李雄波，鄧維琴，萬萍，張其圣，李恒，陳功＊

（1.四川省食品發(fā)酵工業(yè)研究設計院，成都 611130；2.四川東坡中國泡菜產業(yè)技術研究院，四川 眉山 620030；3.成都大學 藥學與生物工程學院，成都 610106）

豆瓣醬是起源于四川民間，至今有接近300年的歷史，是一種半固態(tài)調味品［1，2］，其發(fā)酵過程經歷多個階段，期間參與的微生物眾多，并發(fā)生了一系列復雜的生化反應［3］。豆瓣醬生產依舊采用開放式發(fā)酵，發(fā)酵過程中容易受到環(huán)境因素的影響，存在微生物代謝有害產物的風險。

生物胺是一種由微生物、植物和動物代謝合成的脂肪族、芳香族或雜環(huán)結構的含氮低分子量有機堿［4］。生物胺是機體必需的內源性組分，在細胞的增殖分化、核酸功能調節(jié)、蛋白質合成、大腦和神經生長發(fā)育中具有重要作用［5］。然而生物胺也具有潛在的毒性，過量攝入可能會引發(fā)中毒等健康問題［6］，其也被認為是N-亞硝胺等致癌物的前體物質［7］。

目前，生物胺已經成為威脅豆瓣醬食品安全，制約豆瓣醬發(fā)展的重要因素。本文從生物胺的形成機制、危害、豆瓣醬中生物胺的產生條件、影響因素以及調控方法等方面進行綜述，以期為豆瓣醬中生物胺的控制，提高豆瓣醬的安全性提供參考。

1 生物胺概述

1.1 生物胺的形成機制

食品中常見的8種生物胺及其相關信息見表1，食品中生物胺有兩個主要來源：一是原料自身帶入；二是通過氨基酸脫羧酶使得氨基酸發(fā)生脫羧反應形成。

表1 食品中8種生物胺［8］Table1 Information of 8biogenic amines in food

生物胺作為機體必需的生物活性成分，其存在于多數(shù)動植物體內，因此食品原料會自帶部分生物胺［9］。谷鳳霞測定啤酒原料麥芽、酒花和釀造用水中的生物胺含量分別為83.76，50.46，0mg／kg，證實麥芽和酒花為啤酒中生物胺的重要來源［10］。趙中輝對水產品貯藏中生物胺的變化進行了研究，發(fā)現(xiàn)新鮮的水產品中總胺含量也有5.19mg／kg［11］。一些新鮮原料如魚、牛奶中本身含有少量生物胺［12］。

食品中生物胺的另一個重要來源是由微生物分泌的氨基酸脫羧酶作用于氨基酸形成，其作用過程見圖1。分泌氨基酸脫羧酶的微生物，可能來自食品原料和周圍環(huán)境，也可能由發(fā)酵菌劑帶入［13］。兩個基本的生理原因導致微生物的脫羧通路被激活：一是抗酸脅迫，微生物在酸性環(huán)境中可以通過脫羧作用產生弱堿性的生物胺，最終有利于細胞內外pH的升高［14－16］；二是獲取能量，脫羧過程可以激活與膜相關的質子運動力來為細胞補充能量［17－19］。

圖1 氨基酸脫羧酶作用于氨基酸生成生物胺示意圖［20］Fig.1 Schematic diagram of biogenic amines formed by amino acid decarboxylase

1.2 生物胺的危害

體內生物胺大量聚集或攝入過量的生物胺，將帶來嚴重的健康問題，因此建議攝入的食物中生物胺總量應小于1000mg／kg。組胺是已知毒性最強的生物胺，有報道稱攝入8～40mg便可引起輕度中毒反應［21］。組胺中毒的潛伏期短，表現(xiàn)為頭暈、頭痛、胸悶和無法吞咽等癥狀。酪胺引起的食物中毒最多，可能與奶酪、醬油、味噌和魚子醬等多數(shù)發(fā)酵食品中酪胺含量最高有關。酪胺具有血管收縮作用，可引起偏頭痛、惡心、嘔吐、呼吸困難和血壓升高。β-苯乙胺攝入3mg便可引起中毒反應，其表現(xiàn)為頭痛、瞳孔擴張、眼瞼組織擴張、呼吸困難和血壓升高。尸胺和腐胺毒性低，但其能抑制生物胺氧化酶的活性，從而增強組胺的毒性。生物胺還被認為是致癌物的前體物質，如尸胺、腐胺、精胺、亞精胺等可以與亞硝酸鹽反應形成致癌物亞硝胺。

1.3 食品中生物胺的限量

目前，由于各種生物胺毒性各不相同，很難以某種生物胺或總胺的含量來衡量所有食品中生物胺的安全性，因此世界各國也只制定了部分食品中的限量標準。

美國食品和藥品監(jiān)督管理局規(guī)定的魚類中組胺含量應為≤50mg／kg，而其他食品中生物胺總量應為≤1000mg／kg［22］。

歐盟只規(guī)定水產品中組胺含量應≤100mg／kg，并建議其他食品中組胺含量應≤100mg／kg，酪胺含量不得超過100～800mg／kg［23］。

我國國標GB 2733—2015規(guī)定高組胺魚類中的組胺含量為≤400mg／kg，而其他海產魚的組胺含量為≤200mg／kg［24］。我國尚未制定其它食品中生物胺的限量標準，因此豆瓣醬中生物胺含量的安全性還沒有具體的衡量標準。

根據(jù)理論與實際情況，學者們紛紛提出了關于食品中生物胺限量的建議。Taylor等認為食品中總生物胺最大容許濃度為1000mg／kg［25］。

多數(shù)學者建議食品中組胺限量為50～100mg／kg；酪胺限量為100～800mg／kg［26］。Brink等建議食品中的β-苯乙胺含量應低于30mg／kg［27］。

2 豆瓣醬中生物胺的形成

豆瓣醬發(fā)酵體系為混菌發(fā)酵，潛在產胺微生物較多，加之氨基酸含量豐富，因此豆瓣醬的發(fā)酵過程為微生物代謝產生生物胺提供了適宜的條件。

2.1 豆瓣醬中生物胺含量

豆瓣醬的產品特性和加工工藝決定了其存在生物胺風險。朱天傲對市場中5大類38種醬制品進行了生物胺檢測，其中豆瓣醬中生物胺總量最高，總胺在131.0～451.1mg／kg之間，其中組胺和β-苯乙胺含量分別在10.2～87.8，26.4～67.5mg／kg之間［28］。根據(jù)部分限量建議，市售豆瓣醬中部分生物胺含量超過了建議限量，存在一定的安全風險。Byun等也檢測了中國市場上的7種豆瓣醬，未檢出組胺，腐胺和β-苯乙胺含量最高，平均濃度分 別 為 31.71，31.27mg／kg［29］。Shukla Shruti等測定了23份韓國大醬樣品中的色胺、β-苯乙胺、腐胺、尸胺、胍丁胺、組胺、酪胺、亞精胺和精胺的平均含量分別為18.37，82.03，70.84，34.24，47.32，26.79，126.66，74.41，244.36mg／kg［30］。從以上結果可以看出，不同產品之間生物胺種類和含量差異較大，說明生產工藝對生物胺的形成有較大影響。

2.2 豆瓣醬中生物胺形成條件

2.2.1 游離氨基酸

蠶豆是豆瓣醬最主要的原料之一，其蛋白質含量在25%～35%之間，在食用豆類中含量僅次于大豆［31，32］。豆瓣醬發(fā)酵過程中產蛋白酶的微生物較多，制曲階段以米曲霉、黑曲霉和醬油曲霉等霉菌為主［33］；在發(fā)酵后期以芽孢桿菌等細菌為主［34］。微生物分泌大量的蛋白酶、肽酶等酶分解原料中的蛋白質，使得豆瓣醬中氨基酸含量較高。尤新新以蠶豆為原料制作豆瓣醬，測定其發(fā)酵過程中氨基酸態(tài)氮含量變化，第10天就達到0.626g／100g，發(fā)酵結束時達到0.655g／100g。氨基酸是豆瓣醬風味形成的重要物質，其在豆瓣醬中含量豐富，這也為生物胺的形成提供了充足的前體物。

2.2.2 產胺微生物

豆瓣醬發(fā)酵過程中微生物菌群豐富，潛在產胺微生物眾多，但是對豆瓣醬中產胺微生物的研究鮮有報道。朱天傲從豆瓣醬中分離得到64株潛在產生物胺的芽孢桿菌，其在培養(yǎng)基中產生物胺總量為1.09～70.14mg／L。Jeon等發(fā)現(xiàn)芽孢桿菌和腸球菌是韓國傳統(tǒng)大豆發(fā)酵食品中生物胺的主要貢獻者［35］。張仁鳳等發(fā)現(xiàn)豆豉發(fā)酵常用毛霉和米曲霉的部分菌株都能產酪胺，部分菌株還能產腐胺、色胺和精胺，甚至是組胺［36］。豆瓣醬中的優(yōu)勢菌群，如曲霉、乳桿菌、芽孢桿菌、酵母、腸桿菌、葡萄球菌、鏈球菌等都被證明是潛在的產胺菌屬［37，38］。

2.3 發(fā)酵條件對豆瓣醬中生物胺形成的影響

發(fā)酵溫度、pH、鹽濃度等發(fā)酵條件對生物胺的形成有不同程度的影響，其主要通過影響產胺微生物或者氨基酸脫羧酶的活性來實現(xiàn)。

2.3.1 發(fā)酵溫度對豆瓣醬中生物胺形成的影響

發(fā)酵溫度對發(fā)酵食品中的生物胺含量有顯著影響。Bargossi等研究了溫度對從糞腸桿菌中提取的酪氨酸脫羧酶活性的影響，發(fā)現(xiàn)在30～37℃的溫度下脫羧效率最高［39］。周火蘭以米曲霉為種曲發(fā)酵魚露，結果表明發(fā)酵溫度40℃比30℃更有利于魚露中生物胺的生成［40］。發(fā)酵溫度越接近微生物生長代謝的最適溫度，越有利于生物胺的產生，這是由于生物胺的產生與體系中存在的細胞數(shù)量有關［41］。通常豆瓣醬采用高溫發(fā)酵，有利于各種微生物生長代謝，提高發(fā)酵速度，縮短生產時間，但由此也帶來了更高的生物胺風險。

2.3.2 環(huán)境pH對豆瓣醬中生物胺形成的影響

在酸性環(huán)境中，脫羧作用是微生物抵御酸性環(huán)境的應激機制，通過脫羧作用產生堿性的生物胺，有助于提高細胞內外的pH值。研究發(fā)現(xiàn)較低的pH值可以提高腸球菌、糞腸球菌的酪胺產生能力［42］。除此之外，Moreno-Arribas等研究發(fā)現(xiàn)脫羧酶的最適pH約為5.0［43］。因此，低酸環(huán)境不僅有利于微生物分泌氨基酸脫羧酶，而且酶的活性也更高。豆瓣醬發(fā)酵體系是一個弱酸環(huán)境，因此豆瓣醬發(fā)酵過程的酸堿環(huán)境有利于微生物產生生物胺。

2.3.3 鹽濃度對豆瓣醬中生物胺形成的影響

提高鹽濃度有利于抑制微生物及其脫羧酶的活性，減少食物中生物胺的積累。Bargossi等研究了鹽濃度對純酪氨酸脫羧酶的影響，在鹽濃度達到10%時，其相對活性損失有限，只有鹽濃度達到15%時才使脫羧酶活性顯著降低，但仍具有活性。Latorre-Moratalla等發(fā)現(xiàn)3.5%～5.5%的食鹽濃度就能夠對組胺的形成起到抑制作用［44］。張菁研究不同鹽度對黃豆醬發(fā)酵過程中生物胺含量的影響時，發(fā)現(xiàn)鹽度越高，黃豆醬中生物胺總量越少，且不同鹽度對產胺的種類也有影響［45］。

2.4 豆瓣醬中生物胺的控制方法

豆瓣醬中的生物胺形成與生產的衛(wèi)生狀況、工藝條件以及微生物組成有關，生物胺的積累是多種因素共同作用的結果，因此很難通過單一手段對豆瓣醬中的生物胺進行控制。

2.4.1 發(fā)酵工藝的優(yōu)化

溫度和鹽濃度等發(fā)酵條件對生物胺的形成有顯著影響。降低發(fā)酵溫度有助于降低微生物活性，可以減少生物胺的形成。另外，提高鹽濃度也有利于抑制生物胺的形成和積累，但是高鹽調味品不符合現(xiàn)在提倡的低鹽健康飲食。豆瓣醬中生物胺的含量還與原料貯藏和生產過程中的衛(wèi)生條件密切相關。惡劣的衛(wèi)生條件一方面造成原料在儲藏過程中被污染，另一方面是在發(fā)酵過程中容易受到環(huán)境微生物的污染，兩者都會造成豆瓣醬中生物胺的積累。因此，提高豆瓣醬生產過程中的衛(wèi)生管理和控制也是降低生物胺的重要手段。

2.4.2 安全的發(fā)酵劑

豆瓣醬中的微生物絕大部分是具有產胺潛力的野生菌株，因此選擇合適的原始菌株作為發(fā)酵劑是抑制生物胺積累的主要手段之一。發(fā)酵菌株的選擇應避免有脫羧活性。此外，能分泌細菌素來抑制野生菌株的生長和產胺能力，甚至能降解生物胺的菌劑是豆瓣醬發(fā)酵的較佳選擇［46］。張菁發(fā)現(xiàn)米曲霉滬釀3.042具有生物胺降解能力，選用其作為豆瓣醬的發(fā)酵劑可降低產品中生物胺含量。豆瓣醬發(fā)酵中乳酸菌起到重要作用，在發(fā)酵過程中添加不具備脫羧活性的乳酸菌，既可以分泌細菌素抑制其他產胺乳酸菌的生長，還可以通過誘導快速酸化來抑制雜菌的污染，從而減少生物胺的形成［47］。優(yōu)良發(fā)酵菌劑的使用，不僅有利于降低生物胺的形成，而且有利于提高傳統(tǒng)發(fā)酵食品的品質及其穩(wěn)定性。

2.4.3 添加化學物質抑制生物胺形成

在豆瓣醬發(fā)酵過程中，可以添加一些具有抗菌活性的物質，從而改變豆瓣醬發(fā)酵過程中的微生物菌相結構。鄒陽等發(fā)現(xiàn)制曲階段是醬油中生物胺形成的重要階段，在制曲階段添加冰乙酸可以有效地降低醬油中亞精胺、精胺及組胺的積累。結果表明通過添加冰醋酸能夠有效抑制制曲階段由雜菌污染造成的生物胺積累［48］。另外，添加天然提取物來抑制食品中生物胺的產生也是研究的熱點。王永麗等發(fā)現(xiàn)大蒜提取物對假單胞菌和乳酸菌均有很強的抑制作用，從而大大降低了產品中組胺等生物胺的含量［49］。天然提取物具有安全、綠色的特點，其作為食品添加劑是絕佳選擇。豆瓣醬發(fā)酵過程可以添加化學物質來抑制生物胺的積累，但同時應該保證豆瓣醬的品質。

3 結論

豆瓣醬中生物胺主要是由發(fā)酵體系中復雜多樣的產胺微生物利用體系中豐富的氨基酸形成的。通過已有關于豆瓣醬中生物胺含量的研究報道發(fā)現(xiàn)，部分豆瓣醬中生物胺含量超過了國際建議的食品中生物胺的限量提議，嚴重威脅到豆瓣醬的安全性。目前，關于豆瓣醬的發(fā)酵條件，如溫度、pH值、鹽濃度等對生物胺的形成和積累的影響有了部分研究報道，但是對于控制生物胺形成的方法還鮮有報道。這與豆瓣醬發(fā)酵工藝復雜、影響因素多、微生物群落高度復雜多樣、單一控制方法難以實現(xiàn)生物胺調控有關。因此，加強豆瓣醬中生物胺的形成機理和控制方法等方面的深入研究，對于提升豆瓣醬的品質和安全性具有重要意義。