发酵食品中氨基甲酸乙酯的形成与控制_李加友

氨基甲酸乙酯(Ethyl carbamate，EC)又名脲 烷，曾作为医药和兽药使用，后因有毒且疗效欠 佳而被禁止用于人类医药领域，氨基甲酸乙酯属 多位点致癌物质，于2007年被WHO认定为2A级致
癌物 [1] 。氨基甲酸乙酯是食品发酵和贮藏过程中 的天然产生物，广泛存在于饮品酒类(葡萄酒、黄 酒等)、酸乳酪、酱油等发酵制品中，不同的发酵 食品中氨基甲酸乙酯含量不一，一般低于650 μg/
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kg[2]。酒精饮品是膳食摄入氨基甲酸乙酯的主要来 源，其次为谷物类和豆类发酵食品，因此，长期 饮酒的消费者是氨基甲酸乙酯受害的高危人群[3]。 现阶段，各类食品中并无统一的氨基甲酸乙酯限 量标准，但部分国家已制订出酒精饮品中氨基甲 酸乙酯的最高限量，如加拿大对多种酒精饮品的 氨基甲酸乙酯限量从30~400 μg/L不等；欧盟部分 成员国也制订了相应标准；韩国于2008年颁布葡 萄酒中氨基甲酸乙酯限量标准为30 μg/L[4-]。 从“三聚氰氨”到“双汇门”，再到最近 的“塑化剂”，我国的重大食品安全问题屡有发 生，食品安全关系到消费者的身体健康和生命安 全，关系到社会稳定和国家信誉，从严控制成品 酒等发酵制品中氨基甲酸乙酯含量是食品安全发 展的必然趋势，研究发酵食品中氨基甲酸乙酯控 制的新方法是产业发展的必然要求。 1 发酵食品中氨基甲酸乙酯的形成机理 由于原料和微生物菌种的多样性，食品发 酵和贮藏过程中氨基甲酸乙酯的形成机理不尽 相同，尿素 [6] 、氨甲酰磷酸、瓜氨酸、焦碳酸二 乙酯和氰化物等均可与乙醇反应生成氨基甲酸 乙酯 [7-8]。 在氨甲酰化合物中，尿素因其含量较高被 认为是饮用酒中氨基甲酸乙酯形成的主要前体物 质。尿素可能是由食品原料直接带入或作为发酵 基质添加，如农业生产过程中应用尿素作为氮肥 而积累于谷物、葡萄等产品中；如高质量白兰地 生产中为防止杂醇油的形成，需要添加尿素作为 氮源[9]。也可能是发酵过程中微生物的代谢产物， 如精氨酸通常会被酵母细胞中的精氨酸酶水解成 尿素和鸟氨酸。葡萄酒中氨基甲酸乙酯的形成和 原料中精氨酸含量有一定的相关性，因为精氨酸 也通常会被葡萄酒酿造后期的乳酸细菌所分解， 产物瓜氨酸和氨甲酰磷酸均是形成氨基甲酸乙酯 的前体物质 [10]。也有相关研究表明，焦碳酸二乙 酯和植物中的氰化物均可与乙醇反应生成氨基甲 酸乙酯[11]。 2 发酵食品中氨基甲酸乙酯的控制方法 根据氨基甲酸乙酯的形成机理，针对性地形 成了一些相应的控制方法，对降低食品中的氨基 甲酸乙酯含量具有一定的作用。 (1)发酵原料中尿素的控制：通过对发酵大米
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的精制或多次清洗，可以有效地降低原料中50% 以上的尿素，但该方法会导致原料营养价值降 低，影响发酵产品的质量。 (2)工艺控制：发酵过程中的温度、pH等工 艺条件均对氨基甲酸乙酯的形成有较为显著的影 响，可以通过控制相关工艺参数降低产品中氨基 甲酸乙酯的含量。但由于发酵食品的风味受发酵 工艺条件影响较大，该方法在实际应用时的可行 性较低。 (3)高性能菌株选育：利用诱变和基因工程手 段，获得精氨酸酶缺陷型或表达受阻的酵母突变 菌株[12]，或通过对葡萄酒酿造中苹果酸-乳酸发酵 阶段酒类酒球菌的选育，获得精氨酸转化能力受 阻的突变菌株 [13]，均能有效地降低产品中氨基甲 酸乙酯的含量。高性能基因工程菌株选育曾经也 被认为是控制发酵制品中氨基甲酸乙酯形成的最 好方法，但由于食品安全和生物安全性原因，基 因工程菌株在食品生产过程的应用受到非常严格 的法律规定，因此，控制氨基甲酸乙酯形成的高 性能工程菌株的研究受到影响。 (4)脲酶对尿素的分解：脲酶可以将尿素分 解为氨和CO 2 ，在生产过程中利用脲酶控制成品 酒中氨基甲酸乙酯含量是最为常用方法。国际 葡萄酒组织、欧盟、美国FDA等均允许脲酶作 为食品添加剂使用，因此在脲酶的生产菌株选 育、发酵工艺优化、生产应用等方面都有较多 研究 [14] 。我国出口黄酒均采用该方法控制氨基 甲酸乙酯的含量。 3 发酵食品中氨基甲酸乙酯的检测方法 发酵食品中氨基甲酸乙酯的绝对含量都 比较低，且体系成分比较复杂，定量检测和 分析通常需要利用高精密度的仪器来完成。 OIV(International Organism of Vine and Wine)在2008 版《Compendium of international methods of wine must analysis》中要求的氨基甲酸乙酯检测方法为 气质联用(GC-MS)结合选择性离子检测器(SIM， Selected ion monitoring mode)，过程中以氨基甲酸丙 酯为内标，然后经固相萃取和真空浓缩后检测， 该方法适用于氨基甲酸乙酯浓度为10~200 μg/L 时的酒精饮料 [15]。而通过比较多种不同酒精饮料 中氨基甲酸乙酯的高效液相色谱-荧光法(HPLCFLD)和OIV的GC-MS法的检测精度发现，GC-MS 法灵敏度更高，而HPLC-FLD法操作简单，其
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李加友1，陆筑凤1，吴 丹2，叶兴乾2 (1.嘉兴学院生物与化学工程学院，嘉兴 314001； 2.浙江大学生物系统工程与食品科学学院，杭州 310058)
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精度也能满足要求，可用于生产企业的质量控制 等 [16-17] 。而以高分辨质谱为基础的GC-HRMS方 法可以将发酵食品中的氨基甲酸乙酯检测限提高 到0.03～0.05 μg/kg，方法符合欧洲检测委员会 (European Commission Decision)关于氨基甲酸乙酯 检测的全部要求[18]，利用有效的前处理方法(如以 硅酸镁为载体的分离柱可以去除样品中的脂肪)也 是提高发酵食品中氨基甲酸乙酯检测精度的有效 途径之一 。也可以用衍生化试剂(如吨氢醇等) 对氨基甲酸乙酯进行衍生化处理后，再用HPLCESI-MS/MS进行检测，利用该方法对传统果酒检
摘要：氨基甲酸乙酯是发酵食品中的天然产物，属2A级致癌物，欧盟等国际组织已经制订针对 部分发酵食品的氨基甲酸乙酯限量标准。形成氨基甲酸乙酯的途径多样，不同的发酵微生物菌 种可以利用不同的食品原料代谢产生形成氨基甲酸乙酯的前体物质。根据氨基甲酸乙酯的形成 方式可以建立相应的控制方法降低产品中的氨基甲酸乙酯含量，但尚不能利用单一的控制方法 完全清除发酵食品中的氨基甲酸乙酯。 关键词：氨基甲酸乙酯；果酒；限量控制；形成途径 中图分类号：TS 201.6 文献标志码：A 文章编号：1005-9989(2013)06-0310-03
Abstract: Ethyl carbamate (EC) is the natural product in fermented foods and has been classified as a 2A carcinogen. Many countries and international organisms had made the standards for many fermented foods such as spirits and wine. Many metabolism pathways involved in the EC formation, whose precursors were different for the different microorganisms and the food material. Many methdods were constructed to control the formation of EC in food fermentation while none method was effective to eliminate EC completely. Key words: ethyl carbamate; wine; content limited; formation pathway
收稿日期：2012-11-22 基金项目：浙江省科技厅重大科技专项(2010C12020-2)；浙江省自然科学基金项目(LY12B06005)；中国博士后科学基金项目(20110491796)。 作者简介：李加友(1974—)，男，湖南邵阳人，博士，副教授，主要从事发酵过程控制研究的工作。
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The formation and control of ethyl carbamate in fermented food
LI Jia-you1, LU Zhu-feng1, WU Dan 2 , YE Xing-qian 2
(1.College of Biological, Chemical Science and Engineering, Jiaxing University, Jiaxing 314001; 2.School of Biosystems Engineering and Food Science, Zhejiang University, Hangzhou 310058)