影响葡萄酒安全因子的探讨
食品安全越来越受到消费者得重视,在葡萄酒的酿造过程中,酵母或乳酸菌会产生一些不良产物,如甲醇、杂醇油、氨基甲酸乙酯、生物胺等,除了酵母和乳酸菌外,葡萄酒中还存在一些其他微生物产生的不良物质,如赭曲霉素A等。这些不良代谢物的存在影响了葡萄酒的质量安全,是危害人类健康。
我国已对葡萄酒中的甲醇制定了限量标准,而对于其他不良物质,如杂醇油、氨基甲酸乙酯、生物胺、赭曲霉素A等还未作出相应的限量标准。我国的葡萄酒产业正处于稳步上升的阶段,但葡萄酒安全体系尚不完善,质量安全隐患相对较大,必须引起足够的重视。
1.甲醇
甲醇在人体内不易排出,即使少量也能引起人慢性中毒;食用4~10ml可引起人恶性中毒,损害神经系统;食用10ml以上可致失明:30ml可致死亡。国标规定,葡萄酒中甲醇最高允许含量不超过300mg/L。
1.1葡萄酒中甲醇的来源
甲醇不是发酵的直接产物,是在酿酒过程中,由果胶质水解而生成,即由果胶质中所含半乳糖醛酸的甲氧基(-OCH3)分解而生成。
1.2降低葡萄酒中甲醇含量的方法
甲醇是由果胶分解而得,葡萄中的果胶质大部分集中在果皮上,带皮发酵的红葡萄酒中的甲醇含量高于不带皮发酵的白葡萄酒。甲醇含量范围由于不同国家、产地的葡萄酒及不同工艺过程而有差异。因此,可适当改变一些工艺条件,从而降低甲醇生成量,但考虑到对旧的风味、稳定性等的影响采取该措施时需慎重。
2. 杂醇油
杂醇油又称高级醇,是碳原子数大于2的脂肪族醇类的统称。葡萄酒中杂醇油主要包括丙醇、丁醇、异丁醇、戊醇、异戊醇等。其能与有机酸结合成酯,使酒具有独特的香味。高级醇是葡萄酒二类香气的重要构成成分,含量适中(一般为250~350 mg/L),有助于使葡萄酒具有一种良好的感官特性。但是,高级醇的浓度过高时(>550 mgm),对人体有毒害作用,能使神经系统充血,使人感觉头痛。其毒性随分子量增大而加剧。高级醇的分解较乙醇缓慢得多,因此它的麻醉作用比较持久,对脑神经细胞有损害作用,能引起缺氧、头痛等症状。消费者在饮用过量的葡萄酒后常常会出现“上头”现象。杂醇油作为葡萄酒发酵的副产物,其含量高低是评价酒质的重要指标之一。
2.1葡萄酒中杂醇油产生的原因
2.1.1葡萄中的含氮水平
氮是酵母细胞生长和代谢不可缺少的营养元素, 当氮含量不足时,酵母将进行合成代谢,合成自身所需氨基,从而形成较多的α-酮酸中间体,产生较多的高级醇。
2.1.2 酵母
不同的酿酒酵母最适pH不同,对酸度的耐受力也不一样。如酿酒酵母在pH过低条件下活性差,会导致发酵不彻底,进而产生较多的高级醇。
2.1.3 发酵温度的影响
不同发酵温度下,葡萄酒酵母的代谢副产物也有较大差异。高温下发酵,其杂醇油含量普遍偏高。
2.1.4 转罐不及时
发酵结束后 若未能及时转罐,酒泥与原酒接触时间过长,酵母菌体自溶,自溶后产生的氨基酸及酪氨酸都会导致高级醇的增加
2.2降低葡萄酒中杂醇油含量的方法
选择优良的葡萄酒酵母发酵、控制发酵温度、向发酵液或培养基中添加氮源、延长陈酿时间等等,另外,醪液初始pH值、加压处理、果胶酶的添加对杂醇油的生成量也有影响。
3 氨基甲酸乙酯
氨基甲酸乙酯(Ethyl carbamate, EC),又称尿烷(Urethane),广泛存在于发酵食品以及黄酒、葡萄酒、日本清酒、水果白兰地等酒精饮料中,是一种潜在的致癌物[1],可导致肺癌、淋巴癌、肝癌和皮肤癌等。
表1 不同国家对酒精饮料中氨基甲酸乙酯的限量(μg/l)[4]
国家 | 葡萄酒 | 加强葡萄酒 | 蒸馏酒 | 日本清酒 | 水果白兰地 |
加拿大 | 30 | 100 | 150 | 200 | 400 |
美国 | 15 | 60 | nr | nr | nr |
法国 | nr | nr | 150 | nr | 1000 |
德国 | nr | nr | nr | nr | 800 |
nr | nr | nr | nr | 1000 | |
捷克共和国 | 30 | 100 | 150 | 200 | 400 |
注:nr表示没有特殊规定
3.1葡萄酒中氨基甲酸乙酯的来源
葡萄酒中的EC主要是由尿素和乙醇反应形成的,其次,由氨甲酰磷酸和瓜氨酸分别与乙醇反应形成EC。
在葡萄酒酿造中影响尿素含量的因素很多。一是在葡萄生长过程中,添加氮源会使生成品葡萄酒中尿素含量增加。二是葡萄中自身还有的尿素。三是在酵母和乳酸菌代谢精氨酸分解产生的。研究发现,影响EC的生成量的因素除尿素和乙醇的浓度之外还有酵母菌株的种类、葡萄汁中α-氨基酸态氮的含量、发酵及贮藏温度等,其中反应温度对EC的形成速度影响最大,加热可以加快EC的形成。有研究表明,温度每升高10℃,EC的形成速度就增加约1倍。
3.2 降低葡萄酒中EC的方法
3.2.1 葡萄酒酵母和乳酸菌的选育
选择产尿素能力低的酵母菌,减少葡萄酒中尿素的产生,从而降低氨基甲酸乙酯的含量。选择没有精氨酸代谢或代谢中没有瓜氨酸分泌的乳酸菌。
3.2.2 葡萄园管理,合理施肥
在葡萄生长阶段,合理使用肥料,避免尿素的施用,避免施肥过量,减少葡萄中尿素和精氨酸的含量。
3.2.3 合理的酿造工艺和储存温度的控制
在酿造过程中适当的改变发酵温度、贮藏温度、pH值等参数,降低氨基甲酸乙酯的生成量。酒精发酵温度的降低和果胶酶的使用有助于减少葡萄酒中EC的含量。葡萄酒要保持冷链运输和避光低温(7-18℃)储存。
3.2.4 酸性脲酶
脲酶具有分解尿素的作用,而尿素又是氨基甲酸乙酯重要的前体物质,因此添加脲酶能有效的控制葡萄酒中的氨基甲酸乙酯,且对葡萄酒质量无影响。
3.2.5 发酵过程中合理使用营养物质
为了避免发酵停滞,酿酒师通常会选择添加营养物质,保证发酵的顺利进行,要合理选择添加营养,无机营养对葡萄酒的质量以及氨基甲酸乙酯会有一定的影响,因此可以尽量选择有机营养。
4生物胺
生物胺是一类含氮的脂肪族或杂环类低分子量有机化合物,通常分为单胺和多胺两大类。葡萄洒中最常见的生物胺有腐胺、组胺、酪胺和尸胺,其他生物胺(如苯乙胺、亚精胺、精胺和色胺)含量甚少。由于生物胺具有毒性作用,过多摄入可引起某些病人血压升高及偏头疼,甚至出现腹部痉挛、呕吐和腹泻等症状。
组胺对人类的健康的影响最大,其次是酪胺。除了组胺、酪胺本身的作用外,其他生物胺的存在会增强组胺和酪胺的不良作用。
图1 生物胺的化学结构
4.1葡萄酒中生物胺的生成
葡萄酒中含有多种生物胺。研究显示,葡萄酒中的腐胺最多(MLF后的平均浓度为1.84mg/L-4.93mg/L),其次为亚精胺,然后是精胺(浓度分别为1.84mg/L和0.17mg/L)。
酒精发酵后的葡萄酒中的生物胺含量很低,而苹果酸-乳酸发酵(MLF)后的葡萄酒中生物胺的含量都有不同程度的升高。乳酸菌不仅能够分解苹果酸,而且还可以作用于酒中的其他成分,从而产生多种代谢产物。当乳酸菌对氨基酸进行脱羧反应,就会产生生物胺 。
4.2降低葡萄酒中生物胺含量的方法
葡萄酒中的生物胺主要是由乳酸菌产生的,如果MFL采用自然发酵,则其发酵特性就无法控制。因此,接种优选菌株进行MLF后的葡萄酒,其生物胺含量显著低于自然MLF葡萄酒中的含量。
MLF结束后,立即对乳酸菌进行清除,添加足够的S02;尽早下胶、倒罐、去酒脚、澄清;降低贮酒温度至15℃左右。
5 赭曲霉素A
赭曲霉素A(Ochratoxin A),是一种由赭曲霉、炭黑曲霉等霉菌的次级代谢产物,多存在于在食品(主要是谷类、咖啡和葡萄等及其相关产品)。OTA具有毒性,对人体的肾脏、神经系统和免疫系统有损害,且它的化学性质比较稳定,不易分解,对人类和动物具有潜在威胁。早在1994年就已在葡萄酒中检测到OTA,2006年,通过对欧洲整体膳食的评估发现,人们从葡萄酒中摄取的OTA含量占总量的13%,仅次于谷类。
表2 国家或组织对葡萄酒相关饮料中OTA的限量
国家或组织 | 类型 | 最大限量(μg/l) |
欧盟 | 葡萄酒以及其他葡萄发酵饮料 | 2.0 |
| 葡萄汁以及葡萄为原料的饮料 | 2.0 |
OIV | 葡萄酒 | 2.0 |
保加利亚 | 啤酒 | 0.2 |
| 葡萄汁 | 3.0 |
意大利 | 啤酒 | 0.2 |
5.1 来源
OTA是一种来源于生产原料的生物毒素,其产生主要与作物的生长环境相关,主要包括土壤中的微生物,当地的温度、湿度、以及作物病虫害感染情况等。
OTA产生菌主要包括:青霉,曲霉两个属.其中尤以疣孢青霉(Penicillium vcrrugogum), 赭曲霉(Aspergilhs Ochraceus),以及炭黑曲霉(Aspergilhs carbonarius) 3种微生物OTA产生量较为显著。
5.2 OTA的去除
根据作用机理不同,OTA的脱毒方法主要有三种:物理方法,化学方法和生物方法,它们通过吸附、修饰或分解的方式来降低或消除OTA的毒性。物理方法是应用较多的一种方法,其中酿酒酵母作为葡萄酒生产过程中必不可少的组成,也可直接应用于赭曲霉素A的去除。实际上,消除赭曲霉毒素A依赖于酵母大分子的吸附,比甘露糖蛋白,甘露糖蛋白消除赭曲霉毒素A的自发吸附机制表现的像相当于海绵。2012年,阿根廷研究发现,酿酒酵母可明显去除赭曲霉素,其主要机制是细胞壁的物理吸附作用。