甲胺轉(zhuǎn)變成氧化三甲胺，是一種含核黃素的單加氧酶。人體內(nèi)95%以上的三甲胺通過該酶的作用轉(zhuǎn)變成氧化三甲胺，進而通過尿液排出體外，少于5%的三甲胺直接通過尿液排出體外[23]。當病人的三甲胺單加氧酶不能正常地將三甲胺氧化成氧化三甲胺時，有魚腥味的三甲胺不能被肝臟代謝，進而在體內(nèi)蓄積。因此，病人汗液、尿液和呼出氣體都含有大量魚腥味的三甲胺，這種疾病被稱為三甲胺尿癥，俗稱魚腥綜合征。與人體情況類似，新鮮、健康的魚體內(nèi)不會存在過量的三甲胺，通過測定魚體內(nèi)三甲胺的含量可以精確地判斷魚的新鮮和健康程度。

2.3 氧化三甲胺還原酶簡況

在厭氧條件下，氧化三甲胺還原酶直接將氧化三甲胺直接還原為三甲胺。該酶最初在Shewanella massilia厭氧菌中發(fā)現(xiàn)，是一種含鉬的酶。氧化三甲胺是作為一些厭氧菌生長需要呼吸系統(tǒng)的電子最終受體而參與其中，氧化三甲胺本身則被還原成具有惡臭氣味的三甲胺。這種氧化三甲胺還原酶已在許多海洋細菌、淡水池塘光合細菌和腸道細菌中發(fā)現(xiàn)[16]。

3 基于氧化三甲胺及相關(guān)衍生物風味與代謝變化的魚產(chǎn)品品味及加工工藝改進

3.1 魚產(chǎn)品新鮮程度的提升與鑒別

氧化三甲胺是水產(chǎn)品特色的鮮味成分，如何提高和保持魚體或產(chǎn)品內(nèi)氧化三甲胺的含量，維持極低水平的其它脂肪族胺衍生物含量，是提升和確保魚產(chǎn)品品味的關(guān)鍵所在。

食物前體成分分析結(jié)果表明，投喂膽堿后，羅非魚腸道微生物可使膽堿轉(zhuǎn)變成三甲胺，三甲胺在羅非魚肝臟和腎臟三甲胺單加氧酶的作用下轉(zhuǎn)變成氧化三甲胺，因此羅非魚可以借助腸道微生物和組織中的三甲胺單加氧酶將膽堿轉(zhuǎn)變成氧化三甲胺[24]。因此，對于健康魚群，投喂含有膽堿或磷脂酰膽堿的動物蛋白飼料或大豆蛋白飼料，可以間接提高魚體內(nèi)氧化三甲胺的含量，從而提高魚產(chǎn)品的鮮味。

魚死亡后，或受到微生物污染，其體內(nèi)氧化三甲胺脫甲基酶及氧化三甲胺還原酶會迅速啟動和強化，造成魚或魚產(chǎn)品三甲胺和二甲胺含量迅速提高。通過檢測三甲胺的含量可以正確預(yù)測魚或魚產(chǎn)品的新鮮程度。三甲胺含量新鮮程度判定指標為：新鮮：0～1mg/100g；腐敗初期：1～5mg/100g；腐敗（不能食用）：≥6mg/100g[25]，這比傳統(tǒng)的K值評價方法更具體，更簡單有效。

3.2 魚產(chǎn)品加工工藝的改進

鑒于氧化三甲胺脫甲基酶需要鐵離子、半胱氨酸、抗壞血酸作為輔助因子才具有活性，因此，無論冷凍保藏，還是加工處理，一方面盡可能將魚放血完全；另一方面，盡可能避免鐵銹，以減少鐵離子的激活作用。此外，食品加工中常用的還原劑抗壞血酸、半胱氨酸等也盡量不用。相反，在魚產(chǎn)品加工前后，利用臭氧水處理可以大大提高魚產(chǎn)品保存時間和質(zhì)量[26]。

大量的研究結(jié)果表明，即使在低溫下，魚體內(nèi)的微生物，以及氧化三甲胺脫甲基酶和氧化三甲胺還原酶均保留有一定的活性，因此，魚產(chǎn)品應(yīng)盡可能保持無菌，最佳的方案是加工全熟的魚產(chǎn)品，否則，不但三甲胺、二甲胺、甲胺等使魚產(chǎn)品品味劣化，副產(chǎn)物甲醛也使魚蛋白變性，不但存在潛在危害，也使魚產(chǎn)品適口性變劣。

4 展望

氧化三甲胺是魚的天然組分，是魚的鮮味劑，但是氧化三甲胺很容易轉(zhuǎn)變?yōu)槿装?、二甲胺、甲胺等脂肪族胺衍生物，是魚腐臭的主要成分。氧化三甲胺、三甲胺、二甲胺、甲胺等脂肪族胺衍生物的產(chǎn)生都是酶促調(diào)控的，因此，研究氧化三甲胺及相關(guān)衍生物風味特性與代謝變化，探討提高魚產(chǎn)品品味及加工性能的原理和措施，可以為提高魚產(chǎn)品品質(zhì)，促進和拓展魚產(chǎn)品深加工產(chǎn)業(yè)提供參考。

[1]楊軍，李軍生，程海濤.撬動羅非魚國內(nèi)銷售市場的幾點思考[J].中國漁業(yè)經(jīng)濟，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，F(xiàn)ink AL.Trimethylamine-N-oxide-induced folding of K-synuclein[J].FEBS Letters，2001，509：31-35.

[6]Shikawa Y，Yuki E，F(xiàn)ujimaki 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]宋丹陽，周德慶，杜永芳，等.氧化三甲胺酶研究進展[J].食品科學(xué)，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

隨著水產(chǎn)品養(yǎng)殖規(guī)模的不斷壯大和拓展，水產(chǎn)品加工貯藏保鮮的要求也越來越緊迫[1]。目前中國的水產(chǎn)產(chǎn)業(yè)仍然集中在養(yǎng)殖方面，而后續(xù)的加工貯藏保鮮方面則大大滯后。實際上，現(xiàn)階段中國淡水魚的主要消費模式仍然是古老的現(xiàn)宰現(xiàn)賣消費模式，已死的魚，包括冷凍條魚在中國基本上沒有消費市場。造成這種局面的原因，除了傳統(tǒng)消費習慣外，還與魚刺和腥味有關(guān)。魚的風味和品味是否符合消費者的習慣和需要已成為影響魚產(chǎn)品深加工產(chǎn)業(yè)鏈的培育和延伸的關(guān)鍵因素。氧化三甲胺是魚的天然風味成分，除了具有鮮味外，氧化三甲胺可以調(diào)節(jié)軟骨魚類的細胞大小、防止因尿素過高引發(fā)的魚功能蛋白質(zhì)變性[2]、降低魚血液冰點[3]，這可能與氧化三甲胺對一些蛋白質(zhì)或酶二硫鍵形成具有調(diào)節(jié)作用[4]或調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)分子折疊[5]有關(guān)。此外，有研究表明氧化三甲胺還具有抗氧化功能[6]。但是在魚死亡后，由于受到微生物感染及魚器官組織相關(guān)酶的影響，氧化三甲胺極易轉(zhuǎn)變成具有顯著魚腐臭味的三甲胺、二甲胺、甲胺及甲醛。因此，魚產(chǎn)品的深加工與其它禽畜產(chǎn)品不同，如果加工方式不當、加工不衛(wèi)生和不及時，都會影響魚產(chǎn)品品味及加工性能。本文通過對氧化三甲胺及相關(guān)衍生物的性能、代謝變化及相關(guān)酶進行綜述，旨在為魚產(chǎn)品深加工產(chǎn)業(yè)提供參考。

2011-01-11

李軍生（1963-），男，研究方向：生物分子的化學(xué)修飾與功能研究。

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項資金（nycytx-48-18）。