薛笑然，張樹竹，孔德婷，劉 爽，何飛飛，秦世雯

（云南大學(xué)資源植物研究院/農(nóng)學(xué)院，昆明 650500）

咖啡是一種高經(jīng)濟(jì)價(jià)值的飲料作物，可提高人體腦力功能，降低肝臟損害、心血管疾病的風(fēng)險(xiǎn)［1-2］。云南省熱區(qū)晝夜溫差大、熱量條件好、降水量適中等，是最適宜小粒種咖啡生長(zhǎng)的地區(qū)［3］，種植區(qū)域包括保山、臨滄、德宏等地，主要種植的小粒種咖啡品種有卡蒂姆（Catimor）、波邦（Bourbon）、鐵畢卡（Typical）等［4］?？Х燃庸み^程中，綠原酸、生物堿、多糖等化學(xué)成分會(huì)發(fā)生一系列焦糖化反應(yīng)、美拉德反應(yīng)等化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生揮發(fā)性物質(zhì)，同時(shí)也影響咖啡的感官和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值［5-6］。生物胺便是其中一種化學(xué)成分，食品中過量的生物胺會(huì)對(duì)人體造成一定影響。本文綜述了生物胺的分類、毒理作用、限量標(biāo)準(zhǔn)和檢測(cè)方法，介紹咖啡中生物胺的含量和種類，并提出生物胺防治手段及其效果，以期為咖啡工藝的優(yōu)化和咖啡品質(zhì)的提高提供參考。

1 生物胺簡(jiǎn)介

生物胺（biogenic amines, BAs）是一類含氮的具有生物活性的低分子量有機(jī)化合物的總稱［7］，常見于奶酪、肉、魚產(chǎn)品、葡萄酒、啤酒等發(fā)酵食品中，是檢測(cè)發(fā)酵食品質(zhì)量、評(píng)估食品有害微生物的重要指標(biāo)［8］。發(fā)酵食品中的生物胺主要是由微生物將生物胺前體物質(zhì)——氨基酸脫羧形成的，氨基酸脫羧酶將氨基酸中的α-羧基脫羧后形成對(duì)應(yīng)的生物胺［9］。不同食物中形成的生物胺種類不同，相同食物內(nèi)部和外部生物胺含量也不同。生物胺是檢測(cè)發(fā)酵食品安全性的重要指標(biāo)之一［10］，了解咖啡中生物胺的種類和含量，可以在咖啡初加工發(fā)酵過程中提高咖啡的品質(zhì)。

1.1 生物胺的分類

從來源看，生物胺可分為內(nèi)源性生物胺和外源性生物胺。內(nèi)源性胺是生物體中不同組織中生成的神經(jīng)遞質(zhì)，其可以在局部作用或通過血液系統(tǒng)傳播作用，分為兒茶酚胺、吲哚胺和組胺三類，具有生長(zhǎng)調(diào)節(jié)、免疫調(diào)節(jié)、神經(jīng)傳遞和清除自由基等生理功能［11-13］。外源性胺是發(fā)酵食品及加工工藝過程中檢測(cè)到的天然抗?fàn)I養(yǎng)因子，由前體氨基酸脫羧生成。從結(jié)構(gòu)上，生物胺可分為脂肪胺、芳香胺和雜環(huán)胺［14］。其中，脂肪族包括腐胺（putrescine）、尸胺（cadaverin）、精胺（spermine）、亞精胺（spermidine）等；芳香胺包括酪胺（tyramine）、苯乙胺（phenylethylamine）等；雜環(huán)胺包括組胺（histamine）、色胺（tryptamine）等。從組成上，生物胺也分為單胺（酪胺、苯乙胺、組胺、色胺）、二胺（腐胺、尸胺）和多胺（精胺、亞精胺）等［15］。

1.2 生物胺的毒理作用

人體中有特定的生物胺解毒機(jī)制，一般情況下，從外界攝入少量的生物胺可由小腸上皮的單胺氧化酶（MAO）、二胺氧化酶（DAO）將其氧化成醛類物質(zhì)進(jìn)入血液循環(huán)，完成解毒而不會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生傷害［16］。當(dāng)人體酶功能異常或攝入過量生物胺時(shí)，體內(nèi)的胺氧化酶不足以及時(shí)氧化生物胺，生物胺就會(huì)在血管中堆積，造成人體中毒。生物胺中毒可能產(chǎn)生頭暈、干嘔、心悸等癥狀，嚴(yán)重的可導(dǎo)致呼吸衰竭和死亡［17］。食品中過量的組胺對(duì)人體的毒性最強(qiáng)，通過作用于H1、H2、H3和H4受體，可引起頭疼、發(fā)燒、皮疹、失眠和過度興奮等癥狀，嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致精神分裂、認(rèn)知障礙和癲癇等神經(jīng)類疾?。?8］。研究表明，人體攝入組胺含量高于100 mg 就會(huì)產(chǎn)生一系列的中毒反應(yīng)［19］，食品中組胺含量高于400 mg/kg、酪胺含量高于125 mg/kg 便會(huì)對(duì)人體造成傷害，而人體血液中生物胺的蓄積濃度最高可達(dá)1 000 mg/kg［20］。二胺和多胺還會(huì)抑制人體中的單胺代謝，因此生物胺互作可加重人體中毒［21］。生物胺還可與食品中的亞硝酸鹽反應(yīng)生成亞硝胺而致癌［22］。

1.3 生物胺的限量標(biāo)準(zhǔn)

生物胺種類多，但毒性不同，且因不同體質(zhì)敏感程度對(duì)生物胺毒性的耐受等都不同，因此中毒水平因人而異。此外，生物胺對(duì)人體的毒性大小也受其他生物胺和胺氧化酶存在的影響［23］。不同食品中的生物胺種類和含量差異很大，難以用生物胺的總量對(duì)食品的毒性進(jìn)行衡量，國(guó)際上對(duì)食品中的生物胺限量標(biāo)準(zhǔn)也不統(tǒng)一。但許多國(guó)家已根據(jù)不同的食品制訂出相應(yīng)的生物胺標(biāo)準(zhǔn)，歐洲食品安全局要求組胺在食品中含量不超過100 mg/kg，酪胺含量不超過 100～800 mg/kg［24］；美國(guó)食品藥品監(jiān)督管理局要求水產(chǎn)品中的組胺含量不得超過500 mg/kg，酪胺含量不得超過100 mg/kg［25］；我國(guó)要求海水魚類產(chǎn)品中的組胺含量不得超過20 mg/100 g，高組胺魚類產(chǎn)品不得超過40 mg/100 g［26］。

2 食品中生物胺的控制

2.1 生物胺控制機(jī)制

對(duì)食品中生物胺的控制主要從兩方面著手。一方面是從生物胺的生成機(jī)制出發(fā)，在食品生產(chǎn)過程中控制生物胺的生成。游離氨基酸是生物胺生成的主要底物，高溫、高pH 值和少量鹽物質(zhì)可以促進(jìn)游離氨基酸聚集，從而產(chǎn)生大量的生物胺，改變生產(chǎn)過程中溫度、pH 值等條件，降低食品生產(chǎn)過程中生物胺含量［27］。氨基酸脫羧酶是生物胺形成的關(guān)鍵限制因子，主要由產(chǎn)氨基酸脫羧酶的微生物生成，控制此類微生物的活性就可以限制氨基酸脫羧酶的含量。另一方面，可開發(fā)具有生物氧化酶活性微生物的新型發(fā)酵劑，利用生物防控技術(shù)來降解已經(jīng)生成的生物胺。

2.2 生物胺控制技術(shù)

一是物理防控技術(shù)，包括生產(chǎn)低溫控制、工藝控制、輻照控制、食品添加劑控制、臭氧控制、超高壓控制等。研究發(fā)現(xiàn)，高壓加工可顯著抑制腌制鯡魚片中組胺、尸胺、酪胺和腐胺的生成，延長(zhǎng)儲(chǔ)藏時(shí)間［28］。臭氧處理會(huì)顯著抑制鱈魚中一類生物胺產(chǎn)生菌的活躍度，有效延長(zhǎng)其保質(zhì)期［29］。

二是化學(xué)防控技術(shù)，主要是利用人工合成的山梨酸鉀、硫酸鈉、丁基羥基茴香醚、苯甲酸等試劑抑制生物胺的產(chǎn)生［30］。例如，丹寧會(huì)抑制金槍魚中微生物的生長(zhǎng)，從而延長(zhǎng)其保質(zhì)期［31］。

三是生物防控技術(shù)，主要是從動(dòng)植物中提取出可降解生物胺的菌株，將其接種到發(fā)酵產(chǎn)品中來減少生物胺的積累［32］。目前，生物防控方法中采用生物胺降解菌降解是減少發(fā)酵食品中生物胺的新興手段，在食品工業(yè)具有良好應(yīng)用前景。

2.3 生物胺降解菌

不同生物胺降解菌的生長(zhǎng)和生物胺降解特性差異較大。例如，發(fā)酵蔬菜中篩選出可降解色胺、苯乙胺、尸胺、組胺、亞精胺、腐胺和酪胺的干酪乳桿菌（Lactobacillus casei），對(duì)豆瓣醬中亞精胺的降解率最高可達(dá)85.82%［33］。葡萄酒中篩選出可降解腐胺、酪胺、尸胺、色胺、精胺和組胺的植物乳桿菌（Lactobacillus plantarum），在乙醇體積分?jǐn)?shù)為10%時(shí)，對(duì)組胺最高降解率達(dá)28.92%［34］。魚露中篩選出可降解組胺、腐胺、酪胺、尸胺的發(fā)酵檸檬乳桿菌（Limosilactobacillus fermentum），其可降解72.3%組胺、78.5%尸胺、86.4%腐胺和100%酪胺［35］。黃酒中篩選出可降解酪胺、尸胺、腐胺、組胺、苯乙胺、色胺、亞精胺和精胺的披發(fā)糖多孢菌（Saccharopolyspora hirsuta）和玫瑰糖多孢菌（Saccharopolyspora rosea），其對(duì)生物胺標(biāo)液的降解率分別為 76.41%和 74.62%［36］。P. acidilactici5930 和P.Pediococcus4816 中含有降解生物胺的漆酶，其屬于多銅氧化酶的一種，其對(duì)酪胺降解分別達(dá)到70% 和 93% ，對(duì) 多 巴 胺 降 解 率 達(dá) 到 97% 和100%［37］。含有Weissellaspp 的發(fā)酵劑可顯著降解四川香腸中組胺、腐胺、酪胺和尸胺的含量［38］。

3 咖啡中生物胺的影響因素及控制

一是烘焙程度?？Х群姹喊? 個(gè)階段：干燥、熱解和冷卻［39］。烘焙會(huì)影響咖啡中的化學(xué)物質(zhì)，提高咖啡品質(zhì)，但烘焙過程中，咖啡中的精氨酸、半胱氨酸、賴氨酸和絲氨酸的結(jié)構(gòu)變化明顯。氨基酸是生物胺的前體物質(zhì)，咖啡烘焙會(huì)在3 個(gè)階段中持續(xù)影響咖啡中生物胺的種類和含量［40］。 例 如 ，Oliveira［41］等 利 用 高 效 液 相 色 譜（HPLC）檢測(cè)了兩種阿拉比卡生豆在220 ℃烘培下的生物胺含量，發(fā)現(xiàn)均有腐胺、亞精胺和精胺等3 種生物胺，其中在干燥階段，組胺、腐胺、精胺和酪胺發(fā)生降解。高效液相色譜（HPLC）檢測(cè)出越南羅巴斯達(dá)咖啡豆中含有4 種生物胺，分別為腐胺、血清素、亞精胺和精胺，在烘焙過程咖啡中生物胺先減少后增加，尤其是組胺含量［42］。使用具有熒光檢測(cè)器的液相色譜（LC）檢測(cè)出阿拉比卡生豆中含有腐胺、亞精胺、精胺、血清素四種生物胺，烘焙導(dǎo)致咖啡中的腐胺和精胺完全消失，并降低亞精胺和血清素的含量，咖啡中的生物胺含量烘焙 6 min 比 12 min 更高［43］。

二是加工工藝?？Х葲_泡飲品的生物胺含量比研磨咖啡的低，而濃縮咖啡液、膠囊機(jī)等咖啡飲品中的生物胺含量比摩卡咖啡的低［44］。干法和濕法加工的特定條件會(huì)降低低質(zhì)量咖啡中尸胺和組胺的含量［45］。

目前還缺乏針對(duì)于控制咖啡中生物胺的應(yīng)用菌。本研究團(tuán)隊(duì)測(cè)定了43 種市售咖啡的生物胺含量，及針對(duì)咖啡中生物胺的種類，從泡菜中篩選了10 株分別可降解乙胺、環(huán)戊胺、尸胺、酪胺、精胺和亞精胺的菌株（圖1），其對(duì)生物胺總胺的降解率在52%～77%。對(duì)優(yōu)勢(shì)菌株進(jìn)行鑒定后，找出其可降解生物胺的4 個(gè)目標(biāo)基因進(jìn)行原核外源表達(dá)，獲得4 株原核表達(dá)菌，誘導(dǎo)表達(dá)后純化蛋白，以期未來在咖啡加工過程中進(jìn)行應(yīng)用，并結(jié)合其他防控手段來提高咖啡品質(zhì)。

圖1 10株菌株對(duì)生物胺的降解率

4 結(jié)論與展望

咖啡初加工過程中產(chǎn)生的生物胺會(huì)對(duì)人體健康造成影響，提高咖啡品質(zhì)可從降解生物胺的角度考慮改進(jìn)加工工藝，采取生物防控技術(shù)或與其他防控技術(shù)相結(jié)合的手段，進(jìn)一步控制咖啡中生物胺的含量。生物胺降解菌能利用其分泌的胺氧化酶、多銅氧化酶和胺脫氫酶來降解生物胺，不同的酶對(duì)生物胺的特異性不同，導(dǎo)致生物胺降解菌的功能具有差異性。目前對(duì)生物胺降解酶的研究大多針對(duì)其酶學(xué)性質(zhì)和作用機(jī)理，缺少對(duì)其大規(guī)模應(yīng)用的研究。因此，對(duì)生物胺降解菌的分離及其酶的應(yīng)用還有待進(jìn)一步研究探索。