肉及肉制品中生物胺的检测：机理、应用及未来发展趋势

Abstract

生物胺是肉和肉制品中主要的有害物质之一，其检测技术如色谱、电泳和电化学等已被开发，其检测方法对保证食品安全至关重要。基于此，许多生物胺的检测需要快速和现场检测技术，视觉检测方法也逐渐发展起来，在保证肉及肉制品的安全性方面发挥着不可替代的作用。由于对生物胺检测方法的机理和最新进展的综述日益增多，内容上与色谱、电泳等非目视方法进行了比较。因此在本文中，作者对生物胺检测技术的未来发展进行了全面的展望，以期为建立更加准确、高效的生物胺检测和防控策略提供支持。

Introduction

食品安全是影响公众健康和社会福祉的重要因素。根据世界卫生组织2017年的报告，估计有6亿例疾病是由腐烂的食品供应引起的。肉类及其制品是我们日常饮食中的主要部分，由于微生物的活动，很容易腐败变质。肉及肉制品在腐败变质过程中，生物胺易在其中积累，是表征食品新鲜度的良好指标。研究发现，肉及肉制品中普遍存在8种生物胺：精胺、腐胺、尸胺、色胺、苯乙胺、亚精胺、组胺和酪胺。

这些生物胺根据胺基的数量可分为单胺、二胺和多胺。研究人员发现，食用含有高浓度生物胺的食物可能会引起不良反应，如头痛、低血压或高血压、恶心、心悸、肾中毒，严重者会出现脑出血甚至死亡。此外，肉（制品）中的生物胺不能通过低温冷冻或高温加热来消除。因此，确定生物生成阶段、不同的色谱、电泳和电化学胺水平对保证食品质量安全至关重要。在早期的研究中，生物胺的分析方法因其灵敏度高、选择性强而被广泛应用。然而，这些检测方法往往需要复杂的样品预处理、昂贵的设备和熟练的检测人员，近年来，生物胺的视觉检测方法在生物胺监测中的应用受到了极大限制。同时，便携式和手持式设备的迅速发展，为现场生物胺的检测提供了可能。本文对生物胺的形成机理、生物胺检测技术的应用及发展趋势进行了综述，旨在激发更准确和有效的生物胺检测策略和技术的发展。

生物胺的形成机理

机理

肉及肉制品由于营养丰富，易受微生物污染，在运输或储存过程中容易腐败。生物胺是肉类（产品）腐败产生的一类有害物质。一般而言，它们通过由肉或肉制品中的微生物释放的外源脱羧酶对特定游离氨基酸进行脱羧而产生。一些生物胺也是通过醛和酮的胺化和转胺作用产生的（图1）。对于通过脱羧机制的生物胺生成，主要有两种途径：一种是磷酸吡哆醛依赖性反应，另一种是非磷酸吡哆醛依赖性反应。氨基酸脱羧酶主要通过第一种途径由氨基酸生成生物胺。

图1肉和肉制品中生物胺的形成机理

影响因素

许多关键因素将影响生物胺的形成（表1）。游离氨基酸是生物胺的前体，是微生物生长的能量来源。因此，它们的总量与腐胺、尸胺、亚精胺、亚精胺和其他生物胺的产生显著相关。肉类（产品）中存在的许多微生物，如乳酸杆菌、假单胞菌、肠杆菌科和肠球菌，由于其脱羧酶活性，可以利用氨基酸产生生物胺。因此，游离氨基酸的可用性和脱羧酶阳性微生物的存在是影响肉（产品）中生物胺形成的重要因素。

通常，微环境如pH值、温度和大气条件会影响肉或肉制品中生物胺的形成。例如，pH值水平是影响氨基脱羧酶活性的重要因素。在某种程度上，微生物胺的产生是抵抗酸性环境的生理反应。因此，氨基酸脱羧酶通常在低pH值条件下具有更高的活性，导致在酸性环境中具有更高的胺生产能力。此外，生肉中的组织蛋白酶活性在酸性条件下会增强，导致肌肉蛋白质降解为肽和氨基酸，在氨基酸脱羧酶的作用下转化为各种生物胺。温度是肉类或相关产品中生物胺形成的另一个关键因素。研究人员发现，较高的温度有助于肉类（产品）中更多的生物胺积累。一方面，高温（在储存或发酵过程中）加速微生物的生长和蛋白质的分解。另一方面，它显著增加氨基酸脱羧酶和蛋白水解酶的活性，并最终加速肉（产品）中生物胺的积累。此外，大气条件，特别是包装中的大气条件，可以影响生物胺的定性和定量形成。包装中氧气的比例对生物胺的形成具有最显著的影响。它主要影响肉（制品）中微生物的种类、数量和代谢，从而导致生物胺形成和积累的差异。

此外，肉（产品）的固有特性、加工过程和潜在的机械损伤也影响肉和肉制品中生物胺的产生。首先，不同肉种生物胺的形成和含量存在差异。例如，在相同的储存条件下，鸡肉的生物胺含量一般高于牛肉和猪肉，这是由于其独特的蛋白质组成和更柔软的质地。其次，肉类（产品）中的脂肪含量与水分活度呈负相关。低水活度抑制微生物的生长和游离氨基酸的产生，进一步减少生物胺的形成。对于肉类产品，盐通常在储存或发酵期间添加。发现盐浓度的增加对发酵肉制品中的生物胺积累产生负面影响，这可能是由于抑制微生物生长和脱羧酶活性。特别地，革兰氏阴性细菌比革兰氏阳性细菌对盐浓度的增加更敏感。发酵肉制品中的生物胺含量显著高于腌制肉制品和其他肉制品。由于特定的制造工艺，发酵肉制品具有有利于微生物生长的条件，从而促进生物胺的产生。此外，烟熏处理影响干腌火腿中的生物胺含量，这是因为吸烟导致水分流失并增加干腌火腿中的盐扩散，这对氨肽酶释放游离氨基酸具有负面影响，从而抑制生物胺的产生。储存或运输过程中潜在的机械损伤也显著影响生物胺的形成。

表1 影响生物胺形成的关键因素综述

肉类（制品）中生物胺的非视觉检测技术

由于生物胺具有潜在的毒性，其作为食品质量标志的应用受到了广泛的关注。色谱法、毛细管电泳法和电化学技术是目前最常用的生物胺检测技术。表2总结了这些技术。

表2 肉制品中生物胺的色谱、CE和电化学检测技术综述

色谱技术

色谱技术已广泛应用于生物胺的检测。这些方法利用样品中不同物质的分离系数和吸附性质的差异来实现分析。为了更准确地定性和定量分析肉类（产品）中的生物胺，色谱技术往往与质谱（MS）相结合。

高效液相色谱法（HPLC）

高效液相色谱法是测定肉制品中生物胺最常用的方法。由于生物胺既不具有可见光吸收峰，也不具有紫外光吸收峰，因此它们不能容易地被普通的UV-Vis检测器检测到。因此，在测试之前通常需要预衍生化步骤。用于通过HPLC检测生物胺的常用衍生化试剂是丹磺酰氯。例如，样品经丹磺酰氯衍生化后，可同时测定水产品中的8种生物胺（色胺、2-苯乙胺、腐胺、尸胺、组胺、酪胺、亚精胺和精胺）。8种生物胺的检测限（LOD）和定量限（LOQ）分别为0.007～0.021和0.024～0.069 mg/kg。为了实现发酵肉制品（如香肠）中生物胺的高灵敏度检测，有研究使用共价有机骨架作为固相萃取吸附剂提取样品中的生物胺。萃取后，目标生物胺形成稳定的荧光衍生物，使用丹磺酰氯作为衍生剂。在最佳条件下，LOD可低至0.92～2.57 μg/L。同时，还有研究者开发了一种同时测定食品样品中痕量生物胺的新方法。该方法采用磁性离子分散液微萃取技术对样品中的胺类物质进行预富集，有效地缩短了液相色谱分析的分离时间。鱼样中生物胺的LOD和LOQ分别为1.2～3.8和3.9～9.6 μg/kg。

从图2可以看出，主要的生物胺在结构上具有相似性，这增加了具体分析的难度。为了更准确地区分这些生物胺，研究人员经常采用高效液相色谱和质谱分析相结合的方法。有研究构建了一种简单、快速测定鱼类中4种生物胺的HPLC-MS方法。同时，他们开发了一种新的衍生试剂，2,4,6-三乙基-3,5-二甲基吡喃三氟甲磺酸盐。该方法将衍生化时间缩短至15 min。在最佳条件下，组胺、酪胺、2-苯乙胺的定量限为2 mg/kg，尸胺的定量限为10 mg/kg。还有研究建立了一种新的超高效超临界流体色谱法检测生物胺的方法。用丹磺酰氯对样品进行衍生，采用超高效超临界流体色谱系统进行分离。通过计算模拟，成功地实现了10种生物胺的完全分离。方法线性范围为10～2500 ng/mL，检出限为1.2～10.0 ng/mL，检出限为5.0～25.0 ng/mL。该方法解决了传统液相色谱法分离多种结构相似的生物胺的难题，为肉类(制品)中多种结构相似的生物胺的简单、特异的检测开辟了新途径。

图2 肉（制品）中8种主要生物胺的结构式

上述液相色谱方法虽然具有灵敏度和准确性高的优点，但对样品衍生化的依赖程度较高，需要使用有毒试剂，检测时间较长。为此，有研究人员开发了一种简便、快速的反相高效液相色谱法测定鱼体内组织胺含量的方法。采用2–5二羟基苯甲酸作为紫外探针，由于组胺的吸收率低于紫外探针，所以在色谱图上出现了一个负峰。这使得该方法可以直接检测组胺而无需样品衍生化。检出限为1 mg/kg，检出限为3 mg/kg。同时，该方法将检测时间缩短至5 min以内。

GC

GC的原理与HPLC相似，但主要用于挥发性生物胺的分析。研究人员利用气相色谱法检测了鲤鱼体内二甲胺、三甲胺等挥发性生物胺。方法快速、简便，检出限分别为4.4 μg和2.5 μg。非挥发性生物胺通常需要衍生来检测。还有研究在N,O-双(三甲基硅酰)乙酰胺和三甲基氯硅烷衍生物的帮助下，使用气相色谱法测定鱼体内的五种生物胺(heptylamine，组胺，酪胺，尸胺和亚精胺)。检出限为1.20～2.90 μg/mL，加标回收率为98.41%～116.39%。为了节省推导处理的时间和成本，有研究建立了一种直接分析组胺的GC方法。他们采用AOAC法用甲醇提取金枪鱼中的组胺，并通过GC（柱CP-SIL 19CB）进行分析。该方法灵敏度高，组胺的检测时间可缩短至20 min以内。

目的生物胺的提取是近年来气相色谱法生物胺分析的研究热点。萃取方法主要分为固相萃取和液相萃取。固相萃取法是利用高效、选择性的固体吸附剂吸附目标化合物，将目标化合物从样品中的杂质中分离出来。随后，用淋洗液或加热将目标化合物从固相吸附剂中分离出来。然而，固相萃取通常需要消耗大量的溶剂，且耗时较长。基于此，有研究建立了一种固相微萃取GC分析肉类中腐胺和尸胺的方法。与固相萃取法相比，节省了溶剂和时间。根据物质在溶剂中的溶解度不同提取所需组分的操作过程为液-液相萃取。气相色谱法通常采用液-液微萃取法提取肉制品中的生物胺。其原理与液-液萃取法相似，但只需少量的有机溶剂即可完成萃取过程。有研究采用液-液微萃取法结合GC-MS技术测定肉类样品中的生物胺。液-液微萃取能够快速提取生物胺，实现了简单、快速的样品富集。该方法具有低检出限（0.003～0.009 μg/g）和低检出限（0.009～0.029 μg/g）的特点。还有研究开发了一种基于中空纤维-电膜的μ-分散液-液微萃取新方法，并将其与GC-MS法相结合，测定了罐头鱼中的生物胺。在μ-分散液-液微萃取法中，所需有机溶剂比液-液微萃取法少10倍。结果表明，鱼罐头样品的检出限可达0.03～0.29 ng/g。气相色谱具有分离性能好、灵敏度高的优点，但由于分析物需要气化，其在生物胺检测中的应用受到很大限制。

IEC

IEC是一种利用生物胺和基质组分的静电特性差异来实现检测的色谱方法。具体地，具有不同静电性质的物质可以通过对离子交换树脂的不同亲和力而有效地分离。在IEC中，电导率检测器通常用作检测器。例如，有研究报道了一种基于电导检测器的IEC方法，用于同时测定肉制品和熏鱼中的组胺、酪胺、苯乙胺、尸胺和腐胺。在优化条件下，该方法对5种生物胺的检出限为0.056～0.071 mg/L，定量限为0.19～3.27 mg/L。该方法不需要衍生化步骤，样品制备简单，环境友好。除常用的电导检测器外，脉冲安培检测器也是近年来广泛使用的检测器。然而，在电极表面上形成的金属氧化物将产生巨大的背景信号。因此，研制了集成脉冲安培检测器。集成脉冲安培检测器的优点在于，通过消除氧化物形成和还原的电荷，氧化物形成对基线的影响被极大地最小化。还有研究开发了一种基于集成脉冲安培检测器的方法。与脉冲安培检测器相比，该方法可适用于更大数量的分析物和基质，并表现出较低的LOD（1.25～2.50 ng）。有文献报道使用浓核光散射检测器检测鱼肉中的组胺、腐胺和尸胺。浓核光散射检测器是一种通用的检测方法，其仅依赖于分析物相对于移动的相的不挥发性，并且不需要分析物的电化学活性或分析物的衍生化。因此，该方法简单快速，无需衍生化，分析物的LOD为8～20 ng/mL。

结合目标胺的磁性分离，实现了IEC快速、简单的生物胺检测。已有研究报道合成了一种具有分离组胺能力的磁性纳米颗粒，并将其与IEC方法相结合。所制备的磁性纳米颗粒能吸附和预富集组胺，回收率在90%以上，对组胺的LOD和LOQ分别为2和7 μg/mL。该方法为IEC测量提供了一种简单、快速的预处理方法。

由于质子化胺与阳离子交换固定相之间存在强烈的疏水相互作用，目前IEC尚未广泛应用于生物胺的测定。这种相互作用导致较长的保留时间，以及色谱中较差的峰形和分辨率。为了更好地应用于生物胺的检测，需要进一步解决这一问题。

TLC

薄层色谱法利用生物胺在固定相中不同的吸附容量和分配系数来实现分析。在薄层色谱中，通过比较延迟因子（Rf）与标准品进行定性分析。有研究建立了TLC与荧光密度法相结合的方法，进一步实现了定量测定。苯乙胺的检出限为10 ng/g，胍、腐胺、尸胺、精胺、亚精胺的检出限为5 ng/g。还有研究建立了保利试剂显色的薄层色谱方法，进一步应用于鱼类及鱼制品的组胺检测。该方法能快速检测组胺的含量，检出限为20 mg/kg。

近年来，表面增强拉曼光谱（Sers）与TLC结合，根据指纹结构直接识别生物胺。有研究人员提出了一种鉴别和定量组胺的TLCSERS方法。本文首先采用荧光素对生物胺进行萃取和衍生，然后用纳米银和氯化钠处理薄层板，抑制过量氟化物引起的干扰。通过Sers分析，该方法的灵敏度低于10 mg/kg。为了分析大量的样品，也有研究建立了基于TLC-SERS和主成分分析（PCA）-支持向量回归（SVM）模型的金枪鱼中组胺的测定方法。PCA-SVM模型有助于样本的有效分类和准确预测。在最佳条件下，组胺的LOD低至10×10 -6 。

薄层色谱法主要用于生物胺的定性和半定量分析。由于生物胺是高度极性的物质，在色谱显色期间倾向于条纹，分辨率通常非常有限。色谱技术由于其灵敏度和可靠性，已成为准确测定肉和肉制品中生物胺含量的首选方法。然而，这些技术受到限制，即它们并非便携式，且不允许现场监测，在某些情况下需要熟练的技术人员进行样品的柱前衍生化。

CE技术

毛细管电泳（CE）是一种快速发展起来的液相分离分析方法。主要采用毛细管作为分离通道，高压直流电场作为驱动力。有研究人员建立了紫外检测器同时检测鱼体内组织胺、腐胺、2-苯基乙胺、尸胺、色胺、精胺、亚精胺的CE方法。该方法能在12 min内对7种生物胺进行分类，组胺的检出限为15 μg/g，腐胺、2-苯基乙胺、尸胺、色胺、精胺和亚精胺的检出限为5 μg/g。对于CE，紫外检测器的灵敏度通常较低，荧光检测器的灵敏度较高。有研究曾提出胶束电动毛细管色谱-激光诱导荧光法，LOD低至0.4 nmol/L。将电导率检测器和电容耦合非接触电导率检测器应用于毛细管电泳法检测生物胺。有文献报道利用毛细管区带电导检测器检测尸胺、腐胺、组胺、色胺和酪胺。在0～100 μmol/L浓度范围内可有效检测到生物胺，检测限为2～5 μmol/L。还有文献报道了一种基于CE的分析方法，该方法采用电容耦合非接触电导率检测器。在最佳条件下，腐胺、尸胺、亚精胺、精胺、组胺、苯乙胺、酪胺和色胺的检出限在16～29 μg/L之间。非接触式电导检测器的使用不允许对样品进行化学衍生化，因此可以作为生物胺绿色化学分析的有效工具。

生物源胺(如脂肪族生物源胺)的有效富集有助于提高CE的敏感性。有研究人员开发了一种基于量子点、磷酸二(2-乙基己基)和磷酸三辛基共修饰的电膜的新型提取方法，用于纯化和富集4种典型的脂肪族生物胺。直接注射提取液进行电泳分离和无触点电导率检测。根据电膜萃取富集效果，样品基质的检出限可达0.06～6.00 μg/L。

电化学技术

电化学技术是将电极表面上被分析物与受体相互作用的分析信号转化为电信号，进而影响电流、电压、电导率、电容甚至阻抗（图3）。电化学传感器由三部分组成:工作电极、参比电极和对电极。工作电极是控制电势和测量电流的电极，是研究的对象。参比电极作为测量和控制系统电位的参比电极，用对电极完成闭合电路，实现电化学测量。工作电极一般有玻璃炭电极、丝网印刷炭电极、铂电极等。已有研究人员设计了一种电化学传感器，将二胺氧化酶固定在丝网印刷的碳电极上，用于检测鱼类中的组胺。在二胺氧化酶的存在下，二胺催化生成过氧化氢、氨和醛。其中，电化学氧化过程产生电子影响电流的变化。电极表面电信号的变化反映了生物胺的含量。在最佳条件下，传感器提供有效的线性范围（1～75 mg/L），良好的重现性（相对标准偏差（RSD）＝2.6%），低LOD（0.5 mg/L）。方法简便、快速、样品要求低。近年来，主要的研究工作是通过对工作电极的修饰来提高电化学方法的选择性和灵敏度。用于修饰电极的材料主要有金属及金属氧化物、导电聚合物和纳米材料。

图3一种电化学传感器的示意图

金属及金属氧化物

组胺由于具有两个螯合位点（咪唑的氮基和脂肪族胺），可以与金属离子形成配合物。基于此，可以探索组胺的电化学检测方法。有研究利用组胺与铜离子之间的强螯合作用，开发了一种简单的安培传感器。组胺的螯合能力溶解了铜电极的钝化层，原始钝化层再生后会形成氧化电流，用来测定组胺的浓度。在最佳条件下，传感器的线性范围为1～750 μmol/L, LOD为0.33 μmol/L。还有研究设计了一种电流型生物传感器，利用豌豆苗胺氧化酶和MnO 2 修饰的丝网印刷碳电极测定鸡肉制品中的生物胺。此研究通过测定酶催化生成的过氧化氢来定量生物胺，并利用二氧化锰作为介质来实现过氧化氢的测定。在最佳条件下，尸胺和腐胺的检出限为0.3 μmol/L，酪胺和组胺的检出限为3.0 μmol/L。

导电聚合物

导电聚合物由于其优异的导电性也通常用作工作电极的改性材料。研究人员以聚（3-己基噻吩）为敏感材料修饰电极制备气敏传感器。空气中的氧氧化聚（3-己基噻吩）并产生一定水平的空穴载流子。当聚（3-己基噻吩）链吸收胺气体时，胺与硫原子反应并形成极化子以还原聚合物链。因此，聚（3-己基噻吩）中空穴载流子的量减少，这将导致电导的降低。该传感器可用于检测三甲胺的LOD低至500 ppb。还有研究人员设计了一种基于聚苯胺/锌卟啉复合物的氨传感器。在这篇论文中，氨分子作为电子供体，被吸收到共轭聚苯胺系统，分子链的电子云密度的增加导致电荷载流子浓度的降低和传感器电阻的增加。氨的LOD为1.17×10-6，这表明，锌卟啉作为“桥梁”，促进了电子从氨分子转移到聚苯胺分子链。因此，感测性能显著提高。近年来，结合蓝牙、射频识别和近场通信等无线技术开发气体传感器已成为一种持续的趋势。它可以方便地读取测量的浓度，而且安装成本低。研究人员将对甲苯磺酸六水合物掺杂到胺敏聚苯胺中，并将其用作生物胺无线传感器的开关。随着氨水浓度的增加，聚苯胺/对甲苯磺酸六水合物复合膜的电阻增大，反射系数（S11）减小。这是因为胺类化合物可以作为还原剂向聚苯胺/对甲苯磺酸盐提供一个孤电子，从而使聚苯胺/对甲苯磺酸盐的电阻显著增加。通过分析聚苯胺/对甲苯磺酸六水合物的电阻，氨的检出限为5×10-6，可以实现肉类样品中的腐胺和尸胺的检测。

纳米材料

一些纳米材料具有优异的电子性能。例如，碳纳米材料中的sp2杂化有助于提高电极表面的导电性。同时，碳纳米材料表面含有丰富的羧酸、羟基等官能团，可与抗体或其他受体功能化。Cu、Au、Ag、Pt、Pd等金属纳米材料能够催化电化学反应，增强电子转移，并被活性分子修饰。因此，它们被广泛应用于工作电极的修饰。有研究人员报道了一种电化学传感器，将铅笔石墨电极修饰成Cu@Pd核-壳纳米结构来检测组胺。Cu@Pd核壳纳米结构铅笔石墨电极具有较大的电化学活性表面积，这主要是由于钯在电极表面分布均匀且覆盖良好。在最佳条件下，传感器的灵敏度为0.082 μA·L/(μmol·cm2)，LOD低至3.2 nmol/L。电化学传感器面临的一个挑战是，在电化学氧化过程中，由于形成“多组胺”聚合物，组胺会污染电极。还有研究人员开发了一种基于Nafion和多壁碳纳米管复合修饰玻碳电极的电化学传感器，以减少“多组胺”聚合物的形成。该传感器可重复测定100 μmol/L组胺10次，峰值电流均大于初始响应的95%，LOD为0.39 μmol/L。该方法还可用于鱼样品中组胺的测定，加样回收率为98.2%～101.2%。

由于金属纳米粒子和碳纳米粒子优异的导电或电催化性能，研究者还开发了基于这些纳米粒子的复合材料来修饰工作电极。研究人员提出了一种包含碳丝网印刷电极的电化学传感器。电极由二胺氧化酶、石墨烯和铂纳米颗粒修饰。它能检测二胺氧化酶在生物催化过程中生成的过氧化氢。该传感器灵敏度高（0.0631 μA·μmol/L），LOD低（2.54×10 −8 mol/L），在0.1～300 μmol/L范围内线性关系良好。特异性识别也是目前生物胺检测中的一个研究热点。可以有针对性地检测肉类（制品）中毒性极强的生物胺，节省时间和成本。还有研究人员提出了一种基于分子印迹聚合物（MIP）、适配体-金纳米粒子（AuNPs）和羧化碳纳米管修饰的玻碳电极的双识别分子印迹适配体传感器（图4）。该胺类传感器具有分子印迹空腔和适配体两个识别元件，对组胺具有很高的选择性。这项工作使用微分脉冲伏安法和电化学阻抗谱技术来分析复杂矩阵中的组胺。采用微分脉冲伏安法和电化学阻抗法分别检测了罐装金枪鱼样品中的组胺，检出限分别为0.15 nmol/L和0.11 nmol/L。研究人员也指出，传感器阵列结合多元数据分析方法可以有利于复杂样本的分析。不仅如此，研究人员还开发了一种基于聚合物/羧基功能化单壁碳纳米管的电子鼻系统，用于检测各种挥发性胺。作者采用基于主成分分析的简单模式识别方法，对挥发性胺进行了鉴别。这种电子鼻子可以用来监测肉类的新鲜程度。为了更准确地区分和分类样品，研究人员使用双酞菁和聚吡咯修饰的丝网印刷碳电极制备的伏安法传感器来检测氨和腐胺的含量。对氨和腐胺的检测限分别为1.85 μmol/L和0.34 μmol/L。该方法采用主成分分析（PCA）和偏最小二乘判别分析，可以将多传感器系统用于样本分类，进一步应用于牛肉新鲜度监测。电化学传感器也可以结合无线设备，如蓝牙无线传感。还有文献报道利用毛细管填充软光刻技术，开发了一种基于柔性纳米线传感器的全集成智能手机无线系统。在这种方法中，氨和导电聚合物纳米线（聚(3,4-乙烯二氧噻吩):聚(苯乙烯磺酸)）通过电子转移相互作用产生阻抗响应，随后通过蓝牙传输到智能手机上。在最优条件下，传感器对氨的LOD为0.1×10 -6 。该传感器的低LOD是由于采用软光刻技术对纳米结构的无损加工和纳米结构的高表面体积比。

图4基于纳米金修饰的羧基碳纳米管的双识别分子印迹适形传感器用于组胺测定的示意图

肉类（制品）中生物胺的视觉检测技术

上述方法是准确测定肉（制品）中生物胺含量的主要方法。但这些检测技术往往需要复杂的样品预处理、昂贵的设备、耗时的操作和熟练的检测人员，这极大地限制了其在生物胺监测中的应用。因此，迫切需要开发快速、直接、现场的生物胺测定方法。基于此，近年来发展了多种比色法和荧光法检测肉类及肉制品中的生物胺。

比色法

目前，肉类（产品）中生物胺含量的测定越来越多地采用比色法（表3）。比色分析主要是通过生物胺与其他物质反应产生明显的显色变化来对生物胺进行定性和定量检测。目前，生物胺的比色分析主要是从天然pH敏感染料、胺敏感发色团、纳米材料的显色响应等方面发展起来的（图5）。

图5 比色传感器的工作机构方案

表3 肉（制品）中生物胺的比色检测技术综述

天然pH敏感染料

生物胺检测中最常用的显色指标是天然pH敏感染料，它们通过质子化/去质子化对生物胺的存在进行显色反应。目前，茜素、姜黄素、花青素等天然pH敏感染料已被应用于生物胺的视觉检测。例如，将聚乙烯醇/羧甲基纤维素钠与红甘蓝花青素结合，构建了pH敏感传感器，可指示挥发性生物胺。由于挥发性生物胺是食品新鲜度的重要指标，该传感器被进一步用于检测猪肉的新鲜度。

虽然单一染料对生物胺的反应会发生非常快的颜色变化，但有时这种颜色反应很难被肉眼识别。为此，开发了一种比色响应阵列，以提高比色法检测生物胺的准确性和分辨力。该阵列包含多个检测中心（不同的pH敏感染料，如间甲酚紫、邻甲酚红、氯酚红），可以给出不同颜色特征的结果。通过与标准样品的分析比较，可以得到更准确的生物胺浓度。有研究人员将间甲酚紫、邻甲酚红、溴百里酚蓝、百里酚蓝、氯酚红、溴酚蓝等6种染料加入乙烯-乙烯醇薄膜中，制备了一种比色传感阵列。通过阵列显示的颜色变化，可以准确地反映生物胺的浓度。该系统还成功地用于鸡肉、鱼肉等的新鲜度检测。还有研究人员开发了一种基于聚醚-块酰胺薄膜的比色阵列传感器，该传感器与8个pH指示剂结合，用于检测鸡胸脯肉中的三甲胺。通过智能手机获取颜色变化，并利用RGB参数进行分析。数据被输入到主成分分析模型，并尝试线性模式映射来量化食品的新鲜度。结果表明，新鲜与变质状态的成功分类与微生物和化学分析的良好匹配。为了进一步准确测定生物胺含量，提高检测效率，将比色传感器阵列与人工智能模型相结合成为研究热点。人工神经网络（ANN）和深度卷积神经网络（DCNN）模型是常用的人工智能模型。一些研究中将花青素低酰基明胶/壳聚糖双层膜与ANN模型结合，用于肉制品挥发性生物胺分析。随着贮存时间的延长，膜上挥发性生物胺的颜色发生了明显的变化（由粉红色变为深绿色）。神经网络模型可以很好地预测肉制品的新鲜度，总体预测率为94%～98%。很少有传感技术被商业化，因为它们存在传感或模式识别问题。还有研究建立了基于比色条形码和深度卷积神经网络的便携式生物胺预测平台。该平台可同时感知和预测生物胺。本研究采用20种不同类型的壳聚糖、染料和醋酸纤维纳米复合材料对腐烂肉类释放的氨、三甲胺、腐胺、尸胺等气体进行检测。利用DCNN对肉的气味指纹进行识别，并将肉分为鲜、腐、变质三种类型。氨、尸胺、腐胺和三甲胺的预测LOD均小于50 ppb，总体预测精度为98.5%，可用于肉品中生物胺含量和新鲜度的实时无损监测。

胺敏发色团

除了天然pH敏感染料之外，胺敏感发色团的使用也是用于视觉检测生物胺的常见方法。有研究报道了一种基于硝化聚噻吩的生物胺视觉检测方法。当硝化聚噻吩暴露于乙二胺、腐胺和尸胺的蒸气中时，由于聚合物与生物胺之间形成分子间电荷转移络合物，其颜色会变暗。因此，根据硝化聚噻吩膜的颜色可以实现对生物胺的测定。还有研究用Cd（II）和4,4'-联吡啶-1,1'-双（亚苯基-3-羧酸酯）制备了金属有机配位材料，其具有衬有缺电子紫精发色团的一维通道。当与烷基胺蒸气接触时，材料会呈现出各种颜色，从而可以实现生物胺的测定。基于胺敏感的发色团的方法为生物胺提供了快速和比色的检测方法，但是发色团通常需要仔细的设计和复杂的制备过程。

纳米材料的颜色响应

纳米材料因其微小的尺寸效应、独特的表面效应、量子尺寸效应和量子限制效应而受到广泛的关注。近年来，越来越多的纳米材料被应用于生物胺的检测。基于纳米材料的比色检测方法通常建立生物胺与系统光信号变化之间的关系，这种关系可能是由纳米材料的特定行为或物理化学反应产生的。AuNPs因其独特的物理和化学性质而成为研究人员首选的纳米材料。例如，有研究人员使用AuNPs作为视觉检测组胺的比色探针。在组胺存在的情况下，AuNPs会形成聚集体，并导致系统的颜色变化。当组胺浓度逐渐增加时，AuNPs的聚集程度增加，颜色由暗红色变为灰色。方法快速、简便，组胺的检出限为0.035 μg/mL。还有研究人员基于AuNPs表面多巴胺自聚合对组胺的敏感性，提出了一种简单方便的比色法检测组胺（图6）。当组胺存在时，多巴胺会在AuNPs上原位聚合，导致胶体颜色由酒红色变为黑色。组胺的定量限和定量限分别为2.8 μg/mL和5.1 μg/mL。虽然上述比色法可以通过明显的颜色变化直接检测生物胺，但对特定生物胺物种的检测仍具有挑战性。结合分子印迹聚合物或适配体等特定的识别元件可能是一个很有前途的选择。在一项研究中，作者设计并合成了经核酸适配体吸附的金纳米颗粒，用于检测鱼样品中的组胺。该方法基于核酸适配体与组胺的特异性结合，可导致盐中AuNPs的核酸适配体解吸和聚集。在这个过程中，系统的颜色会从红色变成蓝色。该方法可通过AuNPs的颜色变化直观检测组胺，LOD为8 nmol/L。除了AuNPs，纳米酶也被用于检测生物胺。有文献建立了一种直接竞争性的组胺仿生免疫检测方法，采用PAF-45@MIP作为仿生抗体，Pt纳米酶作为标记物。方法的检出限为0.128 mg/L。将该方法应用于虾仁中组胺的测定，结果与HPLC法测定结果吻合较好。比色响应阵列可以提高生物胺检测的准确性和视觉分辨力。因此，也有研究设计了3种羧酸衍生物功能化的基于aunps的比色阵列传感器，通过定量检测生物胺来监测生鱼的腐败过程。在AuNPs上不同长度的官能团有助于提供一个交叉反应的响应模式，这是由添加胺后的各种聚合方式衍生出来的。同时，作者还利用化学计量学方法（线性判别分析）对生物胺进行了定性和半定量分析。组胺的检出限为7.2×10 -6 。基于纳米材料的比色阵列传感器在生物胺分析方面向前迈进了一步，具有作为智能传感器应用的巨大潜力。

图6用于比色检测生物胺和肉类新鲜度的金纳米颗粒表面胺反应性多巴胺聚合示意图

其他

生物胺的特征结构可用于定性或定量检测。如有研究提出了一种基于-NH 4+ 与偶氮相互作用的组胺定量比色法。该方法简便、快速，在组胺检测中有明显的由淡黄色变为粉红色的变化。也有研究根据茚三酮能与生物胺的咪唑环反应的原理，在沙丁鱼和罗非鱼中检测出腐胺和尸胺。腐胺和尸胺的检出限分别为10×10 -6 和40×10 -6 。还有研究中，开发了一种基于聚二乙炔囊泡的可视比色带，用于分析鱼体内的组胺。本研究以10,12-五角二炔酸和1,2-二肉豆丝酰-sn-甘油-3-磷胆碱为原料合成聚二乙炔泡囊。在组胺刺激下，聚二乙炔泡囊结构的空间间距有利于共轭结构的转变，吸收峰会红移，颜色由蓝色变为红色。基于上述机理，用硝酸纤维素膜和聚二乙炔泡囊建立了用于组胺半定量检测的标准比色带。通过智能手机中的ImageJ或“color Grab”分析条带的灰度通道值，可以进一步实现组胺的定量检测。在最佳条件下，该方法对组胺在70×10 -6 ～2240×10 -6 范围内呈良好的线性响应，具有良好的灵敏度。

有研究报道了一种聚苯胺膜，其质子化程度会响应于生物胺而改变，并表现出颜色变化。将聚苯胺进一步应用于蒙面鱼中挥发性生物胺的检测。还有研究中构建了一种简便的生物胺比色试纸。比色试纸由滤纸、3,3',5,5'-四甲基联苯胺和2',4',5',7'-四碘荧光素组成。该测定依赖于通过从2',4',5',7'_四碘荧光素光敏化产生单线态氧的3,3',5,5'_四甲基联苯胺氧化。加入挥发性碱性氮后，随着pH值的升高，3,3',5,5'-四甲基联苯胺的氧化速度减慢，逐渐呈现2',4',5',7'-四碘荧光素的颜色。智能手机APP可以用于指示纸的图像捕获和颜色分析，以通过采用生物胺作为指示剂来进一步监测新鲜度。结果表明，该方法与康威碟法的结果一致，但更直接、快速、，智能。

荧光测定技术

除比色传感器外，荧光传感器也常用于生物胺的视觉检测（表4）。荧光传感器主要通过结合单元（或受体）与生物胺的相互作用来检测生物胺，通过不同的通信机制改变荧光信号。荧光技术检测肉类（制品）中生物胺的原理主要包括聚集致猝灭（ACQ）和聚集诱导发射（AIE）效应、荧光共振能量转移（FRET）效应、内电荷转移（ICT）和光诱导电子转移（PET）效应（图7）。

表4 肉类（产品）中生物胺荧光检测技术综述

图7 荧光传感器工作机理示意图

基于ACQ和AIE机制的荧光传感器

一些荧光传感器采用基于ACQ的信号变化机制，荧光团的聚集形式导致荧光信号的消光或降低。如研究人员利用异硫氰酸荧光素和原卟啉IX开发了荧光比例传感器，用于检测生物胺，指示海产品的新鲜度。本工作采用异硫氰酸荧光素作为指示剂，因为它的荧光在碱性条件下会被猝灭，而原卟啉保持不变，用作内参比。在胺的存在下，传感器的荧光由红色变为绿色。该传感器在5.0～2.5×104 ppm范围内对氨具有灵敏的线性响应。

与ACQ相反的过程称为AIE，其中分子最初是微弱或不荧光的，然后经过聚集过程后荧光信号增强。研究人员将具有较强AIE效应的萘二胺类和非那嗪类衍生物加工成智能标签（smart tags，P-N），用于视觉监测挥发性生物胺。P-N的传感机理是加入三乙胺后，由于氢键作用和π-π叠加作用失效，引起电荷转移效应，荧光信号减弱。结果表明，P-N对三乙胺的反应限为5.35×10−7 mol/L。当P-N用于肉类新鲜度检测时，智能标签随着储存时间的增加，呈现出明显的颜色变化，从亮黄绿色到暗黄色。也有研究人员也提出了一种基于AIE的荧光传感器。利用四苯基乙烯衍生物与杯-吡咯衍生物在混合空气/二甲亚砜界面上动态缩合，制备了一种用于检测挥发性生物胺的荧光纳米膜传感器。具有AIE性质的四苯基乙烯衍生物可以在胺的作用下聚集，荧光信号显著增强。该方法所采用的界面合成提高了荧光薄膜的传感性能。该薄膜传感器进一步作为智能标签用于检测鲳鱼的劣化情况，具有广阔的应用前景。近几十年来，随着智能和便携设备的迅速发展，利用荧光传感技术对生物胺进行实时或现场检测成为可能。

基于FRET机制的荧光传感器

文献中广泛报道的荧光传感器的另一种机制是FRET，它是基于供体荧光团（处于激发态）向另一个接收荧光团（处于实际状态）的能量转移。有研究人员描述了基于FRET机制的荧光传感器，报道了一种基于掺杂组胺蓝、表面改性荧光素染料的纳米多孔二氧化硅荧光传感器的开发。组胺的检测是通过分析物与掺杂组胺蓝的纳米多孔二氧化硅相互作用，形成发射波长为436 nm的配合物，被荧光素染料吸收，用于536 nm的延迟发射。将该传感器应用于鱼类检测，组胺的检出限为8.55 μmol/L。为了进一步提高检测灵敏度，对样品中生物胺的富集进行了探索。还有研究人员提出的荧光传感器是基于CDs修饰的纳米多孔氧化铝膜和Fe 3 O 4 @A磁性纳米复合材料。用抗组胺抗体功能化Fe 3 O 4 @A磁性纳米复合材料，可将样品溶液中的组胺浓缩。当被组胺捕获的Fe 3 O 4 @A磁性纳米复合材料靠近纳米孔膜上的CDs时，会发生FRET效应，使CDs的荧光猝灭。该方法可测定组胺浓度，检出限为70 pmol/L。Fe 3 O 4 @A磁性纳米复合材料的高灵敏度有助于从鱼类样品中富集组胺。

基于ICT和PET机制的荧光传感器

利用ICT机制对生物胺进行视觉检测主要是通过反映比率测量趋势的色移或色移的参与。有研究提出的荧光传感器中探索了ICT过程，即利用质子化的4-(三苯胺)苯乙烯基)喹诺沙林-2(1H)-1作为生物胺响应指示物。被质子化的4-(三苯胺)苯乙烯基)喹诺西林-2(1H)-1分子暴露于胺蒸气时，容易发生脱质子反应，从而通过ICT效应调控其光学行为。在最适条件下，氨的LOD为1.07 mmol/L。该传感器还应用于食品新鲜度的监测。当食物变质时，它的荧光会从红色变成红色，从蓝色变成紫红色，这表明在实时、可视化、非破坏性监测肉类和海鲜的新鲜度方面具有巨大的潜力。

另一种机制被称为PET，用来解释荧光团与分析物相互作用后荧光信号的增加或减少。研究人员研究了一种由手性分子（苝二酰亚胺）和聚四氟乙烯制成的荧光纳米管组成的荧光传感器。为了探索该传感器在肉类中的适用性，作者将该传感器应用于监测猪肉、鱼、鸡、虾中胺蒸汽的排放。该传感器识别了腐胺、尸胺、氨、二甲胺、三甲胺，检出限分别为2.6、1.2、4.1、104.2和488.6 ppb。但其他生物胺（如精胺、亚精胺、组胺、酪胺、色胺）的饱和压力不可用，本方法无法测定其稀释蒸气浓度，从而无法测定其LOD。因此，该方法受饱和压力的影响，有一定的局限性。还有一些研究工作也基于PET机制，通过荧光比率传感器检测罐头鱼中的生物胺。生物胺的传感是通过双核锌(II)席夫碱配合物实现的。在这项工作中，选择性和灵敏的检测涉及到在双核配合物之间形成稳定的加合物，作为Lewis酸性分子镊子和生物源二胺或多胺。生物胺的检出限为0.16～0.52 μmol/L。

Conclusion

肉及肉制品中的生物胺因其潜在的危害而受到广泛关注。生物胺的形成受多种因素的影响，如游离氨基酸和微生物的状态、微环境、肉（制品）的内在特性、加工过程以及对肉（制品）潜在的机械损伤等。肉类及相关产品基质的复杂性限制了生物胺检测方法的灵敏度和准确性。特别是基质中的脂质和蛋白质，使得肉类（产品）样品的预处理过程相当复杂和低效。同时，大多数生物胺的结构相似，要求检测方法具有较高的特异性。

如前所述，近年来，有关具有较高的准确性和灵敏度生物胺检测技术的文章众多。色谱法、毛细管电泳法和电化学传感器因其精度高，已成为准确检测生物胺的首选方法。视觉法，包括比色法和荧光法，由于反应快、即时性好，在生物胺检测中发挥着不可替代的作用。但是，这些方法也有其不足之处。在未来的研究中，应重点研究以下几个方面：1）开发生物胺的快速样品前处理和高效分离富集技术，解决基质组分复杂所带来的问题；2）色谱法、CE法、电化学法等高灵敏度方法仍存在时间长、仪器成本高的缺点。在确保灵敏度的同时，有必要建立快速和经济的方法；3）虽然一些视觉检测方法在生物胺的检测中已经取得了很高的灵敏度，但准确性和稳定性仍是一个问题。进一步提高目视检测方法的特异性、可重复性和精密度势在必行；4）考虑到食品质量实时状态的重要性，应不断开发智能、便携、视觉的高分辨率生物胺测定传感器，并将其用于肉制品及肉制品质量的实时、直观监测；5）样品的高通量分析仍具有挑战性。未来的研究可集中于开发多传感器阵列与模式识别技术相结合的平台，实现生物胺的高通量检测。

Biogenic amines detection in meat and meat products: the mechanisms, applications, and future trends

Yanan Liua, Yongqiang Heb, Huan Lia, Donghui Jiaa, Linglin Fua, Jian Chena, Dequan Zhangc, Yanbo Wanga,d,*

a Food Safety Key Laboratory of Zhejiang Province, School of Food Science and Biotechnology, Zhejiang Gongshang University, Hangzhou 310018, China

b The Technical Center of Hangzhou Customs of China, Hangzhou 310016, China

c National Risk Assessment Laboratory of Agro-products Processing Quality and Safety, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Institute of Food Science and Technology, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100193, China

d School of Food and Health, Beijing Technology and Business University, Beijing 100048, China

*Corresponding authors.

Abstract

Biogenic amine is one of the main categories of hazardous compounds in meat and meat products, making its detection methods vital for the assurance of edible safety. In this sense, many biogenic amine detection techniques such as chromatographic, electrophoretic, and electrochemical methods have been developed, which play an irreplaceable role in ensuring the safety of meat and meat products. Due to the increasing demand for fast and on-site detection techniques, visual detection methods have been gradually developed compared with non-visual methods such as chromatography and electrophoresis. Herein, we comprehensively review the mechanism and the latest progress of these biogenic amine detection methods; besides, we put forward the prospects for the future development of biogenic amine detection techniques, with a view to providing support for the establishment of more accurate and efficient detection, prevention and control strategies of biogenic amines.

Reference:

LIU Y N, HE Y Q, LI H, et al. Biogenic amines detection in meat and meat products: the mechanisms, applications, and future trends[J]. Journal of Future Foods, 2024, 4(1): 21-36. DOI:10.1016/j.jfutfo.2023.05.002.

翻译：栾文莉（实习）

编辑：梁安琪；责任编辑：张睿梅

封面图片来源：图虫创意

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