烹饪过程对空心菜和卷心菜硝酸盐潜在安全风险的影响

邬松恒，刘玉环，崔 宪，张 琦，王允圃，罗 璇

（南昌大学 食品学院生物质转化教育部工程研究中心，江西 南昌 330000）

近些年，因化肥滥用、种植方式不合理等问题，集约化种植的蔬菜时常出现硝酸盐大量积累的情况。而人们日常摄入的硝酸盐中有81.2%以上来自于蔬菜，其中叶类蔬菜是最易积累硝酸盐的蔬菜种类。虽然叶类蔬菜中大量积累的硝酸盐不足以对人体产生直接毒害作用，但有研究表明人体摄入硝酸盐的6%～7%会在口腔微生物的作用下被转化为亚硝酸盐，而亚硝酸盐是强致癌物亚硝胺的前体物质，并且能引起高铁血红蛋白血症，所以食用高硝酸盐含量的叶类蔬菜会对人体健康产生潜在安全风险。然而也有大量研究表明，蔬菜中还含有许多抗氧化物可以避免危害物质的形成，如抗坏血酸、多酚等都被证明具有消除亚硝酸盐和阻断亚硝胺合成的能力。在体外模型实验中，当抗坏血酸与亚硝酸盐的物质的量大于2∶1时，亚硝胺的形成能被完全阻断。因此，叶类蔬菜的硝酸盐潜在安全风险应当取决于蔬菜中硝酸盐和抗氧化能力之间的平衡关系。

叶类蔬菜在经过烹饪处理后，硝酸盐含量和抗氧化能力会发生显著变化，这可能会改变它们之间的平衡关系，进而影响蔬菜的硝酸盐潜在安全风险。Chetty等发现根茎类蔬菜的硝酸盐含量在水煮后降低了23.3%～42.6%，而在油炒后增加了204.5%～299.1%。Ashour等发现花椰菜的抗氧化能力在水煮和汽蒸烹饪后分别提升了76.5%和117.6%，但在微波烹饪后降低了41.2%。目前，大量研究集中于分析蔬菜的抗氧化能力或硝酸盐含量在烹饪前后的变化，而关于烹饪方式和烹饪时间对叶类蔬菜硝酸盐和抗氧化能力之间平衡关系的影响鲜有报道。

本实验以两种叶类蔬菜（空心菜和卷心菜）为原料，研究4 种常见家庭烹饪方式（油炒、汽蒸、微波和水煮）及其烹饪时间对两种蔬菜的硝酸盐含量、亚硝酸盐含量和抗氧化能力的影响，并通过抗氧化性/体内亚硝酸盐比（antioxidant/nitrite ratio，/）值反映蔬菜中硝酸盐与抗氧化能力的平衡关系，以此评价蔬菜的硝酸盐潜在安全风险，探讨烹饪过程对叶类蔬菜硝酸盐潜在安全风险的影响，为人们的饮食健康提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

油炒烹饪所用葵花籽油购买于江西南昌本地超市。以2021年6月实验当天清晨从江西省南昌市江大南路农贸市场购买的新鲜空心菜（柳叶空心菜）和卷心菜（“盛春”卷心菜）为实验材料，采购后立即运往实验室进行后续实验。

四硼酸钠、硫酸锌、亚铁氰化钾、还原锌粉、三氯化铁、硝酸钠、亚硝酸钠、乙酸钠 西陇科学股份有限公司；乙酸镉、1,1-二苯基-2-三硝基苯肼（1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl，DPPH）、2,4,6-三吡啶基三嗪 上海麦克林生化科技有限公司；对氨基苯磺酸、盐酸萘乙二胺、氨水、冰乙酸 上海阿拉丁生化科技股份有限公司。实验所用试剂均为分析纯。

1.2 仪器与设备

JYC-21ES10家用电磁灶 九阳股份有限公司；CZ-001多功能食品料理机 中山市超展电器有限公司；UV-9000紫外分光光度计 上海元析仪器有限公司；DHG-9036A电热恒温鼓风干燥箱 上海精宏实验设备有限公司；H1850R台式高速冷冻离心机 湖南湘仪实验室仪器开发有限公司。

1.3 方法

1.3.1 烹饪过程

新鲜叶类蔬菜和葵花籽油的相关信息见表1，其中葵花籽油的1,1-二苯基-2-三硝基苯肼（1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl，DPPH）自由基抑制率和铁离子还原能力（Ferric reducing antioxidant power，FRAP）极低，对原料抗氧化能力检测结果的直接影响可以忽略不计。

表1 新鲜叶类蔬菜和葵花籽油的相关数据Table 1 Details of fresh leafy vegetables and sunflower oil

蔬菜经清洗、沥干后切分成大小相近的小块并充分混合，立即用于后续烹饪实验。将混合均匀的生蔬菜分成质量均等的5 份，其中一份生蔬菜作为空白对照组，另外4 份作为实验组分别用于4 种烹饪处理，每次从中取样100 g蔬菜用于烹饪，所有实验重复3 次。如图1所示，长时间油炒和微波烹饪会导致蔬菜产生焦黑或干瘪皱缩，为了保证可食用性，烹饪时间不超过4 min。汽蒸和水煮过程对蔬菜形态和色泽影响较小，出于节约能源的目的，烹饪时间控制在12 min以内。具体实验烹饪方法如下：

油炒：在煎锅（直径33 cm、深度 6 cm）中放入10 g葵花籽油，加热至油冒烟后（约150 ℃）加入100 g蔬菜，分别炒制1、2、3、4 min。将炒好的蔬菜沥干，并用吸油纸吸去多余的油。

汽蒸：在蒸锅内加入500 mL水，加热至沸腾后将盛有100 g蔬菜的塑料盘置于蒸锅内金属支架上。盖上锅盖并分别汽蒸2、4、8、12 min。取出蒸制好的蔬菜，沥干水分。

微波：在塑料碗内装入100 g蔬菜并加入10 mL水。盖上盖子并将碗放入微波炉内，以700 W分别加热1、2、3、4 min。随后捞出碗内的蔬菜并沥干水分。

水煮：在锅内加入500 mL水，加热至沸腾后，将100 g蔬菜加入沸水中并分别煮2、4、8、12 min。随后捞出蔬菜并沥干水分。

烹饪结束后，将样品装在带盖塑料碗内称量，随后用多功能食品料理机将蔬菜粉碎成泥，取样待测。

图1 烹饪后蔬菜外观形态Fig. 1 Appearance of cooked vegetables

1.3.2 水分含量的测定

参照Gu Zhiqiang等的方法，采用恒温烘干法。

1.3.3 硝酸盐和亚硝酸盐含量的测定

参考Ding Zhansheng等的方法，但对预处理过程进行一定修改。取5.0 g蔬菜泥加入25 mL蒸馏水和1.2 mL 2.6 g/100 mL NaBO溶液，并于在70 ℃水浴中保温15 min。随后冷水浴15 min并加入0.5 mL 30 g/100 mL硫酸锌溶液，振荡混匀后再加入0.5 mL 15 g/100 mL亚铁氰化钾溶液，振荡混匀。室温静置30 min后，用定性滤纸过滤并将滤液定容至50 mL，立即分析滤液中的硝酸盐和亚硝酸盐含量，均以干质量计算。

1.3.4 抗氧化能力的测定

1.3.4.1 DPPH自由基抑制率

参照周晗等的方法。

1.3.4.2 FRAP

参考Benzie等的方法，但对预处理过程进行一定修改。取2.0 g蔬菜泥，加入20 mL 80%乙醇溶液，冰浴条件下超声处理10 min，而后在4 ℃避光提取24 h。随后在4 ℃、10 000 r/min离心10 min，所得上清液用于FRAP测定。此外，参照Sdiri和Manthon等的方法，用-抗坏血酸（溶于80%乙醇溶液）作为标准对照，FRAP的测定结果以干基中抗坏血酸当量计算（mmol/kg）。

1.3.4.3 硝酸盐潜在安全风险评价方法

/值反映了蔬菜中硝酸盐和抗氧化能力之间平衡关系，Ding Zhansheng等报道了利用/值评估果蔬制品中硝酸盐对人体健康的影响。本研究通过/值反映烹饪过程对蔬菜硝酸盐和抗氧化能力的综合作用，并以此评价蔬菜的硝酸盐潜在安全风险。根据Ding Zhansheng等的描述，蔬菜中硝酸盐总量的6.5%被用于计算为预测体内亚硝酸盐。/值的计算方式如下：

式中：AAE为抗氧化能力的抗坏血酸当量/（mmol/kg）；N为亚硝酸盐含量/（mmol/kg）；N为预测体内亚硝酸盐含量/（mmol/kg），相当于硝酸盐物质的量的6.5%。

1.4 数据处理与分析

由于烹饪过程会导致蔬菜含水率的变化，检测结果均根据蔬菜水分含量换算成干质量含量：

式中：为蔬菜中物质的湿质量含量/（mg/kg）；为蔬菜湿质量/g；为蔬菜干质量/g。

所有数据使用SPSS 23.0软件进行单因素方差分析（ANOVA），＜0.05，差异显著。使用Origin 2021软件进行数据处理并绘图。

2 结果与分析

2.1 烹饪过程对叶类蔬菜硝酸盐含量的影响

如图2所示，空心菜的硝酸盐含量（37.9 g/kg）在油炒和汽蒸前期（2 min）分别显著增加了49.57%和35.59%（＜0.05）。但随着烹饪时间的延长，油炒组的硝酸盐含量无显著变化（＞0.05），而汽蒸组呈线性下降的趋势（图2a），烹饪12 min后降低至25.1 g/kg。微波组和水煮组的空心菜硝酸盐含量在烹饪过程中呈降低趋势，且主要发生在烹饪前期（0～2 min）。卷心菜的硝酸盐含量（9.2 g/kg）在油炒前期无显著变化（＞0.05），而在油炒后期（4 min）显著增加了28.03%（＜0.05）。汽蒸、微波和水煮烹饪均导致卷心菜硝酸盐含量降低，在烹饪结束时分别降低了31.25%、46.61%和41.85%（图2b）。该结果与王茜茜等的报道一致，该研究发现小青菜的硝酸盐含量在油炒3 min后增加了53.67%，而在水煮6 min后降低了47.96%。刘冬梅等也发现西兰花的硝酸盐含量在汽蒸、微波和水煮烹饪后分别减少了13.6%、22.6%和44.6%。

由图2可知，空心菜和卷心菜的硝酸盐含量在油炒后均呈增加趋势。王茜茜等认为油炒导致蔬菜硝酸盐含量增加的原因是由于蔬菜中的水分在油炒过程中大量损失，从而引起硝酸盐含量的相对增加。但如图2c、d所示，油炒过程中蔬菜质量损失率呈线性增加趋势，与硝酸盐含量的变化没有显著相关性（＜0.9）（图3）。因此可能存在其他原因导致油炒后蔬菜硝酸盐含量的增加，例如油中的含氮物质可能在高温下转化成硝酸盐。与油炒相比，汽蒸和微波在前人的研究中被认为对食物风味和营养的影响较小，而在本研究中，汽蒸和微波烹饪都显著降低了蔬菜硝酸盐含量，这可能与烹饪时间有关。Leszczyńska等认为在水煮过程中可溶性盐类如硝酸盐会溶出至水中并大量损失，这与本实验结果一致（图2）。

图2 烹饪过程中叶类蔬菜的硝酸盐含量和质量损失率Fig. 2 Nitrate content and mass loss rate in leafy vegetables during cooking

此外，空心菜和卷心菜的硝酸盐含量在油炒后大幅度变化的时间段不同，分别是在油炒前期（0～2 min）和后期（2～4 min），同时两种蔬菜在汽蒸、微波或水煮过程中也有类似现象，这可能与不同种类蔬菜的组织结构差异有关。Leszczyńska等也报道了类似的现象，其研究认为烹饪时间越长，原料组织的松弛程度越大，这可能是不同种类的蔬菜在烹饪过程中硝酸盐等成分发生大幅变化的时间段不同的原因。许丛丛等也指出不同植物组织的细胞结构成分存在差异，这种差异与蔬菜的质构和营养的释放有着密切联系。相比于空心菜，卷心菜的组织结构可能更紧密，影响了组织松弛程度和细胞内营养成分的溶出，因此发生大幅变化的时间略晚于空心菜。

图3 油炒烹饪后蔬菜硝酸盐含量和质量损失率的相关性Fig. 3 Correlation between nitrate content and mass loss rate of stir-fried vegetables

2.2 烹饪过程对叶类蔬菜亚硝酸盐含量的影响

如图4所示，空心菜的亚硝酸盐含量（15.9 mg/kg）在烹饪后大幅降低，在油炒、汽蒸、微波和水煮后分别显著减少了83.90%、77.18%、56.18%和90.34%（＜0.05），且均发生在烹饪前期。卷心菜的亚硝酸盐含量（8.0 mg/kg）在油炒烹饪过程中呈上升趋势，在油炒烹饪4 min后显著增加了92.81%（＜0.05），而汽蒸和水煮过程对卷心菜的亚硝酸盐含量无显著影响（＞0.05），微波烹饪过程减少了34.93%。

图4 烹饪过程中叶类蔬菜的亚硝酸盐含量Fig. 4 Nitrite contents in leafy vegetables during cooking

相比于硝酸盐，新鲜蔬菜的亚硝酸盐含量极低（表1），较易在烹饪前期快速流失，此外，烹饪可能促进了抗氧化物的释放，蔬菜中残留的少量亚硝酸盐会被抗氧化物快速还原，这可能是导致空心菜亚硝酸盐含量在烹饪后快速降低的原因。但是，卷心菜亚硝酸盐含量在油炒烹饪过程中持续增加（图4b）。吴文彬等也报道过类似的现象，即大白菜、青菜、芹菜及韭菜的亚硝酸盐含量随着炒制的时间延长而升高。这可能与卷心菜在油炒高温条件下发生的某些物质降解有关，有待于进一步研究。

2.3 烹饪过程对叶类蔬菜抗氧化能力的影响

如图5所示，空心菜的DPPH自由基抑制率在油炒和汽蒸烹饪前期（2、4 min）分别显著增加了18.98%和35.98%（＜0.05），在水煮烹饪前期（2 min）降低了29.25%，但3 种方式在烹饪后期的变化并不明显。在微波烹饪前期（2 min）空心菜的DPPH自由基抑制率无显著变化（＞0.05），但在烹饪后期（4 min）显著降低了15.97%（＜0.05）。卷心菜的DPPH自由基抑制率在油炒和汽蒸烹饪过程中的变化趋势与空心菜基本一致（图5b），分别在烹饪结束后显著增加了34.64%和24.06%（＜0.05）。在微波烹饪前期（2 min）卷心菜的DPPH自由基抑制率快速增加了35.00%，而在烹饪后期无明显变化。在水煮烹饪过程中卷心菜的DPPH自由基抑制率呈线性降低趋势，烹饪结束时下降了20.33%。

图5 烹饪过程中叶类蔬菜的DPPH自由基抑制率Fig. 5 DPPH radical scavenging rates of leafy vegetables during cooking

如图6所示，空心菜的FRAP在油炒烹饪过程中持续上升，烹饪结束时增加了108.88%。汽蒸和微波烹饪后空心菜的FRAP分别增加了78.98%和90.83%，其中微波组的快速增加发生在烹饪前期（0～2 min），而汽蒸组发生在烹饪中期（4～8 min）。空心菜的FRAP在水煮烹饪前期（0～2 min）没有显著变化（＞0.05），但在烹饪中期（8 min）降低了17.12%。卷心菜的FRAP在油炒烹饪过程中持续上升，烹饪结束时上升了218.35%，而在汽蒸和微波烹饪前期（4、2 min）分别上升了76.35%和112.99%。水煮组在烹饪前期（2 min）上升了66.20%，但之后呈线性下降趋势，烹饪结束时相比于原料降低了31.70%。

图6 烹饪过程中叶类蔬菜的FRAPFig. 6 FRAP of leafy vegetables during cooking

通常认为油炒的高温会破坏蔬菜内如VC、类黄酮等对热敏感的抗氧化物，从而引起蔬菜抗氧化能力的降低。但是在本研究中，两种叶类蔬菜的DPPH自由基抑制率和FRAP在油炒烹饪过程中均明显提升。Ashour等的研究也报道了类似结果，胡萝卜、西葫芦和西兰花的总抗氧化能力（FRAP）在油炒后分别提升了349%、181%和74%。Zeb等的研究也表明，高温油炒增加了菠菜叶中-生育酚等抗氧化物的含量，且随着油炒的时间延长，菠菜叶中的总酚含量增加。该现象产生的原因可能是由于油炒的高温引起了许多化学反应，如美拉德反应、斯特雷克降解以及酯和糖苷的水解，从而在烹饪过程中产生如还原性美拉德产物等新抗氧化物，进而提升了油炒后蔬菜的抗氧化能力。前人的研究认为汽蒸和微波烹饪过程中蔬菜与水的间接接触减少了水溶性抗氧化物的损失，从而对蔬菜抗氧化能力的负面影响较小。然而在本研究中，汽蒸和微波烹饪都引起了蔬菜抗氧化能力的提升，这可能是由于烹饪热处理改变了蔬菜中多酚的含量和组成，进而影响了抗氧化能力。但与油炒烹饪相比，汽蒸和微波的烹饪温度不足以发生形成新抗氧化物的化学反应，因此烹饪后期无法进一步提升蔬菜的抗氧化能力。水煮烹饪过程中蔬菜的DPPH自由基抑制率和FRAP均持续降低，这是由于水溶性抗氧化物在水煮烹饪过程中大量流失导致。VC和酚类化合物是蔬菜抗氧化能力的重要组成部分，其水溶性和高温下不稳定的特征使其在水煮烹饪过程中溶出到水中并被快速分解。

与硝酸盐和亚硝酸盐含量的变化情况相比，空心菜和卷心菜的FRAP在烹饪过程中发生变化的趋势类似，但是发生变化的时间段略有不同。在汽蒸和微波烹饪过程中，空心菜在烹饪后期（8、3 min）出现转折，而卷心菜的转折点出现在烹饪中期（4、2 min）。这可能是由于新鲜空心菜中的抗氧化物含量多于卷心菜（表1），因此在烹饪过程中发生转变所需的时间更长。此外，卷心菜在水煮前期（2 min）出现了短暂上升，这可能是由于烹饪导致了卷心菜中抗氧化物的释放。而空心菜可能是因为组织结构更加松弛，释放出的抗氧化物快速流失，从而未观察到上升的趋势。

相比于FRAP，DPPH自由基的氧化势相对较低，有部分抗氧化物质可能无法被检出。Kim等的研究也表明，DPPH自由基抑制率与总酚含量没有明显相关性（=0.256 5），这可能导致DPPH自由基抑制率反映的抗氧化能力低于FRAP。此外，FRAP也常被用于评价果蔬类的抗氧化能力。因此，为准确反映蔬菜的抗氧化能力，在后续/值计算中，以叶类蔬菜的FRAP表示蔬菜的抗氧化能力。

2.4 烹饪过程中叶类蔬菜硝酸盐潜在安全风险的评价

图7 烹饪过程中叶类蔬菜的A/N值Fig. 7 Changes in A/N ratio of leafy vegetables during cooking

通过/直观反映烹饪方式、时间对蔬菜中硝酸盐和抗氧化能力之间平衡关系的影响，并以此评估蔬菜中硝酸盐对人体健康产生的潜在安全风险。该比值的本质是反映蔬菜抗氧化能力与硝酸盐含量之间的平衡关系，比值越高说明硝酸盐潜在安全风险越低。如图7所示，在烹饪过程中叶类蔬菜的/值会随着烹饪时间而改变，不同烹饪时期的相对低风险烹饪方式不同。根据/值评价，空心菜的相对低风险烹饪方式在烹饪0～2、2～4、4～12 min内分别是水煮（/1.05～2.00）、微波（/1.9～2.46）、汽蒸（/0.81～2.83），卷心菜的相对低风险烹饪方式分别是油炒（/1.65～3.90）、微波（/3.86～6.26）、汽蒸（/3.51～4.76）。

油炒在烹饪过程中能同时使蔬菜的硝酸盐含量和抗氧化能力增加，水煮则相反（图2和图6），这两种烹饪方式在烹饪前期（0～2 min）分别最有效地减少了卷心菜和空心菜的硝酸盐潜在安全风险。两种蔬菜在烹饪前期相对低风险烹饪方式的差异与蔬菜初始的化学物质含量有关。新鲜空心菜的硝酸盐含量很高（表1），初始/值仅为1.05，因此水煮烹饪对硝酸盐含量的快速削减产生了更明显的作用。而卷心菜的初始/值相对较高（1.65），因此油炒烹饪对抗氧化能力的增强在烹饪前期起到了更明显的作用。随着烹饪时间的延长，油炒后硝酸盐含量的显著增加和水煮后抗氧化能力的显著下降对于烹饪影响硝酸盐潜在安全风险开始产生更多的负面效果，因此这两种方式在烹饪超过2 min后对蔬菜硝酸盐潜在安全风险的控制效果不及微波（图7）。

微波和汽蒸均能降低蔬菜的硝酸盐含量并提升抗氧化能力（图2和图6），因此对减少蔬菜硝酸盐潜在安全风险始终起到了积极作用。基于可食用性（图1）与/值（图7），微波对两种蔬菜均是相对安全的烹饪方式，但烹饪时间不宜超过4 min，汽蒸在超过4 min后成为更适宜的烹饪方式。

3 结 论

4 种常见家庭烹饪过程（油炒、汽蒸、微波和水煮）对于空心菜和卷心菜的潜在硝酸盐安全风险的影响取决于烹饪方式和烹饪时间。油炒和水煮在烹饪前期（2 min内）分别对卷心菜和空心菜的硝酸盐潜在安全风险起到较好的控制效果；微波在可食用性允许范围内（4 min内）是相对更安全的烹饪方法，而汽蒸在长时间烹饪（4 min以上）更具优势。因此，根据蔬菜种类选择适宜的烹饪方式和烹饪时间能有效控制硝酸盐潜在安全风险，减少叶类蔬菜中过多的硝酸盐给人体健康带来的危害。此外，两种叶类蔬菜受到烹饪过程的影响不完全相同，这可能与蔬菜本身的性质（组织结构、化学物质含量等）有关，其影响机理有待进一步研究。