综述葡萄球菌降低发酵肉中生物胺含量的三种机制（一）
摘要：近年来，发酵肉制品因具有营养、美味等优点而深受消费者追捧，但发酵肉中常会存在生物胺，引发人们对其安全性的关注。生物胺是一类具有生物活性的低分子含氮有机化合物，适量剂量范围的生物胺有助于人体生长、增强代谢，过量则可能导致产生过敏、腹泻、致畸甚至死亡等不良反应。本文综述葡萄球菌降低发酵肉中生物胺含量的3种机制：生物胺氧化酶氧化、菌株产生葡萄球菌素以及与其他菌株协同作用来控制发酵肉制品中生物胺含量。通过利用葡萄球菌降胺作用，为食品中生物胺的防控与消除提供思路。
发酵肉制品深受消费者欢迎，但在发酵肉生产过程中，常会产生一定量的生物胺。目前，通过相关技术对世界各国发酵肉制品中生物胺的含量进行测定，发现产品中腐胺、酪胺、组胺和尸胺含量较高。由于不同原料、加工方式、发酵条件以及制作过程中使用的添加剂和防腐剂等因素对生物胺形成都有影响，导致不同发酵肉中生物胺含量会有显著性差异；同时，不同种类生物胺毒性差异较大，不同种族、地域和国家的人群对各种生物胺的敏感性也有所不同。目前国际上缺乏较为完善的生物胺膳食评估数据，只有少数国家对食品中的组胺作了严格限量规定。美国食品药品监督管理局规定，水产品中生物胺总量≤1 000 mg/kg、组胺含量≤50 mg/kg、酪胺含量≤100 mg/kg；欧盟规定，食品中组胺含量≤200 mg/kg；我国GB 2733—2015《食品安全国家标准鲜、冻动物性水产品》仅对鱼类产品中的组胺作了详细规定，其中高组胺鱼类组胺含量≤40 mg/kg，其他海水鱼类组胺含量≤20 mg/kg。因此，国际上还缺乏一个统一的标准来规范食品中生物胺含量。已有研究发现，发酵肉中生物胺来源主要有两大途径：首先，原料肉中的蛋白质在醛或酮的转氨作用下生成脂肪族生物胺；其次，氨基酸脱羧酶阳性菌能够利用发酵肉制品中的游离氨基酸，在脱羧作用下形成与游离氨基酸相对应的胺。后者是发酵肉制品中产生物胺的主要方式。研究发现，适量的生物胺有助于人体新陈代谢和免疫活性，但过量的生物胺不仅会导致食物风味劣变，而且其在人体内达到一定程度就会产生毒害作用，对机体神经系统和心脑血管系统等造成无法预计的损伤。因此，明确生物胺的形成途径，并选择恰当的方法降低发酵肉中生物胺含量尤为重要。世界不同国家及地区发酵肉制品中的生物胺种类及含量如表1所示。
本文结合国内外研究报道，介绍具有降解生物胺特性的葡萄球菌菌株对发酵肉中生物胺的降解机理。
表1不同国家及地区发酵肉制品中的生物胺种类及含量
1生物胺和葡萄球菌
1.1生物胺
生物胺是一类含氮的脂肪族、芳香族或杂环类低分子质量有机碱，是细胞的重要组成部分，对人体有促进生长、增强代谢、提高免疫力、清除自由基等作用。最新报道发现，多胺，如胍胺在调节膜连接中发挥重要作用，此外，生物胺具有调节细胞生长、组织修复、协助基因表达、调控细胞内信号传导途径和离子通道等功能。同时生物胺是多发性硬化症（multiple sclerosis，MS）发病机制中涉及的免疫系统和神经系统之间相互作用的直接介体，其既可以增强也可以抑制Th17细胞功能，而Th17细胞在MS炎症性病变的发展中起核心作用，基于这一发现，靶向生物胺及其受体可作为一种新型的MS疾病改良疗法。最近，通过小鼠实验发现，亚精胺可激活Map 1介导的自噬，延长寿命并预防肝纤维化和肝细胞癌，就此认定亚精胺可能是一种潜在的寿命延长剂。但当生物胺出现在食品中往往会带来不利影响，如尸胺、腐胺等二胺类物质一方面能通过抑制生物胺分解酶活性，增加组胺的含量与毒性，另一方面通过结合样品中的亚硝酸盐产生具有致癌作用的亚硝胺，对机体造成一定影响。
目前，主要有4种控制生物胺的方法：1）降低游离氨基酸含量；2）抑制产氨基酸脱羧酶菌株的生长；3）抑制氨基酸脱羧酶活性；4）提高生物胺的降解率。控制生物胺的形成主要可以通过改变外界环境条件实现，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径。
生物胺通常是由蛋白质或游离氨基酸在微生物脱羧酶或脱亚胺酶的作用下通过一系列生化反应产生，如氨基酸脱羧作用或醛和酮的氨基化作用、转氨作用。脱羧酶主要通过去除羧基来形成相应的胺类和二氧化碳，再选择性作用于特定氨基酸；脱亚胺酶也是参与生物胺生物合成的酶之一，主要与腐胺的形成有关。食品中生物胺的形成主要是通过脱羧酶途径。组氨酸（His）、酪氨酸（Tyr）、苯丙氨酸（Phe）和赖氨酸（Lys）在脱羧酶的作用下分别形成组胺、酪胺、苯乙胺和尸胺等生物胺；而腐胺、胍丁胺、亚精胺等多胺可以通过多种途径合成，如鸟氨酸和胍丁胺可作为腐胺的直接前体物质，精氨酸则可作为间接前体物质，在精氨酸脱亚胺酶和精氨酸酶的作用下，通过水解作用转化为鸟氨酸或经脱羧反应生成胍丁胺后合成腐胺。精胺则是由腐胺、亚精胺等前体物质在亚精胺合成酶、精胺合成酶的作用下产生。生物胺合成除需要有相对应的氨基酸作为前体物质和具有氨基酸脱羧酶的微生物外，还需要适宜的外部环境条件来满足含氨基酸脱羧酶的微生物生长以及氨基酸脱羧酶合成。
1.2葡萄球菌
葡萄球菌是一种在显微镜下呈不规则葡萄串状的革兰氏阳性菌，极少数致病型耐药菌株呈革兰氏阴性；葡萄球菌是一种无鞭毛、不活动、不具有芽孢的兼性厌氧细菌，具有高度的耐盐性（大多数葡萄球菌可在质量浓度0.1 g/mL的氯化钠环境中存活）。截至2018年，已鉴定的葡萄球菌属包括54个种和27个亚种。食品中通常存在3种葡萄球菌：肉葡萄球菌、木糖葡萄球菌和马葡萄球菌，根据它们的遗传特征与产生物胺含量研究，认定可以单独或与其他微生物结合用作工业发酵过程中的发酵剂，特别是用于生产奶酪和发酵肉。在目前已知的诸多降胺方法中，添加发酵剂也被认为是最有效的方法之一。添加到发酵香肠中以减少生物胺含量的发酵剂菌株，通常是不含有氨基酸脱羧酶的安全菌株。这些菌株能够很好地适应香肠中的环境，并抑制产胺菌的生长。作为发酵肉制品中的优势菌种，葡萄球菌在减少样品中生物胺含量的同时，还具有硝酸盐还原酶活性以及较强的脂肪和蛋白质分解能力，给发酵肉带来良好色泽的同时还赋予产品温润的口感，在满足消费者对发酵肉制品食用安全性要求的同时，也有助于提高产品的感官品质。
葡萄球菌作为降胺发酵剂添加到发酵肉中，除需要保障产品安全性及符合发酵条件外，还应不产胺或产胺能力极弱。已有大量实验证明，肉葡萄球菌不具备产生某些生物胺，如尸胺、腐胺、色胺、酪胺和组胺等的能力，虽然有极少数肉葡萄球菌菌株会通过脱羧作用由苯丙氨酸产生苯乙胺，苯乙胺是胺类的前体氨基酸，但产生苯乙胺的含量低于欧盟法典中规定的除水产品以外其他食品（包括肉制品）的允许含量（＜30 mg/kg）。通过薄层色谱及基于聚合酶链式反应的方法从相应的氨基酸中检测拟葡萄球菌PMRS35形成生物胺的可能性，发现拟葡萄球菌PMRS35既不会产生组胺、酪胺等，也不含有这几种胺合成的相关基因。研究发现：琥珀葡萄球菌分离株在实验室环境中培养一段时间，其分离物不产生组胺；此外，琥珀葡萄球菌分离株的基因组测序结果表明，所有分离株都缺少产生组胺、腐胺和酪胺所需的基因。尽管一些菌株中鉴定出了产生尸胺所需的赖氨酸脱羧酶编码基因，但在添加过量前体的培养基中，分离株的尸胺产量平均值为75.1 mg/kg，表明前体受到限制，尸胺产量非常低，所造成的危害性很小。在使用木糖葡萄球菌作为发酵剂生产的香肠中没有检测到2-苯乙胺、腐胺、组胺和色胺。因此，利用葡萄球菌作为肉制品发酵剂来降低产品中生物胺含量是一种可行、有效的方法。