閆瀟娟, 嚴(yán)麗君,2, 胡雪峰,3, 王 堅

(1.上海大學(xué)環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院,上海 200444;2.上海大學(xué)循環(huán)經(jīng)濟(jì)研究院,上海 200072; 3.上海大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院上海市能源作物育種與應(yīng)用重點實驗室,上海 200444; 4.上海市青浦區(qū)農(nóng)技推廣服務(wù)中心,上海 201700)

蔬菜生長與儲藏過程中硝酸鹽和亞硝酸鹽含量變化

閆瀟娟1, 嚴(yán)麗君1,2, 胡雪峰1,3, 王 堅4

(1.上海大學(xué)環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院,上海 200444;2.上海大學(xué)循環(huán)經(jīng)濟(jì)研究院,上海 200072; 3.上海大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院上海市能源作物育種與應(yīng)用重點實驗室,上海 200444; 4.上海市青浦區(qū)農(nóng)技推廣服務(wù)中心,上海 201700)

田間試驗表明,施用化肥能顯著提高小青菜中硝酸鹽的累積,且小青菜葉柄中硝酸鹽的累積量遠(yuǎn)高于葉片.通常新鮮蔬菜中亞硝酸鹽含量低于1 mg/kg FW(fresh weight,指鮮重),但在蔬菜儲藏過程中,易造成亞硝酸鹽的累積.在室溫儲藏條件下,當(dāng)蔬菜腐爛時亞硝酸鹽含量會增至數(shù)百mg/kg FW,對人體健康構(gòu)成嚴(yán)重威脅.蔬菜食前處理后儲藏,也會對亞硝酸鹽的累積產(chǎn)生重要影響.尤其是蔬菜制成勻漿后,短期內(nèi)亞硝酸鹽含量會劇增,應(yīng)引起充分重視.

蔬菜;化肥;儲藏;硝酸鹽;亞硝酸鹽

葉菜類蔬菜中易累積硝酸鹽.新鮮蔬菜中硝酸鹽的含量最高可達(dá)數(shù)千mg/kg FW,其中FW(fresh weight)指鮮重,通常亞硝酸鹽的含量小于1 mg/kg FW.人體攝入的硝酸鹽中有80%～95%來自蔬菜[1].不合理的施肥方式是導(dǎo)致蔬菜硝酸鹽超量累積的主要原因[2].硝酸鹽本身沒有強制毒性,但是一旦轉(zhuǎn)化成亞硝酸鹽,就可能損害人體健康.蔬菜中的硝酸鹽在儲藏過程中,在微生物、植物硝酸還原酶及亞硝酸還原酶作用下,會轉(zhuǎn)化成亞硝酸鹽.不容忽略的是,儲藏溫度以及食前處理(如鮮切和打碎成勻漿等)會對蔬菜中硝酸鹽向亞硝酸鹽的轉(zhuǎn)化產(chǎn)生重要影響[3].蔬菜中硝酸鹽的過量累積可能對人體健康產(chǎn)生危害[4].我國提出的蔬菜中硝酸鹽含量可能引起中毒的一次劑量為3 100 mg/kg FW[5].盡管蔬菜中硝酸鹽對人體健康是否有影響在學(xué)術(shù)上仍有爭議[6],但亞硝酸鹽在人體內(nèi)與次級胺反應(yīng)生成強致癌物——亞硝胺所造成的直接生理毒害是不可否認(rèn)的[7].

本工作通過田間試驗研究施肥方式對小青菜中硝酸鹽累積的影響.同時利用室內(nèi)模擬,研究不同儲藏溫度和食前處理方式對蔬菜中亞硝酸鹽含量的影響,為蔬菜食用安全提供理論依據(jù).

1 材料與方法

1.1 施肥對蔬菜中硝酸鹽累積影響實驗

2012年7月,在上海青浦朱家角布置田間實驗.在小青菜播種前,設(shè)置化肥和有機肥(菜籽餅)兩種基肥處理,其中有機肥(含氮量5%)施用量為0.9 kg/m2,約含氮素0.050 kg/m2;化肥(含氮量16%)施用量為0.075 kg/m2,約含氮素0.012 kg/m2.每種基肥處理均設(shè)置3個重復(fù).小區(qū)面積均為40 m×3 m.分別在9月8日、12日和16日采樣,測定小青菜葉片和葉柄中硝酸鹽(以NO-3計)、氨氮和葉綠素的含量.每小區(qū)選取長勢一致的10～20個植株組成混合樣,裝入密封袋后立即帶回實驗室,用二次蒸餾水洗凈、晾干.將小青菜樣品分為葉片和葉柄,并用粉碎機制成菜漿,各項指標(biāo)待測.

1.2 蔬菜儲藏實驗

2013年3—8月,在上海各大蔬菜市場采集葉菜類蔬菜樣品.每個樣品質(zhì)量約為1 kg.帶回實驗室后,去除泥土、黃葉,用二次蒸餾水沖洗、晾干.

1.2.1 完整蔬菜室溫儲藏實驗

選擇6種葉菜類蔬菜(小青菜、菠菜、蓬花菜、韭菜、芹菜、香芹),在室溫(10～15°C)下儲藏14 d,定期測定蔬菜中硝酸鹽和亞硝酸鹽的含量.

1.2.2 不同食前處理方式的室溫儲藏實驗

選新鮮小青菜、菠菜和小青菜菜薹樣品,每種分成兩份：一份完整狀態(tài)室溫(10～20°C)下儲藏;另一份制成勻漿后室溫儲藏.連續(xù)儲藏5 d,每天測定蔬菜中硝酸鹽和亞硝酸鹽的含量.每種處理重復(fù)3次.

1.2.3 不同食前處理方式不同溫度下的儲藏實驗

選取新鮮芹菜樣品,進(jìn)行3種食前處理：①莖稈完整;②莖稈鮮切(4 cm左右);③莖稈制成勻漿.每種食前處理又分別在3種溫度下儲藏：①室溫30°C;②冷藏4°C;③冷凍-20°C.連續(xù)4 d測定儲藏樣品中硝酸鹽和亞硝酸鹽的含量變化.每種處理重復(fù)3次.

1.3 蔬菜中硝酸鹽和亞硝酸鹽的測定

蔬菜中硝酸鹽含量的測定采用水楊酸法比色法[8],葉綠素含量測定采用乙醇法比色法[8],亞硝酸鹽含量測定采用分光光度法[9],氨氮含量測定采用堿解擴散法[10].

1.4 蔬菜中硝酸鹽含量標(biāo)準(zhǔn)

我國國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的無公害葉菜類蔬菜中硝酸鹽(以NO-3計)限量標(biāo)準(zhǔn)為≤3 000 mg/kg FW[11],無公害新鮮蔬菜中亞硝酸鹽(以NaNO2計)限量標(biāo)準(zhǔn)為≤4 mg/kg FW[12].

2 結(jié)果和討論

2.1 施肥方式對小青菜中硝酸鹽累積的影響

施肥方式對小青菜中硝酸鹽、氨氮以及葉綠素含量有顯著影響(見表1).與施化肥處理相比,施有機肥的小青菜中,硝酸鹽含量減少了35.6%～57.0%.小青菜葉片中的硝酸鹽含量顯著少于葉柄中的硝酸鹽含量.施化肥小青菜葉柄中的硝酸鹽含量是無公害蔬菜安全限值(3 000 mg/kg FW)的2.0～2.7倍;而施有機肥小青菜葉柄中的硝酸鹽含量是無公害蔬菜安全限值的1.23～2.18倍.在生長后期,兩種施肥處理下的小青菜葉片中的硝酸鹽含量都逐漸升高,并超過無公害蔬菜硝酸鹽的安全限值.

表1 不同施肥方式下小青菜葉柄和葉片中硝酸鹽、氨氮和葉綠素含量Table 1 Contents of nitrate,ammonia nitrogen and chlorophyll in brassica chinensis under di ff erent fertilizations

已有研究認(rèn)為,化肥的大量使用會導(dǎo)致蔬菜中硝酸鹽的累積,而氮肥與有機肥配施既可提高蔬菜產(chǎn)量,又可減少蔬菜中的硝酸鹽殘留量[13].另外,控釋肥的使用也可以明顯降低番茄果實中硝酸鹽含量,同時減少土壤中硝態(tài)氮的殘留量[14].蔬菜各部位硝酸鹽的累積存在顯著差異：葉柄中的硝酸鹽含量最高,追施氮肥后硝酸鹽含量升高也最快;而葉片中的硝酸鹽含量升高相對較慢[15].葉菜類葉片硝酸還原酶活性是葉柄中的16倍[16],這可能是葉柄硝酸鹽含量明顯高于葉片的原因.

小青菜中氨氮的累積量顯著低于硝酸鹽,尤其是葉柄中氨氮的含量只有硝酸鹽含量的1/20.與硝酸鹽的累積規(guī)律不同,小青菜葉片中氨氮含量顯著高于葉柄(見表1),這可能是由于葉片作為各種氨基酸蛋白質(zhì)的合成場所,因而需要更多的水解態(tài)氮素[17].但無論是化肥處理還是有機肥處理,小青菜中硝酸鹽和氨氮的含量均呈極顯著正相關(guān)(r=0.902 1).在小青菜生長前期,硝酸鹽含量與葉綠素含量呈顯著正相關(guān),這與硝酸鹽直接參與葉綠素的合成有關(guān)[18].但在小青菜生長后期,由于天氣轉(zhuǎn)冷,新陳代謝減弱,硝酸鹽含量不斷增加,葉綠素含量不斷減少.

2.2 室溫儲藏蔬菜中硝酸鹽和亞硝酸鹽含量的動態(tài)變化

取6種葉菜類蔬菜進(jìn)行室溫儲藏實驗.不同蔬菜中的硝酸鹽含量有較大差異,蓬花菜、小青菜和芹菜中硝酸鹽含量均高于2 000 mg/kg FW,但未超過無公害蔬菜的安全限值;亞硝酸鹽的含量低于1 mg/kg FW,符合食品安全標(biāo)準(zhǔn).已有研究證明,芹菜中硝酸鹽累積情況較嚴(yán)重,菠菜中硝酸鹽累積量也較高[19].蔬菜中硝酸鹽的累積不僅與品種有關(guān),還受施肥方式的影響[20].

按家庭食用習(xí)慣,將6種葉菜類蔬菜以完整狀態(tài)在室溫條件下儲藏.蔬菜中硝酸鹽含量總體上隨儲藏時間的延長而略有減少(見圖1).從第3天開始,蓬花菜中硝酸鹽含量的下降幅度較大;而菠菜中硝酸鹽含量的變化呈相反趨勢,從儲藏第3天開始呈現(xiàn)不斷升高的趨勢.總體來看,蔬菜儲藏半個月期間,沒有發(fā)生硝酸鹽含量陡然升高的現(xiàn)象,硝酸鹽含量也沒有超過無公害蔬菜的安全限值.

圖1 室溫儲藏蔬菜中硝酸鹽含量的動態(tài)變化Fig.1 Dynamic variations of nitrate content in the vegetables under indoor temperature preservation

在室溫儲藏過程中,蔬菜中硝酸鹽含量明顯減少,這是因為采摘時受機械損傷導(dǎo)致愈傷呼吸,促使總呼吸強度增加,植物體內(nèi)酶活性增強,從而使部分硝酸鹽還原轉(zhuǎn)化[21].菠菜中硝酸鹽含量的增加,可能與儲藏過程中菠菜的快速腐爛,從而導(dǎo)致其含氮有機物的分解有關(guān).

另外,整株蔬菜室溫儲藏易產(chǎn)生亞硝酸鹽累積風(fēng)險.亞硝酸鹽的累積與蔬菜的腐爛密切相關(guān).如小青菜和菠菜在儲藏的第3天出現(xiàn)輕微腐爛,導(dǎo)致第5～7天時亞硝酸鹽含量分別達(dá)到151.79和55.31 mg/kg FW,是無公害蔬菜亞硝酸鹽安全限值的38和14倍.其他未腐爛的蔬菜中,亞硝酸鹽含量始終少于4 mg/kg FW,符合無公害蔬菜安全標(biāo)準(zhǔn).

2.3 不同食前處理方式對蔬菜中硝酸鹽和亞硝酸鹽含量的影響

2.3.1 室溫儲藏

選擇3種蔬菜,以完整狀態(tài)和勻漿狀態(tài)室溫儲藏.結(jié)果表明,完整狀態(tài)儲藏下小青菜和菜薹中硝酸鹽含量均略有減少,而菠菜中的硝酸鹽含量有增加趨勢,與2.2節(jié)結(jié)果相似(見圖2).菜薹中硝酸鹽含量比小青菜低很多,這可能是由于生殖生長導(dǎo)致大量硝酸鹽同化.勻漿狀態(tài)儲藏下的3種蔬菜中硝酸鹽含量均呈迅速減少趨勢,其降幅遠(yuǎn)高于蔬菜完整狀態(tài)儲藏下的降幅.

不同食前處理方式下儲藏的蔬菜中亞硝酸鹽含量有顯著差異(見表2).完整狀態(tài)儲藏4 d內(nèi),蔬菜中亞硝酸鹽含量大多低于安全限值.只有菠菜由于出現(xiàn)了腐爛現(xiàn)象,在第4、第5天時,其亞硝酸鹽含量陡然增加到4.06和6.28 mg/kg FW.勻漿狀態(tài)的蔬菜在室溫儲藏下,第2天亞硝酸鹽含量就增加至560～750 mg/kg FW,高于無公害安全限值140多倍,已產(chǎn)生嚴(yán)重的食用安全風(fēng)險.勻漿狀態(tài)儲藏下的蔬菜中亞硝酸鹽含量的陡然增加,是由于制漿過程中細(xì)胞結(jié)構(gòu)被破壞導(dǎo)致大量硝酸鹽溶出,并被微生物還原為亞硝酸鹽所致[21].

圖2 完整和勻漿狀態(tài)室溫儲藏條件下蔬菜中硝酸鹽含量的動態(tài)變化Fig.2 Dynamic variations of nitrate content in the vegetables stored as integrated and pulpy forms at ambient temperature

表2 蔬菜以完整和勻漿狀態(tài)室溫儲藏時亞硝酸鹽含量的動態(tài)變化Table 2 Dynamic variations of nitrite contents in the vegetables stored as integrated and pulpy forms at ambient temperature

2.3.2 室溫和低溫儲藏

利用芹菜莖稈進(jìn)行不同食前處理,并在室溫、冷藏和冷凍條件下儲藏.結(jié)果表明：不同食前處理方式下,室溫儲藏的芹菜莖稈中硝酸鹽含量均有減少的趨勢,并且完整狀態(tài)下的降幅最小,勻漿狀態(tài)下的降幅最大(見表3).同樣,勻漿狀態(tài)下儲藏的芹菜莖稈中亞硝酸鹽含量在第2天就達(dá)到344.47 mg/kg FW,然后有所減少,但仍高于無公害安全限值80多倍,已構(gòu)成嚴(yán)重的食用安全風(fēng)險.

在4°C儲藏條件下,芹菜莖稈中硝酸鹽含量的降幅依然以勻漿狀態(tài)下最大,完整和鮮切狀態(tài)下變化不明顯.同樣,4°C下勻漿狀態(tài)的芹菜莖稈中亞硝酸鹽含量迅速增加,儲藏到第2天就超過了安全限值;而完整和鮮切狀態(tài)下的芹菜莖稈中亞硝酸鹽含量保持較低數(shù)值,始終小于1 mg/kg FW(見表3).不同食前處理方式下,-20°C冷凍的芹菜莖稈中硝酸鹽和亞硝酸鹽含量變化均不明顯,亞硝酸鹽含量均低于1 mg/kg FW.這說明冷藏條件下儲藏蔬菜,依然有亞硝酸鹽累積的毒害風(fēng)險;而在冷凍條件下,由于微生物休眠,基本無亞硝酸鹽形成和毒害風(fēng)險.Lisiewska等[22]研究表明,冷藏14 d之后,蔬菜中亞硝酸鹽含量也會增加到約300 mg/kg FW;對于儲藏在冰箱中的蔬菜汁,亞硝酸鹽含量會增加到危險程度;將西紅柿冷凍儲藏12個月,硝酸鹽和亞硝酸鹽含量沒有明顯變化.

3 結(jié)束語

與施用化肥相比,施用有機肥能有效降低小青菜中硝酸鹽的累積.小青菜葉柄中硝酸鹽含量顯著高于葉片.完整室溫儲藏時,葉菜類蔬菜中硝酸鹽含量有減少趨勢;當(dāng)蔬菜出現(xiàn)腐爛現(xiàn)象時,亞硝酸鹽含量會陡然增加,遠(yuǎn)超食品安全限值.食前處理方式也會對蔬菜中亞硝酸鹽的累積產(chǎn)生顯著影響：蔬菜制成勻漿后室溫下放置,第2天其亞硝酸鹽含量就會達(dá)到幾百mg/kg FW,遠(yuǎn)超食品安全限值,產(chǎn)生嚴(yán)重的食用安全風(fēng)險;在冷藏條件下,蔬菜中亞硝酸鹽含量也會緩慢增加;只有在冷凍條件下,不同食前處理方式下蔬菜中的硝酸鹽和亞硝酸鹽含量變化均不明顯,亞硝酸鹽累積和毒害風(fēng)險較低.

表3 以完整、鮮切和勻漿狀態(tài)在30,4和-20°C下儲藏的芹菜中硝酸鹽和亞硝酸鹽含量的動態(tài)變化Table 3 Dynamic variations of nitrate and nitrite contents in the vegetables stored as integrated,fresh-cut and pulpy forms at 30,4 and-20°C

致謝 本文在實驗室分析測試過程中,得到上海大學(xué)薛勇、閆呈龍、何陳和羅凡等同學(xué)的幫助,謹(jǐn)致謝意!

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Variations of nitrate and nitrite contents in vegetables during growth and storage

YAN Xiao-juan1,YAN Li-jun1,2,HU Xue-feng1,3,WANG Jian4
(1.School of Environmental and Chemical Engineering,Shanghai University,Shanghai 200444,China; 2.Academy of Recycling Economy,Shanghai University,Shanghai 200072,China; 3.Shanghai Key Laboratory of Bio-energy Crops,School of Life Sciences,Shanghai University, Shanghai 200444,China; 4.Agricultural Technology Service Center,Qingpu District of Shanghai,Shanghai 201700,China)

Field experiments indicate that nitrate content in Chinese cabbage(brassica chinensis)is signi fi cantly raised when applying chemical fertilizers.Moreover,the nitrate content in its petioles is signi fi cantly higher than that in leaves.The nitrite content in fresh vegetables is usually less than 1 mg/kg FW(fresh weight),but may be signi fi cantly raised when it is stored.Especially,the nitrite content in vegetables sharply increases to several hundred mg/kg FW as soon as the leaves are decayed when it is stored at room temperature,posing a risk to human health.Pretreatments of vegetables before storage also signi fi cantly in fl uence of nitrite accumulation.It should be noted that the nitrite content in vegetables stored as homogenate often increases sharply in a short term.

vegetable;chemical fertilizer;storage;nitrate;nitrite

S 3

A

1007-2861(2015)01-0081-07

10.3969/j.issn.1007-2861.2014.01.034

2014-01-22

國家自然科學(xué)基金資助項目(41130526,41471174)

胡雪峰(1968—),男,教授,博士生導(dǎo)師,博士,研究方向為土壤環(huán)境、農(nóng)業(yè)生態(tài)等. E-mail：xfhu@shu.edu.cn