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醬油中氨基甲酸乙酯形成機(jī)制、檢測(cè)技術(shù)及控制研究進(jìn)展

2020-09-28 06:41葉月華劉曉艷白衛(wèi)東黃漢聰
中國(guó)釀造 2020年9期
關(guān)鍵詞:瓜氨酸精氨酸乙酯

葉月華,劉曉艷 *,白衛(wèi)東,黃漢聰

(1.仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院 輕工食品學(xué)院,廣東 廣州 510225;2.廣州市如豐果子調(diào)味食品有限公司,廣東 廣州 510300)

醬油的歷史源遠(yuǎn)流長(zhǎng),得益于其特有的色、香、味、體而備受歡迎,不僅可以增加消費(fèi)者的食欲,而且具有較高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值,因此成為我國(guó)傳統(tǒng)的發(fā)酵調(diào)味品之一。但美中不足的是,在醬油釀造過(guò)程中,會(huì)自發(fā)性地產(chǎn)生有毒有害的可能致癌物質(zhì)即氨基甲酸乙酯(ethyl carbamate,EC)。迄今,很多研究者在其他發(fā)酵食品和酒精飲料也檢測(cè)到EC的存在。據(jù)報(bào)道[1],醬油中EC的含量范圍是<檢出限(limit of detection,LOD)~43.93 ng/g,而酒類(lèi)中EC的含量范圍是<LOD~239.40 ng/g。盡管醬油中EC的含量相對(duì)于酒精飲料中EC的含量較低,但醬油在人們的日常飲食當(dāng)中占據(jù)不可或缺的地位,毫無(wú)疑問(wèn)日積月累的攝入量仍然會(huì)給人體的健康帶來(lái)一定隱患,很可能成為EC的主要危害來(lái)源[2]。聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織規(guī)定EC含量≤20 μg/L[3];1985年,加拿大對(duì)各類(lèi)酒中的EC限量標(biāo)準(zhǔn)作出規(guī)定:白蘭地和烈性酒不能超過(guò)0.4 mg/L,強(qiáng)化葡萄酒和日本清酒不能超過(guò)0.10 mg/L,蒸餾酒不能超過(guò)0.15 mg/L,佐餐葡萄酒不能超過(guò)0.03 mg/L;1988年,美國(guó)也限定了葡萄酒中EC的含量:佐餐葡萄酒不得超過(guò)0.015 mg/L,餐后葡萄酒不得超過(guò)0.06 mg/L[4];然而我國(guó)尚未對(duì)發(fā)酵制品中EC制定限量標(biāo)準(zhǔn)?!懊褚允碁樘?,食以安為先”。隨著人們對(duì)食品安全重視程度的提高,作為醬油生產(chǎn)大國(guó)應(yīng)盡快解決醬油中EC的形成機(jī)理及減除的問(wèn)題。因此,很有必要探究如何抑制醬油生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的有害物質(zhì),有利于保障我國(guó)傳統(tǒng)發(fā)酵食品的安全性和維護(hù)其國(guó)際形象[5]。本文針對(duì)醬油中EC的危害、形成機(jī)制、檢測(cè)技術(shù)及調(diào)控措施等方面進(jìn)行綜述,以期為醬油中EC的控制,提高醬油的安全性提供參考。

1 氨基甲酸乙酯的概況

氨基甲酸乙酯又稱(chēng)為烏拉坦(urethane),易溶于水、乙醇和乙醚,分子式為C3H7NO2,分子質(zhì)量為89.09。早年EC的用途相當(dāng)廣泛,是制造香料、醫(yī)藥等的中間材料及用于生物化學(xué)研究。20世紀(jì)40年代初,EC是主要的麻醉藥;1943年,NETTLESHIP首次發(fā)現(xiàn)了EC的致癌性,只是當(dāng)時(shí)EC在食品中的含量并未足夠引起人們的重視[6];1974年,國(guó)際癌癥研究機(jī)構(gòu)確定EC為2B類(lèi)致癌物質(zhì),直到2007年,再次將EC從2B類(lèi)致癌物質(zhì)列入2A類(lèi)致癌物質(zhì)[7]。自此,學(xué)者們深入剖析了EC的致癌機(jī)理,發(fā)現(xiàn)EC屬于多位點(diǎn)致癌物,可以通過(guò)多種途徑進(jìn)入人體內(nèi),其中大概5%的EC無(wú)須代謝以排泄物的形式直接排出體外;而90%以上的EC在肝臟細(xì)胞的微粒酯酶水解作用下產(chǎn)生乙醇、氨和碳水化合物并被代謝掉;還有0.1%左右的EC通過(guò)線粒體中的細(xì)胞色素P450作用下氧化成N-羥基-氨基甲酸乙酯,N-羥基-氨基甲酸乙酯會(huì)誘發(fā)部分器官中的酯酶產(chǎn)生O2-及NO,Cu2+可以催化NO和O2-產(chǎn)生過(guò)氧化氮,最終形成8-羥基-脫氧鳥(niǎo)苷,隨后會(huì)導(dǎo)致脫氧核糖核酸(deoxyribonucleic acid,DNA)發(fā)生堿基顛換,由此誘發(fā)癌變[8]。此外約0.5%的EC被細(xì)胞色素P450氧化成乙烯基氨基甲酸乙酯,后轉(zhuǎn)化成的乙烯基氨基甲酸酯環(huán)氧化物能夠與脫氧核糖核酸(deoxyribonucleic acid,DNA)、核糖核酸(ribonucleic acid,RNA)等結(jié)合誘發(fā)堿基對(duì)置換從而造成DNA損壞。目前國(guó)內(nèi)研究EC的對(duì)象主要是酒類(lèi),而其他釀造食品如醬油中EC的研究相對(duì)較少,這是一項(xiàng)亟待解決的工作[9]。

2 醬油中氨基甲酸乙酯的形成機(jī)制

已有文獻(xiàn)報(bào)道,EC的形成與其前體物質(zhì)的種類(lèi)和含量有關(guān),而前體物又和發(fā)酵微生物本身性質(zhì)密切相關(guān)(如釀酒酵母可以代謝精氨酸為尿素,而醬油中的乳酸桿菌可以代謝精氨酸為瓜氨酸)[10]。由于發(fā)酵制品中的EC主要是由乙醇和尿素、瓜氨酸等前體物質(zhì)自發(fā)反應(yīng)產(chǎn)生的,因此酒中大量的乙醇為EC的形成提供了更好的環(huán)境,所以其EC的平均含量(35.74 ng/g)比醬油中EC的平均含量(23.45 ng/g)高,如表1所示[1]。但兩者中EC的具體形成機(jī)制是否一樣還需進(jìn)一步研究。

表1 市售酒類(lèi)和醬油中的氨基甲酸乙酯含量檢測(cè)結(jié)果Table 1 Determination results of ethyl carbamate contents in commercial alcoholic beverage and soy sauce

在高鹽稀態(tài)醬油發(fā)酵過(guò)程中,釀造原料會(huì)被微生物分解成小分子物質(zhì),有一部分會(huì)進(jìn)入常見(jiàn)酵母菌(如魯氏接合酵母、畢赤酵母等)后經(jīng)糖酵解途徑(embden meyerhof pathway,EMP)和鳥(niǎo)氨酸循環(huán)(ornithine cycle)這兩種途徑生成的尿素和乙醇被釋放到細(xì)胞外;另一部分則經(jīng)胞內(nèi)精氨酸脫亞氨酶途徑被嗜酸乳酸足球菌利用,從而代謝精氨酸生成瓜氨酸和氨甲酰磷酸被釋放到細(xì)胞外,這兩種重要的中間物質(zhì)在整個(gè)發(fā)酵環(huán)境體系中聚合后,由特定的酶的催化下從而形成EC。

MATUSUDO T等[11]曾認(rèn)為醬油中EC的主要前體物質(zhì)是瓜氨酸,這是分別通過(guò)研究日式醬油和國(guó)內(nèi)醬油分析前體物的添加與EC生成量的關(guān)系得出的重要結(jié)論。乳酸發(fā)酵時(shí)期和乙醇發(fā)酵時(shí)期都能積累瓜氨酸,但實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)瓜氨酸的主要積累時(shí)期是乳酸發(fā)酵期。瓜氨酸在乳酸發(fā)酵期主要是通過(guò)嗜酸乳酸足球菌代謝精氨酸產(chǎn)生的,在醬油的高鹽條件下,嗜酸乳酸足球菌在精氨酸脫亞氨酶途徑中分別負(fù)責(zé)編碼精氨酸脫亞胺酶和鳥(niǎo)氨酸轉(zhuǎn)氨甲酰酶的兩個(gè)關(guān)鍵基因arcA和arcB的表達(dá)量縮減,造成瓜氨酸的生成速率大于其降解速率,從而導(dǎo)致瓜氨酸的積累;瓜氨酸在乙醇發(fā)酵期的積累則是因?yàn)橛坞x脂肪酸的存在促使更多的精氨酸轉(zhuǎn)化成瓜氨酸。此外,pH和三磷酸腺苷(adenosine triphosphate,ATP)等環(huán)境因素也會(huì)影響精氨酸脫亞氨酶途徑中編碼精氨酸脫亞氨基酶(arginine desiminase,AD)arc A;編碼鳥(niǎo)氨酸氨甲?;D(zhuǎn)移酶(ornithine carbamyl transferase,OCT)arc B;編碼氨甲酰磷酸激酶(carbamyl phosphate kinase,CPK)arc C這3種關(guān)鍵基因的表達(dá),進(jìn)而對(duì)醬油中瓜氨酸的積累產(chǎn)生影響。

由于醬油樣品易受生產(chǎn)原料、發(fā)酵方式、工藝、產(chǎn)地等因素的限制,因此不同地區(qū)和不同釀造工藝的醬油中EC含量會(huì)大相徑庭(見(jiàn)表2)[13]。通常情況下,添加入酵母的醬油EC含量高于傳統(tǒng)工藝醬油的,原因是外源性加入的酵母菌會(huì)通過(guò)代謝精氨酸產(chǎn)生尿素,致使EC含量也會(huì)隨之增加。

表2 不同地域和各類(lèi)生產(chǎn)工藝醬油中的氨基甲酸乙酯含量Table 2 Ethyl carbamate contents in soy sauce in different regions and various production processes

3 醬油中氨基甲酸乙酯的檢測(cè)方法

由于EC濃度低、在定量測(cè)定時(shí)還會(huì)受到不同基質(zhì)不同程度的干擾,因此需要特別靈敏的方法[14]。當(dāng)前國(guó)內(nèi)外專(zhuān)家學(xué)者始終致力于對(duì)檢測(cè)醬油中EC的研究方法進(jìn)行不斷的優(yōu)化。目前,已有報(bào)道的針對(duì)醬油中EC的檢測(cè)方法[15]主要有氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用(gas chromatography-mass spectrometry,GC-MS)技術(shù)、氣相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜(gas chromatographytandem massspectrometry,GC-MS/MS)技術(shù)、高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜(high performance liquid chromatography-tandem mass spectrometry,HPLC-MS/MS)技術(shù)、高效液相色譜-熒光檢測(cè)器(high performance liquid chromatography-fluorescence detector,HPLC-FLD)技術(shù)和熒光光度(fluorophotometry)法等。

3.1 氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)

氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用是多數(shù)文獻(xiàn)所提及到的用于檢測(cè)食品中EC含量的方法,其結(jié)合了色譜法的高分離效能與質(zhì)譜法的高鑒別能力,對(duì)EC達(dá)到同時(shí)定量、定性的檢測(cè)目的。以下是研究者將醬油樣品采用不同的前處理方法,包括液液萃?。╨iquid-liquid extraction,LLE)、固相萃?。╯olidphaseextraction,SPE)、固液萃?。╯olid liquid extraction,SLE)、分散固相萃取(dispersive solid-phase extraction,DSPE)、頂空固相微萃?。╤eadspace solid-phase microextraction,HSSPME),結(jié)合GC-MS對(duì)測(cè)定結(jié)果等方面進(jìn)行分析比較,以此驗(yàn)證方法的可行性與可靠性。

3.1.1 固相萃取結(jié)合氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法

呂昱等[16]建立一種使用選擇離子掃描(selective ion monitoring,SIM)模式以及外標(biāo)法的固相萃取結(jié)合GC-MS方法來(lái)檢測(cè)貴州當(dāng)?shù)氐氖惺坩u油,其中醬油需在萃取小柱中停留30 min,而后選擇1∶9(V/V)的丙酮-二氯甲烷來(lái)洗脫EC,由于EC易溶于C18萃取柱中,所以固相萃?。⊿PE)比液液萃?。↙LE)更能有效分離提取醬油中的EC。結(jié)果顯示,EC的含量為340~440 μg/mL,在1~10 μg/mL范圍內(nèi)呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系,檢測(cè)限為0.014 μg/mL,定量限(S/N=10)為0.048 μg/mL,加標(biāo)回收率達(dá)97.78%,加標(biāo)回收率結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(relative standard deviation,RSD)為2.59%;其特點(diǎn)在于較高的靈敏度、良好的精密度以及較廣的線性范圍等,能夠達(dá)到定性定量的目的。

3.1.2 固液萃取結(jié)合氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法

肖泳[17]分別采用液液萃?。↙LE)和固液萃?。⊿LE)對(duì)醬油中EC進(jìn)行前處理,其中LLE使用乙酸乙酯進(jìn)行洗脫,而SLE的層析柱使用可吸附顏色的活性炭-硅膠和無(wú)水硫酸鈉作填充,并在條件優(yōu)化中發(fā)現(xiàn)選擇40 mL甲醇∶二氯甲烷(1∶9,V/V)使EC回收率達(dá)到90.34%~98.96%,日內(nèi)精密度RSD為2.61%~4.67%,日間精密度RSD為3.53%~6.05%,結(jié)合GC-MS檢測(cè)出EC在20~1 500 μg/L質(zhì)量濃度范圍內(nèi)有著良好的線性關(guān)系,檢測(cè)限(S/N>3)為4 μg/L;然而LLE法的日內(nèi)精密度RSD為4.14%~5.27%,日間精密度RSD為4.53%~7.22%,不僅回收率最低達(dá)不到70%,還存在大量色素和造成離子源污染。綜上研究發(fā)現(xiàn),SLE法相比于LLE法具有更高的精準(zhǔn)度、更好的重現(xiàn)性且有機(jī)溶劑耗費(fèi)少,尤為凸顯其環(huán)保性。因此,SLE結(jié)合GC-MS法檢測(cè)醬油中EC更具優(yōu)勢(shì)。

3.1.3 分散固相萃取結(jié)合氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法

目前測(cè)定醬油中EC的GC-MS 法大多采用以硅藻土為填料的SPE進(jìn)行凈化處理,有學(xué)者發(fā)現(xiàn)DSPE比SPE法更快速、簡(jiǎn)便、穩(wěn)定且無(wú)需較大的溶劑體積[18]。章晴等[19]對(duì)飲料酒中的EC用GC-MS測(cè)定時(shí),其分散固相萃取的凈化方法使用了N-丙基乙二胺(primary secondary amine,PSA),后發(fā)現(xiàn)它對(duì)醬油中的氨基酸、有機(jī)酸和色素等大量干擾成分有很不錯(cuò)的消除能力。對(duì)此,陳達(dá)煒等[20]對(duì)醬油樣品液液萃取時(shí)選擇的是乙腈,DSPE凈化用N-丙基乙二胺(PSA),采用氣質(zhì)聯(lián)用(gas chromatography-mass spectrometry,GC-MS)法測(cè)定醬油中的EC。學(xué)者優(yōu)化實(shí)驗(yàn)條件(選擇離子檢測(cè)模式和選取100 mg PSA粉)后發(fā)現(xiàn)EC在10~500 μg/L質(zhì)量濃度范圍內(nèi)有著較好的線性相關(guān)關(guān)系,方法的檢出限為2.0 μg/kg,此法簡(jiǎn)單且準(zhǔn)確,具有很好的實(shí)際推廣價(jià)值。

3.1.4 頂空-固相微萃取結(jié)合氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法

豐帆[21]考慮到固相萃取法對(duì)樣品前處理的復(fù)雜性和耗時(shí)性,在此基礎(chǔ)上建立了頂空固相微萃取技術(shù),用以處理不同種類(lèi)醬油樣品,可有效縮短時(shí)間且不需要萃取溶劑,簡(jiǎn)單方便,易穩(wěn)定;分別優(yōu)化了萃取纖維頭、pH值、萃取時(shí)間、萃取溫度等條件,同一樣品經(jīng)GC-MS檢測(cè)所得結(jié)果與美國(guó)分析化學(xué)家協(xié)會(huì)(association of official analytical chemists,AOAC)官方檢測(cè)結(jié)果比對(duì)相差無(wú)幾(相關(guān)系數(shù)R2>0.95),檢出限(S/N=3)為1.0 μg/L,EC回收率達(dá)70.56%~129.21%,足以證明該方法的可行性與準(zhǔn)確性。此外,還有待研究合成特異性吸附的纖維頭涂層,可進(jìn)一步提高和完善氨基甲酸乙酯的檢測(cè)靈敏度和有效性。

張燕等[22]對(duì)萃取纖維涂層等分析條件的優(yōu)化也建立了一種HS-SPME-GC/MS方法,頂空萃取是將纖維暴露于樣品,頂空吸附不同pH值的樣品,結(jié)果發(fā)現(xiàn),醬油中EC的回收率達(dá)到了70.56%~129.21%,檢出限為1.0 μg/L,日內(nèi)精密度RSD為3.69%,日間精密度RSD為8.50%;研究表明該方法具有一定的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性,不足的是定量檢測(cè)的精確度不高,檢測(cè)范圍較窄,檢測(cè)周期較長(zhǎng)。

3.2 串聯(lián)質(zhì)譜技術(shù)

3.2.1 氣相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜技術(shù)

GC-MS法因其靈敏度較高被視為測(cè)定酒中EC最為普遍的方法[21],但醬油基體復(fù)雜會(huì)嚴(yán)重干擾GC-MS中絕大多數(shù)特征離子,其定性確證能力因此受到很大局限。徐小民等[23]利用有機(jī)硅藻土填充的固相萃取法提取醬油中的EC,所采用的同位素內(nèi)標(biāo)法比外標(biāo)法大大減少將近7倍的有機(jī)溶劑用量,EC的回收率達(dá)96.2%~104.0%;后經(jīng)比較多反應(yīng)監(jiān)測(cè)(multiple reaction monitoring,MRM)模式與選擇離子監(jiān)測(cè)(selected ion monitoring,SIM)模式的實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn),MRM模式對(duì)EC定性定量的準(zhǔn)確性較高,檢測(cè)限為2 μg/kg,還能避免SIM模式出現(xiàn)的基體干擾和假陽(yáng)性現(xiàn)象。

3.2.2 高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜技術(shù)

PARK S K等[24]以韓國(guó)醬油作為研究對(duì)象,建立了使用高效液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜(highperformanceliquidchromatographytandemmassspectrometry,HPLC-MS/MS)技術(shù)測(cè)定其EC含量的方法,EC的質(zhì)量濃度在10~100 μg/L和0.1~20 μg/L范圍內(nèi)變化時(shí),該方法均呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系,檢測(cè)限為0.25 μg/L;缺點(diǎn)是儀器設(shè)備昂貴,樣品制備繁瑣,測(cè)定周期較長(zhǎng)。

綜上可知,串聯(lián)質(zhì)譜方法要優(yōu)于單級(jí)質(zhì)譜法,但目前遠(yuǎn)不足以滿(mǎn)足市場(chǎng)量大面廣的需求。

3.3 高效液相色譜-熒光檢測(cè)器技術(shù)

該方法適用于檢測(cè)酒類(lèi)飲料中的EC含量,樣品預(yù)處理簡(jiǎn)便,設(shè)備要求簡(jiǎn)單是優(yōu)點(diǎn)所在,但檢測(cè)限卻僅達(dá)20 μg/L左右[25]。由于醬油等發(fā)酵食品EC濃度水平較低,因此并不建議使用該方法測(cè)定。不過(guò),陳可[26]通過(guò)利用乙酸乙酯萃取醬油中的EC,優(yōu)化樣品的衍生化反應(yīng)條件以及高效液相色譜熒光檢測(cè)器(high performance liquid chromatographyfluorescence detector,HPLC-FLD)法的色譜條件,使其檢測(cè)限降低至5 μg/L,相關(guān)系數(shù)(R2)為0.988,平均回收率達(dá)到100.12%,能基本滿(mǎn)足醬油中EC的檢測(cè)需求。同時(shí)還利用該方法對(duì)不同種類(lèi)的醬油進(jìn)行了分析比較,結(jié)果發(fā)現(xiàn)EC含量與釀造工藝和地域存在很大的關(guān)聯(lián)性,如低鹽固態(tài)法和南方醬油中EC含量要高于高鹽稀態(tài)法和北方醬油;對(duì)于不同功能型醬油EC含量相差無(wú)幾,濃口醬油和老抽中EC含量比淡口醬油和生抽低約10%。魏華[27]分別采用紫外分光光度法、熒光光度法對(duì)醬油中的EC進(jìn)行有效測(cè)定,結(jié)果經(jīng)比較發(fā)現(xiàn),熒光光度法對(duì)醬油中EC的最低檢測(cè)限值為0.01 mg/L,低于紫外分光光度法的0.04 mg/L,表明熒光光度法檢出效果更佳。黃秋婷等[28]針對(duì)醬油類(lèi)樣品的特點(diǎn),采用優(yōu)化的QuEChERS(Quick,Easy,Cheap,Effective,Rugged,Safe)前處理方案,更具針對(duì)性的開(kāi)發(fā)了四極桿-靜電場(chǎng)軌道阱高分辨質(zhì)譜的EC檢測(cè)手段,在1~20 μg/L范圍內(nèi)相關(guān)性良好,檢出限為1.5 μg/kg,具有較佳的精準(zhǔn)度和靈敏度。

綜上研究發(fā)現(xiàn),從線性范圍、檢出限、回收率和精密度等方面對(duì)比分析后發(fā)現(xiàn)GC-MS法比HPLC-FLD法精準(zhǔn)度更高、重現(xiàn)性更好以及檢出限要低一些,顯然GC-MS法會(huì)更為成熟。而HPLC-MS/MS法的準(zhǔn)確度、重復(fù)性、靈敏度等特性也要比GC-MS更勝一籌,但美中不足的是它和氣相色譜串聯(lián)質(zhì)譜(gas chromatography-tandem mass spectrometry,GC-MS/MS)法一樣面臨儀器價(jià)格不菲和維護(hù)成本過(guò)高等問(wèn)題,因此也難以推廣使用。經(jīng)過(guò)諸多方法的比較,目前SPE結(jié)合GC-MS法相對(duì)會(huì)占優(yōu)勢(shì),在保證試劑用量少的同時(shí)還能批量操作,而且GC-MS法也是國(guó)際檢測(cè)EC含量的標(biāo)準(zhǔn)[29],倘若研究學(xué)者能夠在此基礎(chǔ)上不斷優(yōu)化實(shí)驗(yàn)條件將會(huì)是今后較有發(fā)展前景方向的檢測(cè)方法。

4 醬油中氨基甲酸乙酯的控制

已有研究表明[30],屬于混菌發(fā)酵的醬油在發(fā)酵過(guò)程中會(huì)存在微生物代謝某些含氮物質(zhì),進(jìn)而產(chǎn)生多類(lèi)前體物質(zhì)參與EC的合成,導(dǎo)致醬油潛在的安全隱患。目前很多研究策略專(zhuān)注于減少這些前體物質(zhì)。多種方法已被開(kāi)發(fā)用于控制EC的合成,普遍使用的方法有物理、微生物、理化和酶法等技術(shù)。

4.1 物理法

引入活性炭過(guò)濾技術(shù)是用于減除醬油中EC有效且常見(jiàn)的方法,該方法可以去除約45%~47%的EC,但活性炭過(guò)濾會(huì)導(dǎo)致其口感下降[31],其應(yīng)用價(jià)值受到一定的限制。據(jù)報(bào)道,黃酒中EC 的直接減除與多種材料有關(guān),如活性炭、硅膠、硅藻土、殼聚糖和聚乙烯吡咯烷酮(polyvinylpyrrolidone,PVPP)等,其中用硅藻土吸附黃酒中的EC后能最大程度地保持酒體風(fēng)味,故在黃酒中使用較多,且符合經(jīng)濟(jì)效益。由于硅藻土產(chǎn)地不同,吸附性能差異很大,天然的硅藻土雜質(zhì)含量也較高,會(huì)限制其在多方面的應(yīng)用,需要通過(guò)提純改性等手段進(jìn)一步提高其吸附性能。曹甜等[32-33]利用堿法改性硅藻土和殼聚糖改性硅藻土,探索其對(duì)黃酒中EC的吸附性能,結(jié)果發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)堿處理后,硅藻土對(duì)黃酒中EC的減除率大大提升,且處理后酒體風(fēng)味與原酒基本一致??梢試L試將此法運(yùn)用于減除醬油中的EC。

4.2 微生物干預(yù)法

張繼冉[13]嘗試從醬油乳酸發(fā)酵末期的醬醪樣品中篩選出控制EC前體物產(chǎn)生的解淀粉芽孢桿菌JY06,該芽孢桿菌在高濃度NaCl條件下利用精氨酸且不積累瓜氨酸。在小型模擬生產(chǎn)體系中添加該菌干擾微生物群落和消耗前體物質(zhì),可以達(dá)到降低EC積累的效果。由此可知,學(xué)者通過(guò)探尋一種關(guān)鍵微生物是對(duì)醬油發(fā)酵過(guò)程中EC前體形成有關(guān)聯(lián)性的,并理清了微生物代謝途徑與EC前體生成的關(guān)系,闡述了醬油中EC的生成途徑,在控制或減除醬油中EC含量這方面意義深刻,具有前瞻性。

張夢(mèng)寒[34]以上述的解淀粉芽孢桿菌JY06 作為研究對(duì)象,通過(guò)高通量篩選手段對(duì)3種解淀粉芽孢桿菌JY06(分別采取紫外誘變、等離子誘變和定向馴化育種方法)進(jìn)行改造,目的是提高菌株JY06 利用精氨酸的能力。學(xué)者將由此獲得的若干個(gè)可高效利用精氨酸的突變株添加入在醬油發(fā)酵前期的醬醪中,結(jié)果表明,其在發(fā)酵過(guò)程中對(duì)EC及其前體瓜氨酸的降解效果甚好,且證實(shí)了該菌株不會(huì)對(duì)醬油風(fēng)味品質(zhì)造成影響。

4.3 優(yōu)化發(fā)酵工藝

王旭鋒[35]通過(guò)使用醬汁模擬體系替代完全醬醪發(fā)酵,使發(fā)酵在相對(duì)封閉環(huán)境中進(jìn)行的同時(shí),對(duì)醬油發(fā)酵中常見(jiàn)的原材料、常用酵母以及發(fā)酵溫度3種發(fā)酵工藝條件進(jìn)行調(diào)控,跟隨發(fā)酵過(guò)程研究其中EC及其前體物的變化情況,找到可以在一定程度上減少EC合成的最佳工藝組合(18 ℃的低溫發(fā)酵與添加魯氏接合酵母S),從而為高鹽稀態(tài)醬油發(fā)酵生產(chǎn)控制提供理論依據(jù)。經(jīng)調(diào)查,該方法的優(yōu)勢(shì)在于安全性高和成本低。

4.4 酸性脲酶法

2015 年,KIM Y G等[36]以添加脲酶的韓國(guó)豆瓣醬為研究對(duì)象,在含有不同前體物(如乙醇、尿素和瓜氨酸)的發(fā)酵體系中加入此酶,結(jié)果顯示,發(fā)酵后的豆瓣醬中EC含量分別下降了17.3%、18.8%和38.4%。說(shuō)明脲酶用于類(lèi)似的發(fā)酵食品中EC的控制會(huì)產(chǎn)生異曲同工之妙。但是尚未有耐高滲脲酶能夠在高濃度NaCl的醬油發(fā)酵體系中完全適應(yīng)的相關(guān)報(bào)道,對(duì)此還需要進(jìn)一步深究。

4.5 氨基甲酸乙酯水解酶法

2006 年,日本首次從馬紅球菌(Rhodococcus equi)中獲得了EC水解酶的序列,但該酶是對(duì)一系列氨基甲酸乙酯類(lèi)化合物都有效,并非只針對(duì)于EC水解,其對(duì)EC的目的性不強(qiáng)。因此,EC水解酶在食品中的使用效果還有待考究。在國(guó)內(nèi),李京京等[37]從小鼠胃腸道中分離得到的賴(lài)氨酸芽孢桿菌(Lysinibacillus fusiformis)SC02中EC水解酶進(jìn)行純化后獲得了純酶。經(jīng)驗(yàn)證,此酶可耐受高濃度的酒精和鹽分,因此具備在醬油中消除EC的開(kāi)發(fā)潛力。卜攀攀[38]從鼠胃中分離到了一株肺炎克雷伯氏菌(Klebsiella pneumoniae),特點(diǎn)在于其能夠產(chǎn)耐高滲EC水解酶,學(xué)者對(duì)該酶純化后并深究該酶的性質(zhì)。研究表明,該酶在NaCl含量18%的條件下仍能保持40%的活性,因此應(yīng)用在去除醬油中EC這一領(lǐng)域具有無(wú)限的潛在價(jià)值??墒窃撁覆灰啄褪芩岬拿{迫,在環(huán)境pH<6時(shí),酶活性顯著下降。因而,該酶需要經(jīng)過(guò)耐酸性改造后方可適用于醬油生產(chǎn)。以上這些減除策略為醬油生產(chǎn)中直接消除EC奠定基礎(chǔ)的同時(shí)還提供了不少新的出路。

5 展望

目前,針對(duì)于醬油中EC的檢測(cè)方法未趨成熟,還不夠穩(wěn)定、快速和可靠;大多數(shù)仍停留于實(shí)驗(yàn)室階段,還不足以投入到大型生產(chǎn)當(dāng)中。與本文所綜述的檢測(cè)手段相比較而言,酶聯(lián)免疫吸附檢測(cè)則具有高特異性、高靈敏度、簡(jiǎn)單快速、成本低等優(yōu)點(diǎn),目前對(duì)EC的酶聯(lián)免疫檢測(cè)技術(shù)的研究還很缺乏,可以考慮利用單克隆抗體提高酶聯(lián)免疫分析(enzyme-linked immunosorbent assay,ELISA)技術(shù)的特異性,研發(fā)一款高效實(shí)用的EC快速檢測(cè)試劑盒,方可作為傳統(tǒng)檢測(cè)方法的一個(gè)重要的補(bǔ)充手段[39]。

盡管現(xiàn)有條件已檢出存在EC,但其生成的各種條件及影響因素還有待加強(qiáng)研究證實(shí),才能更好地完善減除EC的措施。下一步可以考慮在醬油發(fā)酵中直接添加某種安全的化學(xué)物質(zhì)抑制EC的合成或者研發(fā)可以降低EC的食品添加劑(如天然提取物),均可作為未來(lái)的研究熱點(diǎn)及趨勢(shì)[40]。另外,不僅要確保減除EC含量,更要保證醬油產(chǎn)品的感官品質(zhì)、營(yíng)養(yǎng)價(jià)值以及貯藏期等問(wèn)題,往后進(jìn)一步研究不同減除技術(shù)對(duì)其貨架期的影響也是很有必要的。這些舉措將有利于我國(guó)盡快建立有關(guān)發(fā)酵食品中EC的安全標(biāo)準(zhǔn)體系,同時(shí)也為醬油行業(yè)的發(fā)展保駕護(hù)航[41]。

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