蒸馏酒中氨基甲酸乙酯合成途径及控制措施的研究进展及其对中国白酒的借鉴

秦 辉 ，李 涵 ，熊燕飞 ，马 冲 ，张 良 ，张宿义 ，杨 平 ，田殿梅

（1.泸州老窖股份有限公司，四川泸州646000； 2.国家固态酿造工程技术研究中心，四川泸州646000； 3.泸州老窖集团有限责任公司，四川泸州646000）

氨基甲酸乙酯（Ethyl carbonate，EC）是由于食物在发酵过程中含氮化合物不完全代谢而产生的一种水溶性基因致癌物质[1-2]。1943年，Anderson等[3]发现了氨基甲酸乙酯能够使小鼠肺部产生肿瘤，开启了对于氨基甲酸乙酯致癌性的探索之路。2007年，国际癌症研究所（IARC）已正式将EC列为2A级致癌物质。食品添加剂法规委员会（CCFA）研究指出[4]，酒精饮料是人类摄入EC的主要途径。因此，近年来各国对于酒精饮料中EC的研究不断深入。

白酒作为我国特有的蒸馏酒深受人们的喜爱，但白酒中EC对人类健康产生的负面影响成为了一个不可忽略的问题，亦会阻碍白酒行业的健康发展及国际化进程[5]。目前国内外对于蒸馏酒中EC含量的检测方法都有所研究，但针对EC的合成途径与控制措施方面的研究还有所欠缺。基于此，本文主要通过分析、整理目前国内外对于蒸馏酒中EC的合成途径与控制措施的研究结果，进一步对于白酒酿造中氨基甲酸乙酯的合成途径与控制措施进行探究与延伸，以期对未来白酒生产过程提供理论指导。

1 EC的合成途径

1.1 氰化物与乙醇反应

氰化物与乙醇的反应是蒸馏酒中EC的主要合成途径。蒸馏酒中的氰化物一部分来自酿酒原料中的生氰糖苷[6]。这些生氰糖苷经过原料粉碎时释放出的β-葡萄糖苷酶水解或者高温酸解后生成稳定性较差的氰醇与D-葡萄糖，而氰醇在碱性条件或在60℃条件下加热后，随即分解为氰化物[7]。高粱作为白酒生产中的主要酿酒原料，其中含有的生氰糖苷是蜀黍氰苷[8]。研究表明，浓香型白酒酿造过程中所使用的糯高粱，其蜀黍氰苷含量最低，为4.52 mg/kg±0.05 mg/kg，其余品种中蜀黍氰苷的含量均在5.68 mg/kg±0.03 mg/kg以上，且粳高粱中蜀黍氰苷的平均含量普遍高于糯高粱[9]。

尿素受热分解是白酒中氰化物的另一部分来源。氰化物的沸点很低，在白酒酿造过程中，氰化物通过蒸馏挥发成蒸汽，并在高温条件下与乙醇作用生成EC[10-11]。

在白酒的蒸馏过程中，EC的含量呈现先缓慢上升，然后下降，最后又上升的趋势。前期EC含量的上升主要是蒸汽将少部分糟醅中经发酵产生的EC带入酒体所致，而后期EC含量的上升则是氰化物等前体物质与乙醇反应所导致的[5]。故白酒中的EC主要在蒸馏过程中产生。

1.2 尿素与乙醇反应

氨甲酰化合物是发酵酒中主要的EC前体物质，其中最主要的底物是尿素。酒糟中的尿素分别来自于酿酒原料及酵母菌在发酵过程中精氨酸的代谢[12-13]。除去受热分解为氰化物的少部分尿素外，大部分尿素在酸性条件下与乙醇反应生成EC，高温会加剧该反应进程。

反应方程式：

有研究表明，蒸馏酒在发酵过程中EC的合成途径与发酵酒类似，即主要是尿素与乙醇反应生成EC。范文来等[14]对糟醅在发酵过程中尿素浓度与EC合成量进行研究。结果显示，发酵过程中EC的变化与尿素浓度变化基本一致。Júnior等[15]对朗姆酒发酵过程中EC含量变化进行检测研究，结果表明，在发酵过程中EC含量呈现上升趋势，而酵母菌的代谢是EC含量上升的主要原因。发酵温度、pH值等条件也会影响EC的合成。有研究表明，发酵温度每升高10℃，EC的生成速度会增加1倍[16]。但由于EC的沸点很高，蒸馏温度很难达到其沸点，故发酵过程产生的EC只有少部分能够进入酒体。

此外，仇钰莹[5]对于浓香型白酒在贮存过程中EC的合成途径进行研究，结果表明，原酒在贮存初期EC含量迅速增加，最大增量占原酒中EC总量的近40%。尿素与瓜氨酸是贮存过程中导致EC生成的主要前体物质。

1.3 瓜氨酸与乙醇反应

近年来，有研究者提出瓜氨酸对EC的形成也能够起到一定作用。在发酵后期，乳酸菌对糟醅中剩余的精氨酸进行发酵降解生成瓜氨酸，瓜氨酸与乙醇反应生成EC[17]。反应方程式如下：

在蒸馏酒的生产过程中，由此反应产生的EC含量所占比例最低。但是有研究证明，浓香型白酒主要的酿酒原料高粱中，瓜氨酸的含量较高，为82.5 mg/kg，几乎是其余所测定酿酒原料（大米、糯米、玉米、小麦）的2倍[5]。故在浓香型白酒的酿造中，瓜氨酸与乙醇反应生成EC的途径是不可忽视的。

2 EC的控制措施

在蒸馏酒生产过程中，蒸馏、发酵、贮存过程都可以导致EC的产生[18]，故从以上3个途径分别讨论EC的抑制措施。

2.1 蒸馏过程中EC的控制措施

在蒸馏酒的生产中，蒸馏过程中氰化物与乙醇的反应是EC生成的主要途径，故控制蒸馏过程中EC的形成对于降低原酒中EC的含量非常重要。

2.1.1 蒸馏设备的改进

铜离子在蒸馏过程中对于EC的生成有一定的催化作用。过去的生产中，经常使用铜制容器作为蒸馏设备，导致蒸馏过程中一部分铜离子作为催化剂，加速EC的生成[19]。同时，酒类中残存的铜离子会导致环境问题及食品安全问题的发生。

而随着人们对于EC的认识逐渐加深，现代工艺多采用不锈钢容器进行蒸馏，有效地降低了EC的生成量。

此外有研究表明，向容器内加入阳离子交换树脂或不溶性螯合物，使之与铜离子反应，也可以降低EC的生成量[20]。

2.1.2 蒸馏工艺及摘酒过程的控制

在蒸馏过程中，不同的蒸馏方式、蒸馏温度、蒸馏速度等都会影响EC的生成[21]。Bruno等[11]通过使用低温及提高回流率等蒸馏方法，实现了EC含量的降低。另外，吴晨岑等[22]采用壶式、常压及减压蒸馏方式对浓香型原酒进行二次蒸馏，发现通过二次蒸馏对原酒中的EC均可达到较好的去除效果。且经过慢火壶式蒸馏后，EC的相对去除率最高，为92.76%。

目前，大量研究表明，一般情况下EC在酒头和酒尾中含量较多，故在现代工艺中，常采用“掐头去尾”的方式降低EC的含量。巴西甘蔗酒蒸馏过程中的EC大多存在于酒头与酒尾中，中间部分酒样中的EC含量较低[15，23]。但是，对于固态发酵的白酒而言，不同发酵层次的糟醅在蒸馏过程中EC含量的变化不同。张温清等[21]对小窖芝麻香型酒不同发酵层次酒醅的馏分中EC含量的变化进行了测定分析，结果表明，不同发酵层次酒醅的馏分中不仅EC含量不同，而且在蒸馏过程中的变化趋势也各异。

因此，对不同蒸馏酒蒸馏工艺及摘酒过程的控制，对于降低EC含量有着重要的作用。

2.2 发酵过程中EC的控制

发酵过程是蒸馏酒，特别是白酒酿造中的重要环节，乙醇与很多香味物质都在此过程产生。虽然对于蒸馏酒而言，发酵过程中产生的部分EC都会随着蒸馏过程而去除，但对于发酵过程中EC的控制问题，也是不能忽视的。

此外，发酵过程中的温度、pH值等因素对于EC的生成也有着显著的影响。EC的生成量随着发酵温度、pH值的升高不断上升[24]。可见，对于发酵条件的控制，对降低原酒中的EC含量是非常有益的。

2.3 贮存过程中EC的控制

贮存过程就是白酒的老熟过程。经过贮存后，白酒的口味会更加醇和、柔顺，香气风味也会进一步得到改善。此过程中发生的化学反应基本上都是自发进行的，并没有微生物以及其他外界因素的干预[5]。

张庄英[10]对于不同香型白酒在贮存过程中EC的3种前体物质（氰化物、尿素、氨基酸）进行监测，结果表明，在贮存过程中不同香型白酒的3种前体物质含量差异较大，即EC生成的途径有所不同，故对于不同香型白酒在贮存过程中EC的控制并不完全相同。而且贮存时间、环境都会影响白酒中EC的含量。目前的研究表明，在白酒的贮存过程中，减少贮存时间，低温、避光可能会减缓EC的生成。但在白酒贮存过程中控制EC的确切方法还需进一步研究探索。

2.4 其他途径对于EC的控制

2.4.1 酿酒原料的预处理

酿酒原料中往往带有促进EC生成的前体物质，若能够通过有效的方式进行原料处理，便可降低酿酒过程中EC的含量。

通过对大米的精制与多次清洗，可以有效降低原料中的尿素含量[12]。机械作用、热作用对于农作物中生氰糖苷的脱除也有一定的效果，但目前主要集中于对亚麻籽及木薯中生氰糖苷的脱除研究，而对于白酒酿造所使用的主要原料高粱中蜀黍糖苷的脱除并没有成熟的研究[25]。

与此同时，原料处理所带来的营养价值降低及对发酵过程的影响问题还有待进一步探讨。

2.4.2 添加脲酶

脲酶具有分解尿素的作用，在生产中常通过加入脲酶控制成品酒中氨基甲酸乙酯的含量，但目前此方法多应用于黄酒等发酵酒的尿素分解。杨宇清等[26]利用食品级脲酶有效降低了黄酒中的尿素含量。

近年来，已有研究者基于脲酶在发酵酒中的应用，将脲酶应用于中国白酒的氨基甲酸乙酯控制中。孟庆达等[27]研究发现，采用产脲酶菌株或其粗酶与酒醅混合，可以降低其在发酵过程中尿素的含量，从而控制EC的生成量。但白酒与黄酒等发酵酒类的发酵方式、发酵体系都存在较大差异，故对于脲酶在白酒中的应用还有待研究。

3 结论与展望

随着近年来我国食品安全问题的涌现，人们对于食品安全的重视程度在不断加深。氨基甲酸乙酯作为白酒生产中的有害副产物，对其合成途径及控制措施的探索应引起更多学者的关注。

在白酒的酿造过程中，发酵、蒸馏、贮存过程都会产生一定量的氨基甲酸乙酯。蒸馏过程是导致氨基甲酸乙酯累积的主要途径，但发酵与贮存过程中对于氨基甲酸乙酯的控制也是不能忽略的。目前，已有一些科研人员开启了对于白酒中氨基甲酸乙酯的研究，但并未形成完善、确切的理论。在未来的研究中，应加大对于每一生产过程中氨基甲酸乙酯的合成途径及控制措施的基础研究，并且确定不同生产工艺对氨基甲酸乙酯的合成途径是否存在影响。

目前，国内外对于发酵酒中氨基甲酸乙酯的产生途径及控制措施的研究较为全面。但对于蒸馏酒，特别是对中国白酒中氨基甲酸乙酯的合成途径及控制措施还有待深入探索。

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