Uitgebreid antwoord

De biogene amines

Vijf biogene amine neurotransmitters:¹

• 3 catecholamines: dopamine, norepinephrine (noradrenaline), epinephrine (adrenaline)
• Histamine
• Serotonine

Andere biogene amines:²

• Tyramine
• Phenylethylamine
• Putrescine
• Cadaverine
• Spermidine

Meer info over Classificatie en Synthese (onderaan deze tekst)

Biogene amines spelen een cruciale rol in het (menselijk) lichaam in fysiologische concentraties: neurotransmitters in het zenuwstelsel, vaso-actieve stoffen in het bloedvatenstelsel, … Opname via de voeding van biogene amines in grotere hoeveelheden kunnen toxicologische effecten hebben gaande van milde hoofdpijn tot orgaanfalen en de dood.¹ Hoge concentraties biogene amines kunnen gevonden worden in vis(-producten) en gefermenteerd voedsel en dranken (vlees, zuivel, groenten, wijn, cider, bier). Histamine, tyramine, putrescine, cadaverine en phenylethylamine vormen hierbij de belangrijke amines.⁸ Enkel voor histamine in visproducten bestaat een Europese norm ((EC) no 2073/2005). Grenswaarden voor andere amines bestaan enkel als aanbeveling.¹⁰

Histamine, tyramine en phenylethylamine kunnen een negatief effect hebben op het zenuwstelsel, de bloeddruk en de gezondheid van de huid. Spermidine, putrescine en cadaverine zijn essentieel voor o.a. de celdeling en groei, een hoog metabolisme en het immuunsysteem en kunnen in afwijkende concentraties hierop dus ook een negatief effect hebben. Verder ondersteunen ze ook de groei van tumoren, al veroorzaken ze deze niet zelf.⁷ Biogene amines kunnen leiden tot verhoogde productie van (nor)adrenaline in het bloed en zo leiden tot hartkloppingen, migraine, verhoogde suikerspiegel in het bloed, verhoogde bloeddruk, … De verschillende amines kunnen ook elkaars (negatieve) invloed versterken.¹⁰ In rundvee worden biogene amines (histamine, putrescine and tyramine) o.a. gelinkt aan kreupelheid.¹²

In zuivelproducten (vooral kaas) kunnen grote hoeveelheden biogene amines opstapelen (tot 2.000 mg/kg).^{10, 13} In rauwe melk zijn dit vooral polyamines, maar na verwerking komen veel meer amines voor: tyramine, histamine, putrescine, cadaverine en in lagere concentraties phenylethylamine en tryptamine. Melkzuurbacteriën vormen de voornaamste producenten van histamine en tyramine. Deze bacteriën kunnen aanwezig zijn in de rauwe melk, maar ook voor, tijdens of na het verwerkingsproces via contaminatie toegevoegd worden. Rauwmelkse kazen bevatten gemiddeld meer biogene amines. Ook bevatten verschillende startculturen voor fermentatieprocessen zelf stammen die biogene amines kunnen produceren. Het Europese Voedselagentschap (EFSA) houdt een lijst bij van vermoedelijk veilige micro-organismen met het QPS-label (Qualified Presumption of Safety) voor gebruik in de voedings- en voederindustrie.⁸ 

Biogene amines in (ruw)voer

Melkzuurbacteriën (bijvoorbeeld in ruwvoerkuilen) kunnen metabole energie produceren of hun zuurtegraadresistentie verhogen door aminozuren om te zetten in biogene amines.^{3, 8} Of biogene amines worden geproduceerd is vooral afhankelijk van de bacteriestam eerder dan de soort.³ Hoge concentraties aan biogene amines worden ook frequent aangetroffen in ingekuild ruwvoer met een hoog eiwitgehalte (luzerne, klaver, bepaalde grassoorten).⁷ De snelheid van het inkuilproces bepaalt mee de concentratie aan biogene amines. Een trage verzuring van de kuil leidt tot hogere concentraties amines. In de eerste fase (aeroob) zijn het vooral enterobacteriën die de amines produceren. In de anaerobe fase zijn dit clostridium-bacteriën (C. sporogenes and Clostridium bifermentans).¹⁶

De basis voor de vorming van mono- en diamines wordt gevormd door proteolyse tijdens het inkuilproces. Dit omvat de enzymatische decarboxylatie van aminozuren door proteasen en peptidasen van de plant of door enzymen van verschillende melkzuurbacteriën, clostridia en andere soorten.⁴ De polyamines, spermine en spermidine, worden niet gevormd door bacteriën en komen van nature in planten voor. De concentratie aan biogene amines verlaagt, naarmate het drogestofgehalte van het ruwvoer hoger is. De concentratie aan amines (histamine, tyramine, putrescine en cadaverine) stijgt in de eerste 3 maand na inkuilen, waarna de concentraties doorgaans terug afnemen. Maïskuil aan het eind van de winter kan dus een (licht) hogere concentratie van deze amines bevatten.^{14, 15}

Maïs- en graskuilen bevatten vooral tyramine, putrescine, spermidine en cadaverine. Gemiddeld bevat een maïskuil 1,0 tot 1,4 g biogene amines per kg DS. Deze concentraties hebben geen nadelige gevolgen voor de runderen. Individuele kuilen kunnen echter concentraties biogene amines bevatten die vele malen hoger liggen, met nadelige gevolgen voor smakelijkheid en gezondheid van de dieren. Graskuilen bevatten doorgaans meer biogene amines. Gemiddeld 2 tot 7 g per kg DS. Een rantsoen met veel graskuil van slechte kwaliteit (veel amines) kan dus al snel de nadelige effecten ervan ondervinden.^{6, 14, 16}

Diervoeder kan hoge concentraties biogene amines bevatten (bijvoorbeeld (eiwitrijk) kuilvoer en eiwitrijke voeders). De concentratie polyamines in kuilvoer (500 tot 2.000 ppm) ligt vele malen hoger dan hooi (22 ppm), krachtvoer (22 tot 35 ppm) of goed bewaarde eiwitrijke voeders (50 tot 200 ppm). Amines in kuilvoer kunnen bij melkvee de opname onderdrukken en ketonemie veroorzaken.⁹ Tyramine, putrescine en cadaverine verminderen de smakelijkheid van het voer.^{11, 14}

Biogene amines in voeder verlagen

Om het inkuilproces te verbeteren worden soms kuiladditieven gebruikt die melkzuurbacteriën bevatten. Als hiervoor bacteriestammen geselecteerd worden die geen biogene amines kunnen produceren, kan hiermee de productie van biogene amines in ruwvoerkuilen verlaagd worden.^{6, 8, 11, 16} Kuiladditieven met stammen van Lactobacillus casei, zonder decarboxylase activiteit, leveren gras- en maïskuilen met een verlaagde concentratie biogene amines (getest: hystamine, tyramine, putrescine en cadaverine). Uiteraard blijft ook het positief effect op het inkuilproces aanwezig. Additieven met stammen van Lactobacillus buchneri, zonder decarboxylase activiteit, hebben eveneens een verlagend effect op de productie van biogene amines. Het effect is echter meestal kleiner dan de additieven met Lactobacillus casei.⁶
Door oxidatie kan de concentratie aan biogene amines verlaagd worden (enzyme: amino oxidase). Deze omzetting is echter beperkt tot aerobe micro-organismen, dus de strategie is niet bruikbaar in anaerobe omgevingen zoals een ruwvoerkuil.⁸ 

Een biologische kuiladditief (Lactococcus lactis, Lactobacillus plantarum, Enterococcus faecium, enzyme xylanase) verminderde in een proef met luzernekuil de productie van sommige biogene amines:  cadaverine, histamine, spermidine, spermine. Het niveau van putrescine daarentegen lag hoger met dit inkuilmiddel. In dezelfde proef met luzernekuil bleek ook een chemisch additief (43 % mierenzuur, 30 % ammoniumformiaat, 10 % propionzuur en 2 % benzoëzuur) de productie van enkele biogene amines te verlagen: putrescine, cadaverine, spermidine, spermine. Histamine en tyramine waren bij dit product verhoogd.⁷ Chemische inkuilmiddelen geven bij het inkuilen van luzerne of rode klaver met laag drogestof gehalte een betere kuilkwaliteit met minder toxische stoffen.¹¹ Toevoegen van mierenzuur aan kuilen kan de vorming van amines onderdrukken.¹⁶

Biogene amines in vertering

Mens

Na consumptie kunnen kleine hoeveelheden biogene amines in de menselijke darm omgezet worden tot fysiologisch minder actieve stoffen. Bij consumptie van voedsel met hoge concentraties biogene amines of onvoldoende afbraakcapaciteit (genetisch of door medicijnen/alcohol) kunnen de biogene amines opgenomen worden in de bloedsomploop en tot problemen leiden.¹⁰

Herkauwers

Bij de fermentatie van het voeder in de pens van herkauwers worden veel amines in het voeder gemetaboliseerd (omgezet tot andere stoffen). Pensbacteriën halen amines uit het voeder en gebruiken ze voor hun eigen metabolisme. Zo zijn cadaverine en putrescine essentiële componenten voor de vorming van de celwand van verschillende pensbacteriën. Deze amines hebben echter ook een negatief effect op de opname van het rundvee.⁹ In de praktijk is een verhoogde concentratie amines in het voer relevant bij aanpassingen van het rantsoen. De pensbacteriën hebben immers enige tijd (1 à 2 weken) nodig om zich aan te passen aan deze wijziging, waardoor kortstondig meer amines in de darm en het lichaam terechtkomen.¹¹ Onderzoek toont aan dat toevoegen van 2,8 g/kg DS amines aan het rantsoen geen impact heeft op de opname van het rantsoen bij melkvee. Toevoegen van 7,2 g amines/kg DS aan het rantsoen van schapen resulteerde wel in een verlaagde opname. Dit vooral de eerste 2 weken na de aanpassing van het rantsoen en bij schapen die niet gewoon waren aan dergelijke concentraties in het rantsoen.¹⁴

De concentratie amines in het (deels) verteerde voeder na de pens ligt vele malen lager dan de opgenomen concentratie in het voeder. Toch is er nog een duidelijk verband tussen beide. Een verhoogde concentratie in het voeder leidt tot een verhoogde concentratie in de darm.⁹

Biogene amines in zuivelproducten vermijden en beheersen

De concentratie van biogene amines in melk verminderen:^{8, 10, 13}

• Hygiënisch werken van boerderij tot consument
• Melk pasteuriseren of steriliseren
• Verwerken onder hoge druk
• Bewaring/rijping bij lage temperatuur
• Ioniserende bestraling (X en gamma)
• Selectie van startcultuur die gaan biogene amines kan produceren^{8, 10}

Conclusie

Biogene amines hebben belangrijke functies in het lichaam (zenuwstelsel, bloedvatenstelsel, …). Ze komen van nature in kleine hoeveelheden voor. Opname van grote hoeveelheden biogene amines uit voeding kan toxische effecten hebben (van lichte hoofdpijn tot orgaanfalen).

Biogene amines worden in voeder of voeding gevormd door micro-organismen (bacteriën, schimmels en gisten). Bij zuurtestress of een tekort aan nutriënten worden aminozuren afgebroken tot amines. Vooral bij fermentatieprocessen komen problemen met biogene amines voor. Hoge concentraties biogene amines kunnen gevonden worden in vis(-producten) en gefermenteerd voedsel en dranken (vlees, zuivel, groenten, wijn, cider, bier). Ook in kuilvoer kunnen deze stoffen in grote hoeveelheden voorkomen. Daar zijn het voornamelijk melkzuurbacteriën die de amines produceren. Of biogene amines worden geproduceerd is vooral afhankelijk van de bacteriestam eerder dan de soort. Het is dus belangrijk om voor de startculturen van fermentatieprocessen te kiezen voor stammen die geen biogene amines kunnen produceren.

Amines in kuilvoer verlagen de smakelijkheid van het voer en kunnen bij melkvee de opname onderdrukken en ketonemie veroorzaken. De snelheid van het inkuilproces bepaalt mee de concentratie aan biogene amines. Een trage verzuring van de kuil leidt tot hogere concentraties amines. De eerste 3 maand na het inkuilen zal de concentratie aan biogene amines doorgaan stijgen. Daarna zakt deze concentratie meestal weer wat. Ook een hoog eiwitgehalte verhoogt het risico op de vorming van biogene amines. De concentratie aan biogene amines verlaagt, naarmate het drogestofgehalte van het ruwvoer hoger is.

Een beperkte hoeveelheid biogene amines in kuilvoer is geen probleem voor opname en gezondheid van het vee. Hoge concentraties kunnen echter beter vermeden worden. Een goed en snel inkuilproces is hiervoor wellicht de belangrijkste voorwaarde. Dit proces kan bevorderd worden met kuiladditieven. Belangrijk hierbij is dat de bacteriestammen die mogelijks in het middel zitten, zelf geen biogene amines kunnen produceren. Ook chemische inkuilmiddelen kunnen helpen. Zeker bij natte kuilen kan bijvoorbeeld het toevoegen van mierenzuur de vorming van biogene amines onderdrukken.

In de pens van herkauwers worden biogene amines door de pensbacteriën gebruikt voor het eigen metabolisme en omgezet tot andere, niet-toxische stoffen. In de praktijk is een verhoogde concentratie amines in het voer echter wel relevant bij aanpassingen van het rantsoen. De pensbacteriën hebben immers enige tijd (1 à 2 weken) nodig om zich aan te passen aan deze wijziging, waardoor kortstondig meer amines in de darm en het lichaam terechtkomen. Dit vormt een risico voor de gezondheid van het dier en de kwaliteit van de melk. Daarnaast verlagen de biogene amines in het kuilvoer ook de smakelijkheid en opname van het rantsoen.

Gerelateerd

• Vraag/Antwoord: Mengkuilen en gemengd inkuilen
• Vraag/Antwoord: Kuiladditieven voor gras
• Vraag/Antwoord: Mengkuilen met voederbieten

Nog vragen?

Classificatie²

Figuur 1. Classificatie biogene amines²

Synthese van biogene amines

Biogene amines worden gevormd door decarboxylatie van aminozuren of door aminering of transaminering van aldehyden en ketonen. In voeder kunnen ze gevormd worden door enzymen in grondstoffen of door microbiële decarboxylatie van aminozuren.² Dit kan in bacteriën, schimmels en gisten. De productie in het cytoplasma en de excretie uit de cel steunt op actieve transportsystemen en aminozuur decarboxylatie enzymen. Deze enzymen zijn niet altijd specifiek: een decarboxylase kan verschillende analoge structuren decarboxyleren. Het decarboxylatie-proces van aminozuren resulteert in de alkalinisatie van het cytoplasma en levert ATP als afweer tegen zuurtestress of bij een nutriëntentekort.5

• 1-stap decarboxylatie:
  • Histidine => Histamine (histidine decarboxylase)
  • Tyrosine => Tyramine (tyrosine decarboxylase)
  • Fenyl-analine => Fenyl-ethylamine
  • Lysine => Cadaverine (lysine decarboxylase)

 

Figuur 2. Decarboxylatie van aminozuur²

• Biosynthese van polyamines
  • Ornithine => putrescine (ornithine decarboxylase) – vaak Gram-negatieve Enterobacteriën en Pseudomonas
  • Agmatine => putrescine (agmatinase) – Enterobacteriën, Bacillus spp, Pseudomonas
  • Agmatine => putrescine (agmatine deiminase) – Pseudomonas spp, Aeromonas spp, melkzuurbacteriën
  • Arginine => ornithine/agmatine => putrescine (arginine deiminase, arginase, arginine decarboxylase)
  • Putrescine => spermidine (spermidine synthase)
  • Spermidine => spermine (spermine synthase)

Verschillende (stammen van) micro-organismen kunnen aminozuren omzetten tot biogene amines : Bacillus, Klebsiella, Escherichia, Pseudomonas, Lactobacillus, Pediococcus en Streptococcus.6 Melkzuurbacteriën kunnen zelfs simultaan verschillende amines produceren.8 

Biosynthese 1 en 2:¹

• Catecholaminesynthese : dopamine, norepinephrine, epinephrine ( Figuur 3, biosynthese 1)
• Histamine en serotonine (Figuur 4, biosynthese 2)

Tyrosine hydroxylase bepaalt de mate/snelheid van synthese van de 3 catecholamine transmitters en is dus een goed criterium om catecholamine-neuronen te identificeren.1 
 

 

Bronnen:

¹ Neuroscience. 2nd edition. Purves D, Augustine GJ, Fitzpatrick D, et al., editors. Sunderland (MA): Sinauer Associates; 2001.

² Biogenic Amines. Dincer Erdag, Orguz Merhan, Baris Yildiz.

³ Biogenic amines in fermented foods. G Spano, P Russo, A Lonvaud-Funel, P Lucas, H Alexandre, C Grandvalet, E Coton, M Coton, L Barnavon, B Bach, F Rattray, A Bunte, C Magni, V Ladero, M Alvarez, M Ferna´ndez, P Lopez, PF de Palencia, A Corbi, H Trip and JS Lolkema. European Journal of Clinical Nutrition (2010) 64, S95–S100

⁴ Biogenic amines and gamma-amino butyric acid in silages: Formation, occurrence and influence on dry matter intake and ruminant production. R. Scherer, K. Gerlach, K.-H. Südekum, Animal Feed Science and Technology, 210, 1-16, December 2015

⁵ Biogenic Amines in Dairy Products: Origin, Incidence, and Control Means. Noreddine Benkerroum. Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety, Vol.15,2016

⁶ Biogenic amine production in grass, maize and total mixed ration silages inoculated with  Lactobacillus casei or Lactobacillus buchneri. N. Nishino, H. Hattori, H. Wada and E. Touno. Journal of Applied Microbiology 103 (2007) 325–332

⁷ Biogenic amines and hygienic quality of Lucerne silage. Veronika Mlejnkova, Pavel Horky, Marketa Kominkova, Jiri Skladanka, Lucia Hodulikova, Vojtech Adam, Jiri Mlcek, Tunde Jurikova, Jiri Sochor. Open Life Sci. 2016; 11: 280–286

⁸ Biogenic amines in fermented foods. G Spano, P Russo, A Lonvaud-Funel, P Lucas, H Alexandre, C Grandvalet, E Coton, M Coton, L Barnavon, B Bach, F Rattray, A Bunte, C Magni, V Ladero, M Alvarez, M Ferna´ndez, P Lopez, PF de Palencia, A Corbi, H Trip en JS Lolkema. European Journal of Clinical Nutrition 64, S95–S100, 2010

⁹ Biogenic Amines in Silage, Apparent Postruminal Passage, and the Relationship Between Biogenic Amines and Digestive Function and Intake by Steers. T. PHUNTSOK, M. A. FROETSCHEL, H. E. AMOS, M. ZHENG and Y. W. HUANG. Journal of Dairy Science Vol. 81, No. 8, 1998

¹⁰ Biogenic Amines in Dairy Products. Daniel M. Linares a , MaCruz Martín a , Victor Ladero a , Miguel A. Alvarez a & María Fernández. Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 51:691–703 (2011)

¹¹ Comparison of Biogenic Amines and Mycotoxins in Alfalfa and Red Clover Fodder Depending on Additives. Jiri Skladanka, Vojtech Adam, Ondrej Zitka, Veronika Mlejnkova, Libor Kalhotka, Pavel Horky, Klara Konecna, Lucia Hodulikova, Daniela Knotova, Marie Balabanova, Petr Slama and Petr Skarpa. Int. J. Environ. Res. Public Health, 14, 418, 2017

¹² Effect of dietary forage sources on rumen microbiota, rumen fermentation and biogenic amines in dairy cows. Ruiyang Zhang, Weiyun Zhu, Wen Zhu, Jianxin Liu en Shengyong Mao. Sci Food Agric 2014; 94: 1886–1895

¹³ Factors influencing biogenic amines accumulation in dairy products. Daniel M. Linares, Beatriz del Río, Victor Ladero, Noelia Martínez, María Fernández, María Cruz Martínand en Miguel A. Álvarez. Frontiers in microbiology, May 2012, Volume3, Article 180

¹⁴ Levels of biogenic amines in maize silages. Š. Steidlová, P. Kalac. Animal Feed Science and Technology 102 (2002) 197–205

¹⁵ Mycotoxins and biogenic amines content and their changes during storages in maize silages in Lithuania. Jurgita Jovaišienė, Bronius Bakutis, Violeta Baliukonienė, Paulius Matusevičius, Krzysztof Lipiński, Zofia Antoszkiewicz, Maja Fijałkowska. VETERINARIJA IR ZOOTECHNIKA (Vet Med Zoot). T. 73 (95) Supplement. 2016

¹⁶ Silage review: Animal and human health risks from silage. F. Driehuis, J. M. Wilkinson, Y. Jiang, I. Ogunade en A. T. Adesogan. Journal of Dairy Science Vol. 101 No. 5, 2018

---

 

Dit antwoord werd door het Rundveeloket met de meeste zorg en nauwkeurigheid opgesteld. Er wordt evenwel geen enkele garantie gegeven omtrent de juistheid of de volledigheid van het antwoord op uw vraag. De gebruiker van dit antwoord ziet af van elke klacht tegen het Rundveeloket, van welke aard ook, met betrekking tot het gebruik van het gegeven antwoord. In geen geval zal het Rundveeloket aansprakelijk gesteld kunnen worden voor eventuele nadelige gevolgen die voortvloeien uit het gebruik van dit antwoord.