发酵食品中氨基甲酸乙酯的形成与控制_李加友

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)
食品安全与检测
食品科技
FOOD SCIENCE AND TECHNOLOGY 年 第 卷 第 期
发酵食品中氨基甲酸乙酯的形成与 控制
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)
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
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， [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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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
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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
[19]
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