Re: 발효 과정 '히스타민, 티라민, 페닐에틸아민 문제' 2024년

[문형철]

Heliyon

. 2024 Jan 17;10(2):e24501. doi: 10.1016/j.heliyon.2024.e24501

A review of biogenic amines in fermented foods: Occurrence and health effects

Nikita Saha Turna a,∗, Rena Chung b, Lorraine McIntyre a

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PMCID: PMC10830535  PMID: 38304783

Abstract

Biogenic amines (BAs) are low-molecular decarboxylation products of amino acids formed during microbial fermentation. Several fermented foods may contain BAs such as histamine, tyramine, and/or phenylethylamine, at levels above documented toxic doses. Dietary exposure to foods containing high levels of BAs is associated with many adverse health effects, such as migraines, elevated blood pressure, and tachycardia. BA-mediated toxicity may occur at levels a hundred times below regulatory and suggested toxic doses, depending on an individual’s sensitivity and factors such as alcohol consumption and certain medications. Although BAs occur in a wide variety of fermented foods, food safety and public health professionals are not well informed about the potential health risks and control strategies in these foods. In this review, we highlight the health risks and symptoms linked to BA exposures, the BA levels found in different fermented foods, regulatory and suggested toxic doses, and risk mitigation strategies to inform food industry and public health professionals’ practice.

초록

생물학적 아민(BAs)은

미생물 발효 과정에서 아미노산의 저분자 탈카복실화 생성물입니다.

Biogenic amines (BAs) are

low-molecular decarboxylation products of amino acids

formed during microbial fermentation.

여러 발효 식품에는

히스타민, 티라민, 페닐에틸아민 등 BAs가

규제된 독성 용량 이상으로 함유될 수 있습니다.

BAs 함량이 높은 식품의 섭취는

편두통, 혈압 상승, 심장 박동수 증가 등

다양한 건강 문제와 연관되어 있습니다.

BAs에 의한 독성은

개인의 민감도와 알코올 섭취, 특정 약물 복용 여부 등에 따라

규제 및 권장 독성 용량의 100배 이하 수준에서도 발생할 수 있습니다.

BAs는 다양한 발효 식품에 존재하지만,

식품 안전 및 공중 보건 전문가들은

이러한 식품에서의 잠재적 건강 위험과 관리 전략에 대해 충분히 인지하지 못하고 있습니다.

이 리뷰에서는

BA 노출과 관련된 건강 위험 및 증상, 다양한 발효 식품에서 발견된 BA 수준,

규제 및 권장 독성 용량, 식품 산업 및 공중 보건 전문가의 실무에 참고할 수 있는

위험 완화 전략을 강조합니다.

Keywords: Biogenic amines, Fermented foods, BA occurrence, BA toxic doses, BA health effects, BA regulation and mitigation

Highlights

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• •고농도의 BA에 노출되면 여러 가지 유해한 건강 영향과 연관되어 있습니다.
• •독성의 심각성은 개인의 민감도, 알코올 및 특정 약물 섭취량에 따라 다릅니다.
• •발효 식품에 존재하는 일부 BA는 권장 독성 기준치를 초과하는 것으로 보고되었습니다.
• •BA 수준은 적절한 원재료, 보관, 가공, 위생 관리로 조절 가능합니다.

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Key Contribution: Exposure to high levels of biogenic amines (BA) is associated with several adverse health effects; the severity of BA toxicity depends on individual sensitivity, alcohol consumption and certain drug intakes; BAs such as histamine, tyramine, and/or phenylethylamine, are reported to be present in several fermented foods at levels significantly higher than the suggested toxic doses; BA formation can be reduced by using the correct raw materials, microorganisms, and storage and processing conditions and by applying good hygienic and food handling practices.

주요 기여: 생물학적 아민(BA)에 고농도로 노출되면 여러 가지 건강에 해로운 영향과 연관되어 있습니다. BA 독성의 심각성은 개인의 민감도, 알코올 섭취량 및 특정 약물 복용량에 따라 달라집니다;

히스타민, 티라민, 페닐에틸아민과 같은 BA는 발효 식품에서 권장 독성 용량보다 현저히 높은 수준으로 존재한다는 보고가 있습니다;

BA 형성은 적절한 원재료, 미생물, 보관 및 가공 조건을 사용하고 좋은 위생 및 식품 취급 관행을 적용함으로써 감소될 수 있습니다.

1. Introduction

Biogenic amines (BAs) are low-molecular weight organic bases that form during fermentative processes when microbial species decarboxylate amino acids, forming the corresponding amine and CO2, or by amination, and transamination of ketones and aldehydes [1]. Small amounts of BAs in food do not normally cause adverse human health effects because they are associated with several biological functions and their presence is tolerated [2]. Additionally, intestinal amine oxidase enzymes rapidly metabolize and detoxify small amounts of BAs [2]. However, high BA concentrations can overwhelm the detoxification capacity of amine oxidases and cause minor allergic reactions and even serious health problems [[1], [2], [3]]. Several studies have reported elevated levels of BAs in various food categories including fish, fish products, and many fermented foods, such as meats, vegetables, dairy, and soy products [4,5]. BAs are not deactivated by thermal treatments that are often used to process and prepare food. The availability of free amino acids is usually the main factor driving BA production in foods; however, the quality of raw food ingredients and native microbial flora are also major factors [1]. Amino acid decarboxylase enzymes, responsible for BA formation, are widely present in spoilage and other food microorganisms, including those microbes involved in food fermentation [6]. Hence, several different methods can prevent BA formation, including better selection and control of microbial starter culture, using good quality food ingredients, maintaining strict sanitation, and observing proper food handling practices during the fermentation process. The common microbes that produce BAs through decarboxylation of amino acids include Lactobacillus, Leuconostoc, Lactococcus, Enterobacter, Escherichia, Enterococcus, Pediococcus, Pseudomonas, Streptococcus, Staphylococcus, Shigella, Salmonella, and Bacillus species [7,8]. Lactobacillus spp. are known to be mainly responsible for histamine, tyramine, and putrescine production in foods while Enterobacteriaceae and Enterococcus spp. are known to contribute to production of putrescine, cadaverine, and tyramine in foods [1]. Although using fresh and good quality ingredients can limit some types of spoilage bacteria, many of the bacterial genera listed above also drive natural fermentation and are normally present.

1. 서론

생물학적 아민(BAs)은

미생물이 아미노산을 탈카복실화하여 해당 아민과 이산화탄소를 형성하거나,

케톤 및 알데히드의 아미노화 및 트랜스아미노화를 통해 형성되는

저분자량 유기 염기입니다 [1].

식품 내 소량의 BAs는

일반적으로 인체 건강에 유해한 영향을 미치지 않습니다.

이는 생물학적 기능과 연관되어 있으며

존재가 허용되기 때문입니다 [2].

또한

장내 아민 산화 효소는

소량의 BAs를 신속히 대사 및 해독합니다 [2].

그러나

높은 BA 농도는 아민 산화효소의 해독 능력을 초과하여

경미한 알레르기 반응이나 심각한 건강 문제를 일으킬 수 있습니다 [[1], [2], [3]].

여러 연구에서

어류, 어류 제품, 육류, 채소, 유제품, 콩 제품 등

다양한 식품 카테고리에서 BA 농도가 높게 보고되었습니다 [4,5].

BA는 식품 가공 및 준비 과정에서 자주 사용되는 열처리로 비활성화되지 않습니다. 식품 내 BA 생성의 주요 요인은 일반적으로 자유 아미노산의 가용성이지만, 원료 식품의 품질과 원생 미생물 군집도 주요 요인입니다 [1].

아미노산 탈카복실화 효소는

BA 형성에 관여하며,

식품 부패 미생물 및 식품 발효에 관여하는 미생물 등 다양한 식품 미생물에 널리 존재합니다 [6].

따라서

BA 형성을 방지하기 위해 다양한 방법이 제안되었습니다.

이는 미생물 스타터 배양의 적절한 선택 및 관리,

고품질 식품 원료 사용,

엄격한 위생 관리, 발효 과정 중 적절한 식품 취급 관행 준수 등이

포함됩니다.

아미노산의 탈카복실화 과정을 통해 BA를 생성하는 일반적인 미생물에는

Lactobacillus, Leuconostoc, Lactococcus, Enterobacter, Escherichia, Enterococcus, Pediococcus, Pseudomonas, Streptococcus, Staphylococcus, Shigella, Salmonella, 및 Bacillus 속이 포함됩니다 [7,8].

Lactobacillus 속은

주로 히스타민, 티라민, 푸트레신 생성에 주로 기여하는 것으로 알려져 있으며,

엔테로박테리아과(Enterobacteriaceae)와 엔테로코커스 속(Enterococcus spp.)은 식품에서

푸트레신, 카다베린, 티라민 생성에 기여하는 것으로 알려져 있습니다 [1].

신선하고 품질 좋은 원료를 사용하면

일부 유형의 부패 세균을 제한할 수 있지만,

위에서 언급된 세균 속의 많은 종은 자연 발효를 촉진하며 일반적으로 존재합니다.

Dietary exposures to elevated levels of BAs through food can be toxic, depending on quantitative and qualitative factors associated with the food, individual susceptibility and health status [9]. High exposure to BAs is associated with several physiological symptoms, such as nausea, respiratory distress, headache, sweating, heart palpitations, and hyper- or hypotension [10]. Although histamine has been given much more attention due to its higher toxicity, several reports in the literature also indicate concerns regarding other BAs, such as tyramine, putrescine, phenylethylamine, and cadaverine [11].

Several regulatory agencies including Health Canada, the United States Food and Drug Administration (FDA), and the European Food Safety Authority (EFSA), have set action levels for histamines in fish and fish products [12]. However, there are no guidelines for other fermented food products or other BAs, such as tyramine and phenylethylamine. The goal of this review is to identify the health risks and symptoms linked to BA formation and describe the BA levels found in different categories of fermented foods. Moreover, the review will discuss the regulatory thresholds, identify risk mitigation strategies, and communicate best practice recommendations for the food industry and public health professionals. This review supported the development of fermented foods guidance by the Canadian national fermented foods working group, which is a sub-committee of Health Canada’s Federal-Provincial-Territorial Food Safety Committee.

식품을 통해 높은 수준의 BAs에 노출되는 것은

식품과 관련된 정량적 및 정성적 요인,

개인의 민감도 및 건강 상태에 따라 독성 효과를 일으킬 수 있습니다 [9].

BAs에의 고농도

노출은 메스꺼움, 호흡 곤란, 두통, 땀 흘림, 심장 박동 이상, 고혈압 또는 저혈압 등

여러 생리적 증상과 연관되어 있습니다 [10].

히스타민은 독성이 높기 때문에 더 많은 주목을 받았지만,

문헌에는 티라민, 푸트레신, 페닐에틸아민, 카다베린 등

다른 BAs에 대한 우려도 보고되고 있습니다 [11].

캐나다 보건부, 미국 식품의약국(FDA), 유럽 식품안전청(EFSA) 등

여러 규제 기관은 어류 및 어류 제품에 대한

히스타민의 행동 기준치를 설정했습니다 [12].

그러나

발효 식품 제품이나 티라민, 페닐에틸아민과 같은

다른 BA에 대한 지침은 없습니다.

이 검토의 목적은 BA 형성과 관련된 건강 위험 및 증상을 식별하고 다양한 종류의 발효 식품에서 발견된 BA 수준을 설명하는 것입니다. 또한 이 검토는 규제 기준을 논의하고 위험 완화 전략을 식별하며, 식품 산업 및 공중 보건 전문가에게 최선의 실천 권장 사항을 전달할 것입니다. 이 리뷰는 캐나다 연방-주-준주 식품 안전 위원회의 하위 위원회인 캐나다 국가 발효 식품 실무 그룹의 발효 식품 지침 개발을 지원했습니다.

2. Results and discussion

2.1. Factors contributing to BA formation

BA can be naturally produced from normal metabolic activities in humans, animals, plants, and microorganisms [11]. The key requirements for excess BA formation include several factors, such as the availability of free amino acids, the presence of decarboxylase-positive non-starter microbiota, the composition, pH, ion strength, and water activity of the raw material, and conditions that favor bacterial growth during food processing and storage [13]. All these factors influence production of the required substrates, enzymes, and their activity levels, including the type and amount of BAs present in food [9]. BA formation in cells is, in effect, a defense mechanism bacteria use to combat stress or acidic environments [11]. It also helps to restore the pH by producing amines, and is a way of obtaining additional energy when needed [11].

In fermented foods, there is normally a massive growth of microorganisms, which may cause significant BA accumulation, especially in wild ferments without added starter culture [7,14]. BAs can be produced by both gram-positive and gram-negative bacteria. Lactic acid gram-positive bacteria in wild fermentations are mainly considered responsible for the production and accumulation of BAs in fermented foods [6,8,15].

BAs are thermostable; if they are already present in foods prior to pasteurization, cooking, etc., they will be not be destroyed [13]. Hence, to obtain food with low BA levels, it is important to select specific starter cultures that are deficient in BA accumulation pathways and are able to outgrow autochthonous microbiota under processing conditions [8]. Fermentation generally stimulates BA production; therefore, to limit BA accumulation, it is necessary to optimize processing conditions, such as quality of raw materials, temperatures favorable for starter culture growth, control microorganisms, and correct concentrations for additives e.g., sugar, salt, antimicrobial agents [13,14]. In one example linked to poor quality of raw materials, the formation of excess BAs in meat was linked to the preservation conditions, such as duration and temperature of freezing or thawing, and processing in the presence of bacteria with decarboxylase activity [9,16,17]. Another study found that the quality of raw materials affects the composition and levels of BAs produced in sausage during the ripening process [18]. In this study, lower microbial counts and BA index (the sum of histamine, tyramine, cadaverine, and putrescine) were observed in sausages when low amine containing raw material was used and hygienic quality maintained [18]. Even though the factors contributing to high levels of BA formation are well known, it can still be challenging to prevent BA accumulation since amino-biogenic ability is strain dependent and it can be difficult to modify fermentation conditions [8].

2. 결과 및 토론

2.1. BA 형성에 기여하는 요인

BA는

인간, 동물, 식물 및 미생물의 정상적인 대사 활동에서

자연적으로 생성될 수 있습니다 [11].

과도한 BA 형성의 주요 요인에는

자유 아미노산의 가용성, 디카르복실라제 양성 비스타터 미생물의 존재, 원료의 구성,

pH, 이온 강도, 수분 활성도, 식품 가공 및 보관 과정에서 세균 성장에 유리한 조건 등이 포함됩니다[13].

이러한 모든 요인은

필요한 기질, 효소, 및 그 활성 수준에 영향을 미치며,

식품 내 BA의 유형과 양에도 영향을 미칩니다 [9].

세포 내 BA 형성은

실제로 세균이 스트레스나 산성 환경과 싸우기 위해 사용하는 방어 메커니즘입니다 [11].

또한

아민을 생성하여 pH를 회복하는 데 도움을 주며,

필요 시 추가 에너지를 얻는 방법으로도 작용합니다 [11].

발효 식품에서는 일반적으로 미생물의 대량 증식이 발생하며,

이는 특히 추가된 스타터 문화가 없는 야생 발효에서 BA의 상당한 축적을 유발할 수 있습니다 [7,14].

BA는 그람 양성균과 그람 음성균 모두에 의해 생성될 수 있습니다.

야생 발효에서 유산균 그람 양성균은 발효 식품 내 BA의 생성 및 축적에 주로 책임이 있다고 여겨집니다 [6,8,15].

BA는

열에 안정적이며,

파스퇴르화, 조리 등 가공 전 식품에 이미 존재하는 경우 파괴되지 않습니다 [13].

따라서 BA 함량이 낮은 식품을 얻기 위해서는 BA 축적 경로가 결여되어 있으며 가공 조건 하에서 자생 미생물을 억제할 수 있는 특정 스타터 문화를 선택하는 것이 중요합니다 [8]. 발효는 일반적으로 BA 생성을 촉진하므로, BA 축적을 제한하기 위해 원재료 품질, 스타터 배양체 성장에 적합한 온도, 미생물 제어, 첨가물(예: 설탕, 소금, 항균제)의 적절한 농도 등 가공 조건을 최적화해야 합니다 [13,14]. 원재료 품질 저하와 관련된 한 예시에서, 육류에서의 과도한 BA 형성은 동결 또는 해동 기간 및 온도, 디카르복실라제 활성을 가진 세균 존재 하에서의 가공 조건과 연관되었습니다 [9,16,17].

다른 연구에서는 원재료 품질이 소시지 숙성 과정에서 생성되는 BA의 구성과 수준에 영향을 미친다는 것이 밝혀졌습니다 [18]. 이 연구에서 저아민 함유 원료를 사용하고 위생적 품질을 유지한 소시지에서 미생물 수와 BA 지수(히스타민, 티라민, 카다베린, 푸트레신 합계)가 낮게 관찰되었습니다 [18].

BA 형성 수준 증가에 기여하는 요인은 잘 알려져 있지만,

아미노생성 능력이 균주에 의존적이며

발효 조건을 수정하기 어려울 수 있어

BA 축적을 예방하는 것은 여전히 도전 과제입니다 [8].

2.2. Mechanisms of BA formation in fermented foods

Biogenic amines in fermented foods are formed in the presence of free amino acids that are produced when the proteins in fermented foods are hydrolyzed by microbial-derived proteases [19]. These free amino acids act as substrates to microbial enzymes. The reactions leading to BA formation include decarboxylation of amine acids, which is the major route in fermented foods, or amination and transamination of ketone and aldehydes [19]. The decarboxylation occurs by the removal of the α-carboxyl group from the precursor amino acid. The amino acid precursors of the most common BAs are histidine (for histamine), tyrosine (for tyramine), phenylalanine (for phenylethylamine), tryptophan (for tryptamine), ornithine and agmatine (for putrescine), lysine (for cadaverine) [19,20]. Among these, only one-step decarboxylation of histidine, tyrosine, tryptophan, lysine and phenylalanine can produce the corresponding BA [19]. Putrescine is a diamine that can be produced either by decarboxylation of ornithine or by deamination of agmatine pathways [21]. Spermine and spermidine are polyamines that can be produced from putrescine by sequential addition of amino-propyl groups to putrescine [22].

2.2. 발효 식품에서의 BA 형성 메커니즘

발효 식품에서의 생물학적 아민은

발효 식품 내 단백질이 미생물 유래 프로테아제에 의해 가수분해될 때

생성되는 자유 아미노산 존재 하에서 형성됩니다 [19].

이 자유 아미노산은

미생물 효소의 기질로 작용합니다.

BA 형성에 이르는 반응에는

아미노산의 탈카복실화(발효 식품에서 주요 경로) 또는

케톤과 알데히드의 아미노화 및 트랜스아미노화가 포함됩니다[19].

탈카복실화는

전구체 아미노산에서 α-카복실 그룹이 제거되는 과정입니다.

가장 일반적인 BA의 아미노산 전구체는

히스티딘(히스타민), 티로신(티라민), 페닐알라닌(페닐에틸아민), 트립토판(트립타민),

오르니틴과 아그마틴(푸트레신), 라이신(카다베린)입니다 [19,20].

이 중

히스티딘, 티로신, 트립토판, 라이신 및 페닐알라닌의 단일 단계 탈카복실화만

해당 BA를 생성할 수 있습니다 [19].

푸트레신은

오르니틴의 탈카복실화 또는 아그마틴의 탈아미노화 경로를 통해 생성될 수 있는

다이아민입니다 [21].

스퍼민과 스퍼미딘은

푸트레신에 아미노프로필 그룹을 순차적으로 추가하여 생성될 수 있는

폴리아민입니다 [22].

https://jasbsci.biomedcentral.com/articles/10.1186/s40104-025-01193-x

폴리아민(푸트레신, 스페르미딘, 스페르민)은 원핵생물과 진핵생물에 널리 분포하는 알리파틱 화합물입니다. 양전하를 띤 폴리아민은 핵산과 산성 인산지질과 같은 음전하를 띤 거대분자와 결합하며, 세포 증식, 분화, 아포토시스 및 유전자 조절과 같은 생리적 활동에 관여합니다. 세포 내 폴리아민 농도는 생합성, 분해, 및 운반을 통해 조절됩니다. 체내의 폴리아민은 두 가지 주요 원천에서 유래합니다: 식이 섭취와 장내 미생물의 대사. 이러한 폴리아민은 혈류로 운반되어 다양한 조직과 기관으로 분포되어 생물학적 기능을 발휘합니다. 장 미생물에 의해 합성된 폴리아민은 두 가지 중요한 역할을 수행합니다. 첫째, 소화관 내 폴리아민 농도를 유지하는 데 필수적입니다. 둘째, 전사 및 전사 후 메커니즘을 통해 장 상피 세포의 증식, 이동, 아포토시스, 세포 간 상호작용과 같은 핵심 과정에 관여하는 유전자 발현을 조절합니다. 이러한 조절 효과는 장 상피 세포의 균형 유지와 장 장벽의 무결성을 보장하는 데 기여합니다. 또한 폴리아민은 장 미생물과 상호작용하여 미생물 성장, 생물막 형성, 군집 이동, 내포체 소포 생성 등을 촉진함으로써 장 균형 유지에 기여합니다. 폴리아민 보충은 호스트 장 미생물 구성 조절, 영양소 흡수 향상, 대사 및 면역 기능 개선에 중요하다는 것이 입증되었습니다. 이 리뷰에서는 장 미생물과 장 상피 세포에서의 폴리아민 대사 및 운반에 대한 최근 연구 진전을 중점적으로 다룹니다. 이어 폴리아민의 장 항상성 유지 역할에 대한 과학적 이해를 요약하며, 세포 및 분자 메커니즘의 진전과 잠재적 임상 적용 가능성을 탐구하며, 장 기반 질환 치료를 위한 중요한 표적으로서 폴리아민 대사 연구의 근거를 제시합니다.

2.3. Toxicological effects of BAs

Biogenic amines play important roles in many natural biological processes, including synaptic transmission, blood pressure and body temperature control, secretion of gastric acid, allergic response, and cell growth and differentiation [23]. However, exposure to high BA levels is associated with various adverse health effects, such as nausea, respiratory distress, hot flushing, sweating, heart palpitations, headache, bright red rash, burning sensations in the mouth, alterations in blood pressure, diarrhea, and hypertension [14,23]. The exact toxicity thresholds for BAs are difficult to determine because the toxic dose strongly depends on the effectiveness of the detoxification mechanisms, which may vary between individuals. Variation depends on individual sensitivity, alcohol consumption, and intake of drugs, which act as monoamine oxidase inhibitors or interact with the amine oxidase enzymatic pathways responsible for detoxifying excess BAs [8,24,25]. When the capacity of amine-metabolizing enzymes is over-saturated or when specific inhibitors disrupt metabolic activity, vasoactive BAs, such as histamine, tyramine, and phenylethylamine, may cause food intoxication [26]. Therefore, the focus should not only be on the concentration of one particular BA, but on the amount of food intake, the presence and levels of other amines in the food, exposure to BAs from other dietary components, as well as alcohol and certain medicine consumption [27].

2.3. BA의 독성학적 효과

생물학적 아민은

시냅스 전달, 혈압 및 체온 조절, 위산 분비, 알레르기 반응, 세포 성장 및 분화 등

많은 자연적 생물학적 과정에 중요한 역할을 합니다 [23].

그러나

높은 BA 수준에 노출되면 메스꺼움, 호흡 곤란, 열감, 땀 흘림, 심장 박동 이상,

두통, 붉은 발진, 입 안의 화끈감, 혈압 변화, 설사, 고혈압 등

다양한 건강 이상 증상과 연관될 수 있습니다 [14,23].

BA의 정확한 독성 임계값을 결정하는 것은

독성 용량이 해독 메커니즘의 효율성에 크게 의존하며,

이는 개인 간 차이를 보이기 때문입니다.

이 차이는

개인의 민감도, 알코올 섭취량, 모노아민 산화효소 억제제로 작용하거나

과도한 BA를 해독하는 아민 산화효소 경로와 상호작용하는 약물의 섭취에 따라 달라집니다 [8,24,25].

아민 대사 효소의 용량이 과포화되거나

특정 억제제가 대사 활동을 방해할 경우,

히스타민, 티라민, 페닐에틸아민과 같은 혈관작용성 BAs가

식품 중독을 유발할 수 있습니다 [26].

따라서,

특정 BA의 농도에만 초점을 맞추는 것이 아니라,

식품 섭취량, 식품 내 다른 아민류의 존재 및 수준, 다른 식이 성분으로부터의 BA 노출,

알코올 및 특정 약물 섭취에도 주목해야 합니다 [27].

Among all the BAs, histamines and tyramines are known to be the most toxic due to the severity of their associated symptoms. Histamines are responsible for “scombroid fish poisoning”. Poisonings occur when fish species containing high levels of muscle histidine, such as tuna, sardines, anchovies, mackerel, and salmon, are temperature abused, allowing bacteria naturally present on the fish to multiply and convert muscle histidine to histamine [27,28]. The symptoms of scombroid poisoning develop after a few hours of exposure and are similar to allergic reactions, such as flushing of the face, neck, and upper arms, oral numbness and/or burning, headache, heart palpitations, asthma attacks, hives, gastrointestinal symptoms, and swallowing difficulties [8]. The histamine doses associated with allergic reactions may vary between individuals. Although scombroid fish poisoning can occur from fermented fish, fish sauces, and fish pastes, it is not associated with fermented fish specifically, but from consuming fish containing high histamine levels produced by spoilage activity from enteric gram-negative bacteria. For histamine, the current threshold levels are based on a limited number of available human studies, including both healthy and sensitive individuals. In healthy individuals, adverse effects are not expected with a histamine exposure level of 25–50 mg per person per meal. But in individuals with histamine intolerance, even a small amount of histamine exposure (5–10 mg) from food may cause severe adverse health effects [11,24]. Moreover, alcohol consumption can have a synergistic effect that amplifies histamine toxicity by inhibiting the detoxification activity of amine oxidases [29].

모든 BA 중

히스타민과 티라민은 관련 증상의 심각성으로 인해

가장 독성이 강한 것으로 알려져 있습니다.

히스타민은 '스컴브로이드 어류 중독'의 원인이 됩니다.

중독은 참치, 정어리, 멸치, 고등어, 연어 등

근육 히스티딘 함량이 높은 어종이 온도 관리가

부적절해 자연적으로 존재하는 세균이 증식해

근육 히스티딘을 히스타민으로 전환할 때 발생합니다 [27,28].

스컴브로이드 중독의 증상은

노출 후 몇 시간 내에 나타나며 알레르기 반응과 유사합니다.

얼굴, 목, 상완의 발적,

구강 마비 및/또는 화끈거림,

두통, 심장 박동 이상, 천식 발작, 두드러기, 위장관 증상, 삼키기 어려움 등이

포함됩니다 [8].

알레르기 반응과 관련된 히스타민 용량은

개인에 따라 다를 수 있습니다.

스컴브로이드 어류 중독은

발효된 어류, 어류 소스, 어류 페이스트에서 발생할 수 있지만,

발효된 어류 자체와 직접적인 관련은 없으며,

장내 그람 음성 세균의 부패 활동으로 인해

높은 히스타민 수준을 함유한 어류를 섭취할 때 발생합니다.

히스타민에 대한 현재의 허용 기준치는

건강한 개인과 민감한 개인을 포함한 제한된 수의 인간 연구에 기반을 두고 있습니다.

건강한 개인의 경우,

식사당 25–50mg의 히스타민 노출 수준에서는 부작용이 예상되지 않습니다.

그러나

히스타민 불내증 환자의 경우,

식품으로부터의 히스타민 노출량(5–10mg)이 매우 적어도

심각한 건강 이상 반응을 일으킬 수 있습니다 [11,24].

또한 알코올 섭취는

아민 산화효소의 해독 활동을 억제함으로써

히스타민 독성을 증폭시키는 시너지 효과를 일으킬 수 있습니다 [29].

Tyramine intoxication is also known as “cheese reaction” or “cheese effect” because it was initially observed after consumption of cheese contaminated with high tyramine levels [8,28]. Symptoms occur within the first 2 h after consumption and include migraine, gastrointestinal symptoms, tachycardia, increased blood glucose, noradrenaline ejection, and hypertension [8,28]. For individuals prescribed monoamine oxidase inhibitors (MAOI), dietary exposures to tyramine is very important due to its toxicity and potential interaction with MAOI, which can raise blood pressure [30,31]. Currently there is inadequate information on tyramine to establish a toxic threshold in humans. However, based on limited published information in healthy individuals who were not taking any MAOI medicines, no adverse health effects were observed from up to 600 mg of tyramine per person per meal [11]. In comparison, for individuals who were taking third generation MAOI drugs, no adverse health effects were observed up to 50 mg of tyramine per person per meal, and for individuals taking classical MAOI drugs, a level of only 6 mg of tyramine per person per meal was considered safe; a level that would very easily be exceeded by consuming fermented foods [11].

Phenylethylamine, in the presence of tyramine, has been known to trigger food-induced migraine attacks and increase blood pressure [11]. A phenylethylamine dose of only 3 mg is linked with migraine headaches in sensitive individuals [27,32]. The doses of 100 mg/kg of histamine, 100–800 mg/kg of tyramine, and 30 mg/kg of phenylethylamine in food have been suggested to be toxic [27].

티라민 중독은 고농도

티라민으로 오염된 치즈 섭취 후 처음 관찰되어

‘치즈 반응’ 또는 '치즈 효과'로도 알려져 있습니다 [8,28].

증상은 섭취 후 2시간 이내에 발생하며,

편두통, 위장관 증상, 심장 박동 증가, 혈당 상승, 노르아드레날린 분비, 고혈압 등이 포함됩니다 [8,28].

모노아민 산화효소 억제제(MAOI)를 복용 중인 개인에게는

티라민의 독성과 MAOI와의 상호작용으로 인해

혈압 상승 위험이 있으므로 식이 노출이 매우 중요합니다 [30,31].

현재 인간에서 티라민의 독성 임계치를 설정하기 위한 정보는 부족합니다. 그러나 MAOI 약물을 복용하지 않은 건강한 개인을 대상으로 한 제한된 연구 결과에 따르면, 한 끼 식사당 600mg까지의 티라민 섭취에서 건강에 해로운 영향은 관찰되지 않았습니다 [11]. 반면, 제3세대 MAOI 약물을 복용 중인 개인의 경우, 1인당 1회 식사당 티라민 50mg까지 유해한 건강 영향이 관찰되지 않았으며, 전통적 MAOI 약물을 복용 중인 개인의 경우 1인당 1회 식사당 티라민 6mg 수준이 안전하다고 간주되었습니다. 이 수준은 발효 식품 섭취로 매우 쉽게 초과될 수 있습니다 [11].

티라민과 함께 존재할 때 페닐에틸아민은

음식 유발성 편두통 발작을 유발하고 혈압을 상승시키는 것으로 알려져 있습니다 [11].

민감한 개인에서 페닐에틸아민 3mg의 용량은

편두통 두통과 연관되어 있습니다 [27,32].

히스타민 100mg/kg, 티라민 100–800mg/kg, 및 식품 내 페닐에틸아민 30 mg/kg의 용량이 독성으로

제안되었습니다 [27].

In 2011, according to an EFSA expert panel, the available information at the time was not adequate to determine a safety threshold for putrescine and cadaverine for acute adverse health effects in humans [11]. While putrescine and cadaverine do not cause significant symptoms individually, evidence suggests that their presence at elevated levels can enhance the toxic effects of histamine and tyramine by inhibiting their detoxification by enzymes. An Austrian study suggested tolerable cadaverine and putrescine levels in cheese, fermented sausages, fish, sauerkraut, and seasonings based on toxicological threshold levels in animals, occurrence of BAs in foods, and food consumption rates in Austria [33]. However, the study also acknowledged that the tolerable levels may be associated with some uncertainty due to limited data [33]. The study proposed maximum tolerable levels of 140–510 mg/kg for putrescine and 430–1540 mg/kg for cadaverine, depending on the type of fermented food [33]. Nevertheless, excess amounts of putrescine and cadaverine produced during spoilage of processed meats and seafood serve as the main indicators of spoiled food. They are responsible for unpalatable flavors, which prevents consumption of the contaminated foods [34].

When subjected to heat, several BAs (spermidine, spermine, tyramine, putrescine, and cadaverine) can lead to the formation of secondary amines. This is critical for meat products such as sausages, which often contain high BA levels along with nitrate and nitrite additives, which can generate secondary amines, such as highly carcinogenic nitrosamines [9]. Although polyamine agmatine, spermine, and spermidine have many cellular functions, there is evidence of toxicity from excess levels in animal studies. Spermine and spermidine have been associated with blood pressure decreases, inhibition of blood clotting, respiratory symptoms, and neurotoxicity leading to renal insufficiency in experimental animals [35].

A review of the suggested toxicological reference values described for health concerns of BA in foods are summarized in Table 1.

2011년 EFSA 전문가 패널에 따르면, 당시 이용 가능한 정보는 인간에서 급성 건강 이상 반응에 대한 푸트레신과 카다베린의 안전 임계치를 결정하기에 충분하지 않았습니다 [11].

푸트레신과 카다베린은

개별적으로 심각한 증상을 유발하지 않지만,

높은 수준에서 존재할 경우 히스타민과 티라민의 해독을 억제함으로써

그들의 독성 효과를 강화할 수 있다는 증거가 있습니다.

오스트리아 연구는 동물 독성 역치 수준, 식품 내 BA 발생률,

오스트리아의 식품 섭취율을 기반으로 치즈, 발효 소시지, 어류, 사워크라우트,

조미료에 대한 카다베린과 푸트레신의 허용 수준을 제안했습니다 [33].

그러나 해당 연구는 데이터 부족으로 인해 허용 수준에 일부 불확실성이 존재할 수 있음을 인정했습니다 [33]. 연구는 발효 식품의 종류에 따라 푸트레신은 140–510 mg/kg, 카다베린은 430–1540 mg/kg의 최대 허용 수준을 제안했습니다 [33]. 그러나 가공육과 수산물에서 부패 과정에서 생성되는 과도한 푸트레신과 카다베린은 부패 식품의 주요 지표로 작용합니다. 이들은 불쾌한 맛을 유발하여 오염된 식품의 섭취를 방해합니다 [34].

열에 노출될 경우,

여러 BAs(스퍼미딘, 스퍼민, 티라민, 푸트레신, 카다베린)는

2차 아민 형성을 유발할 수 있습니다.

이는 소시지 등 고기 제품에 중요하며,

이러한 제품에는 질산염 및 질산염 첨가물이 포함되어 있어

2차 아민(예: 고도로 발암성인 니트로사민)을 생성할 수 있습니다 [9].

폴리아민인 아그마틴, 스퍼민, 스퍼미딘은

다양한 세포 기능을 가지고 있지만, 동물 실험에서 과도한 수준에서 독성 증거가 있습니다.

스퍼민과 스퍼미딘은

실험 동물에서 혈압 감소, 혈액 응고 억제, 호흡기 증상, 신장 기능 장애를 유발하는

신경독성과 연관되었습니다 [35].

식품 내 BA의 건강 위험과 관련된 제안된 독성학적 참고 값은 표 1에 요약되어 있습니다.

Table 1.

Summary of suggested and reported thresholds available for biogenic amines in foods.

Suggested dose in food (mg/kg)Toxic dose per meal in healthy individuals (mg)Toxic dose per meal in sensitive and compromised individuals (mg)

Histamine	100	>50	5 to 10
Tyramine	100 to 800	>600	>6
β-phenylethylamine	30	None established	None established
Putrescine, cadaverine spermidine, tryptamine, spermine	None established	None established	None established
Reference	[24,27]	[11,32]	[11,24,27]

2.4. Action levels and regulations

It is challenging to establish toxicological thresholds for BAs because the severity of toxic effects varies between individuals, depending on their sensitivity and the presence of other amines in foods. The toxicological threshold can range from a few mg/kg in sensitive individuals to several hundred mg/kg in a healthy person [14]. It has been reported that approximately 1000 mg/kg can be considered a risky level of total BA in food [1,36]. Several regulatory organizations such as Health Canada, US FDA, EFSA, Food and Agriculture Organization/World Health Organization (FAO/WHO), have set legal maximum limits for histamine levels in fish and fermented fish products to ensure safe human consumption. Even though dietary exposure to high BA level is associated with toxicological consequences, there are no specific regulations set by these organizations regarding BA contents in foods, except for histamine in fish and fish products.

2.4. 조치 수준 및 규정

BAs의 독성학적 임계치를 설정하는 것은 개인의 민감도와 식품 내 다른 아민 성분의 존재 여부에 따라 독성 효과가 다양하기 때문에 어렵습니다.

독성학적 임계치는 민감한 개인에서는

몇 mg/kg에서 건강한 사람에서는 수백 mg/kg까지 다양할 수 있습니다 [14].

식품 내 총 BA 수준이 약 1000 mg/kg은 위험 수준으로 간주될 수 있다는 보고가 있습니다 [1,36].

캐나다 보건부(Health Canada), 미국 식품의약국(US FDA), 유럽 식품안전청(EFSA), 식량농업기구/세계보건기구(FAO/WHO) 등 여러 규제 기관은 어류 및 발효 어류 제품의 히스타민 수준에 대한 법적 최대 한도를 설정하여 안전한 인간 섭취를 보장하고 있습니다. 그러나 식품 내 BA 함량에 대한 구체적인 규정은 히스타민을 제외한 어류 및 어류 제품에 한해 존재하지 않습니다.

Table 2 summarizes the regulatory thresholds for BAs in various countries and regulatory agencies. Health Canada regulates histamine levels in anchovies [12], fermented fish sauces, and pastes, while the US FDA has set a guidance level for histamine in fish [37]. European Commission, FAO/WHO and Codex have established limits for histamine in different fish and fish products [26,38,39]. Several other countries, including Australia, New Zealand, Turkey, Korea, Finland, Switzerland and the Slovak Republic have specific regulatory limits for histamine in fish and/or seafood [[38], [39], [40]]. Additionally, the Slovak Republic has set an upper limit for tyramine in cheese [39].

Table 2.

Countries with thresholds established for biogenic amines.

Biogenic amine    Threshold                Country or Agency                 Food product

Histamine	400 mg/kg	EFSA FAO/WHO	fermented fish sauces
	200 mg/kg	Canada	Anchovies, fermented fish sauces and pastes
	200 mg/kg	FAO/WHO Codex Alimentarius Australia New Zealand Turkey Korea Slovak Republic	fish and fish products
	100 mg/kg	Canada Finland Switzerland	fish and fish products
	200 mg/kg–400 mg/kg	EFSA	salted fish of Scombridae, Clupeidae, Engraulidae, Coryfenidae, Pomatomidae, Scombresosidae origin
	100 mg/kg–200 mg/kg	EFSA	fish of Scombridae, Clupeidae, Engraulidae, Coryfenidae, Pomatomidae, Scombresosidae origin
	50 mg/kg	USA	edible fish
Tyramine	200 mg/kg	Slovak Republic	Cheese

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2.5. Occurrence of BAs in different fermented foods

The maximum values for BAs in five categories of fermented foods are shown in Table 3 for soybean, fish, meat, dairy, and vegetable foods. Based on the suggested quantitative risk values for histamine, tyramine, and phenylethylamine in food intended for human consumption, we identified reports of fermented foods that exceeded the suggested toxic doses of these biogenic amines. Such high levels of biogenic amines, specifically histamine or tyramine exceeding 100 mg/kg, and phenylethylamine exceeding 30 mg/kg [27], can potentially pose a health risk to individuals consuming these fermented foods.

2.5. 발효 식품에서의 BAs 발생

발효 식품 5개 카테고리(대두, 어류, 육류, 유제품, 채소)의 BAs 최대 값은 표 3에 표시되어 있습니다.

인간 섭취용 식품에 대한 히스타민, 티라민, 페닐에틸아민의 권장 정량적 위험 값을 기반으로,

이러한 생물학적 아민의 독성 용량을 초과한 발효 식품에 대한 보고서를 식별했습니다.

특히 히스타민 또는 티라민이 100 mg/kg을 초과하거나

페닐에틸아민이 30 mg/kg을 초과하는 [27] 생물성 아민의 높은 수준은

이러한 발효 식품을 섭취하는 개인에게 건강 위험을 초래할 수 있습니다.

Table 3.

Maximum biogenic amine content reported in fermented food categories.

Maximum exposure levels of BAs (mg/kg) reported in the literatureMethod of 

detectionReferencesHisaTyra, bPheaTrpPutCadSpdSpm

SOYBEAN BASED FOODS
Soy sauce	398.8	794.3	121.6	73.34	1007.5	48.86	53.1	54.59	HPLC	[26,41]
Natto	457	300.2	51.5	301	43.1	42.0	478.1	80.1	HPLC	[26,42,43]
Miso	221.0	95.3	42.0	762	34.29	201	35.7	216	HPLC	[42]
Cheonggukjang	755.4	2539	562.4	236.4	476.3	268.2	79.1	182.7	HPLC	[26,41,44]
Doenjang	2795	6616	8704	2808	4292	3236	8804	9730	HPLC	[26]
Gochujang	59.0	126.8	24.8	36.6	36.4	18.1	14.5	14.8	HPLC	[26]
Sufu	1187	1537	238.9	769.9	2352	606.5	117.2	48.3	HPLC	[[45], [46], [47], [48]]
Doubanjiang	ND	25.8	185.6	62.43	129.2	0.2	0.2	1.7	HPLC	[49]
Douchi	808	529	736.6	440	596	672.3	719	242	HPLC	[48,50]
Ssamjang	114.1	13.5	28.3	76.9	46.2	24.5	15.5	23.4	HPLC	[41]
Tempeh	ND	10.68	ND	15.6	3200	225	105.5	21.9	HPLC	[42,51]
FERMENTED FISH
Fermented salted fish	421.7	62.6	9.2	44.4	84.7	142.5	25.8	2.9	HPLC	[52]
Fish sauce	783.9	469	7.7	270.6	276.6	606.3	56.2	19.4	HPLC	[53,54]
Ikan pekasam	73.9	110	37.2	29.7	249.4	211.2	7.4	9.5	HPLC	[55]
Fermented fish paste	368.6	1002.9	152	139.7	558.4	540.8	62.07	238.3	HPLC	[56,57]
FERMENTED MEAT
Fermented sausage	514.5	509.9	25.2	49.8	505.3	689.8	10.2	36.7	HPLC	[58]
Marinated fermented beef	ND	437.5	NA	NA	139.5	582	ND	ND	IELC	[59]
Fermented pork (nham)	45.2	385	NA	NA	531.1	170.9	6.54	26.02	HPLC	[60]
Salami	500.2	346.9	375.9	297.1	818.5	215.9	99.7	151.9	HPLC	[61]
Dried sausage	119	412	109	33	307	409	17.5	43.7	HPLC	[62]
FERMENTED DAIRY
Blue cheese	140	1306	60	170	258	120	30	20	HPLC	[63,64]
Mish cheese	290	190	120	220	200	220	40	20	HPLC	[64]
Feta cheese	84.6	246	4.94	5.74	193	82.8	ND	ND	HPLC	[65]
Cheddar cheese	29.4	44.5	2.3	NA	2.9	4.5	26.6	6.4	HPLC	[66]
Parmesan cheese	148	103	8.6	ND	6.1	12.7	30.7	0.3	HPLC	[66]
Hard cheese	1025	561	44	110	269	281	NA	NA	HPLC	[67]
Semi-hard cheese	444	1029	219	69	98	406	NA	NA	HPLC	[67]
Soft cheese	176	393	20	15	253	904	NA	NA	HPLC	[67]
Fermented milk	53.9	337.1	NA	NA	22.9	29.1	82.9	NA	HPLC	[66]
Kefir	1.6	9.6	ND	ND	12.1	2.2	4.5	ND	HPLC	[66]
FERMENTED VEGETABLES
Fermented vegetables	138.1	177.7	31.5	66.0	549	316.3	154.8	83.2	HPLC, LC-MS/MS	[11,68,69]
Kimchi	947.3	357.9	23.9	74.8	428	193	550.1	83.2	LC-MS/MS	[70,71]
Sauerkraut	37.0	206.3	0.2	31.6	162.4	79.5	10.98	1.2	LC-MS/MS, HPLC	[72,73]
Fermented fruits	72	86.8	6.3	22.9	286.9	179.2	14.0	9.8	HPLC, LC-MS/MS	[68,70]

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His: histamine, Tyr: tyramine, Phe: phenylethylamine, Trp: tryptamine, Put: putrescine, Cad: cadaverine, Spd: spermidine, Spm: spermine. ND = Not detected.

HPLC: High Performance Liquid Chromatography, IELC: Ion Exchange Liquid Chromatography; ELISA: Enzyme-linked Immunosorbent Assay.

a

Values exceeding suggested health risk threshold shown in bold for histamine and tyramine ≥100 mg/kg and phenylethylamine ≥30 mg/kg.

b

Persons taking medications containing monoamine oxidase inhibitors (MAOI) or using alcohol may be susceptible at lower levels. Refer to Section 2.3.

2.5.1. Fermented soybean foods

Fermented soybean foods contain a large amount of dietary amino acid precursors of BAs and BA-producing microorganisms. Enterobacteriaceae, Bacillus, Clostridium, Lactobacillus, and Pseudomonas are some common microorganisms capable of producing BAs in fermented soy foods [42]. Some popular soybean foods produced by fermentation include soy sauces, natto, Japanese fermented soybean pastes (miso), Korean fermented soybean pastes (cheonggukjang, doenjang, gochujang), Chinese bean curd (sufu), Chinese fermented soybean pastes (doubanjiang, douchi), and Indonesian fermented soybean pastes (tempeh) [26]. These foods are frequently used in a variety of processed products and are commonly consumed in some households, especially in Asian cultures [26]. Based on the literature, the amount of BAs in most fermented soybean foods are generally within the safe limits; however, there are some reports that showed both soy sauces and fermented soybean pastes may contain some BA levels above the safe dose for human consumption.

The amount of different BAs vary greatly across fermented soybean products. Based on the maximum BA levels reported, it seems very likely that occasional risk of food intoxication may occur after eating fermented soybean products, especially if the pastes contain large amounts of vasoactive BAs such as histamine, tyramine, and phenylethylamine. The maximum histamine levels in most soybean products (soy sauce, natto, miso, cheonggukjang, doenjang, sufu, and douchi) are 2–27 times higher than the suggested toxic dose. Both tyramine and phenylethylamine are reported at high levels in soy sauce, natto, cheonggukjang, doenjang, sufu, and douchi. Other fermented soybean products (ssamjang and tempeh) were not found to contain levels of histamine, tyramine or phenylethylamine above the suggested toxic dose. The maximum BA content among all soybean products reviewed here are shown in Table 3.

In the case of soy sauces, the risk may not be very significant from the high histamine, tyramine, or putrescine content, since the intake per serving is only a small quantity. However, some soybean pastes, such as natto, tempeh, and cheonggukjang, may be consumed as main dishes rather than side dishes. As main dishes, BA content may be high enough to increase the risks of food intoxication [26]. Several studies have reported the use of Bacillus starter cultures (B. subtilis, B. licheniformis, B. subtilis and B. amyloliquefacien) and Pediococcus pentosaceus strains to reduce BA formation in fermented soy bean foods [26,42,74].

2.5.1. 발효 대두 식품

발효 대두 식품은

BA의 식이 아미노산 전구체와 BA를 생성하는 미생물을 다량 함유합니다.

Enterobacteriaceae, Bacillus, Clostridium, Lactobacillus, 및 Pseudomonas는

발효 대두 식품에서 BA를 생성할 수 있는 일반적인 미생물입니다 [42].

발효를 통해 생산되는 대표적인 콩 식품에는

간장, 나토, 일본 발효 콩 페이스트(미소), 한국 발효 콩 페이스트(청국장, 된장, 고추장), 중국 두부(두부),

중국 발효 콩 페이스트(두반장, 두치), 인도네시아 발효 콩 페이스트(템페) 등이 있습니다[26].

이 식품들은 다양한 가공 제품에 자주 사용되며, 특히 아시아 문화권에서 일부 가구에서 흔히 소비됩니다 [26]. 문헌에 따르면, 대부분의 발효 콩 식품에 함유된 BAs의 양은 일반적으로 안전 기준 이내입니다.

그러나

간장과 발효 콩 페이스트가 인간 섭취에 안전한 용량을 초과하는

BAs 수준을 함유할 수 있다는 보고도 있습니다.

발효 콩 제품 간에

다양한 BAs의 함량은 크게 다릅니다.

보고된 최대 BAs 수준을 고려할 때,

특히 히스타민, 티라민, 페닐에틸아민과 같은 혈관작용성 BAs가

다량 함유된 페이스트를 섭취할 경우

발효 콩 제품 섭취 후 간헐적인 식품 중독 위험이 발생할 가능성이 매우 높습니다.

대부분의 콩 제품(간장, 나토, 미소, 청국장, 된장, 수부, 두치)의 최대 히스타민 수준은

권장 독성 용량의 2~27배 높습니다.

티라민과 페닐에틸아민은

간장, 나토, 청국장, 된장, 수부, 두치에서 높은 수준으로 보고되었습니다.

다른 발효 콩 제품(쌈장, 템페)에서는

히스타민, 티라민, 페닐에틸아민의 함량이 권장 독성 용량을 초과하지 않았습니다.

본 연구에서 검토된 모든 콩 제품의 최대 BA 함량은 표 3에 표시되어 있습니다.

간장의 경우,

히스타민, 티라민 또는 푸트레신 함량이 높더라도

섭취량이 한 번에 소량이기 때문에 위험이 크게 되지 않을 수 있습니다.

그러나

나토, 템페, 청국장 등 일부 콩 페이스트는 반찬이 아닌

주 요리로 섭취될 수 있습니다.

주 요리로 섭취될 경우

BA 함량이 식품 중독 위험을 증가시킬 만큼 충분히 높을 수 있습니다 [26].

여러 연구에서 발효 콩 제품의 BA 형성을 줄이기 위해 Bacillus 스타터 배양균(B. subtilis, B. licheniformis, B. subtilis 및 B. amyloliquefacien)과 Pediococcus pentosaceus 균주를 사용한 사례가 보고되었습니다[26,42,74].

2.5.2. Fermented fish products

Although histamine is the most widely investigated BA in fish products, previous exposure data show that all eight BAs reviewed here (histamine, tyramine, phenylethylamine, tryptamine, putrescine, cadaverine, spermidine, and spermine) can be found in fermented fish products [1]. Some common fermented fish products include fermented salted fish, fermented fish sauces, Malaysian fermented fish product (ikan pekasam), Korean fermented fish products (anchovy and sand lance sauces, shrimp, clam, and squid pastes) [1]. Escherichia, Enterobacter, Salmonella, Shigella, Streptococcus, Lactobacillus, Leuconostoc spp., and Clostridium perfringens are some common bacteria that have been reported to produce BA in fish [31].

Histamine, putrescine, and cadaverine have been used as quality indicators for fresh fish because their levels typically increase during the course of spoilage in fish, while the levels of spermine and spermidine decrease [32,62]. Several exposure reports found histamine, tyramine, and phenylethylamine levels in fermented fish products to be higher than the suggested toxic levels, especially in fermented salted fish, fish paste, and fish sauce (summarized in Table 3). Reported histamine levels in fermented salted fish was almost 5 times higher than the suggested toxic dose of 100 mg/kg; anchovy and sand lance sauces also have high histamine and tyramine levels [75], although not all fish species contain levels of muscle histidine associated with histamine development. Fish products containing high histamine, putrescine, and cadaverine levels are considered indicators of spoilage [76]. Even though histamine and other BAs are present at a wide range of levels in fish sauces, they might not contribute to significant health risks due to the small average intake amount [77]. However, excessive consumption of fish sauces containing high BA levels, especially with other fermented foods and drinks, may result in adverse health effects, and, therefore, have not been recommended [77].

In general, both fish and fish sauces may contain elevated BA levels, although fish sauces are reported to have higher BA levels versus other fermented fish products [1]. However, the factors contributing to BA production in fermented fish are well identified in the literature [1]. Using potent starter cultures (Pediococcus acidilactici, Staphylococcus carnosus, Staphylococcus xylosus, Lactobacillus sake [67]), hygienic raw materials, and improved processing methods and storage conditions may prevent or reduce the formation of excess BAs in fermented fish [1].

2.5.2. 발효 어류 제품

어류 제품에서 가장 널리 연구된 BA는 히스타민이지만,

이전 노출 데이터에 따르면 여기서 검토된 8가지

BA(히스타민, 티라민, 페닐에틸아민, 트립타민, 푸트레신, 카다베린, 스페르미딘, 스페르민) 모두

발효 어류 제품에서 발견될 수 있습니다 [1].

일반적인 발효 어류 제품에는

발효 염장 어류, 발효 어류 소스, 말레이시아 발효 어류 제품(ikan pekasam),

한국 발효 어류 제품(멸치와 갯지렁이 소스, 새우, 조개, 오징어 페이스트) [1].

Escherichia, Enterobacter, Salmonella, Shigella, Streptococcus, Lactobacillus, Leuconostoc spp.,

Clostridium perfringens는 어류에서 BA를 생성하는 것으로 보고된 일반적인 세균입니다 [31].

히스타민, 푸트레신, 카다베린은 어류의 신선도 지표로 사용되어 왔으며,

이는 어류의 부패 과정에서 그 수준이 일반적으로 증가하는 반면,

스퍼민과 스퍼미딘의 수준은 감소하기 때문입니다 [32,62]

여러 노출 보고서에 따르면

발효 어류 제품의 히스타민, 티라민, 페닐에틸아민 수준이 권장 독성 수준을 초과했으며,

특히 발효 염장 어류, 어육 페이스트, 어장 소스에서 높게 나타났습니다(표 3에 요약됨).

발효 염장 어류의 히스타민 수준은

권장 독성 용량인 100 mg/kg의 약 5배에 달했으며,

멸치와 모래장어 소스도 높은 히스타민과 티라민 수준을 보였습니다[75].

그러나

모든 어종이 히스타민 형성과 관련된 근육 히스티딘 수준을 포함하는 것은 아닙니다.

히스타민, 푸트레신, 카다베린 수준이 높은 어류 제품은 부패의 지표로 간주됩니다 [76]. 어장 소스에 히스타민 및 기타 BA가 다양한 수준으로 존재하더라도, 평균 섭취량이 적기 때문에 심각한 건강 위험을 초래하지 않을 수 있습니다 [77]. 그러나 고농도 BA를 함유한 어장 소스를 과도하게 섭취하거나 다른 발효 식품 및 음료와 함께 섭취할 경우 건강에 해로운 영향을 미칠 수 있으며, 따라서 권장되지 않습니다 [77].

일반적으로 어류와 어류 소스 모두 높은 BA 수준을 포함할 수 있지만, 어류 소스는 다른 발효 어류 제품에 비해 더 높은 BA 수준을 보인다고 보고되었습니다 [1]. 그러나 발효 어류에서 BA 생성에 기여하는 요인은 문헌에서 잘 알려져 있습니다 [1].

강력한 스타터 문화

(Pediococcus acidilactici, Staphylococcus carnosus, Staphylococcus xylosus, Lactobacillus sake [67]),

위생적인 원재료, 개선된 가공 방법 및 보관 조건을 사용하면

발효 어류에서 과도한 BA 형성을 예방하거나 줄일 수 있습니다 [1].

2.5.3. Fermented meat products

The most preval‎ent BAs in fermented meats are tyramine, cadaverine, putrescine, and histamine, whose levels greatly differ among different types of products. Normally, high BA levels are probable when the quality of processing conditions favor contamination or when the autochthonous microbiota present has decarboxylase potential [8]. In fresh meat, spermine and spermidine occur naturally, whereas storage may increase histamine, cadaverine, putrescine, and tyramine levels [32]. Ideally, the total BA content should not exceed 5 mg/kg in fresh meat; a total BA index between 20 and 50 mg/kg indicates meat with low-hygienic quality [32,78]. BA accumulation is common in fermented meats because of their high protein content and likelihood of undergoing amine decarboxylation from predominant microflora [79]. Unhygienic production and ripening process are suggested to be the main sources of BA contamination in fermented meat [80]. Enterobacteriaceae, Lactobacillus, Pseudomonas, Micrococcus, and Staphylococcus are some common BA-producing bacterial species in fermented meat [58]. Some common fermented meat products include fermented dry and soft sausages, marinated or ripened meat products, salami, ham etc.

Several studies reported the presence of all eight BAs reviewed here at varying concentrations in different types of fermented sausages [1,61,62]. Histamine, tyramine, phenylethylamine, tryptamine, putrescine, and cadaverine levels are reported to be very high in some fermented sausages and salami; the maximum histamine level was five times more than the suggested toxic dose in food (Table 3). Histamine levels in other fermented meat products (marinated beef, fermented pork) are reported to be low; however, tyramine levels are found to be over the suggested toxic dose in these products. Since fermented meat products might be consumed as main dish or in higher amounts (compared to sauces or pastes), the presence of BA levels in notable amounts may result in adverse health effects, especially for sensitive consumers. Staphylococcus xylosus, Staphylococcus vitulinus, Staphylococcus hominis, Staphylococcus carnosus, Lactobacillus plantarum, Lactobacillus carvatus, Lactobacillus casei, Lactobacillus sakei, and Pediococcus pentosaceus are examples of some amine-negative starters, which were found to suppress BA accumulation in fermented meat [67].

2.5.3. 발효 육류 제품

발효 육류에서 가장 흔히 발견되는

BA는 티라민, 카다베린, 푸트레신, 히스타민으로,

제품 유형에 따라 그 수준이 크게 다릅니다.

일반적으로 가공 조건이 오염을 촉진하거나 내재적 미생물이

탈카복실화 효소 활성을 가질 경우

높은 BA 수준이 발생할 가능성이 높습니다 [8].

신선한 육류에서는 스퍼민과 스퍼미딘이 자연적으로 발생하지만,

보관 과정에서 히스타민, 카다베린, 푸트레신, 티라민 수준이 증가할 수 있습니다 [32].

이상적으로 신선한 육류의 총 BA 함량은

5 mg/kg을 초과하지 않아야 하며,

총 BA 지수가 20~50 mg/kg인 경우 위생 품질이 낮은 육류로 간주됩니다 [32,78].

발효 육류에서 BA 축적은 높은 단백질 함량과 우점 미생물에 의한 아민 탈카복실화 가능성이 높기 때문에 흔합니다 [79]. 위생적이지 않은 생산 및 숙성 과정이 발효 육류의 BA 오염 주요 원인으로 지목되었습니다 [80]. Enterobacteriaceae, Lactobacillus, Pseudomonas, Micrococcus, Staphylococcus는 발효 육류에서 흔히 발견되는 BA 생성 세균 종입니다 [58]. 대표적인 발효 육류 제품으로는 발효 건조 및 연질 소시지, 양념 또는 숙성 육류 제품, 살라미, 햄 등이 있습니다.

여러 연구에서 이 논문에서 검토된 8가지 BA가 다양한 농도로 다양한 유형의 발효 소시지에서 검출되었다고 보고되었습니다 [1,61,62]. 히스타민, 티라민, 페닐에틸아민, 트립타민, 푸트레신, 카다베린 수준은 일부 발효 소시지와 살라미에서 매우 높게 보고되었으며, 최대 히스타민 수준은 식품에서 권장 독성 용량의 5배를 초과했습니다 (표 3). 다른 발효 육류 제품(마리네이드 소고기, 발효 돼지고기)에서는 히스타민 농도가 낮게 보고되었으나, 티라민 농도는 권장 독성 용량을 초과하는 것으로 확인되었습니다. 발효 육류 제품은 주 요리로 섭취되거나 소스나 페이스트보다 더 많은 양으로 섭취될 수 있으므로, BA 수준이 상당량 존재할 경우 특히 민감한 소비자에게 건강에 해로운 영향을 미칠 수 있습니다. Staphylococcus xylosus, Staphylococcus vitulinus, Staphylococcus hominis, Staphylococcus carnosus, Lactobacillus plantarum, Lactobacillus carvatus, Lactobacillus casei, Lactobacillus sakei, 및 Pediococcus pentosaceus는 아민 음성 발효균의 예시이며, 발효 육류에서 BA 축적을 억제하는 것으로 확인되었습니다 [67].

2.5.4. Fermented dairy products

Dairy products, especially ripened cheeses, often contain high BA levels. The “cheese reaction”, as commonly referred to, is a foodborne intoxication from exposure to high tyramine [8]. The BA content in different types of cheeses varies, even among different parts of the same cheese [8]. In general, the BA concentrations are lower in short-ripened cheeses versus long-ripened cheeses [32]. Lactic acid bacteria included in the genera Enterococcus, Lactobacillus, Leuconostoc, Lactococcus, and Streptococcus are some common BA producers in cheese [81]. Bacteria from the Enterococcus and Lactobacillus genera are mainly responsible for BA production in cheeses made from unpasteurized milk [82]. Some common fermented dairy products include fermented cheese (e.g., blue cheese, mish cheese, cheddar cheese, feta cheese, parmesan cheese), fermented milk, yogurt, and kefir.

Elevated histamine levels over toxic threshold levels have been reported in blue cheese, mish cheese, parmesan cheese, hard cheese, semi-hard cheese, and soft cheese; however, levels below the toxic threshold occur in fermented milk, kefir, feta and cheddar cheeses. Tyramine levels are high in most fermented dairy products, such as blue cheese, feta cheese, mish cheese, hard cheese, semi-hard cheese, soft cheese, fermented milk and exceed suggested toxicological thresholds. Other dairy fermented products, including buttermilk and yogurt, are not likely to contain high BA levels [81]. A Belgian survey found that fermented dairy products tend to have higher initial concentrations of BAs, although these concentrations may remain stable or even decrease during storage due to the metabolism of BAs by certain strains of lactic acid bacteria [67].

Several studies indicate that the main approach for preventing BA accumulation is to control or reduce the amount of BA-producing microorganisms during cheese making. Implementing proper thermal treatment of milk, improving hygienic conditions, using suitable microbial starters without BA synthesis capability (such as Brevibacterium linens, Lactobacillus plantarum and Lactobacillus paracasei [83,84]), and low storage temperatures are some of the ways to achieve low BA content in fermented dairy products [81].

2.5.4. 발효 유제품

유제품, 특히 숙성 치즈는

일반적으로 높은 BA 수준을 함유합니다.

“치즈 반응”이라고 불리는 이 현상은

티라민에 노출되어 발생하는 식품 중독입니다 [8].

치즈의 종류에 따라 BA 함량은 다르며,

같은 치즈의 다른 부분에서도 차이가 있습니다 [8].

일반적으로 단기간 숙성된 치즈는

장기간 숙성된 치즈보다 BA 농도가 낮습니다 [32].

Enterococcus, Lactobacillus, Leuconostoc, Lactococcus, Streptococcus 속의 유산균은

치즈에서 BA를 생성하는 주요 미생물입니다 [81].

Enterococcus와 Lactobacillus 속의 세균은

비살균 우유로 만든 치즈에서 BA 생산의 주요 원인입니다 [82].

일반적인 발효 유제품에는

발효 치즈(예: 블루 치즈, 미시 치즈, 체다 치즈, 페타 치즈, 파르메산 치즈),

발효 우유, 요거트, 케피르 등이 있습니다.

블루 치즈, 미시 치즈, 파르메산 치즈, 단단한 치즈, 반단단한 치즈, 부드러운 치즈에서 독성 임계치를 초과하는 히스타민 수치가 보고되었으나, 발효 우유, 케피르, 페타 치즈, 체다 치즈에서는 독성 임계치 이하의 수치가 관찰되었습니다. 티라민 수치는 블루 치즈, 페타 치즈, 미시 치즈, 단단한 치즈, 반단단한 치즈, 부드러운 치즈, 발효 우유 등 대부분의 발효 유제품에서 높으며, 독성학적 임계치를 초과합니다. 버터밀크와 요거트 등 다른 발효 유제품은 높은 BA 수치를 포함하지 않을 가능성이 높습니다 [81]. 벨기에 조사에 따르면 발효 유제품은 초기 티라민 농도가 높지만, 특정 유산균 균주에 의한 티라민 대사 때문에 저장 중 농도가 안정되거나 감소할 수 있습니다 [67].

여러 연구는 티라민 축적을 방지하기 위한 주요 접근 방법으로 치즈 제조 과정에서 티라민 생성 미생물의 양을 제어하거나 줄이는 것을 제시합니다. 적절한 열처리, 위생 조건 개선, BA 합성 능력이 없는 적합한 미생물 스타터(예: Brevibacterium linens, Lactobacillus plantarum 및 Lactobacillus paracasei [83,84]) 사용, 저온 보관 등은 발효 유제품의 BA 함량을 낮추는 방법 중 일부입니다 [81].

2.5.5. Fermented fruits and vegetables

Fermentation is a traditional way of preserving vegetables and fruits in many cultures. Some traditional fruits and vegetables that are often fermented include cucumber, white cabbage (sauerkraut), red cabbage, Brussel sprout, broccoli, cauliflower, pepper, olives, beetroot, radish, white turnip, sunchoke, carrot, tomato, pumpkin, garlic, kimchi, celery, champignon, and mustard [85]. BA levels differ significantly in the literature among different fermented fruits and vegetables. Putrescine, tyramine, cadaverine, and histamine have been reported to be the dominant BAs in fermented vegetables [85].

Several studies reported high BA levels in kimchi, with maximum histamine levels – 9.5 times over the suggested toxic dose. Tyramine, putrescine, cadaverine, and spermidine were occasionally observed at high levels in some fermented vegetables and vegetable products (Table 3), whereas other BAs were not detected near suggested levels of concern.

The extent of BA accumulation in fermented fruits and vegetables depends on several factors, such as the type of the raw materials, climatic conditions, agricultural practices, and processing and storage conditions [70]. Lactobacillus brevis was identified as the species to produce high levels of tyramine in kimchi [86]. Conversely, Leuconostoc mesenteroides, Leuconostoc pentosus, Leuconostoc plantarum, Weissella cibaria, and Weissella paramesenteroides were identified as the strains not able to produce BA in kimchi [86].

2.5.5. 발효 과일 및 채소

발효는

많은 문화권에서 과일과 채소를 보존하는 전통적인 방법입니다.

전통적으로 발효되는 과일과 채소에는 오이, 백채(사우어크라우트),

적채, 브뤼셀 스프라우트, 브로콜리, 콜리플라워, 고추, 올리브, 비트, 무, 백색 무, 선초, 당근, 토마토, 호박, 마늘, 김치,

셀러리, 샬롯, 겨자 등이 있습니다[85].

발효된 과일과 채소 사이에서 BA 수준은 문헌에 따라 크게 다릅니다.

푸트레신, 티라민, 카다베린, 히스타민은 발효된 채소에서

주요 BA로 보고되었습니다 [85].

여러 연구에서 김치에서 높은 BA 수준이 보고되었으며, 히스타민 수준은 권장 독성 용량의 9.5배에 달했습니다. 티라민, 푸트레신, 카다베린, 스페르미딘은 일부 발효 채소 및 채소 제품에서 높은 수준으로 간헐적으로 관찰되었으며 (표 3), 다른 BA는 권장 우려 수준 근처에서 검출되지 않았습니다.

발효 과일과 채소에서의 BA 축적 정도는 원재료의 종류, 기후 조건, 농업 관행, 가공 및 보관 조건 등에 따라 달라집니다[70]. Lactobacillus brevis는 김치에서 높은 수준의 티라민을 생성하는 종으로 확인되었습니다[86]. 반면, Leuconostoc mesenteroides, Leuconostoc pentosus, Leuconostoc plantarum, Weissella cibaria, 및 Weissella paramesenteroides는 김치에서 BA를 생성하지 못하는 균주로 확인되었습니다[86].

2.6. Mitigation strategies to control BA formation in fermented foods

The key strategies to control BA formation in food is to reduce or control the carboxylase-positive microbial load. The prevention and reduction of biogenic amines in fermented products involve both conventional and modern methods. Conventional methods include maintaining proper sanitary conditions, food handling practices throughout food processing, and temperature control during storage to inhibit the bacteria with amino acid decarboxylase activity [11,42,87]. Moreover, several studies have indicated that addition of certain food additives or chemicals can help prevent the formation of BAs in fermented foods [14,19]. For example clove oil, sodium chloride, or a combination of both has been shown to delay and slow down the production of biogenic amines in fish muscle broth [87]. Other spices, such as garlic, have also been found to have inhibitory effects on BA production in certain fermented fish products [88]. There is evidence of cava lees and their phenolic extract and phytochemicals in purified forms or as extracts to regulate the concentration of BAs in foods [89]. Onions have been shown to have a significant inhibitory effect on several BA formation during the sauerkraut fermentation process [90]. There is also evidence that addition of rose polyphenols and spice extracts (cinnamon, anise, cloves) may inhibit BA formation in fermented sausages [88,91,83].

Modern methods for controlling biogenic amine growth in fermented foods include selecting both decarboxylase-negative and amine oxidase-positive microorganisms in starter culture that will provide impactful mitigation [92]. These starter cultures can compete to prevent the excess growth of BA-forming bacteria, while expressing enzymes that directly degrade BAs [19]. Additionally, BA formation in fermented foods can be reduced with physical and chemical treatments. The physical methods include processing and storing the food at low temperatures, using suitable food packaging such as vacuum packaging, modified atmosphere packaging, and using food irradiation or high hydrostatic pressure treated raw materials [2,93,94]. There are reports that gamma irradiation effectively reduces histamine, tyramine, cadaverine, and putrescine levels in several fermented foods [4]. Adequate treatment of milk (e.g., pasteurization) before fermentation is an important factor for reducing BA accumulation in dairy products [4].

In addition to actively preventing the formation of BAs, other contemporary methods are being developed to reduce intoxication risks. One example is the incorporation of intelligent packaging systems that facilitate visual and real-time monitoring of food freshness using a fluorescent film [94]. This was developed to monitor the freshness of seafood by detecting BAs, which are indicators of spoilage [94]. Such intelligent approaches will offer significant implications for food safety and public health and will ensure a more comprehensive and dynamic approach to maintaining the freshness and integrity of food products.

2.6. 발효 식품에서의 BA 형성 제어 전략

식품에서 BA 형성을 제어하는 핵심 전략은

카복실라제 양성 미생물의 부하를 감소시키거나 제어하는 것입니다.

발효 제품에서 생물성 아민을 예방하고 감소시키는 방법은

전통적 방법과 현대적 방법을 모두 포함합니다.

전통적 방법에는

적절한 위생 조건 유지, 식품 가공 과정 전반에 걸친 식품 취급 관행, 저장 중 온도 조절을 통해

아미노산 탈카복실화 효소 활성을 가진 세균의 증식을 억제하는 것이 포함됩니다 [11,42,87].

또한 여러 연구에서 특정 식품 첨가물이나 화학 물질을 추가하는 것이

발효 식품에서의 BA 형성을 예방하는 데 도움이 될 수 있음을 보여주었습니다 [14,19].

예를 들어,

클로브 오일, 나트륨 염화물, 또는 이 두 가지의 조합은 어육 육수에서

생물성 아민 생성을 지연시키고 늦추는 것으로 나타났습니다 [87].

다른 향신료인 마늘도 특정 발효 어류 제품에서

BA 생성을 억제하는 효과가 있는 것으로 확인되었습니다 [88].

카바 찌꺼기와 그 페놀 추출물 및 정제된 형태나 추출물로 된 식물 화합물이 식품 내 BA 농도를 조절하는 데 효과적이라는 증거가 있습니다 [89]. 양파는 사우어크라우트 발효 과정에서 여러 BA 형성에 대해 유의미한 억제 효과를 보였습니다 [90]. 로즈 폴리페놀과 향신료 추출물(시나몬, 아니스, 클로브)을 추가하는 것이 발효 소시지에서의 BA 형성을 억제할 수 있다는 증거도 있습니다 [88,91,83].

발효 식품에서의 생물학적 아민 성장 제어에 대한 현대적 방법에는 스타터 배양액에서 디카르복실라제 음성 및 아민 산화효소 양성 미생물을 선택하여 효과적인 완화 효과를 제공하는 것이 포함됩니다 [92]. 이러한 스타터 배양액은 BA 형성 세균의 과도한 증식을 방지하며, BA를 직접 분해하는 효소를 발현합니다 [19]. 또한 발효 식품에서의 BA 형성은 물리적 및 화학적 처리로 감소시킬 수 있습니다. 물리적 방법에는 저온에서 식품을 가공 및 보관하는 것, 진공 포장, 수정 대기 포장 등 적절한 식품 포장재를 사용하거나 식품 방사선 처리 또는 고수압 처리된 원재료를 사용하는 것이 포함됩니다 [2,93,94]. 감마 방사선이 여러 발효 식품에서 히스타민, 티라민, 카다베린, 푸트레신 수준을 효과적으로 감소시킨다는 보고가 있습니다 [4]. 발효 전 우유의 적절한 처리(예: 살균)는 유제품에서의 BA 축적을 줄이는 중요한 요인입니다 [4].

BA 형성을 적극적으로 예방하는 것 외에도 중독 위험을 줄이기 위한 다른 현대적 방법이 개발되고 있습니다. 한 예로, 형광 필름을 사용하여 식품의 신선도를 시각적 및 실시간으로 모니터링하는 지능형 포장 시스템의 도입이 있습니다 [94]. 이는 부패의 지표인 BA를 감지하여 수산물 신선도를 모니터링하기 위해 개발되었습니다 [94]. 이러한 지능형 접근 방식은 식품 안전 및 공중 보건에 중요한 의미를 가지며, 식품의 신선도와 무결성을 유지하기 위한 보다 포괄적이고 역동적인 접근 방식을 보장할 것입니다.

2.7. Methods for identifying BAs in fermented foods

BAs in fermented foods can be detected by two approaches, either by detecting microorganisms capable of producing BAs or by directly quantifying BAs [2]. Over the last two decades, molecular methods such as polymerase chain reaction (PCR) and deoxyribonucleic acid (DNA) hybridization have become more common methods for detecting BA-producing microorganisms due to their high sensitivity, specificity, ease, and speed [84]. Before that, traditional culture methods were employed, which included using differential media with pH indicators to identify the BA-producing strains [95]. However, traditional methods were time consuming and had many shortcomings, making molecular methods better for detecting BA-producing microorganisms [84]. Over the years, several analytical methods have been developed to test and quantify BAs in foods. Methods include biosensors, thin layer chromatography, high-performance liquid chromatography (HPLC), ultraviolet (UV) detection, or mass spectrometry detection and capillary electrophoresis. We acknowledge that we have not undertaken an exhaustive review of BA identification methods, considering that comprehensive reviews on this particular aspect have been previously conducted by other authors [96,97]. Currently, HPLC-based methods are considered the most reliable, and are commonly used to simultaneously separate, analyze, and quantify BAs with high resolution, high sensitivity, and versatility [11,62]. Rapid and semi-quantitative methods include immunoassays, flow injection analysis, and colorimetric methods [11]. Recently, untargeted metabolomics approaches are also emerging as useful methods to assess food quality, which, in turn, can be used to quantify BAs in food [98]. For hygiene assessment, the EFSA expert panel suggests monitoring the raw materials and BA concentrations at multiple points during the production process of fermented foods [11]. Overall, routine testing for BAs in food is not recommended; however, if a food is implicated in illness with adverse effects similar to those associated with BAs, HPLC methods may be used to identify the presence of any BAs in leftover foods.

2.7. 발효 식품에서 BA를 식별하는 방법

발효 식품에서 BA는

BA를 생성할 수 있는 미생물을 검출하거나 BA를 직접 정량화하는

두 가지 방법으로 검출할 수 있습니다 [2].

지난 20년간 폴리메라아제 연쇄 반응(PCR)과 데옥시리보핵산(DNA) 하이브리드화 같은 분자적 방법이

BA 생성 미생물을 탐지하는 주요 방법으로 널리 채택되었습니다.

이는 높은 민감도, 특이성, 편의성, 속도 때문입니다 [84].

이전에는 pH 지시제를 포함한 차등 배지를 사용해 BA 생성 균주를 식별하는 전통적인 배양 방법이 사용되었습니다 [95]. 그러나 전통적인 방법은 시간이 많이 소요되고 많은 단점을 가지고 있어, BA 생성 미생물을 검출하는 데 분자 방법이 더 적합합니다 [84]. 최근 몇 년간 식품 내 BA를 검출하고 정량화하기 위해 여러 분석 방법이 개발되었습니다. 이 방법에는 바이오센서, 얇은 층 크로마토그래피, 고성능 액체 크로마토그래피(HPLC), 자외선(UV) 검출, 질량 분광법 검출 및 모세관 전기영동이 포함됩니다. 우리는 이 특정 측면에 대한 포괄적인 검토가 다른 저자들에 의해 이미 수행되었기 때문에 BA 식별 방법에 대한 포괄적인 검토를 수행하지 않았음을 인정합니다 [96,97]. 현재 HPLC 기반 방법은 가장 신뢰할 수 있는 방법으로 간주되며, 고해상도, 고감도, 다기능성을 갖추어 BA를 동시에 분리, 분석, 정량화하는 데 널리 사용됩니다 [11,62]. 빠르고 반정량적 방법에는 면역 분석법, 유동 주입 분석법, 색상 측정법이 포함됩니다 [11]. 최근에는 식품 품질 평가에 유용한 방법으로 비표적 대사체학 접근법이 등장하고 있으며, 이는 식품 내 BA 정량화에도 활용될 수 있습니다 [98]. 위생 평가를 위해 EFSA 전문가 패널은 발효 식품의 생산 과정 중 여러 단계에서 원재료와 BA 농도를 모니터링할 것을 권장합니다 [11]. 전반적으로 식품 내 BA에 대한 정기 검사는 권장되지 않지만, 식품이 BA와 관련된 부작용과 유사한 증상을 유발하는 경우 잔여 식품 내 BA의 존재를 확인하기 위해 HPLC 방법을 사용할 수 있습니다.

2.8. Guidance for food industry and public health professionals for managing risks from BAs in fermented foods

Guidance on managing the risk from BAs in fermented foods are important for several groups. These include food safety professionals, who are responsible for inspecting and approving operators who manufacture fermented foods; public health practitioners who respond to foodborne illnesses; and operators making fermented foods. These groups are often not well informed on the health risks from BAs. It is important to note that operators include small, home-based businesses selling foods at local farmers’ markets, restaurants making fermented foods in-house for service, and larger commercial businesses serving retail markets, which showcase the widespread availability of fermented foods with potentially high BA levels. Key questions are “Can fermented foods potentially cause illness?”, “What are biogenic amines?”, “Do we need to test for BAs?”, “How do we test for BAs?”, and “How do we prevent BA formation in fermented foods?”. A review of BA issues by a group of public health, food safety, and industry professionals led to development of recommendations, shown in Fig. 1. The recommendations describe what BAs are, what symptoms they may cause, thresholds for illness, and when testing is indicated. This information was included in guidance for fermented vegetables, soybeans, fish and meats, i.e., sauerkraut, kimchi, natto, fesikh, miso, tempeh, and sausage [99].

2.8. 발효 식품 내 BA로부터의 위험 관리에 대한 식품 산업 및 공중 보건 전문가 지침

발효 식품 내 BA로부터의 위험 관리 지침은 여러 그룹에게 중요합니다. 이에는 발효 식품 제조업체를 검사 및 승인하는 식품 안전 전문가, 식품 매개 질환에 대응하는 공중 보건 실무자, 발효 식품을 제조하는 운영자가 포함됩니다. 이 그룹들은 BA의 건강 위험에 대해 충분히 인지하지 못하고 있습니다. 운영자에는 지역 농산물 시장에서 식품을 판매하는 소규모 가정 기반 사업체, 자체적으로 발효 식품을 제조해 제공하는 식당, 소매 시장에 제품을 공급하는 대규모 상업용 사업체 등이 포함되며, 이는 잠재적으로 높은 BA 수준을 가진 발효 식품의 광범위한 유통을 보여줍니다.

주요 질문은

“발효 식품이 질병을 유발할 수 있나요?”,

“생물성 아민(BA)은 무엇인가요?”,

“BA 검사가 필요하나요?”,

“BA를 어떻게 검사하나요?”,

“발효 식품에서 BA 형성을 어떻게 예방하나요?”입니다.

공중 보건, 식품 안전, 산업 전문가들로 구성된 그룹의 BA 관련 문제 검토는 Fig. 1에 표시된 권장 사항 개발로 이어졌습니다. 이 권장 사항은 BA가 무엇인지, 어떤 증상을 유발할 수 있는지, 질병 발생 기준치, 검사가 필요한 시점을 설명합니다. 이 정보는 발효 채소, 콩, 어류 및 육류(예: 사워크라우트, 김치, 나토, 페시키, 미소, 템페, 소시지)에 대한 지침에 포함되었습니다[99].

Fig. 1.

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Biogenic amines in fermented foods: Understanding the risks and mitigation strategies.

Biogenic amines (BAs) can be produced by microbes in fermented foods, such as fermented soybean products, vegetables, cheeses, sausage, and fish. Normal BA intake does not cause illness as intestinal amine oxidases break down and detoxify the BAs. If large amounts of BA are ingested, or if amine oxidase activity is inhibited, then acute toxic symptoms can occur such as nausea, respiratory distress, hot flushing, sweating, heart palpitations, headache, bright red rash, burning sensations in the mouth, alterations in blood pressure, diarrhea, and hypertensive crises. The toxic effects of BA may vary between individuals, depending on individual sensitivity and on the consumption of alcohol or drugs that are monoamine oxidase inhibitory.

The main BAs are histamine, tyramine, phenylethylamine, putrescine, cadaverine and spermidine. Health Canada has set action levels for histamines in anchovies, and fermented fish sauces and pastes at 200 mg/kg and for other fish and fish products at 100 mg/kg. However, there are no guidelines set for other fermented food products and BAs other than histamines in Canada, or elsewhere in the world. At present, the toxic doses in food are suggested only for three BAs: 100–200 mg/kg for histamines, 100–800 mg/kg for tyramine, and 30 mg/kg for phenylethylamine.

Operators manufacturing fermented foods are not required to test for BAs in their products. Operators are recommended to list BAs as a potential chemical hazard in their food safety plan. Operators can address risks of BAs by

• (1)
• (2)
• (3)
• (4)
• (5)

If a fermented food is linked to foodborne illness in consumers, inspectors are recommended to consider testing for BAs if symptoms and onset of illness in cases fit suspected BA illness.

발효 식품 내 생물학적 아민: 위험 이해 및 완화 전략.

생물학적 아민(BAs)은

발효 콩 제품, 채소, 치즈, 소시지, 어류 등 발효 식품에서 미생물에 의해 생성될 수 있습니다.

정상적인 BA 섭취는

장내 아민 산화효소가 BA를 분해하고 해독하기 때문에 질병을 유발하지 않습니다.

BA를 대량으로 섭취하거나

아민 산화효소 활성이 억제되면

급성 독성 증상이 발생할 수 있습니다.

예를 들어 메스꺼움, 호흡 곤란, 얼굴 홍조, 땀 흘림, 심장 박동 이상, 두통, 붉은 발진, 입 안의 화끈거림, 혈압 변화, 설사, 고혈압 위기 등이 있습니다. BA의 독성 효과는 개인의 민감도와 알코올 또는 모노아민 산화효소 억제제 섭취 여부에 따라 다를 수 있습니다.

주요 BAs는 히스타민, 티라민, 페닐에틸아민, 푸트레신, 카다베린, 스페르미딘입니다. 캐나다 보건부는 멸치, 발효 어장 소스 및 페이스트에 대한 히스타민 기준치를 200 mg/kg, 기타 어류 및 어류 제품에 대해 100 mg/kg로 설정했습니다. 그러나 캐나다나 세계 다른 지역에서도 히스타민을 제외한 다른 발효 식품 제품 및 BAs에 대한 지침은 없습니다. 현재 식품 내 독성 용량은 세 가지 BAs에 대해만 제안되어 있습니다: 히스타민 100–200 mg/kg, 티라민 100–800 mg/kg, 페닐에틸아민 30 mg/kg.

발효 식품을 제조하는 업체는 제품에 BAs를 검사할 의무가 없습니다. 업체는 식품 안전 계획에 BAs를 잠재적 화학 위험 요소로 기재할 것을 권장합니다. 업체는 BAs의 위험을 관리하기 위해

(1) 예방 조치를 마련하고, 시설을 청결하고 위생적으로 유지하며, 처리 과정을 통해 배양 과정에 방해가 되는 박테리오파지와 세균을 제한하는 위생적인 처리 방법을 준수합니다;

• (2) 발효 최적화: 시간, 온도, 수분 함량, 염분 농도, 보관 조건 조절; 고품질 원료 사용;
• (3) 상업용 스타터 배양액 구매 또는 스타터 배양액의 품질 확인;
• (4) 예상된 배양 활동이 적절한 시간 내에 발생함을 모니터링; 및
• (5) 예상 pH를 모니터링.

발효 식품이 소비자의 식중독과 연관된 경우, 검사관은 증상과 발병 시기가 BA 관련 질환과 일치하는 경우 BA 검사를 고려해야 합니다.

3. Conclusion

Exposure to high BA levels is associated with several adverse health effects, including respiratory, digestive, cardiovascular, and neurological disorders. BAs are present in many different fermented foods and to varying levels. There is very limited knowledge and data on BA toxicity, for either individual BA or combination, dose-response, and actual concentrations in foods, making it difficult to accurately assess health risks associated with BAs in fermented foods. However, based on the severity of the toxic effects, histamine and tyramine are considered more toxic and are relevant in terms of food safety. Reports in the literature indicate that some fermented foods including soy sauce, fish sauce, fermented sausages, kimchi etc. may accumulate high BA levels, some beyond the suggested toxic doses. Currently, regulations for BAs are lacking except for histamine content in fish and fish products due to lack of well-established toxic thresholds for other BAs in humans. The use of preventive measures, along with advancements in scientific understanding and technology, can help reduce the current risk of elevated BA levels in fermented foods. In our review, we found many articles reporting elevated levels of BAs in several fermented foods; however, the authors did not provide detailed explanations for the observed elevations. The articles primarily indicated general factors for BA development that included proteolytic enzymes generating free amino acids, the presence of microbes with decarboxylase activity, the type of raw materials utilized, product composition, additives, and specific processing and storage conditions as contributors to high BA levels. This lack of clarity creates ambiguity, and further exploration on this matter is warranted. We acknowledge that our review has limitations, as we did not specifically identify or delve into the individual limitations of all the articles included in our review. However, our primary objective in the review was to highlight the potential levels of BAs in various fermented foods when preventive measures to restrict their formation are insufficiently implemented. Furthermore, we aimed to compare the maximum levels reported over the last decade with suggested toxic thresholds to emphasize the importance of preventing the occurrence of BAs in fermented foods. While we have come across reports of various fermented foods containing elevated levels of these BAs, the potential health effects associated with these levels remain unknown, which is a significant research gap. However, there are several approaches to prevent the formation of excess BAs in fermented foods to mitigate risks including both conventional and modern methods. Since some people may be more susceptible to BA toxicity, information on their concentration in fermented foods is important and would be helpful to consumers, food industries, and health professionals.

3. 결론

고농도의 BA에 노출되면 호흡기, 소화기, 심혈관, 신경계 장애 등 여러 가지 건강 문제와 연관되어 있습니다. BA는 다양한 발효 식품에 다양한 농도로 존재합니다. 개별 BA 또는 조합, 용량-반응 관계, 식품 내 실제 농도에 대한 독성 관련 지식과 데이터가 매우 부족하여 발효 식품 내 BA와 관련된 건강 위험을 정확히 평가하기 어렵습니다. 그러나 독성 효과의 심각성 때문에 히스타민과 티라민은 더 독성이 강하며 식품 안전 측면에서 중요합니다.

문헌 보고에 따르면 간장, 어장, 발효 소시지, 김치 등 일부 발효 식품은 권장 독성 용량을 초과하는 높은 BA 수준을 축적할 수 있습니다. 현재 히스타민을 제외한 어류 및 어류 제품의 히스타민 함량에 대한 규정이 존재할 뿐, 다른 BA에 대한 인간에 대한 독성 임계값이 확립되지 않아 BA에 대한 규제가 부족합니다. 예방 조치의 사용과 과학적 이해 및 기술의 발전은 발효 식품 내 높은 BA 수준으로 인한 현재의 위험을 줄이는 데 도움이 될 수 있습니다.

본 검토에서 우리는 여러 발효 식품에서 높은 BA 수준을 보고한 많은 논문을 발견했지만, 저자들은 관찰된 증가에 대한 자세한 설명을 제공하지 않았습니다. 해당 논문들은 BA 발생의 일반적인 요인으로 단백질 분해 효소에 의한 자유 아미노산 생성, 디카르복실화 효소 활성을 가진 미생물의 존재, 원재료의 종류, 제품 구성, 첨가물, 특정 가공 및 보관 조건 등을 고농도 BA의 원인으로 지목했습니다. 이러한 명확성 부족은 혼란을 초래하며, 이 문제에 대한 추가 연구가 필요합니다.

본 검토는 포함된 모든 논문의 개별적 한계를 구체적으로 식별하거나 심도 있게 분석하지 않았다는 점을 인정합니다. 그러나 본 검토의 주요 목적은 예방 조치가 충분히 시행되지 않을 경우 다양한 발효 식품에서 BA의 잠재적 수준을 강조하는 것이었습니다. 또한 지난 10년간 보고된 최대 수준을 권장 독성 임계값과 비교하여 발효 식품에서 BA 발생을 예방하는 중요성을 강조하는 것이었습니다. 다양한 발효 식품에서 이러한 BAs의 높은 수준이 보고되었지만, 이러한 수준과 관련된 잠재적 건강 영향은 여전히 알려지지 않아 중요한 연구 공백입니다. 그러나 발효 식품에서 과도한 BAs 형성을 방지하기 위해 전통적 및 현대적 방법을 포함한 여러 접근 방식이 존재합니다. 일부 사람들이 BA 독성에 더 취약할 수 있으므로, 발효 식품 내 BAs 농도에 대한 정보는 소비자, 식품 산업, 보건 전문가에게 중요하며 도움이 될 것입니다.

4. Methods

Three separate searches were conducted. We first identified reviews and research studies on human health effects related to BA exposure from consuming fermented foods. Second, we identified suggested toxic doses and guidelines for different BAs, and third, we identified maximum BA levels reported in different types of fermented foods. Our inclusion criteria in the all the searches focused on finding studies relevant to the impact of BAs on human health. Both scientific and grey literature were searched to capture information relevant to this topic. Bibliographies of retrieved articles were scanned to identify more extensive information. We included English language articles published between 2012 and 2023 and included older articles when relevant to contemporary context. Publications that focused on in vivo and in vitro studies were excluded. Since fermented foods were the focus of this review, studies reporting BAs in wine and other fermented beverages were excluded. Studies were eval‎uated for inclusion based on the title and/or abstract. In total, 123 articles were identified and further reviewed, out of which 76 were included in this review. Inclusion criteria included relevance to the topic, clearly defined results and outcomes and access to full text.

For BAs related to human health effects, Google Scholar and PubMed databases were searched using the keywords “biogenic amines” combined with “review”, “fermented food”, “toxicity”, and “human health risk”. For thresholds and guidelines, we identified peer reviewed literature and grey literature (e.g., government reports) through Ebscohost databases (including Medline, Cinahl, Academic Search Complete, ERIC, etc.) and search engines. For contamination levels in different fermented foods, we searched Google Scholar and PubMed databases using the keywords “biogenic amines” combined with “fermented fish”, “fermented meat”, “fermented cheese”, “fermented dairy products”, “fermented soy food”, “biogenic amine formation”, “biogenic amines” and “fermented vegetables”. For this section, we included articles published in 2012 or later that specifically report the highest levels of each BA in fermented foods.

Data availability statement

The data supporting the findings of this article are referenced and detailed within the manuscript. However, it is important to note that the data have not been deposited into a publicly available repository. All relevant information necessary for understanding the results presented in this publication is provided within the manuscript.

CRediT authorship contribution statement

Nikita Saha Turna: Writing – original draft. Rena Chung: Writing – review & editing. Lorraine McIntyre: Writing – review & editing, Conceptualization.

Declaration of competing interest

The authors declare that they have no known competing financial interests or personal relationships that could have appeared to influence the work reported in this paper.

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