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浅谈几种与葡萄酒质量安全有关的物质

时间:2016-11-28来源: 作者: 点击: 223次

张宁波,王振平*

宁夏大学农学院/宁夏葡萄与葡萄酒研究院,银川750021)

 

王振平*通讯作者, wangzhp@nxu.edu.cn

 

摘要:本文对葡萄酒中普遍存在的几种不良物质,如氨基甲酸乙酯、生物胺、甲醇、TCA和二氧化硫等,从危害、来源、检测方法以及降低含量的措施等方面进行叙述,以期为葡萄酒生产者采用适宜的工艺提供参考,生产出高质量的葡萄酒。

 

关键词:氨基甲酸乙酯;生物胺;TCA;甲醇;二氧化硫

 

    葡萄酒富含多种营养成份,其中多酚类化合物具有明显的抗氧化、清除自由基、抗衰老、降低胆固醇,以及预防动脉硬化和心血管等疾病的功效。随着人们对葡萄酒保健功能认知的不断提高,其在日常酒类消费中所占的比重也越来越高。葡萄酒的作用不容忽视,但葡萄酒中也含有一些物质,如氨基甲酸乙酯、生物胺、TCA、甲醇和二氧化硫等,当这些物质的含量超过一定量时会降低酒的质量同时也会对人体产生一定伤害。本文对葡萄酒中普遍存在的几种不良物质从危害、来源、检测方法以及降低措施等方面进行叙述,以便为葡萄酒生产者在生产过程中采用适宜的工艺,尽可能降低这几种有害物质的含量,生产出高质量的产品提供理论依据。另外,消费者也应适量饮用葡萄酒保证健康。

1 氨基甲酸乙酯

  氨基甲酸乙酯(EC)是发酵食品和酒精饮料生产中形成的具有潜在致癌作用的副产物,由氨甲酰化合物和乙醇反应生成[1]2002年氨基甲酸乙酯被联合国粮农组织做为重点监控物质,并制定了其含量不得超过20ug/L的国际标准[2,3]。目前我国还未制定酒精饮料和发酵食品中EC限量标准,在国内也没有引起足够的重视。因此,生产低氨基甲酸乙酯含量的葡萄酒对人类健康意义重大。

1.1氨基甲酸乙酯的形成途径

葡萄酒中EC形成有两条途径,途经一:即形成EC的主要途径,由尿素和乙醇反应形成。而尿素主要来源于酵母菌对发酵液中精氨酸的代谢分解,其次来源于发酵前作为酵母氮源添加到发酵液中的尿素;途径二则由乳酸菌对发酵液中精氨酸代谢产生氨甲酰磷酸和瓜氨酸与乙醇反应生成[4,5]

1.2测定方法

国际葡萄与葡萄酒组织(OIV)推荐的EC含量检测方法为固相萃取结合GC/MS的分析方法,该方法分析灵敏度较高[6]。近年来,关于EC测定方法的研究报道较多,王丽娟[7]等人采用超高效液相色谱-电喷雾串联质谱直接测定法,李刚[8]等采用GC/MS内标法,牛栋平[9]等固相萃取-气相色谱法,王宗义[10]等采用稳定同位素稀释GC-MS法。

1.3降低葡萄酒中氨基甲酸乙酯含量的主要措施

1.3.1 酵母菌株的选育

    多数研究认为酵母菌是影响葡萄酒中EC含量的主要微生物[11,12]。因此,降低葡萄酒中EC含量的主要措施之一就是选育精氨酸酶活性低或用分子育种选育精氨酸酶缺陷型酵母菌株,以降低或避免对精氨酸的代谢而产生尿素。

1.3.2MLB菌株的选育

    MLB的精氨酸代谢及瓜氨酸分泌也具有菌株特异性,在对葡萄酒进行MLB降酸时应选择没有精氨酸代谢或代谢中没有瓜氨酸分泌的菌株[5]

1.3.3添加酸性脲酶

    OIV允许添加由发酵乳杆菌发酵生产的酸性脲酶,及时水解葡萄酒中的尿素生成二氧化碳和氨,以降低葡萄酒中EC的含量[12]

1.3.4葡萄园管理

    定植酿酒葡萄园时选择抗性强的葡萄嫁接苗,并实时监测土壤、葡萄树、葡萄果汁中的含氮水平,适量施用氮肥,多施有机肥,禁止使用尿素[13]

1.3.5合理的酿造工艺

    葡萄酒酿造过程中EC的形成和酿造工艺也有很大关系。酿造过程中不要向葡萄汁中添加过量的含氮营养剂,更不能添加尿素作为酵母的氮源。降低酒精发酵温度可以减少葡萄酒中EC的含量[14];尽量在低温下进行葡萄酒的陈酿和贮藏运输。

2 生物胺

2.1生物胺的产生及危害

生物胺普遍存在于葡萄酒和其他发酵食品中,它是氨基酸在微生物的作用下脱羧生成的一类低分子量含氮碱性有机化合物。葡萄酒中的生物胺主要是由于乳酸菌在发酵过程中对氨基酸脱羧产生的,许多属的乳酸菌具有氨基酸脱羧能力。

微量生物胺是人和动物体内正常的活性成分,具有重要的生理功能。但当摄入过量生物胺时,会对人体健康产生危害,严重的甚至会危及生命[15]。在葡萄酒中可以检测出的生物胺多达20种,以组胺、酪胺及腐胺为主[16,17],其中以组胺对人体影响最大,很多国家已经对葡萄酒中组胺作出了限量范围。因此,我们在葡萄酒的生产过程中要严格控制生物胺的含量,以提高葡萄酒的质量而降低其对人体健康的危害。

2.2 生物胺含量的测定方法

   为保证人们的健康饮食和合理判断食品卫生状况,我们应采用快速有效的方法对食品中的生物胺进行定性和定量分析。而生物胺分子中缺少既无紫外吸收又无荧光和电化学活性的发色基团,,所以各类生物胺的分离及测定都较困难[18]。目前文献报道的生物胺检测方法以高效液相色谱法的研究报道最多。许多研究者在不断地优化前处理条件和分析条件,以期建立一种简便而高效的检测体系。丁涛[19]等引入分散固相萃取净化技术,该方法的特点是适用性强、简单、快速,可用于葡萄酒中8种生物胺的检测。孙骥[20]等采用液相色谱-串联质谱法测定葡萄酒中多种生物胺含量,样品无需净化、直接进样、检测通量大且灵敏度高。范春艳[21]等使用丹黄酰氯对目标生物胺进行柱前衍生,采用UV紫外检测器,对8种生物胺进行分离分析,该方法简单方便,准确性高,灵敏度高,重复性好。

2.3  降低葡萄酒中生物胺含量的措施

2.3.1接种氨基酸脱羧酶活性低的乳酸菌菌株

葡萄酒酿造过程中的苹果酸一乳酸发酵过程是葡萄酒生物胺产生的主要阶段。实验证明乳酸菌是影响葡萄酒中生物胺含量的主要微生物,不同种间和菌株间的乳酸菌的氨基酸脱羧能力差异很大,乳酸菌是否具有氨基酸脱羧酶活性是影响生物胺含量的关键。因此,生产上应选用无或低氨基酸脱羧酶活性的菌株进行苹果酸-乳酸发酵以降低葡萄酒中生物胺含量[22];也可采取措施降低氨基酸脱羧酶活性,如改变PH值、降低温度等[23]

2.3.2及时确定苹果酸—乳酸发酵终点并添加适量的二氧化硫

    苹果酸-乳酸发酵过程中,乳酸菌优先利用葡萄酒中的苹果酸和可发酵糖作为能源物质。发酵结束后,苹果酸被完全降解而乳酸菌群体的数量并不迅速下降,乳酸菌就会利用氨基酸作为能源物质,这时应及时添加SO2,阻止乳酸菌利用葡萄酒中的氨基酸生成生物胺。生产中可调整总SO2100mg/L或游离SO230mg/L以抑制乳酸菌的活动。

2.3.3接种优良的酵母菌株

葡萄酒酒精发酵过程是在野生酵母和人工接种酵母共同参与下完成的。不同酵母发酵时利用氨基酸的种类有差异,因此酵母在发酵过程中会改变发酵液中氨基酸的浓度,而氨基酸是生成生物胺的前体物质,所以不同种类酵母显著影响生物胺的形成,但接种量影响较小[23]。因此,生产中应对酵母菌进行筛选和改造,选用能够快速启动酒精发酵,同时抑制野生酵母生长并且不会增加葡萄酒中生物胺含量的优良酵母。

2.3.4选择适宜的酿造工艺

降低酒精发酵温度,尽早下胶、倒罐、去酒脚、澄清和降低贮酒温度等措施也可降低生物胺含量。

3 TCA

3.1TCA的来源及危害

软木塞,素有“葡萄酒守护神”的美誉,具有容易打入瓶口、密封效果良好和易打开等一系列优良特性[24]。但软木塞也可能存在污染问题,会给葡萄酒带来“木塞味”,造成感官缺陷。木塞味是一种恶臭腐败味,被污染的葡萄酒具有典型的霉味、腐朽味和潮湿的麻袋气味。导致这种霉味的主要物质是2,4,6- 三氯苯甲醚(TCA),它是木塞中的甲基化氯酚物质受青霉、木霉等的感染生成。这些氯酚化合物,一方面是软木消毒期间使用氯基制剂使其中的酚类物质氯化,另一方面也来源于林木生长期间的农药和木材防腐剂[25,26]

研究表明,由软木塞迁移到葡萄酒中TCA质量浓度约在2.4ng/L-210ng/LTCA的异味造成的消费者不可接受的阈值水平一般在3.1×10-9ng/L[27],在如此低的感觉阈值下,痕量TCA便可引起葡萄酒令人不愉悦的霉味。据估计,每年全世界已装瓶的葡萄酒中软木塞污染的概率为2%-5%,因木塞污染造成的损失多达100亿美元[28]

3.2 TCA的检测方法

基于软木塞的优点和人们长期形成的消费习惯,软木塞是目前其他同类产品无可替代的理想瓶塞。因此,采用精确高效的方法对葡萄酒和软木塞中TCA进行检测与定量分析尤为重要。目前报道测定TCA的方法有:气相色谱质谱联用技术是检测葡萄酒中各种微量成分的首选检测方法;气相色谱电子捕获技术联用法和气相色谱原子发射光谱联用等[27];超声波辅助-顶空固相微萃取-气相色谱法[28];气相色谱-质谱法[29]。葡萄酒成分复杂,TCA的含量又极低,因此对葡萄酒样品或软木塞TCA进行萃取浓缩是检测TCA的关键,目前浓缩技术较多,各种技术向着联合应用的方向发展。

3.3 降低TCA污染的措施

3.3.1改进制备软木塞的工艺方法

从软木塞制造的源头上对TCA进行有效控制。避免对生产木塞的栓皮栎树使用含氯杀虫剂;采用高温灭菌代替次氯酸盐处理木塞,;对软木塞加强选择,剔除发霉的、有斑点的;另外应避免酒窑通气不畅、湿度过大。

3.3.2 TCA的降解

 利用气相光催化降解的方法来降解软木塞中的TCA,该法效果比较好[27]

4二氧化硫

4.1 二氧化硫的作用

二氧化硫是国际上通用的葡萄酒添加剂,在葡萄酒生产中起杀菌剂和抗氧化剂的作用,能够抑制野生酵母、乳酸菌和醋酸菌等微生物的生长,控制酒体的氧化变质。另外,二氧化硫还具有增酸、澄清和加速红葡萄酒酿造中色素、单宁、芳香物质及固体物质的浸渍溶解、改善风味等作用[22]

4.2二氧化硫的危害

葡萄酒中二氧化硫含量过高时会产生明显的灼烧感和臭鸡蛋味,不仅影响葡萄酒的感官品质,也会对人体的健康产生危害,过量摄入会损伤人体的胃肠,长期饮用二氧化硫含量过高的葡萄酒还会对肝脏造成损害,使红细胞血红蛋白减少[30,31]。世界卫生组织(WHO)一直要求降低食品中二氧化硫的浓度,OIV和各国也都规定了果酒中二氧化硫的最高限量。因此,保证酒质量的关键技术之一就是在葡萄酒酿造过程能正确使用二氧化硫并严格控制残留量。

4.3二氧化硫的检测方法

GB/T15038 2006规定使用氧化法和直接碘量法。梁宏等人[32]通过实验详细比较氧化法、蒸馏法、碘量法、盐酸副玫瑰苯胺法4种方法和流动注射法测定葡萄酒中二氧化硫残留量。研究认为蒸馏法的操作简便、重现性好、实验所用化学试剂安全无污染,特别适合于对超过国家标准限量的葡萄酒中高浓度二氧化硫含量的检测;直接碘量法操作方便、快速,适用于大批量葡萄酒的快速分析;流动注射法简便快捷,所有检测步骤均由仪器自动完成,可大大节省人力物力,适合于大批量葡萄酒中二氧化硫残留量的快速定量分析。李堃等人[33]采用离子色谱法,通过调节pH值、稀释、简单净化对葡萄酒样品进行简单前处理,直接用离子色谱测定其含量,略去蒸馏步骤,显著提高检测效率。何吉子[30]等人采用连续流动分析仪测定葡萄酒中总二氧化硫,该法具有操作简单、检测效率高和适于大批量快速检测等优点。

4.4降低二氧化硫含量的措施

目前报道的取代和减少二氧化硫的方法主要有:化学方法、发酵方法及物理方法等,各种方法都存在一定的局限性。目前还没发现能用于大规模生产的完全取代二氧化硫的方法[34]。因此,找到一种天然、高效、无毒的既起到抗菌作用又能起到抗氧化作用的物质,或者根据果酒发酵机理,采用生物学或物理学方法来代替二氧化硫将是今后研究工作的方向。

5甲醇

5.1 甲醇的来源及危害

葡萄酒中甲醇来源于果实中果胶物质在发酵过程中的酶促水解。甲醇对人体的毒性很大,它在体内被氧化成毒性更大的甲醛和甲酸,过高含量会对人体中枢神经有抑制作用,可引起头晕、头痛等,还可造成视神经萎缩而导致失明,甚至死亡[35]。所以在红葡萄酒生产中对甲醇的控制必须引起重视。

因果皮中含有较多的果胶,故带皮浸渍的葡萄酒中甲醇含量较高。另外,生产过程中浸渍发酵时间的长短和添加果胶酶的种类和数量也会影响葡萄酒中的甲醇含量。国家标准规定了白(桃红)葡萄酒和红葡萄酒中甲醇的最大残留量分别为250和400mg/L[36]

5.2 甲醇的测定方法

国标GB/T15038-2006气相色谱法测定葡萄酒中甲醇含量时,先通过蒸馏法对样品进行预处理,去除样品中不挥发性物质以保护色谱柱,但前处理和分析时间较长。张亚红[37]等和曾游[35]等人采用顶空气相色谱法测定葡萄酒中甲醇,方法相比国标更简便、高效,测定结果可靠。

5.3  降低甲醇含量的措施

葡萄酒中的甲醇是由葡萄果胶中的甲氧基水解生成,在酿造过程中使用果胶酶可加速果胶水解,促使葡萄汁的黏性下降并迅速澄清,提高葡萄酒的出汁率和可滤性,同时可增加单宁和色素类物质的溶出。因此,果胶酶的种类和添加量是影响甲醇含量的最主要因素。沈志毅等[38]研究表明添加不同种类果胶酶和调节发酵温度都会对葡萄酒中甲醇的产生有显著影响。李艳松等[39]实验得出结论:添加果胶酶,酒中甲醇及杂醇油含量均有增加,葡萄果胶含量越多,甲醇含量就越高。

因此,选择优质的果胶酶且确定适宜的添加量是获得甲醇含量较低的葡萄酒的关键措施,同时适当降低发酵温度。

 

结论

综上所述,随着人们生活质量的提高,葡萄酒在酒类消费中的比例已不断上升,食品安全问题也引起广泛关注。尽管葡萄酒中部分有害物质的含量较低且在规定的标准范围内,我们也应在生产中严格把关,尽可能降低各种有害物质的含量。只要我们生产者做好从葡萄的种植、原料的选择到酿造过程的每一步,清楚掌握影响葡萄酒质量安全的关键因素,就会生产出让消费者放心的高品质葡萄酒。

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