咸魚中生物胺的研究進展

吳曼鈴,時 瑞,胡錦鵬,程文健

(福建農林大學食品科學學院,福建福州 350002)

傳統(tǒng)咸魚是采用干腌、濕腌或混合腌制的方式將原料魚和食鹽均勻混合腌制的一類水產加工品。咸魚具有獨特風味,味道鮮美,并且營養(yǎng)價值豐富,廣受我國東南部沿海、日本和東南亞消費者的喜愛。近十年,我國穩(wěn)居全球第一大水產品加工和出口國,2018年我國水產加工品產量高達2156.85萬噸[1],其中干腌制水產品加工量為162.46萬噸,僅占7.53%,這是因為消費者對食品的要求在不斷提高,在注重口感和獨特風味的同時,越來越關注食品的營養(yǎng)價值以及安全性。受環(huán)境條件及加工工藝的制約,咸魚產品的質量和安全問題受到廣泛關注,從安全角度看,在世界范圍內因食用腌制水產品而引起的中毒事件中,生物胺中毒事件占據(jù)較高比例且發(fā)生較為頻繁[2-4]。因此了解咸魚生產過程中生物胺形成原因與影響因素,進而對咸魚在生產過程中生物胺進行有效控制,才能在保證咸魚制品良好的營養(yǎng)、風味、感官品質的基礎上,提高產品的安全性。本文介紹了咸魚中生物胺種類、作用和產生機理,分析了影響生物胺合成的因素,并根據(jù)近年來國內外最新研究進展,綜述了咸魚制品加工中生物胺的控制方法,以期為有效降低咸魚制品加工中生物胺的含量,確保產品質量安全指明研究方向。

1 生物胺的種類和作用

生物胺(Biogenic amines,BAs)是一類由生物體代謝合成的脂肪族、芳香族或雜環(huán)族的有機堿化合物,食品中的生物胺主要是由游離氨基酸脫羧作用、醛酮類化合物發(fā)生轉氨基作用或氨基化產生。咸魚在腌制過程中發(fā)生了復雜的生理生化反應,味道變得鮮美,風味變得獨特,是人體氨基酸、脂肪酸的良好來源,其蛋白質含量達15%～18%,氨基酸種類較為齊全,所含脂肪都是對人體健康極為有益的不飽和脂肪酸[5-6],并且富含礦物質和微量元素,如鈉、鈣、鎂、磷、鐵等[7]。但是咸魚在腌制過程中,由于受自身原料特點、腌制環(huán)境條件等因素的影響,在腌制過程中極易生成數(shù)量和種類不等的生物胺,主要包括組胺、色胺、苯乙胺、尸胺、腐胺、亞精胺、酪胺和精胺8類[8]。不同魚類中生物胺存在較大差異,大量研究表明[9-10],組胺是海產魚中青皮紅肉魚類(如金槍魚、鮐魚、鯖魚和沙丁魚等)中最主要和最易形成的生物胺,因此,一些國家建議把組胺作為其腐敗的指標;而白肉魚中組胺含量較少,腐胺、尸胺則作為其腐敗的質量指標。

生物胺是生物體中重要的活性成分,如精胺、亞精胺、腐胺和尸胺是維持生物細胞正常工作的組成成分,在調節(jié)DNA、RNA和蛋白質合成,穩(wěn)定生物膜等方面有重要意義;色胺和苯乙胺均能夠調節(jié)血壓,前者還具有收縮血管的作用,后者可以調節(jié)去甲腎上腺素水平;酪胺具有抗氧化,促進心率、血壓和血糖濃度增加等作用[11];對人體健康影響最大的組胺不僅可以充當神經遞質發(fā)揮功能,調節(jié)腸道生理功能,還能夠參與局部免疫、炎癥反應,調控白細胞和血細胞及部分蛋白質含量[12]。Parente等[13]認為,人體胃腸道中存在胺氧化酶——單胺氧化酶和二胺氧化酶,所以低劑量的生物胺對人體不會產生嚴重的危害,但當一餐中攝入8～40、40～80 mg或超過100 mg的組胺可能引起輕微、中毒或嚴重中毒。在所有生物胺中,組胺是最重要、最受關注的胺類,常引起外周血管、毛細血管和動脈擴張,從而導致低血壓、潮紅和頭痛以及哮喘等疾病[14];酪胺則可能引起高血壓、早老年癡呆癥、精神萎靡、帕金森癥等癥狀[15];苯乙胺則可能與偏頭痛有關[16]。相關報道表明,腐胺、尸胺和精胺以及亞精胺可通過抑制組胺的氧化來增強組胺的毒害作用[16],此外,還可與亞硝酸鹽反應生成雜環(huán)致癌亞硝胺、亞硝基吡咯烷和亞硝基哌啶[17-18],增加人體中毒的可能性。

2 生物胺的形成機理

除食品原料中所含有少量的生物胺外,大量的生物胺是在加工及貯藏過程中產生的。生物胺的形成機理主要有兩條途徑(如圖1所示):一是由醛酮類化合物發(fā)生轉氨基作用或氨基化產生,二是游離氨基酸由在動植物細胞中天然存在的內源性氨基酸脫羧酶或是各種微生物在有利條件下產生外源性氨基酸脫羧酶的作用下脫羧產生[8]。咸魚主要通過第二種途徑產生各類生物胺,即在脫羧酶的作用下,氨基酸分別脫羧形成相應生物胺[19],這是由于咸魚具有這些生物胺產生的基本條件:含有大量可利用的游離氨基酸;具有氨基酸脫羧酶活性的微生物;具有適宜微生物生長和氨基酸脫羧酶生長繁殖的環(huán)境。

圖1 生物胺的形成

3 咸魚生物胺形成的影響因素

3.1 游離氨基酸

游離氨基酸不僅是咸魚中生物胺產生的重要前體物質,而且為微生物的生長繁殖提供了重要能源物質。除咸魚自身所含外,蛋白質水解是魚類富含游離氨基酸的另一重要原因,其含量隨著時間的延長而逐漸增加,這是內源和外源蛋白酶共同作用的結果。Wang等[20]在探究大黃魚生物胺與游離氨基酸的關系時發(fā)現(xiàn),在整個貯藏期間,大黃魚蛋白質水解程度和腐胺、尸胺含量呈顯著正相關。不同魚體中生物胺的種類和含量各不相同,這是由于魚類氨基酸組成和含量不同所致,鯖科魚類體內含有較多游離的組氨酸,如金槍魚體內組氨酸含量高達15 g/kg,而鯡魚體內組氨酸含量僅有1 g/kg,因此金槍魚更易引起組胺中毒[21]。賴氨酸是帶魚最主要的游離氨基酸,腌制帶魚中尸胺含量為63.55 mg/kg,大約是原料的150倍,故與帶魚中其他生物胺含量相比,尸胺是帶魚中含量最多和最主要的生物胺[22];對比新鮮鳊魚和封鳊魚中生物胺的含量發(fā)現(xiàn),經腌制后封鳊魚中色胺含量達到最高,尸胺、組胺次之,分別為18.56、11.02、8.98 mg/kg[7]。可見,確定食品中游離氨基酸的組成和含量對生物胺的定性及定量研究十分有幫助。

3.2 酶及微生物

氨基酸脫羧酶是咸魚中生物胺產生的重要影響因子,除內源性脫羧酶外,在咸魚制品加工及貯藏過程中受微生物的污染是造成生物胺累積的主要原因。一些微生物在酸性條件下能夠抵御外界環(huán)境做出應激機制,產生氨基酸脫羧酶,經脫羧作用產生堿性生物胺中和酸性環(huán)境,提高pH。表1列出了食品中常見的具有產胺能力的微生物。魚類原料由于營養(yǎng)豐富,非蛋白氮含量高,極易受微生物的污染而腐敗變質,其中就包括各種具有產胺能力的微生物。但咸魚制品中由于含有較高含量的食鹽,如果在腌制之前原料新鮮,沒有腐敗變質,則在加工與貯藏過程中產胺微生物一般不能生長,因此耐鹽性產胺微生物(克雷伯氏菌、蠟狀芽孢桿菌、乳酸片球菌、嗜鹽芽孢桿菌、腐生葡萄球菌等)是造成咸魚制品生物胺累積的主要貢獻者,如吳佳佳等[23]發(fā)現(xiàn)腐生葡萄球菌菌株是咸鰳魚中生物胺的主要貢獻者。

表1 常見的生物胺及產生菌株

3.3 其他因素

在咸魚加工及貯藏過程中,溫度[32-34]、pH[35]、鹽的濃度[36-38]等物理化學因素也可通過影響微生物的繁殖和氨基酸脫羧酶的活性進一步影響生物胺的生成。微生物最適的生長溫度一般為16～30 ℃,溫度低于10 ℃或高于43 ℃都會使微生物活性受到抑制,一方面,適宜的溫度為微生物繁殖創(chuàng)造了條件,促進了蛋白質分解,另一方面,提高了蛋白酶、肽酶以及氨基酸脫羧酶的活性。陳玉峰等[39]分別在0、15和25 ℃下腌制金線魚,分析發(fā)現(xiàn)溫度對腐胺、尸胺以及組胺有顯著的影響,隨著腌制溫度的升高,其含量不斷增加,在高鹽環(huán)境下,部分產氨基酸脫羧酶的微生物細胞耐鹽能力下降,生物胺的合成受阻。錢茜茜[40]研究表明100 g/L的鹽度對沃氏葡萄球菌(Staphylococcuswolfowitz)有明顯的抑制作用,但溶血葡萄球菌(Hemolyticstaphylococcus)耐鹽性極強,在200 g/L的食鹽濃度下仍能生長,Wheater[41]發(fā)現(xiàn)2%的食鹽濃度使保加利亞乳桿菌(Lactobacillusbulgaricus)的數(shù)量和產生物胺能力大大降低。由此可見,鹽含量對生物胺的影響主要是通過抑制不耐鹽產胺微生物的生長來實現(xiàn)的。細菌的氨基酸脫羧酶在酸性條件下活性最好,王鵬[42]認為酪氨酸脫羧酶表達的最佳pH為5.5,pH4.0則是組氨酸脫羧酶活性最佳的pH[43]。

4 咸魚中生物胺的控制方法

生物胺具有良好的熱穩(wěn)定性,一旦形成就很難去除,嚴重影響咸魚制品的食用安全性。咸魚中生物胺主要是在原料生產、腌制加工、貯藏運輸?shù)倪^程中受產胺微生物污染形成的,因此控制其積累,就必須控制微生物生長繁殖,抑制氨基酸脫羧酶活性。目前,對于咸魚中生物胺的控制主要有三類,分別為物理控制方法、化學控制方法和生物控制方法。

4.1 生物胺的物理控制方法

目前,應用于咸魚加工業(yè)中生物胺的物理控制方法包括低溫、輻照、超高壓和氣調保鮮等傳統(tǒng)及高新技術。食品安全中最具毒性的,與人體健康密切相關的生物胺是組胺和酪胺,這些生物胺具有極強的耐熱性,在加工的過程中難以通過加熱滅活。秋刀魚中摩氏摩根菌、腸桿菌屬在25 ℃條件下產組胺能力分別為9889.75、2891.15 mg/L,而在4 ℃時僅為26.95、0.8 mg/L[44];在25 ℃條件下大黃魚中生物胺的含量分別是0、4 ℃的335、468倍[45],低溫(4 ℃)是預防生物胺產生的有效措施,但由于生物胺產生菌有嗜冷菌和嗜溫菌兩大類,因此低溫時菌體也能產生生物胺,只是低溫狀態(tài)下產胺菌體代謝緩慢,生物胺的產量低[46]。

高新技術的應用為食品質量安全提供了新的保障,輻照也是一種有效的降低生物胺累積的方法,但需要對輻照劑量進行嚴格控制,目前,已有50個國家采用輻照對食品安全進行調控。Nei[47]用35 kGyγ射線處理金槍魚和鯡魚,發(fā)現(xiàn)輻照間接破壞產胺微生物摩氏摩根菌的活性,抑制了組胺的累積,使樣品中組胺濃度始終低于檢測限量10 mg/kg。結合現(xiàn)代超高壓滅菌技術,Doeun等[48]、Lerasle等[49]分別采用400～500 MPa的壓力處理樣品,發(fā)現(xiàn)均能夠不同程度地降低生物胺的形成和累積。氣調保鮮(40% CO2和60% O2)對耐冷的摩根氏菌和光敏細菌有一定的抑制效果,對改善和提高產品質量和安全性有重要意義[50]。物理控制方法是通過抑制微生物的生長,從而減少生物胺的累積,操作簡單、方便,但需相應的設備,能耗較大,在生產應用中具有一定的局限性。

4.2 生物胺的化學控制方法

化學控制方法主要是在咸魚腌制過程中添加不同化合物(糖類、食鹽、山梨酸鉀等)或天然提取物質(茶多酚、姜辣素、殼聚糖等)。添加糖類物質能夠影響產胺菌群的適宜生長環(huán)境,抑制其生長繁殖;此外,還原糖還可以在適宜條件下與組胺的前體物質組氨酸發(fā)生美拉德反應,達到降解組胺的目的[51]。鹽是腌制過程中重要組成成分,不僅影響咸魚的色、香、味和蛋白質等營養(yǎng)成分,其較強的殺菌作用還能夠有效抑制生物胺的合成[52-53]。山梨酸鉀是國際公認的高效、安全的酸型防腐劑,通過抑制產胺菌的生長,從而控制生物胺的產生,Gen?celep等[54]研究表明,在珍珠鯔魚中添加5%的山梨酸鉀顯著降低了苯乙胺、腐胺、色胺的含量;吳燕燕等[55]在藍圓鲹中也有同樣的發(fā)現(xiàn),與空白組比較,添加5%山梨酸鉀的咸魚中腐胺和尸胺的含量分別降低65.30%和69.77%。

天然提取物質對生物胺的合成同樣有一定的抑制作用,茶多酚可以螯合輔酶中金屬離子,延緩魚肉蛋白的分解,降低生物胺前體物質即氨基酸的產生[56];姜辣素能夠抑制組氨酸胺脫羧酶的活性,降低組胺的累積[55]。Cai等[57]研究發(fā)現(xiàn)殼聚糖的抗氧化、抗菌和阻隔作用阻止了魚體蛋白的水解,阻隔了微生物進入魚體,使組胺濃度降低了85%?；瘜W控制方法成本較低,且不需要昂貴的儀器設備,但由于其添加的某些物質可能會掩蓋咸魚獨特“咸香”風味,改變食品本身的營養(yǎng)成分。

4.3 生物胺的生物控制方法

近年來,通過添加外源微生物發(fā)酵降低食物內生物胺含量的研究受到了廣泛的關注。魚類自體所含微生物大部分具有產胺潛力,因此常將對人體無害、不產內源毒素且能抑制病原菌生長的有益菌種,如乳酸菌[58-59]、葡萄球菌[60]以及酵母菌[61]等接種到魚體中,達到抑制微生物生長繁殖、生物胺合成,提高產品的安全性、風味及感官品質的效果。利用不同微生物間存在拮抗作用,林城杏[62]將植物乳桿菌B7人工接種發(fā)酵酸魚,發(fā)現(xiàn)乳酸菌大量快速生長繁殖產酸,抑制了產胺腸桿菌等腐敗菌和致病菌的生長,對比自然發(fā)酵組(21.15 mg/kg),接種組(17.45 mg/kg)中生物胺(尤其是β-苯乙胺和腐胺)含量降低。

除抑制產胺微生物的生長繁殖外,還可以通過酶法降解已存在的生物胺,即利用某些微生物產生的胺氧化酶將生成的生物胺降解,生成乙醛、氨和過氧化氫,或分泌出胺脫氫酶使生物胺脫氨生成乙醛和氨[63]。徐潔等[64]克隆的乳桿菌多銅氧化酶能夠降解色胺、苯乙胺、腐胺、尸胺、組胺、酪胺和亞精胺在內的7種生物胺,其中對組胺和酪胺的降解能力最高,分別為51.6%和40.9%。通過微生物發(fā)酵和酶法降低生物胺不僅能夠保持咸魚原有風味,并且有效降低了咸魚制品中生物胺含量,但篩選某些對產胺微生物具有競爭抑制作用的特定菌株或者確定具有生物胺氧化酶以及胺脫氫酶活性的菌株還需要展開大量研究。

5 展望

在水產加工過程中,耐鹽性產胺微生物是造成咸魚制品生物胺累積的主要貢獻者,咸魚中主要的生物胺,如組胺、腐胺、尸胺,是魚體中游離氨基酸經脫羧作用形成的。這些產胺微生物的生長繁殖過程受溫度、pH、鹽濃度等條件影響,因此需控制生產過程中關鍵影響因子,避免易形成生物胺的微生物的生長繁殖。目前,對生物胺的控制除物理、化學控制方法外,微生物發(fā)酵和酶法降解的生物方法也成為研究熱點。然而,迄今為止,大多數(shù)關于降解生物胺的微生物的代謝研究還未深入,即只涉及微生物菌系的初步鑒定。生物胺的含量與相關微生物菌落結構變化關系、生物胺產生菌和降解菌的拮抗及協(xié)同作用仍有待了解。生物技術對控制咸魚制品中生物胺的含量具有一定的可行性,同時也有待于進一步的探索。