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 warunkówprowadzenia 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. [STRESZCZENIE]

Więcej informacji w Bibliotece Cyfrowej CYBRA