白酒中氨基甲酸乙酯的研究進展

辛 茜，賈少杰，鄭欣欣，韓海濤，閆宗科，劉麗麗

（陜西西鳳酒股份有限公司，陜西 鳳翔 721400）

氨基甲酸乙酯（Ethyl carbamate，EC）又稱尿烷、烏拉坦等，具有口服毒性，是一種可導致淋巴癌、肺癌和肝癌等疾病的具有多位點致癌性的2A類致癌物質。

白酒是世界六大蒸餾酒之一，在我國有著悠久的生產、飲用歷史，國內每年的白酒產量呈上升趨勢，生產量和消耗量前景廣闊。隨著人們對食品安全的重視，白酒中EC的含量高低受到人們的關注，EC 是發(fā)酵食品和酒精飲品（白酒、黃酒、葡萄酒）特別是釀造白酒中較為常見的副產物。20 世紀末，我國曾對出口酒中EC 的含量檢測建立統(tǒng)一的標準，但是對國內白酒中EC的含量沒有進行標準限定，這嚴重阻礙了我國白酒行業(yè)的健康發(fā)展，消費者健康受到潛在威脅。目前，我國白酒中EC 的研究集中在檢測方法上，對白酒中EC 的形成途徑和抑制策略的研究較少。本文參考國內外相關研究，對白酒中EC 的形成機制、檢測方法、國際標準、影響因素和控制策略進行系統(tǒng)綜述，旨在為提高我國白酒產業(yè)的安全性提供理論依據。

1 EC的形成機制

對EC 的形成研究主要集中在其前體物質。目前，形成EC 的主要前體物質有尿素、氰化物、瓜氨酸、焦碳酸二乙酯、氨甲酰磷酸5 種，尿素和氨甲酰磷酸是由釀酒酵母等微生物在代謝過程中產生的；乳酸菌代謝主要產生瓜氨酸；在發(fā)酵過程中會有部分酶促反應產生氰化物和焦碳酸二乙酯，或者由原料帶入。其中，白酒中EC 的主要形成途徑是尿素乙醇途徑和氰化物乙醇途徑。

白酒的釀造過程中一部分尿素是由大米等原料帶入，另一部分則是發(fā)酵過程中酵母菌代謝精氨酸產生的。這些尿素分泌到胞外，又會以3 種途徑生成EC：酸性環(huán)境下，隨著溫度的升高，尿素與乙醇反應生成EC 的速率會逐漸加快；當尿素和乙醇同時存在時，反應溫度在60～100 ℃時，尿素會被分解為氰酸鹽和異氰酸鹽，這兩種物質均可與乙醇反應生成EC；當溫度過高時，尿素會被分解為氫氰酸和氨氣，之后再與乙醇反應生成EC。

表1 不同白酒成品中EC的濃度

氰化物乙醇途徑中，氰化物有多種形式存在，氰酸、氫氰酸和含氰基的化合物等，這些化合物均可與乙醇生成EC。在高溫或者釀酒酵母等微生物代謝產生的蛋白酶的條件下，大米等原料中的生氫糖苷會裂解或反應形成氰化物，氰化物會自發(fā)氧化生成氰酸鹽，之后會在光照、氧氣、連二羰基化合物等多種條件下與乙醇反應生成EC。

2 國內白酒中的EC含量

從1988 年開始，國內就逐漸開始重視白酒中EC的含量，國內外眾多白酒中的EC含量高低不同，雖然國際上將白酒中EC 的最高限量設為150 μg/L（見表2），但是國內市場并沒有統(tǒng)一的標準。范文來等對不同香型白酒中EC 的含量做了研究，結果表明，白酒中EC 平均含量約為44.48～214 μg/L之間，大多數低于150 μg/L的國際限量標準。清香型、醬香型、藥香型及特香型白酒中EC 含量較低，而濃香型、芝麻香型、鳳香型等白酒中EC 含量偏高。

表2 飲料酒中EC的最大允許水平 (μg/L)

3 EC的檢測方法

白酒中EC 的有效監(jiān)管和品質控制的前提是對EC 的準確定量分析。氣相色譜法（GC）是基于待測樣品中各成分與固定相的吸附力差異建立的分析方法，檢測器靈敏度高、選擇性較好而且可供選擇的固定相較多，因此被廣泛應用到白酒的EC 檢測中。目前，用于樣品前處理的方法主要有液液萃取、固相萃取、固液萃取、固相微萃取等。我國在“出口酒中氨基甲酸乙酯殘留檢測方法”中使用的是氣相色譜-質譜法（SN 0285—2012），前處理使用的是液液萃取法，該方法步驟繁瑣，自動化低，無法滿足快速、大批量檢測的要求。美國分析化學家協(xié)會、歐盟和國際葡萄酒組織均采用的是固相萃取法，該方法費事費力，需要使用對人體有害的有機溶劑。高效液相色譜法也是用于EC 的一種檢測方法，該方法不需要進行復雜的前處理，大大提高了檢測效率，但是，該方法存在流動相消耗巨大，檢測成本高等缺點，而且分析準確度不如氣相色譜法。目前，對白酒中EC的檢測還用到液相色譜-串聯(lián)質譜技術，該技術應用也相對較為廣泛。此外，高效液相色譜-熒光檢測也有一定的應用。

表3 白酒中EC的不同檢測方法比較

4 EC的影響因素

白酒中EC 的產生有多重影響因素，在原料、發(fā)酵、蒸餾或者是存貯的過程中都可以產生不同量的EC。

4.1 原料

原料產區(qū)和品種的不同會影響白酒中EC 的含量。不同產區(qū)的高粱最終產生的EC 含量不相同，并且產生EC 的起始時間也不同。瓜氨酸和尿素是高粱發(fā)酵過程中最主要的前體物質，氰化物并沒有參與EC的形成。

4.2 發(fā)酵條件

EC 的產生與多種條件都相關。因此，前體物質、發(fā)酵溫度、pH 值、營養(yǎng)添加劑、微生物種類均可影響白酒中EC 的含量。Tomokazu 等在模擬蒸餾酒中添加KCN，發(fā)現添加10 g/L KCN 的模擬酒中比添加5g/L KCN 的模擬酒中生成的EC 多，由此可見氰化物的確可以生成EC。發(fā)酵初期溫度低，EC 的產生速率較慢，在發(fā)酵后期隨著溫度的升高，EC 的產生速率也會加快。Kim 等研究了尿素、乙醇等對白酒發(fā)酵過程中EC 的影響，結果表明，EC 的含量均有大幅度提高。Arena 等通過試驗發(fā)現不同的pH 值對精氨酸和瓜氨酸的代謝有影響，進而會對EC的形成產生一定影響。

4.3 陳釀條件

研究表明，在陳釀初期，新釀造的白酒中僅是尿素含量較高，此時EC 并沒有大量生成，但是隨著陳釀的條件和時間變化，EC 的含量會發(fā)生變化。儲存期間，儲藏溫度、通氧量等條件的變化均會影響EC 的含量，溫度升高EC 的含量隨之增加，在相同的貯存時間下，30 ℃的溫度下比15 ℃的EC 含量高1.5～2倍。

5 EC的控制方法

目前，控制EC 的途徑和方法可以分為4 類，分別是：優(yōu)選發(fā)酵原料、篩選優(yōu)良菌株、改善發(fā)酵工藝以及添加外源酸性脲酶。

5.1 酸性脲酶

酸性脲酶可以將形成EC 的重要前體物質尿素分解為氨和二氧化碳，可以在一定程度上抑制EC的形成，20世紀末脲酶就已經被用在葡萄酒的釀造過程中。但當前我國脲酶嚴重依賴進口，國內沒有完整的生產體系，而且脲酶是一種金屬酶，鎳殘留會影響白酒的安全性，有待進一步研究。

5.2 改良菌株

優(yōu)良發(fā)酵菌株的篩選則是通過增強降解尿素相關酶的基因或者敲除精氨酸酶編碼基因兩種方式，人工培育出優(yōu)良的菌株。趙然然等通過敲除精氨酸基因構建出低產尿素的酵母工程菌，該工程菌發(fā)酵后檢測表明，精氨酸酶活力降低了56.2%，酒液中尿素的含量降低了72.1%。張傲娜等以小鼠糞便、合肥豆制品廠和乳制品廠的污泥為來源，通過初篩和復篩篩選到一株產酸性脲酶能力較高的菌株，研究酸性脲酶在黃酒中對尿素的去除效果，結果顯示，該酶在37 ℃下72 h 內能夠去除75%左右的尿素。

5.3 原料和工藝

研究表明，選用不同產地、不同品種的原料進行白酒發(fā)酵，可以有效控制白酒發(fā)酵過程中的EC含量。賈素中等就對黃酒中氨基甲酸乙酯的形成進行研究，結果表明，EC 在整個發(fā)酵階段含量增加相對較少，煎酒后EC 含量是煎酒前的2.34 倍，不同的處理工藝最終酒中的EC 含量不同。孫雙鴿等研究了添加食用酒精工藝、煎酒條件、陳釀條件3 個工藝條件對EC 含量影響，結果表明，食用酒精會增加EC 含量，同時煎煮溫度和時間條件也對EC的前體物質有影響。

6 結語

白酒市場越來越大，人們對食品健康也越來越關注，EC 是發(fā)酵食品的伴隨產物，我國對其白酒中限量還沒有明確標準。當前市場上部分白酒中的EC 含量遠遠超出了聯(lián)合國及農業(yè)組織標準，給消費者的人身健康造成了潛在威脅。因此，進一步明確白酒中EC的產生原因、機制以及調控措施，指定我國白酒中EC 的限量標準就顯得尤為重要，通過必要的技術手段和安全標準為消費者提供健康安全的白酒產品，對促進白酒行業(yè)健康發(fā)展意義重大。