食品中腐胺的產(chǎn)生途徑及其檢測方法和防控技術(shù)研究進展

李美娜，鄒宇，馬堃，韓玲鈺，李婷婷

大連民族大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院（大連 116600）

腐胺（putrescine，化學(xué)名1, 4-二氨基丁烷），又稱丁二胺，普遍存在于水產(chǎn)和畜禽類食品中，屬于脂肪族直鏈多胺類生物胺[1]。當(dāng)人體食入過量腐胺時，會出現(xiàn)惡心頭痛、血壓升高和心率衰竭等不良反應(yīng)[2]。腐胺也可以與亞硝酸鹽反應(yīng)生成強致癌物質(zhì)——亞硝基胺[3]，對人體組織和器官造成更大傷害。因此，食品中腐胺的檢測與防控對提高食品的食用安全性和保障人體健康等方面具有重要意義。綜述食品中腐胺的產(chǎn)生途徑、檢測方法和防控技術(shù)等方面的研究進展，旨在為降低食品中腐胺含量的研究提供參考。

1 食品中腐胺的產(chǎn)生途徑

1.1 鳥氨酸脫羧酶途徑

鳥氨酸脫羧酶（ODC）途徑是動物和微生物合成腐胺的主要途徑，該途徑一般由spe F或spe C基因編碼調(diào)控。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，ODC作為此過程的限速酶直接參與腐胺的合成，基本過程是以鳥氨酸（L- ornithine）為前體物質(zhì)，經(jīng)ODC的催化作用脫去羧基，直接生成腐胺[4]（圖1-①）。ODC途徑是大多數(shù)革蘭氏陽性菌產(chǎn)腐胺的主要途徑，但不是唯一途徑，其中最具代表性的有乳桿菌屬、葡萄球菌屬和腸桿菌屬微生物[5]。在短乳桿菌、酸魚乳桿菌、植物乳桿菌和假絲酵母等微生物中均檢測到除ODC途徑以外的其他腐胺產(chǎn)生途徑[6]。

1.2 精氨酸脫羧酶途徑

精氨酸脫羧酶（ADC）途徑是大多數(shù)植物和細菌中所特有的腐胺合成途徑，ADC一般受spe A基因的調(diào)控。該途徑首先經(jīng)過ADC的催化作用，使精氨酸（L-arginine）脫羧生成胍丁胺（Agm），再以胍丁胺為底物，經(jīng)兩種分支途徑最終生成腐胺：一種分支途徑在假單胞菌、氣單胞菌和乳酸菌中最為常見，其反應(yīng)過程是由胍丁胺在胍基丁胺脫亞胺酶（AgDI）的作用下生成NH3+和N-氨基甲酰腐胺，后者經(jīng)N-氨基甲酰腐胺氨基水解酶（N-CPAH）的作用脫去脲基生成腐胺[7]（圖1-②）；另一種分支途徑為胍丁胺經(jīng)spe B基因編碼的脲水解酶作用直接轉(zhuǎn)化為腐胺和尿素，此途徑在腸桿菌和芽孢桿菌中較為常見[8]（圖1-③）。此外，研究發(fā)現(xiàn)，以精氨酸為起始物質(zhì)催化生成瓜氨酸（CIT），再經(jīng)脫羧酶的作用生成N-氨甲酰腐胺，最后脫去脲基也可以生成腐胺[9]（圖1-④）。王然然等[10]研究發(fā)現(xiàn)，黃酒中的乳酸菌可同時利用精氨酸和鳥氨酸為前體物質(zhì)，經(jīng)ADC途徑和ODC途徑形成腐胺。Romano等[11]的研究也表明，很多微生物同時存在ADC和ODC兩種腐胺合成途徑。

圖1 食品中腐胺的產(chǎn)生途徑

2 食品中腐胺的檢測方法

2.1 高效液相色譜法

高效液相色譜（HPLC）法是由高壓輸運流動相、高效固定相和高靈敏度檢測器共同組成的一種色譜分析技術(shù)，是目前我國食品中腐胺檢測的主要方法。由于腐胺缺少發(fā)色基團并且無紫外或熒光吸收，當(dāng)利用HPLC測定腐胺含量時，需要對樣品進行衍生處理，以形成非極性揮發(fā)性化合物，從而改善腐胺的檢測靈敏度以及提高其穩(wěn)定性。曾媛等[12]建立了丹黃酰氯柱前衍生-HPLC法測定金槍魚中腐胺的含量，結(jié)果表明，該方法具有較好的重復(fù)性和可行性。Bego?a等[13]采用了洗脫時間較快的乙氧基亞甲基烯丙酸二乙酯衍生-HPLC法測定了干酪樣品中腐胺和尸胺等生物胺，結(jié)果顯示，腐胺、尸胺的檢出限為0.08～3.91 μmol/L，定量限＜13.02 μmol/L。HPLC法具有檢驗速度快、柱效高、檢測準(zhǔn)確性和靈敏度高、檢測含量范圍要求低、應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點；但所用的色譜柱價格較貴，檢測的影響因素較多，導(dǎo)致HPLC法的運行成本較高、操作繁瑣、耗時較長。

2.2 薄層色譜法

薄層色譜（TLC）法是一種對混合樣品進行分離和測定的層析分離技術(shù)。由于食品中含有包括腐胺在內(nèi)的多種生物胺，所以在測定腐胺的同時，必須將腐胺與其他生物胺進行有效分離，才能對其進行準(zhǔn)確測定。Lapa-Guimar?es等[14]采用TLC法對鱈魚和魷魚體內(nèi)腐胺進行了定量分析，試驗結(jié)果表明，使用氯仿∶三乙胺（6∶1）為展開劑時分離檢測效果最佳，檢測的線性范圍為0.5～50 μg/mL，檢測限值為5 ng。與其他腐胺檢測方法相比，TLC法操作更為簡便、無需特殊昂貴的分析儀器、預(yù)處理簡單、分離效率較高且顯色更容易，對于固定相、展開劑的選擇范圍更為廣泛。TLC法在檢測過程中相對耗時，且只能對樣品中的腐胺進行定性與半定量測定，因此該方法的量化準(zhǔn)確度和重現(xiàn)性不高。

2.3 離子色譜法

腐胺屬于強堿，在寬泛的pH范圍內(nèi)均以陽離子形式存在，因此，可以使用離子色譜（IC）法對其進行分析測定。離子色譜法首先以離子交換原理對食品中總胺進行分離，然后使用電化學(xué)檢測器對腐胺等進行直接測定。林立等[15]利用IonPac CS17色譜柱，建立了離子色譜-抑制型電導(dǎo)檢測牛肝菌中腐胺的方法，其中腐胺的檢出限為0.002 mg/L，線性范圍是0.1～10 mg/L。IC法作為食品中腐胺檢測方法中最便捷的方法，無需復(fù)雜的柱前衍生處理，較HPLC法更簡便、分析時間更短以及避免了衍生化帶來的干擾和方法誤差，較TLC法提高了分析的穩(wěn)定性和重現(xiàn)性。但IC法對色譜固定相的選擇條件要求較為苛刻，像腐胺等具有多價和疏水性強的離子在典型的陽離子交換樹脂上具有強保留性，從而會導(dǎo)致分析時間較長、峰形差、靈敏度低等問題的出現(xiàn)。近年來，中低容量、低疏水性弱陽離子交換色譜固定相的應(yīng)用逐漸取代原有的固定相，可有效解決上述問題。

2.4 色譜串聯(lián)質(zhì)譜法

近年來，隨著對胺類物質(zhì)檢測技術(shù)的不斷發(fā)展，一些色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)得到了良好的應(yīng)用。Veronica等[16]采用液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜（HPLC-MS/MS）法同時快速準(zhǔn)確地檢測出包括腐胺在內(nèi)的10種生物胺，且具有良好的可行性和重復(fù)性。Myrsini等[17]建立了氣相色譜質(zhì)譜（GC-MS）法測定了葡萄酒中腐胺，通過腐胺的回收率（99.27%）、檢測限（0.025 μg/L）及定量限（0.081 μg/L）等結(jié)果，驗證了該方法的靈敏度、精密度和準(zhǔn)確性。近年來，由于超高效液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜（UPLC-MS/MS）法的選擇性更強、靈敏度更高、檢測時間更短，該方法越來越多地被用于腐胺等食品中有害物質(zhì)的檢測，使液質(zhì)聯(lián)用技術(shù)的應(yīng)用更為廣泛。

2.5 毛細管電泳法

毛細管電泳（CE）法是以彈性石英毛細管為分離通道，以高壓直流電場為驅(qū)動力，依據(jù)樣品組分間的淌度和分配行為差異而實現(xiàn)分離的方法。CE法作為一種新型分離檢測技術(shù)，尤其是對于腐胺等生物胺類物質(zhì)的分析，具有分離數(shù)量多、檢測時間短、靈敏度高、經(jīng)濟實用且操作簡便等特點。董樂[18]采用CE法結(jié)合電化學(xué)法分離和測定了秋刀魚中的腐胺，檢測線性范圍為5×10-5～1×10-2mg/L，檢出限為1×10-7mg/L。Adimcilar等[19]建立了CE法用于定量測定乳制品中的腐胺，結(jié)果顯示，腐胺的檢出限為0.041 mg/L，線性范圍為0.20～16 mg/L。CE法在生物胺檢測方面已越來越受到國內(nèi)外研究者的廣泛關(guān)注。

3 食品中腐胺的防控技術(shù)

3.1 物理防控技術(shù)

食品中腐胺的物理防控技術(shù)主要包括低溫貯藏、超聲處理、臭氧殺菌和氣調(diào)包裝等。郭慧[20]采用低溫貯藏防控技術(shù)研究了不同溫度下小黃魚中腐胺的變化規(guī)律。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，-20 ℃條件下貯藏的小黃魚中腐胺含量最高值較常溫（25 ℃）下的最高值45.37 mg/kg降低了89%，且低溫貯藏顯著延長了樣品的保質(zhì)期。趙中輝等[21]采用超聲處理技術(shù)防控鲅魚腐胺的產(chǎn)生，樣品在貯藏7 d后其腐胺質(zhì)量分數(shù)為283.23 mg/kg，而對照組的腐胺質(zhì)量分數(shù)為819 mg/kg。可見，經(jīng)超聲波處理能夠有效抑制鲅魚中腐胺的產(chǎn)生。Mercogliano等[22]采用臭氧殺菌防控技術(shù)處理家禽肉，以腐胺和尸胺濃度作為貨架期指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過處理后的家禽肉較對照組的貨架期延長了6 d。Chen等[23]將白蘑進行氣調(diào)包裝用以研究腐胺的物理防控效果，利用N2和CO2包裝的白蘑在0～24 h前后腐胺濃度基本無變化，而不經(jīng)氣調(diào)包裝的白蘑在24 h后腐胺濃度是0 h的130倍。物理防控技術(shù)作為較常用的腐胺防控技術(shù)，較其他方法的優(yōu)點是操作更為簡便、無二次污染、不會造成食品的營養(yǎng)損失及質(zhì)地、風(fēng)味、口感的破壞，但使用此法需相應(yīng)的大型設(shè)備，耗能較大。

3.2 化學(xué)防控技術(shù)

腐胺的化學(xué)防控技術(shù)主要是指向食品中添加化學(xué)物質(zhì)（如食鹽、糖、山梨酸鉀等），達到減少微生物污染和降低腐胺含量的目的。呂佳良等[24]發(fā)現(xiàn)，高濃度的NaCl能顯著抑制陰溝腸桿菌的生長和鳥氨酸脫羧酶活力，從而起到防控腐胺產(chǎn)生的作用。Taormina等[25]的研究也發(fā)現(xiàn)高濃度的NaCl影響奶酪中產(chǎn)腐胺菌的生長和代謝，減少奶酪中腐胺的積累從而提高其食用的安全性。Gen?celep等[26]研究表明，5%的山梨酸鉀可起到防控珍珠鯔魚貯藏期間腐胺產(chǎn)生的作用。另外，苯甲酸[27]和單寧[28]等對食品中腐胺的生成也有一定的防控效果?；瘜W(xué)防控技術(shù)成本較低且不需要昂貴的儀器設(shè)備，但有些添加物質(zhì)會對食品的風(fēng)味產(chǎn)生較大影響。

3.3 生物防控技術(shù)

生物防控技術(shù)是指使用動植物中提取或微生物產(chǎn)生的某些生物活性物質(zhì)，或利用微生物的拮抗作用添加特定菌株，從而抑制產(chǎn)胺微生物生長和達到抑制腐胺合成的目的。Wang等[29]利用根皮素處理鮭魚樣品，貯藏3 d后發(fā)現(xiàn)，4 mg/mL的根皮素處理鮭魚后較空白組的腐胺含量降低了14倍，防控效果明顯。Sun等[30]采用植酸和溶菌酶處理草魚魚片防控腐胺的生成，結(jié)果表明，經(jīng)植酸和溶菌酶分別處理的魚片腐胺含量顯著低于對照組，并且植酸和溶菌酶聯(lián)合使用較單獨使用對腐胺生成的抑制效果更好。目前，生物防控技術(shù)對減少食品中腐胺含量的研究已較為深入，在水產(chǎn)品方面的應(yīng)用也十分廣泛。

4 結(jié)語

控制和減少食品中腐胺含量對人體健康起到至關(guān)重要的作用。食品中腐胺的產(chǎn)生主要原因是微生物的脫羧作用，因此減少微生物污染和抑制脫羧酶活性是控制食品中腐胺含量的重要方式。對于一些腐胺含量較高的食品，應(yīng)該在原料篩選、生產(chǎn)工藝和加工環(huán)境等方面嚴(yán)格把控，通過簡便準(zhǔn)確的腐胺測定方法，實時跟蹤監(jiān)測腐胺含量，并采用多種防控技術(shù)，有效降低該食品的食用安全風(fēng)險。鑒于腐胺的影響和危害，建立通用性強且效果好的檢測方法和防控技術(shù)將是未來食品中腐胺研究的熱點和發(fā)展方向。