蔬菜生长与储藏过程中硝酸盐和亚硝酸盐含量变化

闫潇娟, 严丽君,2, 胡雪峰,3, 王 坚

(1.上海大学环境与化学工程学院,上海 200444;2.上海大学循环经济研究院,上海 200072; 3.上海大学生命科学学院上海市能源作物育种与应用重点实验室,上海 200444; 4.上海市青浦区农技推广服务中心,上海 201700)

蔬菜生长与储藏过程中硝酸盐和亚硝酸盐含量变化

闫潇娟1, 严丽君1,2, 胡雪峰1,3, 王 坚4

(1.上海大学环境与化学工程学院,上海 200444;2.上海大学循环经济研究院,上海 200072; 3.上海大学生命科学学院上海市能源作物育种与应用重点实验室,上海 200444; 4.上海市青浦区农技推广服务中心,上海 201700)

田间试验表明,施用化肥能显著提高小青菜中硝酸盐的累积,且小青菜叶柄中硝酸盐的累积量远高于叶片.通常新鲜蔬菜中亚硝酸盐含量低于1 mg/kg FW(fresh weight,指鲜重),但在蔬菜储藏过程中,易造成亚硝酸盐的累积.在室温储藏条件下,当蔬菜腐烂时亚硝酸盐含量会增至数百mg/kg FW,对人体健康构成严重威胁.蔬菜食前处理后储藏,也会对亚硝酸盐的累积产生重要影响.尤其是蔬菜制成匀浆后,短期内亚硝酸盐含量会剧增,应引起充分重视.

蔬菜;化肥;储藏;硝酸盐;亚硝酸盐

叶菜类蔬菜中易累积硝酸盐.新鲜蔬菜中硝酸盐的含量最高可达数千mg/kg FW,其中FW(fresh weight)指鲜重,通常亚硝酸盐的含量小于1 mg/kg FW.人体摄入的硝酸盐中有80%～95%来自蔬菜[1].不合理的施肥方式是导致蔬菜硝酸盐超量累积的主要原因[2].硝酸盐本身没有强制毒性,但是一旦转化成亚硝酸盐,就可能损害人体健康.蔬菜中的硝酸盐在储藏过程中,在微生物、植物硝酸还原酶及亚硝酸还原酶作用下,会转化成亚硝酸盐.不容忽略的是,储藏温度以及食前处理(如鲜切和打碎成匀浆等)会对蔬菜中硝酸盐向亚硝酸盐的转化产生重要影响[3].蔬菜中硝酸盐的过量累积可能对人体健康产生危害[4].我国提出的蔬菜中硝酸盐含量可能引起中毒的一次剂量为3 100 mg/kg FW[5].尽管蔬菜中硝酸盐对人体健康是否有影响在学术上仍有争议[6],但亚硝酸盐在人体内与次级胺反应生成强致癌物——亚硝胺所造成的直接生理毒害是不可否认的[7].

本工作通过田间试验研究施肥方式对小青菜中硝酸盐累积的影响.同时利用室内模拟,研究不同储藏温度和食前处理方式对蔬菜中亚硝酸盐含量的影响,为蔬菜食用安全提供理论依据.

1 材料与方法

1.1 施肥对蔬菜中硝酸盐累积影响实验

2012年7月,在上海青浦朱家角布置田间实验.在小青菜播种前,设置化肥和有机肥(菜籽饼)两种基肥处理,其中有机肥(含氮量5%)施用量为0.9 kg/m2,约含氮素0.050 kg/m2;化肥(含氮量16%)施用量为0.075 kg/m2,约含氮素0.012 kg/m2.每种基肥处理均设置3个重复.小区面积均为40 m×3 m.分别在9月8日、12日和16日采样,测定小青菜叶片和叶柄中硝酸盐(以NO-3计)、氨氮和叶绿素的含量.每小区选取长势一致的10～20个植株组成混合样,装入密封袋后立即带回实验室,用二次蒸馏水洗净、晾干.将小青菜样品分为叶片和叶柄,并用粉碎机制成菜浆,各项指标待测.

1.2 蔬菜储藏实验

2013年3—8月,在上海各大蔬菜市场采集叶菜类蔬菜样品.每个样品质量约为1 kg.带回实验室后,去除泥土、黄叶,用二次蒸馏水冲洗、晾干.

1.2.1 完整蔬菜室温储藏实验

选择6种叶菜类蔬菜(小青菜、菠菜、蓬花菜、韭菜、芹菜、香芹),在室温(10～15°C)下储藏14 d,定期测定蔬菜中硝酸盐和亚硝酸盐的含量.

1.2.2 不同食前处理方式的室温储藏实验

选新鲜小青菜、菠菜和小青菜菜薹样品,每种分成两份：一份完整状态室温(10～20°C)下储藏;另一份制成匀浆后室温储藏.连续储藏5 d,每天测定蔬菜中硝酸盐和亚硝酸盐的含量.每种处理重复3次.

1.2.3 不同食前处理方式不同温度下的储藏实验

选取新鲜芹菜样品,进行3种食前处理：①茎秆完整;②茎秆鲜切(4 cm左右);③茎秆制成匀浆.每种食前处理又分别在3种温度下储藏：①室温30°C;②冷藏4°C;③冷冻-20°C.连续4 d测定储藏样品中硝酸盐和亚硝酸盐的含量变化.每种处理重复3次.

1.3 蔬菜中硝酸盐和亚硝酸盐的测定

蔬菜中硝酸盐含量的测定采用水杨酸法比色法[8],叶绿素含量测定采用乙醇法比色法[8],亚硝酸盐含量测定采用分光光度法[9],氨氮含量测定采用碱解扩散法[10].

1.4 蔬菜中硝酸盐含量标准

我国国家标准规定的无公害叶菜类蔬菜中硝酸盐(以NO-3计)限量标准为≤3 000 mg/kg FW[11],无公害新鲜蔬菜中亚硝酸盐(以NaNO2计)限量标准为≤4 mg/kg FW[12].

2 结果和讨论

2.1 施肥方式对小青菜中硝酸盐累积的影响

施肥方式对小青菜中硝酸盐、氨氮以及叶绿素含量有显著影响(见表1).与施化肥处理相比,施有机肥的小青菜中,硝酸盐含量减少了35.6%～57.0%.小青菜叶片中的硝酸盐含量显著少于叶柄中的硝酸盐含量.施化肥小青菜叶柄中的硝酸盐含量是无公害蔬菜安全限值(3 000 mg/kg FW)的2.0～2.7倍;而施有机肥小青菜叶柄中的硝酸盐含量是无公害蔬菜安全限值的1.23～2.18倍.在生长后期,两种施肥处理下的小青菜叶片中的硝酸盐含量都逐渐升高,并超过无公害蔬菜硝酸盐的安全限值.

表1 不同施肥方式下小青菜叶柄和叶片中硝酸盐、氨氮和叶绿素含量Table 1 Contents of nitrate,ammonia nitrogen and chlorophyll in brassica chinensis under di ff erent fertilizations

已有研究认为,化肥的大量使用会导致蔬菜中硝酸盐的累积,而氮肥与有机肥配施既可提高蔬菜产量,又可减少蔬菜中的硝酸盐残留量[13].另外,控释肥的使用也可以明显降低番茄果实中硝酸盐含量,同时减少土壤中硝态氮的残留量[14].蔬菜各部位硝酸盐的累积存在显著差异：叶柄中的硝酸盐含量最高,追施氮肥后硝酸盐含量升高也最快;而叶片中的硝酸盐含量升高相对较慢[15].叶菜类叶片硝酸还原酶活性是叶柄中的16倍[16],这可能是叶柄硝酸盐含量明显高于叶片的原因.

小青菜中氨氮的累积量显著低于硝酸盐,尤其是叶柄中氨氮的含量只有硝酸盐含量的1/20.与硝酸盐的累积规律不同,小青菜叶片中氨氮含量显著高于叶柄(见表1),这可能是由于叶片作为各种氨基酸蛋白质的合成场所,因而需要更多的水解态氮素[17].但无论是化肥处理还是有机肥处理,小青菜中硝酸盐和氨氮的含量均呈极显著正相关(r=0.902 1).在小青菜生长前期,硝酸盐含量与叶绿素含量呈显著正相关,这与硝酸盐直接参与叶绿素的合成有关[18].但在小青菜生长后期,由于天气转冷,新陈代谢减弱,硝酸盐含量不断增加,叶绿素含量不断减少.

2.2 室温储藏蔬菜中硝酸盐和亚硝酸盐含量的动态变化

取6种叶菜类蔬菜进行室温储藏实验.不同蔬菜中的硝酸盐含量有较大差异,蓬花菜、小青菜和芹菜中硝酸盐含量均高于2 000 mg/kg FW,但未超过无公害蔬菜的安全限值;亚硝酸盐的含量低于1 mg/kg FW,符合食品安全标准.已有研究证明,芹菜中硝酸盐累积情况较严重,菠菜中硝酸盐累积量也较高[19].蔬菜中硝酸盐的累积不仅与品种有关,还受施肥方式的影响[20].

按家庭食用习惯,将6种叶菜类蔬菜以完整状态在室温条件下储藏.蔬菜中硝酸盐含量总体上随储藏时间的延长而略有减少(见图1).从第3天开始,蓬花菜中硝酸盐含量的下降幅度较大;而菠菜中硝酸盐含量的变化呈相反趋势,从储藏第3天开始呈现不断升高的趋势.总体来看,蔬菜储藏半个月期间,没有发生硝酸盐含量陡然升高的现象,硝酸盐含量也没有超过无公害蔬菜的安全限值.

图1 室温储藏蔬菜中硝酸盐含量的动态变化Fig.1 Dynamic variations of nitrate content in the vegetables under indoor temperature preservation

在室温储藏过程中,蔬菜中硝酸盐含量明显减少,这是因为采摘时受机械损伤导致愈伤呼吸,促使总呼吸强度增加,植物体内酶活性增强,从而使部分硝酸盐还原转化[21].菠菜中硝酸盐含量的增加,可能与储藏过程中菠菜的快速腐烂,从而导致其含氮有机物的分解有关.

另外,整株蔬菜室温储藏易产生亚硝酸盐累积风险.亚硝酸盐的累积与蔬菜的腐烂密切相关.如小青菜和菠菜在储藏的第3天出现轻微腐烂,导致第5～7天时亚硝酸盐含量分别达到151.79和55.31 mg/kg FW,是无公害蔬菜亚硝酸盐安全限值的38和14倍.其他未腐烂的蔬菜中,亚硝酸盐含量始终少于4 mg/kg FW,符合无公害蔬菜安全标准.

2.3 不同食前处理方式对蔬菜中硝酸盐和亚硝酸盐含量的影响

2.3.1 室温储藏

选择3种蔬菜,以完整状态和匀浆状态室温储藏.结果表明,完整状态储藏下小青菜和菜薹中硝酸盐含量均略有减少,而菠菜中的硝酸盐含量有增加趋势,与2.2节结果相似(见图2).菜薹中硝酸盐含量比小青菜低很多,这可能是由于生殖生长导致大量硝酸盐同化.匀浆状态储藏下的3种蔬菜中硝酸盐含量均呈迅速减少趋势,其降幅远高于蔬菜完整状态储藏下的降幅.

不同食前处理方式下储藏的蔬菜中亚硝酸盐含量有显著差异(见表2).完整状态储藏4 d内,蔬菜中亚硝酸盐含量大多低于安全限值.只有菠菜由于出现了腐烂现象,在第4、第5天时,其亚硝酸盐含量陡然增加到4.06和6.28 mg/kg FW.匀浆状态的蔬菜在室温储藏下,第2天亚硝酸盐含量就增加至560～750 mg/kg FW,高于无公害安全限值140多倍,已产生严重的食用安全风险.匀浆状态储藏下的蔬菜中亚硝酸盐含量的陡然增加,是由于制浆过程中细胞结构被破坏导致大量硝酸盐溶出,并被微生物还原为亚硝酸盐所致[21].

图2 完整和匀浆状态室温储藏条件下蔬菜中硝酸盐含量的动态变化Fig.2 Dynamic variations of nitrate content in the vegetables stored as integrated and pulpy forms at ambient temperature

表2 蔬菜以完整和匀浆状态室温储藏时亚硝酸盐含量的动态变化Table 2 Dynamic variations of nitrite contents in the vegetables stored as integrated and pulpy forms at ambient temperature

2.3.2 室温和低温储藏

利用芹菜茎秆进行不同食前处理,并在室温、冷藏和冷冻条件下储藏.结果表明：不同食前处理方式下,室温储藏的芹菜茎秆中硝酸盐含量均有减少的趋势,并且完整状态下的降幅最小,匀浆状态下的降幅最大(见表3).同样,匀浆状态下储藏的芹菜茎秆中亚硝酸盐含量在第2天就达到344.47 mg/kg FW,然后有所减少,但仍高于无公害安全限值80多倍,已构成严重的食用安全风险.

在4°C储藏条件下,芹菜茎秆中硝酸盐含量的降幅依然以匀浆状态下最大,完整和鲜切状态下变化不明显.同样,4°C下匀浆状态的芹菜茎秆中亚硝酸盐含量迅速增加,储藏到第2天就超过了安全限值;而完整和鲜切状态下的芹菜茎秆中亚硝酸盐含量保持较低数值,始终小于1 mg/kg FW(见表3).不同食前处理方式下,-20°C冷冻的芹菜茎秆中硝酸盐和亚硝酸盐含量变化均不明显,亚硝酸盐含量均低于1 mg/kg FW.这说明冷藏条件下储藏蔬菜,依然有亚硝酸盐累积的毒害风险;而在冷冻条件下,由于微生物休眠,基本无亚硝酸盐形成和毒害风险.Lisiewska等[22]研究表明,冷藏14 d之后,蔬菜中亚硝酸盐含量也会增加到约300 mg/kg FW;对于储藏在冰箱中的蔬菜汁,亚硝酸盐含量会增加到危险程度;将西红柿冷冻储藏12个月,硝酸盐和亚硝酸盐含量没有明显变化.

3 结束语

与施用化肥相比,施用有机肥能有效降低小青菜中硝酸盐的累积.小青菜叶柄中硝酸盐含量显著高于叶片.完整室温储藏时,叶菜类蔬菜中硝酸盐含量有减少趋势;当蔬菜出现腐烂现象时,亚硝酸盐含量会陡然增加,远超食品安全限值.食前处理方式也会对蔬菜中亚硝酸盐的累积产生显著影响：蔬菜制成匀浆后室温下放置,第2天其亚硝酸盐含量就会达到几百mg/kg FW,远超食品安全限值,产生严重的食用安全风险;在冷藏条件下,蔬菜中亚硝酸盐含量也会缓慢增加;只有在冷冻条件下,不同食前处理方式下蔬菜中的硝酸盐和亚硝酸盐含量变化均不明显,亚硝酸盐累积和毒害风险较低.

表3 以完整、鲜切和匀浆状态在30,4和-20°C下储藏的芹菜中硝酸盐和亚硝酸盐含量的动态变化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

致谢 本文在实验室分析测试过程中,得到上海大学薛勇、闫呈龙、何陈和罗凡等同学的帮助,谨致谢意!

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本文彩色版可登陆本刊网站查询：http：//www.journal.shu.edu.cn

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

国家自然科学基金资助项目(41130526,41471174)

胡雪峰(1968—),男,教授,博士生导师,博士,研究方向为土壤环境、农业生态等. E-mail：xfhu@shu.edu.cn