Ethyl carbamate in foods and beverages: a review

Abstract

Food and beverages contain many toxic chemicals that raise health concerns. Ethyl carbamate (EC) or urethane is the ethyl ester of carbamic acid. It occurs at low level, from ng/L to mg/L, in many fermented foods and beverages. Ethyl carbamate is genotoxic and carcinogenic for a number of species such as mice, rats, hamsters and monkeys. It has been classified as a group 2A carcinogen, ''probably carcinogenic to humans'', by the World Health Organization's International Agency for Research on Cancer (IARC) in 2007. The benchmark dose lower limit of ethyl carbamate is 0.3 mg/kg bw per day and the mean intake of ethyl carbamate from food is approximately 15 ng/kg bw per day. Those levels were calculated for relevant foods including bread, fermented milk products and soy sauce. Alcoholic beverages were not included in this calculation. However, high levels of ethyl carbamate can be found in distillated spirits at concentrations ranging from 0.01 to 12 mg/L depending on to the origin of spirit. Alcoholic drinks should thus be considered as a source of ethyl carbamate. Ethyl carbamate is produced by several chemical mechanisms: first, from urea and various proteins like citrulline produced during the fermentation step and second from cyanide, and hydrocyanic acid, via ethyl carbamate precursors such as cyanate. A large panel of ethyl carbamate formation mechanisms is described from simple ethanolysis of urea in homogeneous liquid phase to photochemical oxidation of cyanide ion or complex heterogeneous gas/solid catalytic reactions. Determination of ethyl carbamate in foods and beverages involves various strategies according to the material, food or beverage, solid or liquid, and according to the concentration, from ng/L to mg/L. Usually, adapted extractive techniques and preconcentration step are followed by analysis by gas chromatography coupled to mass spectrometry (GC-MS of GC-MS-MS). High performance liquid chromatography (HPLC) and semi-quantitative spectroscopic methods (infra-red) are also proposed as valuable alternatives to the classical but time-consuming GC-MS. Various preventing methods are developed and used in some cases at industrial scale to lower ethyl carbamate levels in food. Two types of preventing methods are described. First, adapted and optimised practices in all step of the chain of foods' (or beverages) production lead in general to low ethyl carbamate level. Second, the abatement of ethyl carbamate precursors can be done by adapted enzymatic, physical chemical or chemical methods according to the natures of raw materials and conditions of their production processes.

Identificação do carbamato de etila durante o armazenamento da cachaça em tonel de carvalho (quercus sp) e recipiente de vidro

“…Alguns trabalhos realizados com diferentes bebidas alcoólicas têm apresentado valores que variam de 1,64 a 4,2 μg L -1 , para o limite de detecção, e de 3,56 μg L -1 a 4 mg L -1 , para o limite de quantificação. 6,12,13 A Tabela 1 mostra os resultados obtidos para a quantificação do CE nas frações "cabeça", "coração" (cachaça nova) e "calda".…”

“…O carbamato de etila (CE), também conhecido como uretana, é o éster do ácido carbâmico e apresenta a fórmula molecular C 3 H 7 O 2 N. 6 É formado naturalmente durante processos fermentativos, podendo ser encontrado em diversos alimentos e bebidas tais como pão, iogurte, vinho, cerveja e, principalmente, em bebidas fermento-destiladas como uísque, rum, vodca, grapa, cachaça e tiquira. 7 Bruno et al 2 e Polastro et al 8 citam que o principal mecanismo proposto para a formação do CE ocorre por meio do metabolismo das leveduras durante o processo fermentativo, onde há a degradação enzimática da arginina em ureia, a qual reage com etanol produzindo o CE.…”

“…Outras reações relevantes que promovem a formação do CE em bebidas alcoólicas envolvem reações entre o etanol e diferentes precursores nitrogenados, tais como fosfato de carbamila e cianeto. 6 Masson 10 menciona que este último é considerado um precursor durante e após o processo de destilação.…”

“…Outras reações relevantes que promovem a formação do CE em bebidas alcoólicas envolvem reações entre o etanol e diferentes precursores nitrogenados, tais como fosfato de carbamila e cianeto. 6 Masson 10 menciona que este último é considerado um precursor durante e após o processo de destilação.O método considerado como oficial para a análise de CE em bebidas alcoólicas envolve a utilização da cromatografia gasosa acoplada à espectrometria de massas (GC/MS) após a execução de técnicas de preparação de amostras (etapas de extração e/ou clean-up) devido às baixas concentrações deste composto em bebidas. 11 Porém, alguns autores têm utilizado a cromatografia líquida de alta eficiência com detector de fluorescência (HPLC-FLD) para a determinação de CE em diferentes matrizes.…”

Enhancement of urea uptake in Chinese rice wine yeast strain N85 by the constitutive expression ofDUR3for ethyl carbamate elimination

“…At the same time, the extracellular urea can be imported into the cell and further metabolized into ammonia and CO 2 by urea carboxylase and allophanate hydrolase, a bi-functional enzyme Dur1,2p encoded by DUR1,2 in Saccharomyces cerevisiae (5). Urea can be imported into a S. cerevisiae cell in two ways.…”