黄酒中氨基甲酸乙酯的形成机理
氨基甲酸乙酯
黄酒中氨基甲酸乙酯的研究进展作者夏众（XXXX 轻工食品学院，广州00000）摘要：本文阐述了氨基甲酸乙酯的致癌机理和黄酒中氨基甲酸乙酯的产生过程。
并介绍了多种方法降低黄酒种氨基甲酸乙酯含量的方法，为黄酒产业控制氨基甲酸乙酯提供依据。
关键词：发酵酒；尿素；氨基甲酸乙酯；Abstract: This paper expounds the Ethyl carbamate (EC) is nosogenesis and yellow rice winein the EC was produce process. And introduce the method of reduce yellow rice wine kind ofEC was content with methods for yellow rice wine industry control EC was to provide thebasis.Keywords: Fermenting wine；Urea; Ethyl carbamate;1 前言氨基甲酸乙酯是一种具有基因治癌作用物质，能够引起肺肿瘤、淋巴癌、肝癌、皮肤癌等症[1,2]。
主要存在于一些对发酵食品（酒饮料、牛奶、面包、奶酪、酱油但是这些食品的含量都比较低）。
由世界卫生组织的国际癌症研究署2007年研究所(IARC)的数据。
基准剂量的氨基甲酸乙酯下限为0.3毫克/公斤,平均每天摄入的乙氨基甲酸酯类食品是大约15 ng /公斤bw每天[3]。
计算了这些级别的有关食物包括面包、发酵奶制品和酱油。
含酒精的饮料没有被包括在这个计算。
然而,高水平的氨基甲酸乙酯,可以发现,在酒精的浓度范围从0.01至12毫克/升（取决于酒的起源）可以发现。
因此含酒精的饮料应该被认为是氨基甲酸乙酯的一个重要来源。
葡萄酒、朗姆酒、米酒都有比较高的含量。
早在2002年联合国粮农组织已经把氨基甲酸乙酯列入重点监控物资，并制定了标准，其含量不能超过20μg/L。
黄酒中氨基甲酸乙酯的形成机理
黄酒中氨基甲酸乙酯的形成经研究，氨基甲酸乙酯是由氨甲酰化合物与乙醇自发反应生成的，氨甲酰化合物主要有尿素、瓜氨酸、氨甲酰磷酸、氨甲酰天冬氨酸，尿膜素等。
黄酒中以尿素为最主，90%的氨基甲酸乙酯是由尿素和乙醇反应生成的；其余的氨甲酰化合物含量都极微，生成的氨基甲酸乙酯也少。
在黄酒贮存时，酒液中的尿素和乙醇继续反应，成品酒的尿素含量越多，贮存温度越高，贮存时间越长，则形成的有害氨基甲酸乙酯越多。
随贮酒时间的延长，氨基甲酸乙酯的含量剧增，仅贮酒3年氨基甲酸乙酯含量就是新鲜黄酒的4倍左右；贮酒9年，氨基甲酸乙酯含量是新鲜黄酒的12倍左右。
由尿素和乙醇生成EC的反应式如下：黄酒酿造时，原料、辅料和水中会带入部分尿素，但最主要的还是在发酵过程中由酵母菌代谢产生的。
酵母菌在生长繁殖和进行酒精发酵时，合成的大量尿素除了满足自身菌体需要外，多余的尿素被分泌到体外，从而使酒醪中的尿素含量增加，酵母菌细胞内的精氨酸酶的活力也会随之提高，进一步加速了尿素的生成。
黄酒中尿素主要由精氨酸经酵母菌细胞内精氨酸酶- 尿酶(AU) 路径分解而来。
(详见图1，图2)：图 1 酵母菌处于生长繁殖状态时精氨酸降解及尿素的形成(即AU 路径)图 2 酵母菌处于酒精发酵状态时精氨酸降解时尿素的形成(即AU 路径)在黄酒糖化醪及成品酒中，精氨酸含量都十分丰富，是主要氨基酸种类。
从图1 和图2 中我们可以看出，精氨酸经由酵母菌体内AU 路径，降解成鸟氨酸及尿素等。
黄酒醅发酵时，少量尿素开始与乙醇作用生成氨基甲酸乙酯，当黄酒压滤后，煎酒灭菌和贮酒陈化时，氨基甲酸乙酯的生成量会大幅度增加。
Granchi 等认为酵母菌胞内精氨酸降解主要在pH4～5，温度25～33℃，这正是黄酒主发酵期的特征参数。
虽然后酵期温度和pH 值均有所降低，但如果不慎染上杂菌(如乳酸菌) 则精氨酸将通过精氨酸脱亚氨基酶(ADI) 路径加速降解，从而生成瓜氨酸、鸟氨酸及氨甲酰磷酸等，其中的能量则耦合于细胞的生长及发酵(如图3)。
黄酒中EC的生成
在黄酒发酵和储存期间氨基甲酸乙酯的形成与变化摘要在黄酒生产和储存期间，对氨基甲酸乙酯进行分析检测。
氨基甲酸乙酯在发酵期间增加很慢，在煎酒和消毒以后其含量较快增加。
相对于自然冷却到30℃，迅速冷却时产生的氨基甲酸乙酯较少。
高温和和长时间的储存有利于增加氨基甲酸乙酯的形成。
储存400天后，在4℃，常温和37℃下氨基甲酸乙酯含量分别从74.0增加到84.2,131.8和509.4μg/kg，同时，在煎酒和2011年廉价出售的酒（p＜0.01）之间氨基甲酸乙酯含量也是有很大区别。
尿素含量在黄酒发酵期间增加，且煎酒后其含量在20 mg/kg以上；当煎酒慢慢冷却时，尿素有助于氨基甲酸乙酯的形成。
这个结果说明了在工业上优化煎酒的条件是必须的，如温度，时间和冷却过程，目的时间少氨基甲酸乙酯的形成。
1.介绍氨基甲酸乙酯在一些动物物种体内是有基因毒性和致癌性的，如小鼠，大鼠，仓鼠和猴子（Beland等，2005）。
世界卫生组织的国际癌症研究机构把氨基甲酸乙酯分类为2A致癌物质（IARC，2010）,这表明了氨基甲酸乙酯对人类存在潜在的致癌危险。
氨基甲酸乙酯在很多酒精饮料已被发现(Alberts, Stander, & De Villiers, 2011; De Melo Abreu, Alves, Beatriz,& Herbert, 2005; Fu等, 2010; Júnior, Mendonca, & Pereira,2011; Lachenmeier, Kanteres, Kuballa, López, & Rehm, 2009;Lachenmeier, Schehl, Kuballa, Frank, & Senn, 2005; Liu 等., 2011; Wang, Ke, Wang, Yin, & Song, 2012; Wu & Chen, 2004; Wu, Pan, Wang, Shen, & Yang, 2012; Wu等, 2012)，同时，加拿大，美国，巴西和别的一些国家已经列出了特定的氨基甲酸乙酯的标准来提高酒的安全度。
黄酒中氨基甲酸乙酯的形成、控制及检测方法
氨基甲酸乙酯的具体检测方法
酒中 ＥＣ 的具体含量有一定差别， 因此在对黄酒中 ＥＣ 的测量与检测方法 也不同。通过研究黄酒测定方法的优 缺点发现，目前仍以 ＧＣ－ＭＳ 检测法为 主，该方法具有高度的灵敏度，且符 合欧盟标准，同时也是国际葡萄酒组 织推荐的检测方法之一。ＧＣ－ＭＳ 检测 方法是针对不同的样品采取各自合适 的提取和浓缩的方法，且该方法更加 稳定可靠。对酒中常见的 ＥＣ 测定方法 进行比较，见表 １。
测试方法 分光光度法 傅立叶变换红外光谱法 高效液相色谱法 固相萃取 - 气质联用法（SPE-GC-MS） 液剂萃 - 气质联用法（LLE-GC-MS） 顶空 - 固相萃取 - 气质联用法
ห้องสมุดไป่ตู้
优点 简单易操作 简单快速 预处理简便 避免物质干扰 简单易操作成本低 预处理时间短
缺点 样品处理要求高 定量不准确 样品需衍生化处理，成本较高 处理时间长 易受色素物质干扰 萃取头使用寿命有限
氨基甲酸乙酯的控制
削弱 ＣＡＲ１ 降低 ＥＣ 含量 结合国外在降低黄酒中 ＥＣ 含量的 方法，可采取构建 ＣＡＲ１ 缺失的低产或 不产尿素的黄酒酵母菌株或通过诱变 筛选的方式从根源解决 ＥＣ 问题，大大 降低企业的生产成本同时可减少调整 黄酒生产工艺的麻烦，如日本学者通 过将缺陷型的 ＣＡＲ１ 进行筛选，利用低 产尿素酵母用于清酒的酿造结果发现， 在清酒中未发现 ＥＣ 的存在。但该方法 存在的缺点是低产或不产尿素的黄酒
Oct. 2016
CHINA FOOD SAFETY
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结语
我 国 黄 酒 酿 造 中 存 在 ＥＣ 的 问 题 尤 为 突 出， 鉴 于 目 前 针 对 黄 酒 中 ＥＣ 含量的控制进行的研究技术还不成
熟， 在 对 ＥＣ 含 量 控 制 应重点在生产 过程管理上，如对生产原料和用水质 量进行严格把控；改进生产工艺，在 不影响黄酒风味与特色的前提下，通
黄酒中氨基甲酸乙酯形成、控制及检测方法的研究
黄酒中氨基甲酸乙酯形成、控制及检测方法的研究发布时间：2023-03-15T02:32:04.678Z 来源：《科技潮》2023年1期作者：邵胜男[导读] 在氨甲酰磷酸合成酶作用下，酵母发酵过程中产生的CO2、ATP和胺反应可生成氨甲酰磷酸。
浙江古越龙山绍兴酒股份有限公司浙江绍兴 312000摘要：氨基甲酸乙酯（EthylCarbamate，EC）俗称尿烷，是一种无色无味结晶或是白色粉末。
该物质广泛的存在于人们的生活中，人们会通过面包、酸牛奶、苹果酒、清酒、葡萄酒等食品摄取。
黄酒中含有氨基甲酸乙酯.目前，各国对酒中的EC最高限量已做出相应的规定，各组织对饮品酒中的氨基甲酸乙酯进行广泛研究，但我国对黄酒中EC含量未制定相应的标准，因此本文对EC生产中控制措施及检测方法做简要阐述。
关键词：黄酒，氨基甲酸乙酯，机理，控制措施一、形成机理1.1氨甲酰磷酸和乙醇反应在氨甲酰磷酸合成酶作用下，酵母发酵过程中产生的CO2、ATP和胺反应可生成氨甲酰磷酸。
氨甲酰磷酸再与乙醇反应可形成EC。
反应式：H2NCO2PO3H2+C2H5OH→H2NCO2C2H5+H3PO4黄酒酿造过程中酵母或苹果酸-乳酸菌（Malolacticbacteria，MLB）发酵会产生中间代谢产物氨基甲酰磷酸，但其含量甚微，所以黄酒中EC并非主要由该反应生成。
1.2尿素和乙醇反应乙醇和尿素反应产成黄酒中90%氨基甲酸乙酯。
反应式：H2NCONH2+C2H5OH→H2NCO2C2H5+NH3黄酒中尿素的来源主要有2方面：酿造黄酒的原料、水和辅料会带入尿素；但主要的尿素还是由酵母发酵过程中代谢产生的。
黄酒酿制过程中，在酵母菌细胞内精氨酸可被由基因CAR1编码的精氨酸酶催化分解为尿素和鸟氨酸，而作为产物之一的尿素可以被分泌到酵母细胞外的酒液环境中，也可以被进一步降解为氨和CO2，但必须有基因DUR1，2编码的尿素酰氨分解酶催化该降解途径才能完成。
从黄酒的酿造工艺上探讨氨基甲酸乙酯
从黄酒的酿造工艺上探讨氨基甲酸乙酯孙双鸽;白卫东;钱敏;沈棚【摘要】阐述了酒中氨基甲酸乙酯的形成机理,并从黄酒的整个酿造工艺——原料、菌种、发酵、煎酒、陈酿等方面入手,借鉴葡萄酒中氨基甲酸乙酯的形成及控制策略,综述了目前黄酒中氨基甲酸乙酯的形成及控制的研究,以期为黄酒生产中降低氨基甲酸乙酯的含量提供科学依据.【期刊名称】《中国酿造》【年(卷),期】2013(032)012【总页数】5页(P9-13)【关键词】氨基甲酸乙酯;尿素;黄酒;酿造工艺【作者】孙双鸽;白卫东;钱敏;沈棚【作者单位】仲恺农业工程学院轻工食品学院,广东广州510225;仲恺农业工程学院轻工食品学院,广东广州510225;华南农业大学食品学院,广东广州510642;仲恺农业工程学院轻工食品学院,广东广州510225;仲恺农业工程学院轻工食品学院,广东广州510225【正文语种】中文【中图分类】TS262.4氨基甲酸乙酯（ethyl carbmate，EC）又名尿烷（urethane），广泛存在于发酵食品[1]（如酱油、腐乳等，饮料酒如黄酒、清酒、葡萄酒、苹果酒等和蒸馏酒[2]如白兰地、威士忌等）中，早在1943年就被提出其具有潜在致癌作用[3]，后续有众多相关的研究报道。
日本酒行业表态参照加拿大的卫生与福利组织规定的各类酒中的EC限量，并把清酒和我国的黄酒列入加强酒行列中，意味着中国黄酒中EC含量应低于100μg/L。
然而EC在通常条件下稳定性很好，尤其在酒体中一经形成就极为稳定，很难分解，中国黄酒中EC含量部分超标的问题并没有得到很好的解决。
为了弄清黄酒中氨基甲酸乙酯的来龙去脉，从黄酒的酿造工艺上探讨黄酒中生成氨基甲酸乙酯的影响因素，同时，针对这些影响因素，对现今国内外控制氨基甲酸乙酯含量的方法也作了介绍。
1 黄酒中氨基甲酸乙酯的形成机制最早在葡萄酒中研究发现，焦碳酸二乙酯和氨可以反应形成氨基甲酸乙酯[4]，但因焦碳酸二乙酯是一种添加剂，并非酒中EC形成的主要途径，虽然氰化物与乙醇的反应形成氨基甲酸乙酯[5]是葡萄酒中的主要途径，但因黄酒与葡萄酒酿造原料及酿造工艺的不同，葡萄酒中的氰化物在糯米中并不存在，也不是黄酒中EC形成的主要途径。
酒中氨基甲酸乙酯的产生及危害分析
１ ． ３由氰化 物和 乙醇 反应 形成 氨基 甲酸 乙酯
世上 大约有 ２ ０ ０ ０ 多种植物含有 氰苷 （ ｃ ｙ ａ ｎ ｏ ｇ ｌ ｙ ｃ ｏ ｓ ｉ ｄ ｅ ｓ ） ， 如 木 薯 是世 界上第 三大 食物来 源 ， 其 含氰 化合 物含量 就 很高 。 有研究结果 表明 ， 氰苷在 １ ３ 一 葡 聚糖酶 的作 用下 水解 ， 形成氰 化（ ｃ ｙ ａ ｎ ｉ ｄ ｅ ， ＣＮ一） ， 该 化 合物 被 氧 化 为 氰酸 盐 （ ｃ ｙ ａ ｎ ａ ｔ ｅ ， ＮＣＯ一） ， 氰酸盐 与乙醇 反应 生成 Ｅ Ｃ。氰 化物 氧化 为氰 酸盐 由铜 离 子 催 化 反 应 完 成 。 由于 氨 基 甲酸 乙 酯 的 沸 点高 达
（ 和） 气一 固异相时应生成 氨基 甲酸 乙酯
氨基 甲酸乙 酯最常 见的形成 方式是在 酸性条件 下 ， 由尿
２ 氨基 甲酸乙酯的限量标 准
酒精发酵 类食品 中常被 发现其存在 ， 正常传 统发 酵 也会 产生氨基 甲酸乙酯 。对此 ， 各国卫生 与防疫部 门都加 强了酒 精饮料 中的氨基 甲酸乙酯 的限量标 准 。如 加拿大 ， 佐 餐葡萄
质量论坛
一
２ ０品牌与标准化
酒 中氨基 甲酸 乙酯的产 生及 危害分析
杨晓丽 ’ 郑凤 娥 ’ 王冬妍 ’ 段 亚琪 刘然 ’
（ １ 沈阳产品质量监督 检验 院食 品安全所 。 沈阳 １ １ ０ １ ３ ６ ； ２ 辽宁省产品质量监督检验 院 ， 沈阳 １ １ ０ ０ ３ ２ ）
１ ８２～ １ ８４ ￣ （ ２ 因此很少 有液态 Ｅ Ｃ在蒸馏过 程中被蒸 发到馏 分
，
１ 酒 中氨基 甲酸 乙酯产生的途径
酒精饮品 中的各 种物 质及其分解物经 发酵过 程后均可产
代谢工程改造黄酒酿造用酵母低产氨基甲酸乙酯的研究
代谢工程改造黄酒酿造用酵母低产氨基甲酸乙酯的研究氨基甲酸乙酯(Ethyl carbamate,简称EC)是存在于黄酒中的潜在致癌物,黄酒中EC含量偏高的问题由来已久,是我国黄酒的一个重要安全隐患。
在黄酒发酵过程中,受氮代谢阻遏效应(Nitrogen catabolite repression,简称NCR效应)的影响,EC前体物——尿素在发酵液中的过量积累是形成EC的主要原因。
因此,通过降低发酵液中的尿素含量,可以减少黄酒中EC的形成。
本研究以用于黄酒生产的酿酒酵母Saccharomyces cerevisiae N85为研究对象,通过代谢工程改造敲除酿酒酵母精氨酸酶编码基因CAR1以及高效表达脲基酰胺酶编码基因DUR1,2,阻断了工程菌N85DUR1,2-c的尿素生成途径并强化其尿素的降解途径,减少了黄酒发酵过程中尿素的积累和EC的形成。
在黄酒厂进行了工业化生产试验,并考察了工程菌的生长和发酵性能。
此外,本研究通过代谢工程改造研究了酿酒酵母瓜氨酸代谢途径对黄酒中瓜氨酸和EC含量的影响。
(1)通过敲除工业黄酒酵母S.cerevisiae N85的HO基因以及单倍体孢子分离,获得了不同结合型(a型和α型)的单倍体菌株,利用Cre/loxP系统切除了HO 基因敲除组件带入单倍体基因组的抗性基因KanMX,最终获得了不含外源抗性基因且不能发生接合型转变的酿酒酵母单倍体菌株。
并通过敲除URA3基因构建了尿嘧啶缺陷型单倍体突变株,为后续的基因工程改造提供了出发菌株和筛选标记。
(2)利用“自克隆”代谢改造方法,构建了CAR1缺失的杂合工程菌N85-c1和纯合工程菌N85-c2。
黄酒发酵实验表明,工程菌N85-c1与亲本菌株N85发酵液中尿素和EC的含量相当,分别为35.8±1.5 mg·L-1和21.2±0.6μg·L-1。
而工程菌N85-c2黄酒发酵液中尿素和EC的含量分别为4.9±0.3 mg·L-1和10.3±0.4μg·L-1,较亲本菌株N85分别降低了86.9%和50.5%。
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黄酒中氨基甲酸乙酯的形成
经研究，氨基甲酸乙酯是由氨甲酰化合物与乙醇自发反应生成的，氨甲酰化合物主要有尿素、瓜氨酸、氨甲酰磷酸、氨甲酰天冬氨酸，尿膜素等。
黄酒中以尿素为最主，90%的氨基甲酸乙酯是由尿素和乙醇反应生成的；其余的氨甲酰化合物含量都极微，生成的氨基甲酸乙酯也少。
在黄酒贮存时，酒液中的尿素和乙醇继续反应，成品酒的尿素含量越多，贮存温度越高，贮存时间越长，则形成的有害氨基甲酸乙酯越多。
随贮酒时间的延长，氨基甲酸乙酯的含量剧增，仅贮酒3年氨基甲酸乙酯含量就是新鲜黄酒的4倍左右；贮酒9年，氨基甲酸乙酯含量是新鲜黄酒的12倍左右。
由尿素和乙醇生成EC的反应式如下：
黄酒酿造时，原料、辅料和水中会带入部分尿素，但最主要的还是在发酵过程中由酵母菌代谢产生的。
酵母菌在生长繁殖和进行酒精发酵时，合成的大量尿素除了满足自身菌体需要外，多余的尿素被分泌到体外，从而使酒醪中的尿素含量增加，酵母菌细胞内的精氨酸酶的活力也会随之提高，进一步加速了尿素的生成。
黄酒中尿素主要由精氨酸经酵母菌细胞内精氨酸酶- 尿酶(AU) 路径分解而来。
(详见图1，图2)：
图 1 酵母菌处于生长繁殖状态时精氨酸降解及尿素的形成(即AU 路径)
图 2 酵母菌处于酒精发酵状态时精氨酸降解时尿素的形成(即AU 路径)
在黄酒糖化醪及成品酒中，精氨酸含量都十分丰富，是主要氨基酸种类。
从图1 和图2 中我们可以看出，精氨酸经由酵母菌体内AU 路径，降解成鸟氨酸及尿素等。
黄酒醅发酵时，少量尿素开始与乙醇作用生成氨基甲酸乙酯，当黄酒压滤后，煎酒灭菌和贮酒陈化时，氨基甲酸乙酯的生成量会大幅度增加。
Granchi 等认为酵母菌胞内精氨酸降解主要在pH4～5，温度25～33℃，这正是黄酒主发酵期的特征参数。
虽然后酵期温度和pH 值均有所降低，但如果不慎染上杂菌(如乳酸菌) 则精氨酸将通过精氨酸脱亚氨基酶(ADI) 路径加速降解，从而生成瓜氨酸、鸟氨酸及氨甲酰磷酸等，其中的能量则耦合于细胞的生长及发酵(如图3)。
现今普遍认为瓜氨酸是氨基甲酸乙酯形成的前体物。
在乳酸菌胞内精氨酸降解过程中，一部分瓜氨酸被分泌到胞外，从而扩散入培养基中;另一部分在胞内继续参加生化反应。
Liu 等发现乳酸菌胞内精氨酸降解主要在pH3.5～4，因此，黄酒污染杂菌后氨基甲酸乙酯的量增加也就是这个原因。
图 3 乳酸菌(LAB)胞内精氨酸降解及瓜氨酸的形成(即ADI路径)。