葡萄酒中氨基甲酸乙酯的研究进展

葡萄酒中氨基甲酸乙酯的研究进展

摘要：氨基甲酸乙酯（EC）是葡萄酒中的有毒物质。本文讲述了葡萄酒中EC的毒性机理、生物合成途径，阐述了影响葡萄酒中EC含量的因素并相应提出了控制方法，最终叙述了世界各国对酒精饮品中EC的安全限量，为我国尽早制定相应安全标准提供了理论依据和参照的标准。

关键词：氨基甲酸乙酯；葡萄酒；合成途径；影响因素；限量标准Research progress of ethyl Carbamate in wine

YANG Xue-wei1, Duan Xue-Rong, LI Hong-yu, DONG Xuan, ZHOU Guang-rong

(COFCO Huaxia Great Wall Wine Co. Ltd., Changli 066600, China)

Abstract: Ethyl Carbamate is a toxic substance in wine. This research summarized its toxic mechanism, biosynthesis pathways, and provided the relative control solution according to the influence factors to the content of EC in wine. In the final part, EC limit concentrations in alcohol drinks of some countries were given and provide reference standards and theoretical foundation for making our limitation in the future.

Key words: ethyl Carbamate; wine; biosynthesis pathway; influence factors; limitation

氨基甲酸乙酯（Ethyl Carbamate，EC），也称乌拉坦或尿烷（urethane），是发酵食品中的一种发酵副产物。EC的分子式C3H7NO2，分子量89.1，为无色无味的白色粉末状晶体，其主要的物理化学性质见表1[1]。EC不易挥发，在水中的溶解度大约为2g/mL，在有机溶剂中溶解度稍低，蒸气压较高，这些特征使得在分析检测酒精饮料中痕量EC时，样品前处理过程会造成EC的损失[2]。目前，大都采用气相色谱质谱联用（GC-MS）对葡萄酒中的EC进行定性定量分析[3]。

早在1943年，EC就被证实是一种致癌物质，2007年氨基甲酸乙酯被国际癌症研究机构（IARC）从2B类提升为2A类[4, 5]。氨基甲酸乙酯可以引起肺肿瘤、淋巴癌、肝癌、皮肤癌等疾病，而且乙醇对其致癌性有促进作用[6-8]。对氨基甲酸乙酯致癌机理的研究显示，其在生物体内的代谢主要与细胞色素P450有关[9, 10]。

氨基甲酸乙酯在体内的代谢途径有4条，前两条途径对人体无害，通过这些途径可将超过95%的精氨酸代谢为乙醇、氨和碳水化合物及尿而排出体外[11]；第三条途径中，细胞色素P450将氨基甲酸乙酯氧化成的DNA加聚物能够破坏DNA双链，进而导致癌变，这一途径大约代谢0.5%的精氨酸；最后一条途径中，

细胞色素P450将大约0.1%的氨基甲酸乙酯氧化为N-羟基-氨基甲酸乙酯，该物质能够在Cu2+存在时，造成DNA损伤，而且这种损伤多发生在脱氧核苷酸（T、C）的残基上，因此，这一途径通常被认为是氨基甲酸乙酯的主要致癌途径。

2 葡萄酒中氨基甲酸乙酯的合成途径

自发酵食品和饮品中发现氨基甲酸乙酯以来，关于EC的合成途径主要有以下五条[2]：（1）焦碳酸二乙酯和氨反应形成；（2）氰化物和乙醇反应而生成；（3）氨甲酰磷酸和乙醇反应形成；（4）尿素和乙醇反应形成；（5）瓜氨酸和乙醇反应形成。目前研究表明，葡萄酒中氨基甲酸乙酯的产生主要通过以下两条途径[12, 13]。

2.1酵母菌的尿素循环途径（见图1）

在葡萄酒酿造中，尿素曾一直作为酵母氮源而被使用，直到1976年Ough 在实验证明了乙醇和尿素在室温下反应72h后产生了氨基甲酸乙酯，人们才开始注意到葡萄酒中存在的尿素。酵母发酵过程中利用的尿素大部分是由精氨酸通过精氨酸酶（arginase）分解产生的，而精氨酸是葡萄汁中含量最丰富的氨基酸之一[14]，其含量过高时，由于酵母氮代谢的抑制作用，细胞不能进一步代谢尿素，导致其在细胞内积累，到一定程度时，被酵母释放到葡萄酒中，然后与乙醇自发反应生成氨基甲酸乙酯；然而Uthurry研究表明酵母对精氨酸的代谢不会被葡萄汁中过多的精氨酸抑制，因此酵母产生尿素的量会随着葡萄汁中精氨酸含量的增高而增加[15]。这一途径是葡萄酒中的氨基甲酸乙酯合成的主要途径[16, 17]。

注：(1)精氨酸酶; (2)鸟氨酸转氨甲酰酶; (3)精氨琥珀酸合成酶;

(4)精氨琥珀酸裂解酶; (5)脲酶; (6)氨甲酰磷酸合成酶

2.2苹果酸-乳酸菌的精氨酸脱亚胺途径

人们曾一度认为，苹果酸-乳酸菌对精氨酸的代谢也同酵母菌相似，是按照尿素循环的途径进行的，即精氨酸在精氨酸酶的作用下转变为尿素和鸟氨酸，尿素在脲酶的作用下转变为NH3和CO2，鸟氨酸则最终在鸟氨酸转氨甲酰酶的作用下转变为瓜氨酸[18]。但Liu等（1995, 1996, 1998）对苹果酸-乳酸菌中精氨酸代谢途径的研究表明，在细菌的培养过程中并未检测到尿素、精氨酸酶和脲酶活力的情况下，同样代谢精氨酸产生上述产物[19-21]。因此，苹果酸-乳酸菌对精氨酸的降解并不是通过尿素循环途径。

研究发现，在苹果酸-乳酸菌代谢精氨酸过程中存在着不同于尿素循环的三个关键酶：精氨酸脱亚胺酶、鸟氨酸转氨甲酰酶和氨基甲酰激酶[22, 23]。在前人对异型发酵乳杆菌精氨酸代谢途径的研究基础上，Liu等（1998）提出了苹果酸-乳酸菌降解精氨酸的脱亚胺途径，即ADI途径[20]（图2）。

通过培养基的研究发现，某些细菌通过ADI途径代谢精氨酸的过程中，