辐照对水溶液中亚硝酸盐降解效果研究＊

毛青秀，邓钢桥，李文革，彭 玲，邹朝晖，徐远芳，陈 薇

(1.中南大学隆平分院，湖南长沙 410125;2.湖南省核农学与航天育种研究所，湖南长沙 410125;3.湖南农业大学生物科学技术学院，湖南 长沙 410128;4.湖北省农业科学院，湖北武汉 430000)

亚硝酸盐(Nitrite)作为肉制品中常见的食品添加剂，具有良好的发色效果，能有效抑制肉毒梭状芽孢杆菌等微生物的生长，改善肉制品风味和组织结构，赋予良好的品质等作用被广泛应用于肉制品生产加工中。国家标准规定了腊肉中亚硝酸盐含量不得高于30 mg·kg-1，过量摄入亚硝酸盐会对人体造成极大的危害。研究表明，亚硝酸盐能使血色素中Fe2+氧化成Fe3+，产生大量的高铁血红蛋白从而使其失去携氧和释氧能力;此外，亚硝酸盐还能与食物中广泛存在的前体胺类化合物反应形成有致癌性的亚硝酰胺、重氮等化合物［1］，因此降低食品中亚硝酸盐残留量受到人们的高度重视。

辐照加工技术研究起于20世纪40年代［2］，应用范围十分广泛，目前主要涉及的领域有辐射制备加工新材料、食品的保藏、医疗器具的消毒处理以及工业三废的处理等［3］，近几年成功应用于六氯苯(HCB)［4］、氯霉素(CAP)［5］等污染物的降解，在净化微量亚硝酸盐的地下水方面［6］亦具有良好的效果。本文以亚硝酸盐水溶液为研究对象，探讨辐照对水溶液中亚硝酸盐的降解效果、影响因素和辐解产物的研究，为进一步研究辐照降解食品中亚硝酸盐提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试剂与仪器

1.1.1 实验材料 亚硝酸盐、VC均为AR。重铬酸银剂量计，实验室自制，与中国计量科学院辐照加工计量比对，计量测量误差＜±3%。

1.1.2 实验仪器 UV-2450紫外可见分光光度计(日本岛津公司);AA3型连续流动分析仪(德国BRAN+LUEBBE公司);BL-220H电子天平(日本岛津公司);W10A超纯水器(日本岛津公司);FW-100高速万能粉碎机(天津市华鑫仪器厂)。

1.2 实验方法

1.2.1 初始浓度对降解效果的影响试验 用蒸馏水配制浓度分别为25、50和100 mg·L-1的亚硝酸盐溶液，待用。

1.2.2 Vc对降解效果的影响试验 准确称取Vc 0.020、0.050 和 0.080 g，用 25 mg·L-1的亚硝酸盐溶液定容至100mL容量瓶中，配制成Vc含量分别为0.02%、0.05%和 0.08%的亚硝酸盐溶液，待用。

1.2.3 NaCl对降解效果的影响试验 准确称取NaCl 0、2.000 和 8.000 g，用 25 mg·L-1的亚硝酸盐溶液定容至100mL容量瓶中，配制成NaCl含量分别为0%、2%、8%的亚硝酸盐溶液，待用。

分别吸取 1.2.1、1.2.2 和 1.2.3 中待用溶液10mL置于15mL聚丙烯离心管中密封，进行辐照处理。

1.3 辐照处理

辐照采用60Co-γ射线进行动态辐照处理(湖南核农学与航天育种研究所)，放射性活度为9.62×1015Bq。辐照剂量设定为 0、2、6、10 kGy，每个剂量设3个平行，用重铬酸银剂量计跟踪测定，以实测剂量为准。辐照结束后，立即进行辐照剂量和亚硝酸盐含量的测定。

1.4 测定方法

1.4.1 亚硝酸盐含量测定方法 硝酸盐含量测定按照GB5009.33-2010［7］进行。亚硝酸盐降解率按以下公式计算:

式中，ρ0和 ρt分别为辐照前后亚硝酸盐的浓度。

1.4.2 硝态氮与铵态氮含量测定方法 硝态氮和铵态氮含量的测定采用AA3型连续流动分析仪进行测定。取样速率:30个/h，进样与清洗时间比为3∶1，基线10%。硝态氮含量以硝酸钾作为标准溶液进行测定，铵态氮含量以硫酸铵为标准溶液进行测定。

1.5 标准曲线的绘制

分别准确量取亚硝酸盐标准使用液 0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.5、2.0、2.5、5、10、15、20mL，参照GB5009.33-2010稍作改进，测定吸光度，并绘制标准曲线。

1.6 数据分析

采用SPSS20.0统计软件进行数据处理，显著性分析采用Duncan’s新复极差检验法。

2 结果与分析

2.1 辐照对水溶中亚硝酸盐的降解效果

2.1.1 不同辐照剂量与亚硝酸盐初始浓度对降解效果的影响 图1表示不同初始浓度的亚硝酸盐溶液经不同剂量辐照处理后的残留量和降解率。由统计分析结果可知，在P＜0.05水平下，水溶液中亚硝酸盐辐照降解效果显著，且随着辐照剂量的增加，残留量逐渐减少，降解率增大。当辐照剂量为6.9 kGy时，25 mg·L-1亚硝酸盐溶液中亚硝酸盐的残留量低于检测水平，降解率达到100%;50 mg·L-1、100 mg·L-1亚硝酸盐溶液中亚硝酸盐的降解率分别75.55% 和47.31%;当辐照剂量为 10.55 kGy 时，50 mg·L-1降解率达到 97.09%。在 P＜0.05水平下，不同初始浓度的亚硝酸盐具有显著性差异。亚硝酸盐初始浓度越大，降解率越低。对辐照剂量和不同初始浓度下亚硝酸盐残留量进行相关性分析，其中 R1=-0.940、R2=-0.989* 、R3=-0.987*(其中 R1、R2、R3分别为 25 mg·L-1、50 mg·L-1、100 mg·L-1亚硝酸盐水溶液与辐照剂量的相关系数)，说明辐照剂量与初始浓度之间呈负相关关系。

2.1.2 不同浓度Vc对降解效果的影响 图2表示不同Vc浓度的亚硝酸盐辐照处理后的结果。未经辐照时，添加Vc的处理组与对照组(25.40 mg·L-1)相比，亚硝酸盐残留量有不同程度的降低，Vc添加量分别为 0.02%、0.05%和 0.08%时，其溶液中亚硝酸盐残留量为 19.88 mg·L-1、13.56 mg·L-1和9.79 mg·L-1，说明Vc的添加能显著降低亚硝酸盐含量，Vc浓度越高降解效果越好，这与黄武营的研究结果一致［8］。样品经 1.54 kGy辐照时，添加 Vc的亚硝酸盐溶液中目标物无法检出，亚硝酸盐降解率达100%。未添加Vc的亚硝酸盐溶液降解率为35.32%，远低于添加Vc溶液中亚硝酸盐降解率，这表明Vc与辐照对亚硝酸盐降解具有协同作用。

图2 不同辐照剂量和Vc浓度对其残留量和降解率的影响Fig.2 The influence of nitrite residue and degradation rate by different irradiation dose and Vc concentration

2.1.3 不同浓度NaCl对降解效果的影响 研究NaCl在水溶液中对亚硝酸盐辐照降解率的影响。图3可以看出:辐照剂量为0 kGy时，不同NaCl添加量中亚硝酸盐含量无显著性变化(P＞0.05)，NaCl对水溶液中亚硝酸盐无降解效果。样品经1.54 kGy辐照处理后，亚硝酸盐整体残留量均呈下降趋势，添加NaCl的处理组与未添加NaCl的对照组进行对比，发现处理组中亚硝酸盐残留量略高于对照组，增大剂量到6.90 kGy时，对照组中亚硝酸盐无法检出，处理组中亚硝酸盐还有少量残留，由此可以推断NaCl能抑制辐照对水溶液中亚硝酸盐的降解，其原因还有待研究。

图3 不同辐照剂量和NaCl浓度对亚硝酸盐残留量的影响Fig3 The influence of nitrite residue by different irradiation dose and initial NaCl concentration

2.2 辐解产物的初探

表1为经10.55 kGy剂量辐照处理后100 mg·L-1和25 mg·L-1亚硝酸盐水溶液辐解产物中硝态氮和铵态氮的测定结果。辐照后100 mg·L-1和25 mg·L-1样品中亚硝酸盐含量明显降低，硝态氮和铵态氮含量均有所增加，其中100 mg·L-1亚硝酸盐溶液与25 mg·L-1相比，硝态氮和铵态氮含量较高，这可能是因为高浓度下，辐解产物的浓度也有相应提高［5］。由统计分析结果可知，与对照组CK相比，辐照对样品中硝态氮含量的影响极显著，其中P1=0.000，P2=0.001，(P1、P2＜0.01);辐照对铵态氮含量的影响显著，其中 P1=0.012，P2=0.037(P1、P2＜0.05)。由此看出，辐照能有效降解水溶液中的亚硝酸盐，生成硝态氮和铵态氮等辐解产物。

表1 10.55 kGy剂量下不同浓度亚硝酸盐中N含量Tab.1 The N content in different concentration of nitrite by 10.55 kGy

3 讨论

亚硝酸盐的降解率与初始浓度呈负相关关系。经相同辐照处理后，水溶液中产生的活性基团数量一致，但低浓度的亚硝酸盐中的NO2-有更多的机会与活性自由基反应，导致亚硝酸盐的降解率增加;溶液中亚硝酸盐含量越高，活性自由基数量相对减少，亚硝酸盐的降解率降低，因此，100 mg·L-1的水溶液中亚硝酸盐降解率低于25 mg·L-1的水溶液，降解量结果则相反。

Vc添加量对亚硝酸盐的辐照降解效果有一定的影响，Vc与辐照协同作用能有效提高亚硝酸盐的降解率。Vc为多羟基内酯，水解释放出的H+与亚硝酸盐根离子具有高度的亲和性，能促进亚硝酸的生成，达到更好的降解效果。NaCl对水溶液中亚硝酸盐的辐照降解有一定的抑制作用，具体原因还有待进一步研究。

亚硝酸盐溶液经辐照处理后，溶液中硝态氮和铵态氮的含量增加，其中硝态氮含量高于铵态氮含量。由于辐照作用，亚硝酸盐发生了氧化还原反应，与溶液中高活性粒子反应时以失电子为主，N由+3价变化为+5，生成硝酸根离子，少部分N降低为-3价，生成铵根离子以铵盐的形式存在。水溶液中氮的存在形式为铵态氮、有机氮、硝态氮和亚硝态氮，有机氮主要为蛋白质、尿素、氨基酸、胺类、硝基化合物等。在纯水配制的样品中有机氮含量几乎为零，辐照后溶液中N元素只有少部分转移到硝态氮和铵态氮中，亚硝态氮的减少量与硝态氮和铵态氮的生成量不呈对等关系，根据元素守恒定律，可以推测其他绝大部分的N元素可能以气体的形式散发到空气中，该推测是否正确以及气体存在的具体形式还需进一步研究。

4 结论

本文研究了辐照对水溶液中亚硝酸盐的降解效果，结果表明，辐照能有效的降低水溶液中的亚硝酸盐含量，亚硝酸盐的降解率与初始浓度呈负性相关关系，与辐照剂量呈正性相关关系，Vc对亚硝酸盐辐照降解具有协同作用，NaCl对亚硝酸盐的辐照降解具有抑制作用。辐照后亚硝酸盐部分转变为硝态氮和铵态氮，其他的产物可能以气体的形式存在，这对于进一步研究水溶液中辐照降解具有重要意义。

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