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文档简介
谨防黄酒中氨基甲酸乙酯的危害夏艳秋1 朱 强2 汪志君1 (1.扬州大学生物科学与技术学院, 江苏 扬州 225009; 2.淮海工学院,江苏 连云港 222005)摘 要:本文重点阐述了氨基甲酸乙酯的形成、致癌机理及其生产中控制,为酿酒业(尤其是黄酒工业)提供了重要的理论依据。关键词: 黄酒 氨基甲酸乙酯 精氨酸 尿素Warning of ethyl carbamate in Chinese rice wine XIA yan-qiu1 ZHU qiang2 Wang Zhijun1(1. College of Bioscience and Biotechnology of Yangzhou University, Yangzhou 225009,China; 2. Huaihai institute of Technology, Lianyungang 222005,China)Abstract: In this paper, the formation, pathogenic effects and control of ethyl carbamate was elaborated, provide brewing industry important knowledge.Key words: Chinese rice wine ethyl carbamate arginine urea氨基甲酸乙酯(Ethyl carbamate,简称EC, 又叫Urethane),是一种具有基因致癌作用的物质,能够导致肺肿瘤、淋巴癌、肝癌、皮肤癌等。现其被广泛用于工业涂料及动物麻醉1,2。氨基甲酸乙酯是烟草叶及香烟的天然成分,也是发酵食品(如面包,酸牛奶,乳酪等)和酒精饮料(如葡萄酒、苹果酒、中国黄酒和日本清酒等)的伴随产物3,4。氨基甲酸乙酯对人的危害主要来自酒精饮料的饮用。调查显示,氨基甲酸乙酯含量大于30ppb(1ppb等于10亿分之一,即1ppb=1ug/L)的酒,人饮用后易患癌;在大多数啤酒及麦芽饮料中氨基甲酸乙酯几乎不可测,而果酒白兰地中平均含有1073ppb,黄酒及清酒中约20-300ppb,多数威士忌酒中氨基甲酸乙酯的量为50-200ppb,餐饮葡萄酒中约7-12ppb5。据加利福尼亚环保机构的一项统计数据得知,假设一个人一生中癌症患病几率为110-5,则氨基甲酸乙酯的消费量为0.7ugday-16。可见氨基甲酸乙酯是危害人类健康的又一不可忽视的因素。随着人们生活水平的提高及社会的日趋进步,人们对酒饮料的消费也呈逐年上升趋势,尤其是果酒、米酒等营养丰富的酒饮料更是人们消费的热点,而国内对其还未引起足够的重视(未见有这方面的报道)。因此,氨基甲酸乙酯的形成、致癌机理及控制,是每一位消费者,尤其是酿酒生产者必需了解的内容,从而做到防患于未然。而本文就阐述了氨基甲酸乙酯的形成、致癌机理及其生产中控制,从而为酿酒业(尤其是黄酒工业)提供了重要的生产预防的理论依据。1 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7: RCONH2 + C2H5OH NH2-C-O- C2H5 + RH O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要,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。黄酒中90的氨基甲酸乙酯是由尿素和乙醇反应生成的8。尿素的浓度,乙醇含量,反应温度,pH值和时间都与氨基甲酸乙酯的生成量有关。尿素浓度高,反应温度高,反应时间长,及pH呈微酸性都会使氨基甲酸乙酯的含量增加。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) 谷氨酸 HCO-3 ATP O AU 精氨酸 鸟氨酸 + 尿素 COOHNHCNH2 2NH3 + 2CO2 精氨酸磷酸 瓜氨酸 生长必需 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) 谷氨酸 HCO-3 ATP O AU 精氨酸 鸟氨酸 + 尿素 COOHNHCNH2 2NH3 + 2CO2乙酰乳酸 谷氨磷羧醛 分泌体外 (生物素 尿素羧化酶) NADP+吡咯啉5磷酸 脯氨酸图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) 图2 酵母菌处于酒精发酵状态时精氨酸降解及尿素的形成(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,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8,9。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pH45,温度253310,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11,12 ,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13,14。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10,13。Liu等发现乳酸菌胞内精氨酸降解主要在pH3.5415,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。 精氨酸脱亚氨基酶精氨酸 H2O 瓜氨酸 NH3ADI(EC3.5.3.6) 鸟氨酸氨甲酰基转移酶瓜氨酸 Pi 鸟氨酸 氨甲酰磷酸OTC(EC2.1.3.3) 氨基甲酸激酶氨甲酰磷酸 ADP ATP CO2 NH3 CK(EC2.7.2.2)图3 乳酸菌(LAB)胞内精氨酸降解及瓜氨酸的形成(即ADI路径)2 氨基甲酸乙酯的致癌机理对啮齿类动物,氨基甲酸乙酯是一种多位点致癌物,可导致肺肿瘤、淋巴癌、肝癌、皮肤癌等疾病1。国际癌症调研机构(IARC)指出氨基甲酸乙酯对人类的致病毒性为2B群6。体内氨基甲酸乙酯的代谢途径至少有三种1:90以上氨基甲酸乙酯被肝内酯酶分解为乙醇、氨和碳水化合物等(这种途径是无毒性的)16;约0.5左右的氨基甲酸乙酯被细胞色素P450(P450)氧化为乙烯基-氨基-甲酸乙酯,接着乙烯基-氨基-甲酸乙酯环氧化物形成,这种环氧化物在体内形成DNA加聚物,造成DNA双链破坏,从而导致癌变6,17;第三种途径较为普遍,即约0.1的氨基甲酸乙酯被细胞色素P450氧化为N-羟基-氨基甲酸乙酯18,后者能够诱导Cu2调控的DNA损伤,这种损伤多发生于胸腺嘧啶(T)和胞嘧啶(C)的残基上19,具体如下:Cu2存在时,该反应同时还会产生NO和O2,由NOO2产生的过氧化氮能够导致8-二氢-2-脱氧鸟苷(8-oxodG)的形成以及8-N-鸟氨酸的脱嘌呤作用20。众所周知,8-oxodG能够导致DNA双链复制时的错配(即GCTA的碱基颠换),从而造成基因的严重缺失或突变21。同时8-N-鸟氨酸的脱嘌呤作用形成的无嘌呤核也将潜在地诱导GCTA的碱基颠换作用20,21。因此,普遍认为体内Cu2存在时形成的NO和O2所诱导的8oxodG的产生以及8-N-鸟氨酸的脱嘌呤作用是氨基甲酸乙酯致癌的主要机理(详见图4)19。图4 Cu2存在时氨基甲酸乙酯诱导的DNA损伤机理3 氨基甲酸乙酯的控制为了降低氨基甲酸乙酯的形成,必须削弱酵母菌细胞内精氨酸酶的活力,以便阻止精氨酸转化为瓜氨酸、鸟氨酸和尿素等氨甲酰化合物;或者利用尿酶把酵母菌产生的尿素及时分解掉。日本最近已研制出用酸性尿酶清除葡萄酒中氨基甲酸乙酯的简易方法:将5mg酸性尿酶粉末加入含有35ppm(1ppm等于一百万分之一)尿素的酒中,先在15条件下保持2d,后在30条件下保持14h,这样可使酒中尿素的含量几乎降至零。而且,酒在贮存期,也不再产生氨基甲酸乙酯22;新工艺黄酒生产的特点是纯种发酵,因此也可以选育产尿素能力差的黄酒酵母菌进行发酵,从根本上抑制尿素的形成;控制酵母菌发酵整个过程的无杂菌污染也是至关重要的,因为多数乳酸杆菌、乳酸球菌同样具有分解精氨酸,分泌瓜氨酸的能力15。据报道,氨基甲酸乙酯主要在煎酒和贮酒过程中形成7。煎酒温度高,能提高黄酒的稳定性,但随煎酒温度的升高和煎酒时间的延长,酒液中的尿素和乙醇会加速形成更多的氨基甲酸乙酯(见表18)。表1 黄酒煎酒温度和煎酒时间对氨基甲酸乙酯形成的影响温 度 /908070时 间/min102030102030102030EC含量/ppb49.151.394.827.233.634.417.920.120.2注:黄酒试样品中尿素含量为60ppm(1PPm等于一百万分之一)由表1可知,适当降低煎酒温度是可行的,这样可使黄酒的营养成分不致破坏过多,生成的有害副产物也会减少。日本清酒仅在60下灭菌2-3min22,而我国黄酒的煎酒温度普遍在83-938,要比清酒高的多。另外,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(表28)。表2 不同酒龄黄酒的氨基甲酸乙酯的含量酒 龄 /yearEC含量/ppb杀菌后的新工艺成品酒杀菌后的老工艺成品酒3693031.025.0106.0296.8314.81255.0由表2可以看出,刚杀菌的新鲜黄酒中的氨基甲酸乙酯含量是非常少的,符合国际标准6,此时还不足以引起生命危险。但随贮酒时间的延长,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,高达314.8ppb。因此,原则上黄酒不宜长久存放,一般贮酒期超过三年已不能够再饮用。所以我们要根据酒的种类、贮酒条件的变化,灵活掌握适宜的煎酒条件及贮酒期,既能保证黄酒营养成分的最大限度的保留及色、香、味的改善,又能直接减少成品黄酒中有害物质氨基甲酸乙酯的生成量。纵观全文,氨基甲酸乙酯是一种具有基因致癌作用的物质,它已引起国际酿酒界的关注,在酒类生产中已开始对它的含量加以严格的限制。如国际标准规定酒中氨基甲酸乙酯的含量不得超过30PPb,日本清酒规定其含量不得超过0.1mg/l,即100ppb6,而我国酒饮料尤其是黄酒尚未有此项规定,这是值得商讨的问题。当然,在生产中,只要我们措施得当,也能将其控制在最低水平,而不致引起生命危险,有关这一方面的研究工作还有待于广大科学工作者的进一步深入探索。参考文献:1. 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