自釀甜酒中氨基甲酸乙酯含量控制研究

朱玉婷，陳同強, 李 燦

(1.三二○一醫(yī)院藥學部，陜西 漢中 723000； 2.食品安全監(jiān)測與預警湖南省重點實驗室,湖南 長沙 410111； 3.湖南省食品質量監(jiān)督檢驗研究院, 湖南 長沙 410000)

甜酒，也稱醪糟，是一種以糯米為主要原料，經酒曲發(fā)酵制得的傳統(tǒng)發(fā)酵食品[1]。據(jù)報道，甜酒中含有豐富的碳水化合物、氨基酸、維生素、有機酸和微量元素等人體不可缺少的營養(yǎng)成分[2-3],其味甘性溫，入脾腎肺經，具有溫胃健脾、益氣止瀉、生津止汗的作用[4],因此，深受大眾的喜愛。由于一般甜酒制作的工藝較為簡單，許多甜酒愛好者更傾向于自釀甜酒。

氨基甲酸乙酯(EC)作為一種有機污染物，在食品發(fā)酵過程中產生，因此這類化合物在發(fā)酵食品和酒精飲料中廣泛存在。研究表明，EC是一種多位點致癌物，可導致肺癌、淋巴癌、肝癌和皮膚癌等疾病，并且乙醇對EC的致癌性有促進作用[5-6]。

科學家們已經深入探索了EC在釀造酒中的形成機制，確定了 EC 及其前體物質的來源與轉化關系，為制定EC的控制措施奠定了理論基礎。目前，物理化學、酶學及代謝工程等手段已經應用于釀造酒生產的各個階段以控制EC 的含量，但家庭自釀甜酒設備工藝過程一般較為簡單，很難做到像成熟生產企業(yè)一樣對其中污染物進行必要的檢測與控制，因此，自釀甜酒中出現(xiàn)EC含量偏高較為常見，從而導致其危害人體健康的風險升高，而國內外關于自釀甜酒中EC含量控制的報道鮮見。本研究圍繞料水比、酒曲量、發(fā)酵溫度、發(fā)酵時間等因素來控制自釀甜酒中EC的產生，結合氣相-質譜聯(lián)用法(GC-MS)檢測，在保持甜酒口感品質前提下,通過優(yōu)化工藝條件以達到降低EC含量的目的，為自釀族們提供科學合理的技術指導，為自釀甜酒質量安全提供保障。

1. 材料和方法

1.1 材料

糯米(水分在15%以下,淀粉質量分數(shù)在70%以上)；酒曲(釀酒酵母；米根霉)，湖南省永鑫酒曲有限公司；氨基甲酸乙酯( C3H7O2N,CAS號:51-79-6)，純度≥99.0%；D5-氨基甲酸乙酯(C3H2D5NO2,CAS號:73962-07-9)，純度≥98.0%。

1.2 儀器與設備

TRACE 1310 ISQ氣相-質譜聯(lián)用儀，RTX-WAX毛細管色譜柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm)。

1.3 方法

1.3.1釀制工藝[8-9]

將經多次浸洗過的糯米蒸煮后，加入一定比例的酒曲，保溫發(fā)酵一段時間，冷卻，即可得成品甜酒釀。

1.3.2單因素試驗

以氨基甲酸乙酯(EC)含量為指標，分別考察料水比、酒曲量、發(fā)酵溫度和發(fā)酵時間等因素對自釀甜酒中EC產生的影響。

1.3.3響應面優(yōu)化試驗

根據(jù)單因素試驗所得結果，選擇酒曲量、發(fā)酵溫度、發(fā)酵時間3個因素為考察因素，以氨基甲酸乙酯含量為響應值，因素水平設計見表1。

表1 自釀甜酒工藝響應面因素和水平表

1.3.4氨基甲酸乙酯含量測定

參考標準方法GB 5009.223—2014《食品安全國家標準 食品中氨基甲酸乙酯的測定》[10]進行檢測。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果

2.1.1料水比對氨基甲酸乙酯(EC)含量影響

由圖1可知，在相同的酒曲量(0.28%)，發(fā)酵溫度(37℃)，發(fā)酵時間(2.5 d)下，隨著加水量的增大，自釀甜酒產生的EC含量有所升高，但總體來說變化不大。當料液比達到1∶0.6時，酒精度為2.8%,口感較甜，爽口；之后隨著水量增加，甜酒的口感逐漸變差，開始出現(xiàn)酸澀苦味道，其原因可能是隨著加水量增大，自釀甜酒中乙醇(料液比1∶0.8時，乙醇體積分數(shù)為1.6%；料液比1∶1.0時，乙醇體積分數(shù)為1.2%)、糖類及香味物質相對減少造成的。因此，綜合考慮，最佳料水比適合控制在1∶0.6左右。由于在整個工藝優(yōu)化過程中，料水比對自釀甜酒中EC含量的影響相比其他因素而言并不明顯，故料水比在響應面試驗中不作為考察對象。

圖1 不同料水比下EC含量比較

2.1.2酒曲量對氨基甲酸乙酯(EC)含量的影響

由圖2可知，在相同發(fā)酵溫度(37℃)、發(fā)酵時間(2.5 d)以及料水比(1∶0.6)下，隨著酒曲量的增加，自釀甜酒中EC含量逐漸有所增加。在酒曲量低于0.2%時，EC含量不高，但測得的酒精度(1.3%左右)較低以及口感也較差，其原因是因為所加酒曲可能不足而導致不能將糯米充分發(fā)酵，使得發(fā)酵所得乙醇、糖類及香味物質不足造成的。當酒曲量為 0.3%～0.4%時，糯米甜酒的產酒量、口感、酒精度(酒曲量為 0.3%、0.4%分別為2.3%，3.1%)較好。但兩者相比，酒曲量為 0.3%時，EC含量要更低一些。而當酒曲量超過 0.4% 時，不僅EC含量增加明顯，口感也明顯變差，開始出現(xiàn)酸苦味并逐漸加重，可能是因為酒曲量過高，雜菌含量過高從而使得甜酒中的酸含量有所增加，從而造成甜酒口感變得酸苦。

圖2 不同酒曲量下的EC含量

2.1.3發(fā)酵溫度對氨基甲酸乙酯(EC)含量影響

由圖3可知，在同一發(fā)酵時間(2.5 d)、酒曲量(0.28%)以及料水比(1∶0.6)條件下，EC含量隨著發(fā)酵溫度的上升，呈先下降后上升的趨勢，在發(fā)酵溫度為 40℃時，甜酒中EC含量不但最低，而且口感較好，酒精度(2.9%)較高，這可能是因為 40℃左右更有利于酵母的發(fā)酵，也有利于酒曲中其他霉菌的糖化和產香細菌的生長。因此，發(fā)酵溫度選擇在40℃左右時較合適。

圖3 不同發(fā)酵溫度下的EC含量

2.1.4發(fā)酵時間對氨基甲酸乙酯(EC)含量影響

在同一發(fā)酵溫度(37℃)、酒曲量(0.28%)以及料水比(1∶0.6)條件下，不同發(fā)酵時間(1、2、3、4、5 d)對自釀甜酒中EC含量的影響見圖4。由圖4 可看出， 1～3 d時，隨著時間增加， EC含量逐漸降低，到第3 d達到最低，3 d 后EC含量上升明顯。

同時，發(fā)酵時間也會影響到甜酒的感官性狀，隨著發(fā)酵時間的延長，在各種微生物的作用下生成的醇類、醛類及芳香族化合物使得甜酒風味獨特；但如果發(fā)酵時間過長，會導致酸敗，使得甜酒中出現(xiàn)酸、苦、澀等雜味而使釀造甜酒口感變差。因此，發(fā)酵時間選擇在 3 d 左右較適宜。

圖4 不同發(fā)酵時間下的EC含量

2.2 響應曲面法優(yōu)化甜酒工藝參數(shù)試驗結果及分析

2.2.1數(shù)學模型的建立及分析

結合單因素的試驗結果，進一步優(yōu)化自釀甜酒工藝參數(shù)。選取酒曲量(A)，發(fā)酵溫度(B)，發(fā)酵時間(C)3個因素為影響因子，以甜酒中氨基甲酸乙酯(EC)含量(Y)作為響應值，設計3因素3水平響應面試驗,結果見表2和表3。采用 Design Expert 8.0.6.1 軟件,對表2中的試驗結果多元回歸擬合后，獲得各因素水平對自釀甜酒中EC含量(Y)影響的二次多項回歸模型為：

Y=0.80+0.39A-0.14B-0.12C+

0.24AB+0.14AC+0.088BC+

1.54A2+0.59B2+0.59C2

表2 響應面優(yōu)化試驗設計及結果

表3 回歸模型方差分析結果

2.2.2影響因子間交互作用分析

通過應用Design-Expert.V 8.0.6 軟件獲得自釀甜酒制作工藝參數(shù)的響應面圖和等高線圖，能夠較直觀地反映出各因素及其相互作用對試驗結果的影響，見圖6。響應面圖的曲面程度越大，表明兩因素間的交互作用就越顯著。

圖6 酒曲量、發(fā)酵溫度、發(fā)酵時間交互作用對EC含量影響的響應面及等高線

由圖 6 可知，酒曲量與發(fā)酵溫度的交互作用對自釀甜酒中EC含量的影響極顯著(P<0.01)，其余因素間交互作用影響不顯著(P>0.05)，這與方差分析結果是一致的。

2.3 自釀甜酒制作工藝參數(shù)驗證

通過軟件對所建立的發(fā)酵工藝模型進行分析計算，獲得自釀甜酒最佳工藝參數(shù)為酒曲量0.31%，發(fā)酵溫度38.24℃，發(fā)酵時間2.91 d。考慮實際操作的可行性，將最佳工藝參數(shù)修正為酒曲量0.3%，發(fā)酵溫度38℃，發(fā)酵時間為3 d。在此工藝條件下進行3 組平行驗證試驗，結果見圖7、圖8。綜合計算得到EC含量為0.7 μg/100 g，這與預測值0.8 μg/100 g相近，說明本試驗的回歸模型方程具有較強的實際指導意義。

1.D5-氨基甲酸乙酯；2.氨基甲酸乙酯

1.D5-氨基甲酸乙酯；2.氨基甲酸乙酯

2.4 產品質量指標

應用響應面優(yōu)化后的最佳工藝參數(shù)進行甜酒釀造，對所得自釀甜酒進行檢測，得到其各項指標為：酒精度(溫度20℃時)為 3.5%；總糖(以葡萄糖計)為 22.7 g/100 g；總酸(以乳酸計)為0.22 g/100 g；固形物為 61.9 g/100 g。

3 結論

本研究在單因素試驗的基礎上，選取對自釀甜酒中氨基甲酸乙酯(EC)含量影響較大的3個因素，采用響應曲面法對釀造工藝參數(shù)進行優(yōu)化試驗，最終確定自釀甜酒工藝的最優(yōu)參數(shù)為：料水比1∶0.6，酒曲添加量0.3%，發(fā)酵溫度38℃，發(fā)酵時間3 d。在此工藝條件下釀得的甜酒，酒米組織致密，酒釀充沛，無明顯懸浮物，具有甜酒固有的滋味與氣味，味濃甜，略帶酸味，爽口，酒香味較濃郁，無異味。因此，研究獲得的最優(yōu)控制氨基甲酸乙酯含量的甜酒釀造工藝參數(shù)在實際生活中具有較好的應用價值與指導作用，對提高自釀甜酒質量安全有重要的實際意義。