微生物与发酵食品中的生物胺

摘要：生物胺是发酵食品中的有害产物, 是影响其安全性的重要因素之一。着重介绍了发酵食品中的生物胺与微生物的关系, 以及利用基因技术改造菌种的方法。
生物胺是一系列含氮低分子有机碱, 可分为单胺和多胺两类, 包括酪胺、组胺、腐胺、尸胺、苯乙胺、色胺、精胺和亚精胺等多种物质, 是在微生物、植物、动物代谢中合成的。食品中的生物胺是由发酵剂或生产过程中外源性微生物在生产贮存过程中产生的蛋白酶以及食品自身的蛋白酶作用于蛋白质生成氨基酸, 而后经过脱羧作用形成的。因此生物胺多存在于那些蛋白质含量高的食品中。如鲜鱼制品中的生物胺就是由于外源微生物污染所至,这主要是由于鱼类富含游离氨基酸且易被微生物污染, 因此研究人员主张将生物胺含量作为评价鱼类新鲜度的重要指标。发酵食品中生物胺则除去外源性微生物污染外, 自身发酵剂的使用不当或发酵环境的控制不好都会引起其在食品中的积累而达到或过安全线。尽管生物胺作为药用 ( 鹿茸中的药用成分) 有重要的生理功能, 如: 促进生长、增强代谢活力、加强肠道免疫系统、控制血压, 并在神经系统中有活性, 在消除自由基方面也有一定的作用等, 但是, 在人体积累到较高数量时, 就会产生毒害, 如: 外部血管膨胀, 导致高血压和头痛, 以及肠部痉挛、腹泻和呕吐等。
生物胺的毒理作用和许多因素有关, 如: 某些物质的存在、肠道的解毒功能、其他胺的存在。因此, 很难确定一个标准来衡量他的毒性。生物胺是造成食品中毒的重要因素之一, 引起鱼类食品中毒的主要是组胺, 引起干酪和发酵香肠中毒主要是组胺和酪胺。而其他胺的存在如尸胺、腐胺、精胺、亚精胺则加强了毒害反应。而且尸胺和腐胺还可以与亚硝酸盐反应生成致癌物质亚硝胺。根据许多专业人士的研究, 通常将组胺和酪胺看作生物胺中最重要的两类, 并以此来确定作为食品中生物胺含量安全性标准, 即每千克干物质 ( DM) 产品中组胺和酪胺含量小于 100 mg。

1 造成发酵食品中生物胺形成的原因
生物胺的形成与微生物有着密切的关系, 食品中的微生物种类很多, 主要是细菌、酵母菌、霉菌, 这些微生物都有可能与生物胺的形成有关。不同的微生物分解蛋白质能力不同, 一般真菌比细菌较易分解蛋白质。细菌中能分解蛋白质的有变形杆菌、梭菌、芽孢菌、假单胞菌和小球菌等, 他们只在大量生长繁殖时才形成蛋白酶。细菌中蛋白酶的生成需要钙离子, 酸性条件下不利于生成, 如培养基中含有可直接利用的碳水化合物, 也会抑制蛋白酶的生成。微生物产生蛋白酶, 分解蛋白质分子内部的肽链形成各种短肽, 然后在肽酶作用下生成氨基酸。微生物降解氨基酸有脱氨和脱羧两种, 当培养基的偏酸时, 进行脱羧作用, 这是因为微生物只有在低于氨基酸的等电点时, 才产生脱羧酶, 脱羧酶是一种专一性很强的酶, 不同氨基酸需要专一的脱羧酶进行脱羧反应。大肠杆菌、粪链球菌、普通变形杆菌和产气杆菌等都发现有氨基酸脱羧作用。
现在研究人员对生物胺的研究多集中在干酪、发酵香肠方面。许多人认为干酪中的生物胺主要是与外源性的乳酸杆菌和肠球菌有关, 是微生物污染的产物。且已经证实了乳酸杆菌具有分解蛋白质的能力, 可以产生组胺、酪胺、尸胺和腐胺。肠球菌也可以分解氨基酸生成胺类物质, 尤其是将酪氨酸分解成酪胺。许多大肠杆菌也可以分解鸟氨酸和赖氨酸生成尸胺和腐胺。但在干酪生产严格的条件下,大肠杆菌和肠球菌生长缓慢且会快速死亡, 因此,造成干酪中生物胺形成的主要微生物是乳酸杆菌。
因此, 有人提出人为使用合适的发酵剂替代天然发酵工艺来抑制生物胺形成。然而, 由于干酪品种繁多, 有些品种直接使用乳酸杆菌作为发酵剂, 且在加工过程中很难控制不受其他微生物污染, 因此,很容易造成生物胺标。 在某些干酪品种中, 作为发酵剂的某些菌种也有分解蛋白质的能力, 也可以提高生物胺的含量, 因此, 简单认为生物胺仅是外源性微生物的产物是不全面的。
有人认为发酵香肠中与生物胺有关微生物主要是一些乳杆菌, 当香肠中存在大量组氨酸脱羧细菌, 同时组氨酸含量又比正常值高许多时, 才会有相当数量的组胺生成。然而, 吴祖兴 ( 2002) 在对乳酸菌在发酵香肠中应用的研究中发现, 嗜酸乳杆菌、双发酵乳杆菌、植物乳杆菌无降解蛋白质能力, 而葡萄球菌、啤酒片球菌有直接分解蛋白质能力。国外有许多人对发酵剂与发酵香肠中生物胺含量的关系进行了具体的研究。T. Komprda 分别使用两种不同的发酵剂 A(Lactobacillus sakei, Staphy-lococcus. carnosus, Sxylosus) 和 B (L. sakei,Scarnosus, Pediococcuspentosaceus), 采用同样的工艺, 来研究发酵剂对生物胺含量的影响。他发现在使用 A 菌种和 B 菌种的产品中, 在成熟期间酪胺含量分别从 18 mg/ kgDM 增到 90 mg/ kgDM,15 mg/ kgDM增到 9l mg/ kgDM。腐胺含量在两个菌种都是从大约 10 mg/ kgDM 增至 60 mg/ kgDM。
组胺含量从成熟开始的 30 mg/ kgDM(A 菌种)和20mg/ kgDM(B菌种)经过小幅度下降至 16mg/ kgDM后又分别升至 25 mg/ kgDM 和 32 mg/ kgDM,变化不是很大。A 发酵剂和 B 发酵剂发酵的发酵香肠总生物胺含量从 98 mg/ kgDM 和 82 mg/ kgDM(成熟期为零天时)增到成熟末期的 183 mg/ kgDM和 197 mg/ kgDM。
总之, 微生物对食品中生物胺含量的影响是其复杂的, 不同微生物可能造成不同生物胺积累,同时也可能与原料中的游离氨基酸种类有关。这就要求我们针对具体情况解决问题。

2 利用生物技术改造菌种
为避免生物胺形成, 我们可以采取许多办法,如控制工艺条件等, 但这些办法或不易实行或对产品风味有影响。而采用生物技术则可避免这些问题。
2.1 基因工程
基因工程是 20 世纪 70 年代以后兴起的一门新技术, 其主要原理是应用人工方法把生物遗传物质—DNA 分离出来, 在体外进行切割、拼接和重组, 然后通过运载工具将重组的基因导入某种宿主细胞或个体, 从而改变宿主的遗传特性; 有时还使导入的新的遗传信息在宿主细胞中或个体中大量表达, 以获得大量所需的基因表达产物 ( 各种生理活性物质, 如蛋白质、酶、多肽、抗生素等) 。这种利用 DNA 重组技术来创造新物种或给予生物以概念的技术称基因工程, 也称 DNA 重组技术。
利用基因工程手段将存在于其他微生物中有利于发酵食品的性状转移到发酵微生物中。其对食品发酵剂的改造主要集中在以下几个方面: ①增进对发酵微生物遗传特性的了解; ②对发酵微生物自然特性的遗传修饰和表达调控; ③基因工程菌的构建。虽然基因工程技术和基因工程菌主要在奶制品工业中应用, 但在其他发酵食品中应用的某些微生物的基因工程正在日益受到人们的重视。利用这项技术可以将我们要用的菌种进行改进, 从而在发酵过程中不再产生生物胺。
2.2 发酵工程
发酵工程是以各种食品为主要原料, 通过调控环境生态因子对微生物进行混合培养发酵, 从而制备食用安全、营养丰富的食品。针对生物胺, 我们以发酵香肠为例进行介绍。发酵香肠从本质上讲,属于固态混菌发酵。为了实现对肉制品发酵微生态系的有效控制, 有必要建立一套方便、快捷、有效的技术体系, 许多研究人员认为在以下几个方面有待深入研究:
①在肉品发酵系统中, 发酵、腐败与病原微生物同环境生态因子之间的预报预测微生物学模型的构建, 他将从生物统计的角度为我们提示肉品发酵生态系中生物量的动态变化。
②建立与完善肉品系统中微生物快速检测数据库, 他将为肉食生产企业提供有效、快捷的检测与质控手段, 确保产品的安全性。
③以 PCR 为基础的分子检测技术的确立与运用。随着 DNA 重组技术及基于对 rRNA 序列分析的生物分子系统进化理论的建立, 使人们有可能在不进行培养的情况下研究微生物。人们采用从环境中直接分离并克隆 rRNA, 分析其序列和在分子进化树上的位置等方法发现了大量不可培养微生物, 且能利用特异性 rRNA 探针进行荧光原位杂交或进行原位 PCR, 对环境中的不可培养微生物进行定位、计数和形态观察。将以 PCR 为基础的技术体系运用于肉品发酵工程, 可以对肉品发酵生态系中的微生物菌相的构成进行快速分析; 也可对特定微生物进行活体定量与定性监测, 这对研究微生物相互之间的生态关系及其在发酵肉制品物质转化过程中的作用具有重要意义, 同时也为肉制品功能性成分的研究提供了新的方法; 还可以对肉品发酵工程中的常见污染菌进行实时监控。
④传统发酵肉制品中微生物资源的开发与利用, 在传统自然发酵肉制品中, 丰富的乳酸菌资源, 将为食品级克隆体系的建立提供安全可靠的基因资源。以上这些新技术的应用为控制生物胺的形成打下了坚实的基础。

来源：惠合浓缩器