綜述葡萄球菌降低發(fā)酵肉中生物胺含量的三種機制（一）
摘要：近年來，發(fā)酵肉制品因具有營養(yǎng)、美味等優(yōu)點而深受消費者追捧，但發(fā)酵肉中常會存在生物胺，引發(fā)人們對其安全性的關(guān)注。生物胺是一類具有生物活性的低分子含氮有機化合物，適量劑量范圍的生物胺有助于人體生長、增強代謝，過量則可能導(dǎo)致產(chǎn)生過敏、腹瀉、致畸甚至死亡等不良反應(yīng)。本文綜述葡萄球菌降低發(fā)酵肉中生物胺含量的3種機制：生物胺氧化酶氧化、菌株產(chǎn)生葡萄球菌素以及與其他菌株協(xié)同作用來控制發(fā)酵肉制品中生物胺含量。通過利用葡萄球菌降胺作用，為食品中生物胺的防控與消除提供思路。
發(fā)酵肉制品深受消費者歡迎，但在發(fā)酵肉生產(chǎn)過程中，常會產(chǎn)生一定量的生物胺。目前，通過相關(guān)技術(shù)對世界各國發(fā)酵肉制品中生物胺的含量進行測定，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品中腐胺、酪胺、組胺和尸胺含量較高。由于不同原料、加工方式、發(fā)酵條件以及制作過程中使用的添加劑和防腐劑等因素對生物胺形成都有影響，導(dǎo)致不同發(fā)酵肉中生物胺含量會有顯著性差異；同時，不同種類生物胺毒性差異較大，不同種族、地域和國家的人群對各種生物胺的敏感性也有所不同。目前國際上缺乏較為完善的生物胺膳食評估數(shù)據(jù)，只有少數(shù)國家對食品中的組胺作了嚴格限量規(guī)定。美國食品藥品監(jiān)督管理局規(guī)定，水產(chǎn)品中生物胺總量≤1 000 mg/kg、組胺含量≤50 mg/kg、酪胺含量≤100 mg/kg；歐盟規(guī)定，食品中組胺含量≤200 mg/kg；我國GB 2733—2015《食品安全國家標準鮮、凍動物性水產(chǎn)品》僅對魚類產(chǎn)品中的組胺作了詳細規(guī)定，其中高組胺魚類組胺含量≤40 mg/kg，其他海水魚類組胺含量≤20 mg/kg。因此，國際上還缺乏一個統(tǒng)一的標準來規(guī)范食品中生物胺含量。已有研究發(fā)現(xiàn)，發(fā)酵肉中生物胺來源主要有兩大途徑：首先，原料肉中的蛋白質(zhì)在醛或酮的轉(zhuǎn)氨作用下生成脂肪族生物胺；其次，氨基酸脫羧酶陽性菌能夠利用發(fā)酵肉制品中的游離氨基酸，在脫羧作用下形成與游離氨基酸相對應(yīng)的胺。后者是發(fā)酵肉制品中產(chǎn)生物胺的主要方式。研究發(fā)現(xiàn)，適量的生物胺有助于人體新陳代謝和免疫活性，但過量的生物胺不僅會導(dǎo)致食物風(fēng)味劣變，而且其在人體內(nèi)達到一定程度就會產(chǎn)生毒害作用，對機體神經(jīng)系統(tǒng)和心腦血管系統(tǒng)等造成無法預(yù)計的損傷。因此，明確生物胺的形成途徑，并選擇恰當?shù)姆椒ń档桶l(fā)酵肉中生物胺含量尤為重要。世界不同國家及地區(qū)發(fā)酵肉制品中的生物胺種類及含量如表1所示。
本文結(jié)合國內(nèi)外研究報道，介紹具有降解生物胺特性的葡萄球菌菌株對發(fā)酵肉中生物胺的降解機理。
表1不同國家及地區(qū)發(fā)酵肉制品中的生物胺種類及含量
1生物胺和葡萄球菌
1.1生物胺
生物胺是一類含氮的脂肪族、芳香族或雜環(huán)類低分子質(zhì)量有機堿，是細胞的重要組成部分，對人體有促進生長、增強代謝、提高免疫力、清除自由基等作用。最新報道發(fā)現(xiàn)，多胺，如胍胺在調(diào)節(jié)膜連接中發(fā)揮重要作用，此外，生物胺具有調(diào)節(jié)細胞生長、組織修復(fù)、協(xié)助基因表達、調(diào)控細胞內(nèi)信號傳導(dǎo)途徑和離子通道等功能。同時生物胺是多發(fā)性硬化癥（multiple sclerosis，MS）發(fā)病機制中涉及的免疫系統(tǒng)和神經(jīng)系統(tǒng)之間相互作用的直接介體，其既可以增強也可以抑制Th17細胞功能，而Th17細胞在MS炎癥性病變的發(fā)展中起核心作用，基于這一發(fā)現(xiàn)，靶向生物胺及其受體可作為一種新型的MS疾病改良療法。最近，通過小鼠實驗發(fā)現(xiàn)，亞精胺可激活Map 1介導(dǎo)的自噬，延長壽命并預(yù)防肝纖維化和肝細胞癌，就此認定亞精胺可能是一種潛在的壽命延長劑。但當生物胺出現(xiàn)在食品中往往會帶來不利影響，如尸胺、腐胺等二胺類物質(zhì)一方面能通過抑制生物胺分解酶活性，增加組胺的含量與毒性，另一方面通過結(jié)合樣品中的亞硝酸鹽產(chǎn)生具有致癌作用的亞硝胺，對機體造成一定影響。
目前，主要有4種控制生物胺的方法：1）降低游離氨基酸含量；2）抑制產(chǎn)氨基酸脫羧酶菌株的生長；3）抑制氨基酸脫羧酶活性；4）提高生物胺的降解率。控制生物胺的形成主要可以通過改變外界環(huán)境條件實現(xiàn)，而利用具有胺氧化酶活性的微生物菌株是降解已生成生物胺的有效途徑。
生物胺通常是由蛋白質(zhì)或游離氨基酸在微生物脫羧酶或脫亞胺酶的作用下通過一系列生化反應(yīng)產(chǎn)生，如氨基酸脫羧作用或醛和酮的氨基化作用、轉(zhuǎn)氨作用。脫羧酶主要通過去除羧基來形成相應(yīng)的胺類和二氧化碳，再選擇性作用于特定氨基酸；脫亞胺酶也是參與生物胺生物合成的酶之一，主要與腐胺的形成有關(guān)。食品中生物胺的形成主要是通過脫羧酶途徑。組氨酸（His）、酪氨酸（Tyr）、苯丙氨酸（Phe）和賴氨酸（Lys）在脫羧酶的作用下分別形成組胺、酪胺、苯乙胺和尸胺等生物胺；而腐胺、胍丁胺、亞精胺等多胺可以通過多種途徑合成，如鳥氨酸和胍丁胺可作為腐胺的直接前體物質(zhì)，精氨酸則可作為間接前體物質(zhì)，在精氨酸脫亞胺酶和精氨酸酶的作用下，通過水解作用轉(zhuǎn)化為鳥氨酸或經(jīng)脫羧反應(yīng)生成胍丁胺后合成腐胺。精胺則是由腐胺、亞精胺等前體物質(zhì)在亞精胺合成酶、精胺合成酶的作用下產(chǎn)生。生物胺合成除需要有相對應(yīng)的氨基酸作為前體物質(zhì)和具有氨基酸脫羧酶的微生物外，還需要適宜的外部環(huán)境條件來滿足含氨基酸脫羧酶的微生物生長以及氨基酸脫羧酶合成。
1.2葡萄球菌
葡萄球菌是一種在顯微鏡下呈不規(guī)則葡萄串狀的革蘭氏陽性菌，極少數(shù)致病型耐藥菌株呈革蘭氏陰性；葡萄球菌是一種無鞭毛、不活動、不具有芽孢的兼性厭氧細菌，具有高度的耐鹽性（大多數(shù)葡萄球菌可在質(zhì)量濃度0.1 g/mL的氯化鈉環(huán)境中存活）。截至2018年，已鑒定的葡萄球菌屬包括54個種和27個亞種。食品中通常存在3種葡萄球菌：肉葡萄球菌、木糖葡萄球菌和馬葡萄球菌，根據(jù)它們的遺傳特征與產(chǎn)生物胺含量研究，認定可以單獨或與其他微生物結(jié)合用作工業(yè)發(fā)酵過程中的發(fā)酵劑，特別是用于生產(chǎn)奶酪和發(fā)酵肉。在目前已知的諸多降胺方法中，添加發(fā)酵劑也被認為是最有效的方法之一。添加到發(fā)酵香腸中以減少生物胺含量的發(fā)酵劑菌株，通常是不含有氨基酸脫羧酶的安全菌株。這些菌株能夠很好地適應(yīng)香腸中的環(huán)境，并抑制產(chǎn)胺菌的生長。作為發(fā)酵肉制品中的優(yōu)勢菌種，葡萄球菌在減少樣品中生物胺含量的同時，還具有硝酸鹽還原酶活性以及較強的脂肪和蛋白質(zhì)分解能力，給發(fā)酵肉帶來良好色澤的同時還賦予產(chǎn)品溫潤的口感，在滿足消費者對發(fā)酵肉制品食用安全性要求的同時，也有助于提高產(chǎn)品的感官品質(zhì)。
葡萄球菌作為降胺發(fā)酵劑添加到發(fā)酵肉中，除需要保障產(chǎn)品安全性及符合發(fā)酵條件外，還應(yīng)不產(chǎn)胺或產(chǎn)胺能力極弱。已有大量實驗證明，肉葡萄球菌不具備產(chǎn)生某些生物胺，如尸胺、腐胺、色胺、酪胺和組胺等的能力，雖然有極少數(shù)肉葡萄球菌菌株會通過脫羧作用由苯丙氨酸產(chǎn)生苯乙胺，苯乙胺是胺類的前體氨基酸，但產(chǎn)生苯乙胺的含量低于歐盟法典中規(guī)定的除水產(chǎn)品以外其他食品（包括肉制品）的允許含量（＜30 mg/kg）。通過薄層色譜及基于聚合酶鏈式反應(yīng)的方法從相應(yīng)的氨基酸中檢測擬葡萄球菌PMRS35形成生物胺的可能性，發(fā)現(xiàn)擬葡萄球菌PMRS35既不會產(chǎn)生組胺、酪胺等，也不含有這幾種胺合成的相關(guān)基因。研究發(fā)現(xiàn)：琥珀葡萄球菌分離株在實驗室環(huán)境中培養(yǎng)一段時間，其分離物不產(chǎn)生組胺；此外，琥珀葡萄球菌分離株的基因組測序結(jié)果表明，所有分離株都缺少產(chǎn)生組胺、腐胺和酪胺所需的基因。盡管一些菌株中鑒定出了產(chǎn)生尸胺所需的賴氨酸脫羧酶編碼基因，但在添加過量前體的培養(yǎng)基中，分離株的尸胺產(chǎn)量平均值為75.1 mg/kg，表明前體受到限制，尸胺產(chǎn)量非常低，所造成的危害性很小。在使用木糖葡萄球菌作為發(fā)酵劑生產(chǎn)的香腸中沒有檢測到2-苯乙胺、腐胺、組胺和色胺。因此，利用葡萄球菌作為肉制品發(fā)酵劑來降低產(chǎn)品中生物胺含量是一種可行、有效的方法。
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