Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Karbaminian etylu - niebezpieczny składnik żywności

Pycia K., Juszczak L.

Laboratorium - Przegląd Ogólnopolski

|

2015

|

nr 11-12

39--42

PL

Karbaminian etylu (EC), zwany uretanem, występuje w napojach alkoholowych, bezalkoholowych oraz innych produktach spożywczych wytwarzanych z udziałem drobnoustrojów (chleb, sery, jogurt, kiszona kapusta). Badania na zwierzętach dowiodły kancerogennego działania karbaminianu etylu. Ryzyko występowania nadmiernych ilości tego związku dotyczy głównie wódek naturalnych (okowit, brandy), produkowanych ze spirytusów otrzymywanych z owoców zawierających glikozydy cyjanogenne. W artykule scharakteryzowano karbaminian etylu oraz jego prekursory, omówiono także metody ograniczania jego zawartości w napojach alkoholowych.

EN

Ethyl carbamate (EC) called urethane is present in alcoholic beverages, soft drinks and other foods produced with the participation of micro-organisms (bread, cheese, yogurt, sauerkraut). Animal studies have proven carcinogenic action of ethyl carbamate. The risk of excessive amount of a compound relates mainly to natural vodka (spirits, brandy) produced from spirits derived from the fruits contain cyanogenic glycosides. The article characterizes ethyl carbamate and its precursors, were also discussed methods to reduce its content in alcoholic beverages.

2

Karbaminian etylu i jego prekursory w spirytusach owocowych

Balcerek M.

Zeszyty Naukowe. Rozprawy Naukowe / Politechnika Łódzka

|

2013

|

Z. 478

1--129

PL

Karbaminian etylu (EC), zwany uretanem, jest związkiem niepożądanym w produktach spożywczych i napojach alkoholowych, ze względu na prawdopodobnie kancerogenny wpływ na zdrowie człowieka (IARC, 2007). Ryzyko występowania nadmiernych ilości tego związku dotyczy zwłaszcza wódek naturalnych (okowita, brandy), produkowanych ze spirytusów otrzymywanych z owoców, zawierających glikozydy cyjanogenne. Celem badań było ustalenie wpływu rodzaju obróbki wstępnej owoców, uzdolnień enzymatycznych drożdży, rodzaju i ilości pożywek dodawanych do zacierów, warunków fermentacji i powstających metabolitów oraz produktów hydrolizy glikozydów cyjanogennych, jak również techniki, warunków destylacji i maturacji spirytusów na syntezę karbaminianu etylu. Materiał badawczy stanowiły śliwki (Węgierka Zwykła i Łowicka) oraz owoce aronii czarnoowocowej, uznanej za interesujący surowiec do otrzymywania oryginalnego spirytusu, z przeznaczeniem do zestawiania wódek naturalnych (Balcerek, 2001; Balcerek i Szopa, 2002; 2005a). Wykazano, że glikozydy cyjanogenne (amygdalina), będące prekursorami karbaminianu etylu, są obecne nie tylko w śliwkach (w największej ilości w pestkach), ale również w owocach aronii. Stwierdzono, że niezależnie od rodzaju stosowanych zabiegów technologicznych i warunków prowadzenia procesu, największa szybkość hydrolizy glikozydów cyjanogennych przypada na początkowy etap fermentacji, zaś synteza karbaminianu etylu zachodzi najintensywniej w fazie dofermentowania miazgi owocowej. Wysoka zawartość związków polifenolowych w owocach może hamować syntezę karbaminianu etylu w czasie fermentacji zacierów owocowych. Pasteryzacja miazgi owocowej powoduje częściową inaktywację enzymów, katalizujących hydrolizę glikozydów cyjanogennych i obniżenie zawartości cyjanowodoru w otrzymywanych spirytusach (od 38% w śliwkowych do 47% w aroniowych), bez zmiany ich cech smakowo-zapachowych. Stosowanie, jako pożywek dla drożdży, preparatów zawierających, oprócz związków amonowych, aminokwasy, witaminy oraz składniki mineralne, zapewnia prawidłowy rozwój i aktywność fermentacyjną drożdży oraz otrzymanie wysokiej wydajności spirytusów o relatywnie niskiej zawartości karbaminianu etylu. Odkwaszanie miazgi owocowej, uzasadnione z racji ochrony aparatury i poprawy jakości wywaru, zwiększa ilość uwalnianego cyjanowodoru. Za wskazane uznano prowadzenie fermentacji zacierów śliwkowych i aroniowych w temperaturze 18÷20ºC, z udziałem drożdży wykazujących niskie uzdolnienia do uwalniania mocznika z argininy. Wymagania te spełniała większość, wykorzystywanych w badaniach, drożdży z gatunku S. cerevisiae (rasy: Burgund, Bordeaux, Syrena, Tokay) oraz S. bayanus, których aktywność właściwa arginazy (EC 3.5.3.1) była niska (1,42÷3,00 U/mg białka). Najwyższą aktywnością syntazy karbamylofosforanu I (EC 6.3.4.16), zwanej NH4+-zależną, w warunkach ograniczonego dostępu tlenu, odznaczał się szczep Steinberg (45,43 x 10-3 U/mg białka). Natomiast, maksymalną aktywność syntazy karbamylofosforanu II (EC 6.3.5.5), zwanej glutamino-zależną, oznaczono w drożdżach S. bayanus (92,48 x 10-3 U/mg białka). Najsłabszym producentem tych enzymów okazały się drożdże rasy Bordeaux, w których aktywność syntaz karbamylofosforanu mieściła się w granicach od 3,20 x 10-3 do 4,12 x 10-3 U/mg białka. Nie zaobserwowano istotnego wpływu aktywności tych enzymów w badanych szczepach drożdży na tworzenie karbaminianu etylu. Stwierdzono, że zastosowanie chemicznych metod obniżania zawartości cyjanowodoru i karbaminianu etylu poprzez dodatek do zacierów śliwkowych i aroniowych chlorku miedzi (I) lub kwasu askorbinowego, wpływa na skład chemiczny otrzymywanych spirytusów, powodując wzrost stężenia, m.in. aldehydów i wyższych alkoholi. Ponadto, w przypadku spirytusów otrzymanych z aronii czarnoowocowej, odnotowano niekorzystne zmiany ich smaku i zapachu. Oprócz cyjanowodoru, prekursorem karbaminianu etylu jest mocznik, obecny w zacierach owocowych. Dodatek bakterii Lactobacillus fermentum – będących źródłem „kwaśnej” ureazy – do miazgi owocowej, w końcowej fazie fermentacji, umożliwia znaczące obniżenie zawartości mocznika. Jednak w zacierach sporządzonych z owoców zawierających glikozydy cyjanogenne, zabieg ten nie eliminuje karbaminianu etylu. W tym przypadku postępowanie technologiczne powinno zmierzać w kierunku ograniczania ilości uwalnianego cyjanowodoru, który jest główną przyczyną wzrostu zawartości uretanu w spirytusach owocowych. Obecność diacetylu w podłożu fermentacyjnym intensyfikuje syntezę uretanu z cyjanowodoru, zarówno na etapie fermentacji, jak i destylacji. Wpływ aldehydów (octowego i benzoesowego) na powstawanie EC obserwowano bardziej na etapie destylacji, niż w czasie fermentacji. Wykazano, że spośród soli kwasu cyjanowodorowego, wysoką podatnością na przemiany prowadzące do syntezy karbaminianu etylu w roztworach spirytusowych, odznaczają się cyjanek miedzi i cyjanian potasu. Zarówno obecność aldehydu benzoesowego, jak i obniżanie pH roztworu spirytusu oraz zwiększanie w nim zawartości etanolu, powoduje wzrost stężenia karbaminianu etylu. Synteza głównej ilości karbaminianu etylu, obecnego w spirytusach śliwkowych i aroniowych, zachodzi w czasie procesu destylacji odfermentowanej miazgi (82÷91% w aparacie miedzianym, 64÷67% w zestawie szklanym). Jakość otrzymywanych spirytusów jest zależna od sposobu i warunków destylacji korekcyjnej. Prowadzenie jej w aparaturze pracującej na zasadzie przeciwprądu (kolumna z wypełnieniem i deflegmatorem), przy zastosowaniu wstępnej cyrkulacji oparów (30 min) pozwala na wydzielenie znaczących ilości cyjanowodoru w przedgonach. Karbaminian etylu gromadzi się głównie we frakcjach pogonowych. Destylacja korekcyjna z powolnym wydzieleniem 3% przedgonów i odbiorem frakcji właściwej o mocy ok. 75% obj., zapewnia otrzymanie spirytusu owocowego o pożądanych cechach smakowo-zapachowych oraz niskiej zawartości HCN (< 3 mg/L) i EC (< 0,4 mg/L). Wykazano, że karbaminian etylu powstaje również w czasie maturacji spirytusów owocowych, z intensywnością uzależnioną od ich mocy i warunków prowadzenia procesu. Przyspieszone dojrzewanie w temperaturze 40ºC nasila syntezę karbaminianu etylu. W grupie uretanów, wykrytych w otrzymanych spirytusach, karbaminian etylu jest związkiem dominującym. Jego średnie stężenia w spirytusach śliwkowych (0,52±0,38 mg/L 100% obj.) i aroniowych (0,63±0,55 mg/L 100% obj.) nie różniły się, przy założonym poziomie istotności (α = 0,05). Przeprowadzone badania w zakresie technologii otrzymywania spirytusów owocowych (śliwki, aronia), ukierunkowane na ograniczenie syntezy karbaminianu etylu dowodzą, że możliwe jest otrzymanie spirytusów o niskiej zawartości tego związku (< 0,4 mg/L) i jego prekursorów (m.in. cyjanowodoru), z zachowaniem ich oryginalności surowcowej, bez stosowania dodatkowych zabiegów chemicznych lub biologicznych, które mogą powodować zmiany cech organoleptycznych produktu, jak również wzrost kosztów produkcji. Przedstawione w pracy sposoby ograniczania powstawania karbaminianu etylu mogą stanowić wskazania przy opracowywaniu warunków otrzymywania spirytusów owocowych, o pożądanej jakości sensorycznej i „bezpiecznych” pod względem zawartości związków szkodliwych, takich jak cyjanowodór i karbaminian etylu.

EN

Ethyl carbamate (EC), referred to as urethane, is an undesirable component of fermented foodstuffs and alcoholic beverages due to its probable carcinogenic effects on humans (IARC, 2007). The risk of increased EC concentrations occurs especially in spirits (okovita, brandy) composed from distillates derived from fruit containing cyanogenic glycosides. The aim of this study was to determine the effect of pretreatment of fruit, enzymatic activities of yeast strains, fermentation conditions, selected fermentation by-products, products of hydrolysis of cyanogenic glycosides as well as technique and parameters of distillation and maturation of fruit distillates on ethyl carbamate formation. The experiments were conducted using following raw materials: plums (Węgierka Zwykła and Łowicka) and aronia berries (Aronia melanocarpa Elliot) acknowledged as a very interesting raw material in the production of distillates (Balcerek and Szopa, 2001, 2002, 2005a). The analysis of chemical composition of processed fruit revealed the presence of ethyl carbamate precursors in the form of cyanogenic glycosides (amygdalin) both in plums (especially in seeds) and in aronia berries. The highest rate of hydrocyanic acid liberation during fermentation of fruit mashes was observed in the initial phase of the process, while the synthesis of ethyl carbamate took place in the final phase of fermentation. Pasteurization of fruit pulp inactivated partly enzymes catalyzing hydrolysis of cyanogenic glycosides and resulted in a decrease in hydrocyanic acid (HCN) content in obtained distillates (between 38% in plum distillates and 47% in aronia distillates) without affecting their taste and aroma. The selectively acting pectolytic preparations (PEKTOZYMETM POWERMash) improved the dynamics and efficiency of fermentation without an increase in the content of HCN and EC in obtained distillates. Supplementation of mashes with a preparation containing ammonium salt, amino acids, vitamins and mineral compounds assured proper growth and fermentation activity of yeast and led to obtaining distillates with ethyl carbamate content less than 0,4 mg/L. Differences in the chemical composition of fruit indicated a need of the addition of an individual dose of nutrient for yeast before fermentation. The reduction of acidity of fruit pulp intensified hydrocyanic acid liberation in plum and aronia mashes, while fermentation at 18-20ºC favored a limitation of ethyl carbamate synthesis. Enzymatic activities of selected wine yeast (S. cerevisiae: Burgund, Bordeaux, Steinberg, Syrena, Tokay and S. bayanus) towards a biosynthesis of enzymes which catalyze synthesis, liberation or hydrolysis of ethyl carbamate precursors was tested. Under conditions of limited access of oxygen enzymatic activities of carbamoyl phosphate synthase I (EC 6.3.4.16) and carbamoyl phosphate synthase II (EC 6.3.5.5) not exceeding ca. 45 x10-3 U/mg protein, and ca. 92 x 10-3 U/mg protein, respectively, had no effect on the synthesis of ethyl carbamate. Low specific activity of arginase (EC 3.5.3.1) of tested yeast strains (1,42÷3,00 U/mg protein), with the exception of Steinberg strain (9,36 U/mg protein), indicated that the strains are “safe” because of low liberation of urea from arginine to the fermentation medium. Limited utility of chemical methods of reduction of hydrocyanic acid and ethyl carbamate in fruit mashes (especially originating from aronia berries) by treatment with copper chloride (I) or ascorbic acid was observed. The addition of these compounds to aronia mashes caused an increase in aldehydes and higher alcohols content in obtained distillates and had an adverse impact on their taste and aroma. The ureolytic activity of Lactobacillus fermentum bacteria added to fruit mashes in the final phase of fermentation caused a decrease in urea content varying between 49÷59% in aronia mashes and 73÷80% in plum mashes. The reduction of urea did not cause the elimination of ethyl carbamate in distillates derived from fruit containing cyanogenic glycosides. In this case, the technological treatment should be centered on the reduction of hydrocyanic acid which was identified as a major reason of an increase in ethyl carbamate content in tested fruit distillates. The presence of diacetyl in fermentation medium intensified synthesis of urethane from hydrocyanic acid, both at the stage of fermentation and distillation. The high susceptibility to the production of ethyl carbamate was revealed by copper cyanide and potassium cyanate. The presence of benzaldehyde as well as a decrease in pH of ethanolic solutions, and an increase in ethanol concentration accelerated synthesis of ethyl carbamate. The synthesis of significant part of ethyl carbamate, which was found in fruit distillates, took place during distillation (82÷91% in copper pot still, 64-67% in glass still). The use of an apparatus working accordingly to the law of parallel-current flow did not provide a full separation of chemical compounds occurring in tested distillates. Conducting of distillation using an apparatus with a dephlegmation possibility (dephlegmator according to Golodetz) or a counter-current flow working apparatus (packed column with dephlegmator) ensured the separation of hydrocyanic acid in heads, and ethyl carbamate in tails. The collection of 3% of heads with a velocity on the level of 2,5 mL/min led to obtaining a distillate with desirable taste and aroma as well as with low content of hydrocyanic acid (< 3 mg/L) and ethyl carbamate (< 0,4 mg/L). Ethanol content in the main fraction did not exceed 75% v/v (150 proof). The possibility of urethane synthesis during maturation of plum and aronia distillates with dynamics dependent on conditions of aging was revealed. The accelerated maturation at 40ºC was the reason in ethyl carbamate content increase in tested distillates. Among urethanes identified in tested distillates the major compound was ethyl carbamate. Its mean concentrations in plum (0,52±0,38 mg/L 100% v/v) and aronia distillates (0,63±0,55 mg/L) did not differ statistically at the assumed significance level (α = 0,05). Presence of other urethanes in tested distillates was not found. Experiments carried out in the scope of this study indicated that the application of appropriate pretreatment of fruit, yeast strains with low activity of carbamoyl phosphate synthases, and arginase as well as proper conditions of fermentation, distillation, and maturation led to obtaining distillates with raw material originality and containing less than 0,4 mg EC/L. Methods of limitation of ethyl carbamate formation presented in this research work could be helpful in receiving fruit spirits with desirable sensoral quality and safe in terms of content of harmful compounds.

3

Effect of nitrogen sources on fermentation process and formation of hydrogen sulfide and ethyl carbamate by wine yeast

Nowak A., Koch-Wilk M, Pogorzelski E., Czyżowska A

Biotechnology and Food Science

|

2013

|

Vol. 77, nr 1

11--23

EN

The addition of nitrogen compounds during winemaking is required for the fermentation process to be conducted properly. These compounds are known to be essential to the vinification process, not only because they influence yeast growth but also because they affect the formation of main and by-products. The effect of nitrogen source on in vitro and in situ formation of hydrogen sulfide and ethyl carbamate was studied. Research material comprised two strains of wine yeast: Saccharomyces cerevisiae. In vitro model was carried out in a synthetic defined medium. In situ fermentations were carried out in musts prepared from apple concentration. The process of hydrogen sulfide formation was intensified in nitrogen deficiency. The presence of amino acids in a model substrate resulted in significant changes in the efficiency of formation of both compounds. Yeasts produced more H2S in the presence of Cys, Phe, Gly, Glu, Ile, Thr, Pro, Leu, Trp, Val and less in the presence Ala, Arg, Asp, His, Ser, Met. The formation of ethyl carbamate was limited by the amino acids, except Arg, Asp and Lys, which during fermentation with Syrena yeasts caused an increase in the efficiency of formation of this compound. The Fermivit V preparation stimulated yeasts to form H2S. In the presence of this preparation the Syrena yeasts formed more ethyl carbamate while Hefix yeasts formed about 3-fold less of this compound then in the presence diamonium phosphate.