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ＤＯＩ：１０．１３７４６巧．ｎｊｋｊ．２０１４．０３１２

－

葡萄酒中氨基甲酸乙酯的形成機(jī)理及影響因素

董興全，丁燕

（山東省葡萄研究院，山東濟(jì)南２５０１００）

摘要：

氨基甲酸乙酯是一種基因致癌物，在葡萄酒中主要由酵母降解精氨酸產(chǎn)生的尿素和蘋果酸一乳酸菌降解

精氨酸產(chǎn)生的瓜氨酸與乙醇自發(fā)反應(yīng)產(chǎn)生。主要對(duì)葡萄酒中氨基甲酸乙酯的形成機(jī)制及其影響因素進(jìn)行了綜述，為探討降低葡萄酒中氨基甲酸乙酯的措施提供理論依據(jù)。關(guān)鍵詞：

葡萄酒；氨基甲酸乙酯；精氨酸；尿素

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：Ａ

文章編號(hào)：１００１—９２８６（２０１４）１２—００４７—０６

中圖分類號(hào)：ＴＳ２６２．６；ＴＳ２６１．４；ＴＳ２６１．７

Ｔｈｅ

ＦｏｒｍａｔｉｏｎＭｅｃｈａｎｉｓｍｏｆＥｔｈｙｌＣａｒｂａｍａｔｅｉｎ

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（ＳｈａｎｄｏｎｇＡｃａｄｅｍｙｏｆＧｒａｐｅ，Ｊｉ’ｎａｎ，Ｓｈａｎｄｏｎｇ２５０１００，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｅｔｈｙｌｃａｒｂａｍａｔｅ（ＥＣ），ａｋｎｏｗｎｇｅｎｏｔｏｘｉｃｃｏｍｐｏｕｎｄ，ｉｓｍａｉｎｌｙｆｏｒｍｅｄｂｙｔｈｅｒｅａｃｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｕｒｅａ（ｐｒｏｄｕｃｅｄｂｙｔｈｅｂｒｅａｋｄｏｗｎｏｆａｒｇｉｎｉｎｅｂｙ

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Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｗｉｎｅ；ｅｔｈｙｌｃａｒｂａｍａｔｅ；ａｒｇｉｎｉｎｅ；ｕｒｅａ

近年來，伴隨著傳統(tǒng)發(fā)酵行業(yè)的飛速發(fā)展，與之相關(guān)的安全問題日益凸顯，正嚴(yán)重影響著人們的生命健康，同時(shí)也使得我國相關(guān)產(chǎn)品在對(duì)外貿(mào)易時(shí)遭遇阻礙。影響我國傳統(tǒng)發(fā)酵食品安全最重要的因素是各種由于發(fā)酵過程中含氮化合物的不完全代謝而生成的胺（氨）類物質(zhì)，如氨基甲酸乙酯、亞硝胺和生物胺類等，其中氨基甲酸乙酯（Ｅｔｈｙｌｃａｒｂａｍａｔｅ，簡稱ＥＣ，又稱Ｕｒｅｔｈａｎｅ）具有一定的神經(jīng)毒性、強(qiáng)烈的肺毒性和較強(qiáng)的致癌性。

酯殘留量檢測方法１４］。此外，歐盟的一些成員國也都制定了酒精飲料中ＥＣ的最高限量標(biāo)準(zhǔn)。２００２年聯(lián)合國糧農(nóng)組織將氨基甲酸乙酯列為重點(diǎn)監(jiān)控物質(zhì)．并制定了國際標(biāo)準(zhǔn)：ＥＣ含量不得超過２０斗ｇ／Ｌ。２００７年，世界衛(wèi)生組織

國際癌癥研究機(jī)構(gòu)Ｌ娘Ｃ正式將氨基甲酸乙酯從２Ｂ

類提升為２Ａ類致癌物，與丙烯酰胺同等危險(xiǎn)嘲。２００８年，韓國食品藥品管理局也制定了葡萄酒中ＥＣ限量標(biāo)準(zhǔn)

３０斗班。

近年來，隨著人們食品安全意識(shí)的日益提高，ＥＣ問題越來越受到國際社會(huì)的重視．從１９８５年加拿大率先制定ＥＣ限量標(biāo)準(zhǔn)到２００９年中國香港食物環(huán)境衛(wèi)生署發(fā)布ＥＣ風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估研究報(bào)告．國內(nèi)外不少研究者都對(duì)發(fā)酵酒精飲料中的ＥＣ含量進(jìn)行了分析，并對(duì)降低其含量進(jìn)行了系列研究。本文對(duì)葡萄酒中氨基甲酸乙酯的形成機(jī)制以及影響因素進(jìn)行闡述。為酒類發(fā)酵過程中的生產(chǎn)及預(yù)防危害提供理論依據(jù)。

１９７１年，¨舶ｔｈ和Ｇｅｊｖａｌｌ在葡萄酒中發(fā)現(xiàn)了ＥＣｔ”，

１９７６年Ｏｕｇｈ在酸乳酪和葡萄酒中檢測到了ＥＣｍ。此后，世界各國研究人員先后又在蒸餾酒、白蘭地、威士忌、醬油和面包等發(fā)酵飲料和食品中檢測到了ＥＣ。這些發(fā)現(xiàn)引起了各國政府對(duì)發(fā)酵食品中ＥＣ含量的重視。１９８５年，加拿大衛(wèi)生與預(yù)防部門對(duì)酒精飲料中ＥＣ含量制定了強(qiáng)制

性限量標(biāo)準(zhǔn)：佐餐葡萄酒３０“班，加強(qiáng)葡萄酒１００“ｇ／Ｌ，蒸餾酒１５０斗班，烈性酒和水果白蘭地４００仙璣，日本清酒１００斗ｎ。隨后，美國也對(duì)葡萄酒中ＥＣ含量進(jìn)行了限定：佐餐葡萄酒限定為１５斗鞏，餐后甜葡萄酒為６０仙班嘲。１９９３年，我國頒布了出Ｅｌ酒類中氨基甲酸乙

收稿日期：２０１４—０３—１９：

修回日期：２０１４—１０—１５

作者簡介：董興全，碩士研究生，主要從事生物資源及其利用研究。

１葡萄酒中ＥＣ的形成

自從２０世紀(jì)７０年代在發(fā)酵飲料和食品中發(fā)現(xiàn)了

通訊作者：丁燕，碩士研究生，主要從事葡萄酒風(fēng)味物質(zhì)及安全質(zhì)量控制研究。

優(yōu)先數(shù)字出版時(shí)間：２０１４—１ｌ一０７；地址：ｈｔｔｐ：ｔｌｗｗｗ．ｅｎｋｉ．ｎｅｔ／ｋｅｍｄｄｅｔｍｌ，５２．１０５１．ＴＳ．２０１４１１０７．ｔ３１８．００１．ｈｔｍｌ。

萬方數(shù)據(jù)

ｌ

了研究。

壁塑翌苧墊�。◇皿希�！塑！璺竺坐塑！：塑塑墜坐墨型魚１９型堡墾堡型旦Ｌｏ垡—型鼉墮９：�。∈�！?圣塑

谷氨酸

胞液

Ｅｃ．，尊多研究者開始對(duì)發(fā)酵食品中Ｅｃ的形成機(jī)理進(jìn)行

／＼。八瑚。

氨基甲酸乙酯化學(xué)結(jié)構(gòu)式

２０世紀(jì)６０年代。焦碳酸二乙酯（Ｄｉｅｔｈｙｌ

ｐｙｒｏｃａｒｂｏｎ．

延胡索酸

ａｔｅ，ＤＥＰＣ）曾經(jīng)作為殺菌劑應(yīng)用于果汁、葡萄酒和啤酒釀造中。研究者發(fā)現(xiàn)，在葡萄酒釀造過程中，焦碳酸二乙酯和氨反應(yīng)會(huì)生成ＥＣ田。由此，８０年代末，美國和加拿大等國家開始禁止在葡萄酒釀造中使用焦碳酸二乙酯。

Ｏ（Ｃ０２Ｃ２Ｈ５）舢３－＊Ｈ２ＮＣ０２Ｃ２Ｈｓ＋Ｃ０２＋Ｃ２Ｈ５０Ｈ（１）

后來，Ｏｕｇｈｔ６】等又首先報(bào)道了氨基甲酰磷酸（Ｃａｒ－

圖１葡萄酒中酵母茵的尿素循環(huán)途徑

ｂａｍｙｌｐｈｏｓｐｈａｔｅ）和乙醇反應(yīng)可以生成ＥＣ。但是一般情

況下．葡萄酒釀造中氨基甲酰磷酸只是酵母或蘋果酸一乳酸菌（Ｍａｌｏｌａｃｔｉｃｂａｃｔｅｒｉａ，ＭＬＢ）代謝的中間產(chǎn)物，其在葡萄酒中的含量甚微，因此隨著研究的深入，許多學(xué)者認(rèn)為。這并不是葡萄酒中ＥＣ形成的主要途徑。

＋ＣａＨ５０Ｈ

Ｊａｕｎｉａｕｘ［ｎｌ在酵母細(xì)胞質(zhì)中檢測到了與尿素循環(huán)途徑有關(guān)的酶．主要有氨基甲酰磷酸合成酶（Ｃａｒ－

ｂａｍｙｌｐｈｏｓｐｈａｔｅｓｙｎｔｈｅｔａｓｅ）、鳥氨酸氨基甲酰轉(zhuǎn)移酶（Ｏｒ－

ｎｉｔｈｉｎｅｃａｒｂａｍｙｌ

ｔｒａｎｓｆｅｒａｓｅ）、精氨酸代琥珀酸合成酶

（Ａｒｇｉｎｉｎｏｓｕｃｃｉｎａｔｅｓｙｎｔｈｅｔａｓｅ）、精氨酸代琥珀酸裂解酶

Ａ口斗Ｃ０２＋ＮＨ３一Ｈ２ＮＣ０２ＰＯ她——一Ｈ２ＮＣ０２Ｃ２Ｈｓ＋Ｈ３Ｐ０４

近二三十年來，隨著人們對(duì)葡萄酒中ＥＣ形成機(jī)理研究的深入。目前普遍認(rèn)為葡萄酒中ＥＣ的形成主要與兩種前體物質(zhì)有關(guān)，即尿素和瓜氨酸，尿素、瓜氨酸和乙醇自發(fā)反應(yīng)會(huì)生成ＥＣ。而尿素和瓜氨酸在葡萄汁和葡萄酒中的積累則分別是葡萄酒酵母（Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ

ｃｅｒｅ．

（Ａｒｇｉｎｉｎｏｓｕｃｃｌｎａｔｅｌｙａｓｅ）、精氨酸酶（Ａｒｇｉｎａｓｅ）等，并試驗(yàn)

證明了酵母代謝產(chǎn)生尿素的關(guān)鍵酶是精氨酸酶。

為了探索葡萄酒中尿素的形成．許多研究者對(duì)此途徑的酶的基因及其調(diào)控進(jìn)行了研究。ＢｅｒｃｙＪ【１５１等研究發(fā)現(xiàn)．葡萄汁中過量的精氨酸不能抑制酵母對(duì)精氨酸的代謝，這就會(huì)導(dǎo)致葡萄汁中精氨酸含量越高，酵母分泌尿素的量越多。

在葡萄酒釀造過程中。酵母降解精氨酸生成尿素和鳥氨酸。而細(xì)胞中的尿素不會(huì)立即進(jìn)行降解，而是根據(jù)細(xì)胞對(duì)氮代謝的調(diào)節(jié)，或者被釋放到酒液中，或者被細(xì)胞作為氮源重新吸收利用。Ｃｏｕｌｏｎｔｌ日等研究了在葡萄酒釀造過程中酵母對(duì)精氨酸的轉(zhuǎn)運(yùn)、代謝及尿素分泌的機(jī)理。在通用氨基酸透性酶或精氨酸特異性透性酶的作用下，精氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)到葡萄酒酵母細(xì)胞內(nèi)，由精氨酸酶降解生成鳥氨酸和尿素。尿素不會(huì)在細(xì)胞中積累，其含量降低可以通過兩條途徑，一是在尿素酶（Ｕｒｅａｓｅ）的作用下被進(jìn)一步降解為ＮＨ３和ＣＯ：，另一個(gè)是在尿素轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的作用下分泌到酵母細(xì)胞外的酒液環(huán)境中。這兩條途徑都是在尿素酶的催化下完成的。研究還發(fā)現(xiàn)，編碼尿素酶的基因和編碼精氨酸酶的基因都受葡萄汁中氮代謝抑制（Ｎｉｔｒｏｇｅｎ

ｃａｔａｂｏｌｉｔｅ

ｖｉｓｉａｅ）和乳酸菌對(duì)葡萄汁中精氨酸代謝的結(jié)果嗍。

Ｈ２ＮＣＯＮＨ２＋Ｃ２Ｈ５０Ｈ－＇＊Ｈ２ＮＣ０２Ｃ２Ｈｓ＋ＮＨ３

Ｈ２ＮＣＯＮＨ（ＣＨ２）３ＣＨ（ＮＨ２）ＣＯＯＨ＋Ｃ２Ｈ５０Ｈ—呻Ｈ２ＮＣ０２Ｃ２Ｈｓ＋Ｈ２Ｎ（ＣＨ２）３ＣＨ（ＮＨ２）ＣＯＯＨ

因此，葡萄酒中ＥＣ形成的生物學(xué)機(jī)理主要與酵母的尿素循環(huán)途徑（Ｕｒｅａ

ｃｙｃｌｅ

ｐａｔｈｗａｙ）和ＭＬＢ的精氨酸

脫亞氨基酶途徑有關(guān)［７，９－１０】。１．１葡萄酒酵母的尿素循環(huán)途徑

葡萄酒釀造過程中影響尿素含量的因素很多，一是在葡萄生長過程中，氮肥施用會(huì)使成品葡萄酒中尿素含量增加；二是酵母發(fā)酵過程中，加入尿素作為氮源；三是通過酵母菌內(nèi)部代謝，由精氨酸分解產(chǎn)生。

釀酒酵母可同化氮源（ＶＡＮ）包括銨鹽和含僅一氨基氮的氨基酸（脯氨酸除外，它在有氧發(fā)酵時(shí)不能作為酵母的氮源）。其中精氨酸是葡萄汁中含量最豐富的氨基酸之一【ｌｌ】。發(fā)酵過程中，葡萄汁中精氨酸含量過高時(shí)，產(chǎn)生的尿素不能被細(xì)胞進(jìn)一步代謝，在細(xì)胞內(nèi)積累到一定量時(shí)，酵母就會(huì)在發(fā)酵過程中或發(fā)酵結(jié)束后將其釋放到葡萄酒中，最終導(dǎo)致葡萄酒中ＥＣ含量升高。葡萄酒酵母降解精

ｒｅｐｒｅｓｓｉｏｎ，ＮＣＲ）的調(diào)控【１１１，但這兩個(gè)基因的表

達(dá)模式在同一條件下只能有一個(gè)基因表達(dá)。葡萄酒中尿素的積累主要就是因?yàn)榫幋a尿素酶的基因不能表達(dá)或表達(dá)量較少，而編碼精氨酸酶的基因表達(dá)量較多。