綜述葡萄球菌降低發酵肉中生物胺含量的三種機制（一）
摘要：近年來，發酵肉制品因具有營養、美味等優點而深受消費者追捧，但發酵肉中常會存在生物胺，引發人們對其安全性的關注。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，過量則可能導致產生過敏、腹瀉、致畸甚至死亡等不良反應。本文綜述葡萄球菌降低發酵肉中生物胺含量的3種機制：生物胺氧化酶氧化、菌株產生葡萄球菌素以及與其他菌株協同作用來控制發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。
發酵肉制品深受消費者歡迎，但在發酵肉生產過程中，常會產生一定量的生物胺。目前，通過相關技術對世界各國發酵肉制品中生物胺的含量進行測定，發現產品中腐胺、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，導致不同發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據，只有少數國家對食品中的組胺作了嚴格限量規定。美國食品藥品監督管理局規定，水產品中生物胺總量≤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、凍動物性水產品》僅對魚類產品中的組胺作了詳細規定，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一的標準來規范食品中生物胺含量。已有研究發現，發酵肉中生物胺來源主要有兩大途徑：首先，原料肉中的蛋白質在醛或酮的轉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的胺。后者是發酵肉制品中產生物胺的主要方式。研究發現，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致食物風味劣變，而且其在人體內達到一定程度就會產生毒害作用，對機體神經系統和心腦血管系統等造成無法預計的損傷。因此，明確生物胺的形成途徑，并選擇恰當的方法降低發酵肉中生物胺含量尤為重要。世界不同國家及地區發酵肉制品中的生物胺種類及含量如表1所示。
本文結合國內外研究報道，介紹具有降解生物胺特性的葡萄球菌菌株對發酵肉中生物胺的降解機理。
表1不同國家及地區發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、芳香族或雜環類低分子質量有機堿，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。最新報道發現，多胺，如胍胺在調節膜連接中發揮重要作用，此外，生物胺具有調節細胞生長、組織修復、協助基因表達、調控細胞內信號傳導途徑和離子通道等功能。同時生物胺是多發性硬化癥（multiple sclerosis，MS）發病機制中涉及的免疫系統和神經系統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炎癥性病變的發展中起核心作用，基于這一發現，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，通過小鼠實驗發現，亞精胺可激活Map 1介導的自噬，延長壽命并預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。但當生物胺出現在食品中往往會帶來不利影響，如尸胺、腐胺等二胺類物質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，另一方面通過結合樣品中的亞硝酸鹽產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境條件實現，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產生，如氨基酸脫羧作用或醛和酮的氨基化作用、轉氨作用。脫羧酶主要通過去除羧基來形成相應的胺類和二氧化碳，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。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，精氨酸則可作為間接前體物質，在精氨酸脫亞胺酶和精氨酸酶的作用下，通過水解作用轉化為鳥氨酸或經脫羧反應生成胍丁胺后合成腐胺。精胺則是由腐胺、亞精胺等前體物質在亞精胺合成酶、精胺合成酶的作用下產生。生物胺合成除需要有相對應的氨基酸作為前體物質和具有氨基酸脫羧酶的微生物外，還需要適宜的外部環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則葡萄串狀的革蘭氏陽性菌，極少數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（大多數葡萄球菌可在質量濃度0.1 g/mL的氯化鈉環境中存活）。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，根據它們的遺傳特征與產生物胺含量研究，認定可以單獨或與其他微生物結合用作工業發酵過程中的發酵劑，特別是用于生產奶酪和發酵肉。在目前已知的諸多降胺方法中，添加發酵劑也被認為是最有效的方法之一。添加到發酵香腸中以減少生物胺含量的發酵劑菌株，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香腸中的環境，并抑制產胺菌的生長。作為發酵肉制品中的優勢菌種，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分解能力，給發酵肉帶來良好色澤的同時還賦予產品溫潤的口感，在滿足消費者對發酵肉制品食用安全性要求的同時，也有助于提高產品的感官品質。
葡萄球菌作為降胺發酵劑添加到發酵肉中，除需要保障產品安全性及符合發酵條件外，還應不產胺或產胺能力極弱。已有大量實驗證明，肉葡萄球菌不具備產生某些生物胺，如尸胺、腐胺、色胺、酪胺和組胺等的能力，雖然有極少數肉葡萄球菌菌株會通過脫羧作用由苯丙氨酸產生苯乙胺，苯乙胺是胺類的前體氨基酸，但產生苯乙胺的含量低于歐盟法典中規定的除水產品以外其他食品（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的方法從相應的氨基酸中檢測擬葡萄球菌PMRS35形成生物胺的可能性，發現擬葡萄球菌PMRS35既不會產生組胺、酪胺等，也不含有這幾種胺合成的相關基因。研究發現：琥珀葡萄球菌分離株在實驗室環境中培養一段時間，其分離物不產生組胺；此外，琥珀葡萄球菌分離株的基因組測序結果表明，所有分離株都缺少產生組胺、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基中，分離株的尸胺產量平均值為75.1 mg/kg，表明前體受到限制，尸胺產量非常低，所造成的危害性很小。在使用木糖葡萄球菌作為發酵劑生產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酵劑來降低產品中生物胺含量是一種可行、有效的方法。