发酵蔬菜中亚硝酸盐的控制技术研究进展

王馨蕊，汤回花，刘毕琴，陈骏飞，赵 楠，史 巧*，李 宏

（1.云南省农业科学院农产品加工研究所，云南 昆明 650000；2.四川省农业科学院农产品加工研究所，四川 成都 610000）

发酵是蔬菜的主要加工方法，中国具有地方特色的发酵蔬菜产品丰富多样，年加工量较大。亚硝酸盐是发酵蔬菜中主要的有害代谢产物，其引发的高铁血红蛋白症及在机体内形成致癌物亚硝胺会对人体健康造成较大危害。在蔬菜发酵过程中，有害代谢产物亚硝酸盐有逐渐上涨的趋势，积累量达到最大时称为亚硝峰，随着发酵的继续进行，亚硝酸盐又逐步缓慢降低。中国对腌渍蔬菜中的亚硝酸盐含量已有限量标准，通过延长发酵周期保证产品中亚硝酸盐不超过规定范围的方法已不能适应现代企业及消费市场需求。现有发酵蔬菜加工企业通过延长发酵时间来确保产品中亚硝酸盐在限量范围内的方法，很大程度上加长了企业的生产周期，不利于加工企业更加高效的运转。此外，为适应消费者需求开发的快速发酵蔬菜新产品，由于发酵时间很短，不能确保产品已越过亚硝峰，快速发酵蔬菜中的亚硝酸盐残留量问题也不容忽视。为了发酵蔬菜产业向更加健康、营养的方向快速发展，研究发酵蔬菜中亚硝酸盐控制技术十分必要。

1 食品中亚硝酸盐的危害及限量

在蔬菜发酵初期酸性环境尚未形成，具有硝酸盐还原作用的杂菌将蔬菜中大量硝酸盐还原成亚硝酸盐，使产品中亚硝酸盐含量急剧升高。亚硝酸盐是一种强毒性物质，成年人一次性摄入3 g即可致死，其对人体造成的危害，主要包括引起高铁血红蛋白症以及在人体内形成致癌物质亚硝胺[1]。过多摄入的亚硝酸盐使红细胞亚铁血红蛋白氧化为高铁血红蛋白，导致全身出现缺氧反应，高铁血红蛋白在体内达到70%以上时将导致死亡。亚硝酸盐的长期摄入还会引起维生素A缺乏症[2]。由亚硝酸盐引起的胎儿和婴儿组织性缺氧，严重时会危及生命。亚硝酸盐本身并不会直接引起人体癌变，但在有仲胺、叔胺、酰胺及氨基酸存在的如胃液等酸性环境（pH值2～4）中，可生成具有强烈致癌作用的N-亚硝胺类化合物，这类物质可导致食道癌、胃癌等多种癌症的发生，饮食中存在过量亚硝酸盐的地区常常是消化系统癌症的高发地[3]。亚硝胺引起的DNA烷化还具有致畸性，母体过量摄入亚硝酸盐将可能导致胎儿畸形。

食品中的亚硝酸盐已引起人们足够的重视，经过联合国粮农组织（FAO）和世界卫生组织（WHO）食品添加剂委员会的数次修订，在2002年亚硝酸盐的每日允许摄入量（ADI）被建议为每千克体重0～0.07 mg。此外，欧共体建议婴儿食品中不得使用亚硝酸盐。中国《食品安全国家标准 食品中污染物限量》GB2762—2017中规定，腌渍蔬菜亚硝酸盐（以NaNO2计）不超过20 mg·kg-1。中国《绿色食品 酱腌菜》标准（NY/T437—2012）中规定亚硝酸盐（NaNO2计）≤4 mg·kg-1。

2 研究发酵蔬菜中亚硝酸盐控制技术的必要性

大多数发酵蔬菜企业通过延长发酵时间来控制产品中的亚硝酸盐含量，市场上正规厂家生产的产品亚硝酸盐含量基本在限量范围内。但由于加工原料蔬菜不同、发酵环境温度不定等原因，亚硝酸盐超标现象仍然存在。有研究者对20种市售泡菜的亚硝酸盐含量检测，发现55%的样品存在超标问题，其中白菜（74 mg·kg-1）、萝卜（32 mg·kg-1）及黄瓜（25 mg·kg-1）的亚硝酸盐平均含量均超过了国家标准[4]。有研究发现，成都市的发酵菠菜亚硝酸盐含量超标率达73.3%，含量最高的超过了150 mg·kg-1[1]。不同蔬菜发酵过程中亚硝峰出现的时间及峰值存在差异，李海丽对发酵芹菜、莴笋、大白菜及白萝卜等做了研究，发现第5 d时除莴笋和芹菜外，亚硝酸盐残留量均达到安全标准，芹菜发酵至第11 d依然高于20 mg·kg-1[5]。张雁等发现4个品种的芥菜在20℃、4%盐浓度下自然发酵，都在第1 d出现亚硝峰，其中3种芥菜均低于国标，但水东芥菜峰值达到36.39 mg·kg-1[6]。亚硝峰出现时间跟环境温度高低有关，5%盐浓度下，35℃、26℃环境中发酵的白菜在第3 d出现亚硝峰（约40 mg·kg-1），20℃在第4 d出现亚硝峰（约50 mg·kg-1），10℃下第6 d才出现亚硝峰（约60 mg·kg-1）[1]。由于季节等原因，发酵环境温度越低，有可能亚硝峰出现越晚，峰值越大，残留量超标的可能性也相应增加。受蔬菜品种及气温的影响，生产自然发酵蔬菜产品的企业在通过延长发酵周期来降低亚硝酸盐残留量的过程中，大量的资金往往停留在了这一环节，对企业的运转造成了巨大压力。一些地区为了追求发酵蔬菜爽脆的口感，往往在接近亚硝酸盐峰值的时间食用发酵蔬菜产品，对健康造成了一定的风险。探索降低发酵蔬菜中亚硝酸盐的有效方法，将帮助发酵蔬菜生产企业缓解资金周转问题、创造更大效益，同时满足大众对发酵蔬菜口感的需求，降低亚硝酸盐可能对人体健康造成的伤害。

3 发酵蔬菜亚硝酸盐控制技术

3.1 通过有机酸控制发酵蔬菜中的亚硝酸盐

有机酸具有一定的还原性，发酵蔬菜中亚硝酸盐的降解可能与有机酸的这一特性有关。蔬菜本身含有一定量的草酸、抗坏血酸及乙酸等多种有机酸，乳酸作为乳酸菌的代谢产物，蔬菜发酵后也会积累一定的量。有研究表明草酸、酒石酸和乳酸等均能降解泡菜中的亚硝酸盐，有机酸初始浓度越高，降解率越高，草酸降解亚硝酸盐的效果最明显[7]。有机酸降解亚硝酸盐的途径也有研究者做了相应的研究，抗坏血酸具有一个强还原性的烯二醇基团，其通过减慢硝酸盐还原和增快亚硝酸盐脱氮等方式达到减少亚硝酸盐积累的效果[8]。庞杰等发现在酱菜中添加0.04%抗坏血酸，即可阻断72.33%的亚硝酸盐生成[9]。柠檬酸有2条途径减少亚硝酸盐，一条途径是通过柠檬酸与亚硝酸盐作用生成HNO2，由于HNO2极不稳定，将继续分解为NO；另一条途径是通过柠檬酸解离出的H+，使NO2-还原为NH4+[10]。

3.2 通过酶控制发酵蔬菜中的亚硝酸盐

亚硝酸盐还原酶（Nitrite reductase，NiRs）能够将亚硝酸盐降解为NO或NH3，是一种存在于高等植物、藻类植物和许多微生物中的胞内酶。蔬菜发酵中的亚硝酸盐能够被乳酸菌代谢产生的NiRs还原，理论上将NiRs提纯后添加于发酵蔬菜中即可降低亚硝酸盐含量。提取和制备活性酶制剂的方法虽然已有一些报道，但NiRs在胞外作用的效果还不够理想，离实际生产应用还需要更深入的研究。JOSE等将衣藻中的铁氧化还原蛋白-亚硝酸盐还原酶固定化，发现这种方法增加了酶体系在温度和离子强度方面的稳定性，但酶活力有所降低[11]。国内研究者通过紫外诱变产NiRs菌株、优化培养条件等方法，提高菌株产酶能力，纯化后的酶有一定的降低超标食品中亚硝酸盐的效果[12]。这些工作为后续酶法控制发酵蔬菜中亚硝酸盐含量相关研究做了铺垫，但酶的稳定性、安全性等方面问题还需要更加深入、全面的研究。

3.3 通过其他物质控制发酵蔬菜中的亚硝酸盐

发酵蔬菜中添加的香辛料能一定程度上减少亚硝酸盐积累，如姜油酮等成分可以阻止硝酸盐还原为亚硝酸盐；大蒜、大葱和洋葱中富含的巯基化合物能与亚硝酸盐反应生成其他化合物，减少亚硝酸盐积累[13]。植物提取物如茶多酚、二氢杨梅素等，以及一些富含黄酮类、多酚类化合物的真菌提取物，可以通过抗氧化性或协同作用来降低发酵蔬菜中的亚硝酸盐[5]。如茶多酚可以保护发酵蔬菜中的抗坏血酸，促进抗坏血酸对亚硝酸盐的清除[14]。原花青素能够在有亚硝酸盐存在的酸性缓冲溶液中，将亚硝酸还原并生成NO[15]。糖类物质也有降低发酵蔬菜中亚硝酸盐的作用，研究发现葡萄糖、杜仲多糖及壳聚糖等均能有效减少亚硝酸盐含量[16]。

3.4 通过接种乳酸菌控制发酵蔬菜中的亚硝酸盐

利用乳酸菌来控制发酵蔬菜中的亚硝酸盐主要是通过其代谢产生亚硝酸盐还原酶、乳酸等有机酸以及乳酸菌素等抑菌物质发挥作用来实现。发酵初期，pH值在4.5以上时，亚硝酸盐的降解主要通过乳酸菌的胞内亚硝酸盐还原酶来实现；当pH值降至4.0以下，则通过大量积累的乳酸来降解亚硝酸盐；而乳酸菌素等可以抑制具有硝酸盐还原酶活性的腐败菌、病原菌生长，从而减少产品中亚硝酸盐含量。在待制作的发酵蔬菜中人工接种乳酸菌，乳酸菌本身不产生亚硝酸盐，还能够有效降低发酵蔬菜中亚硝酸盐的残留量[17]。乳酸菌素具有耐酸耐低温、降解少的特性，适合开发为生物防腐剂，ADAMS等认为乳酸菌代谢产生的乳酸菌素、有机酸、双乙酰及过氧化氢等物质能够起到抑菌作用[18]。纯乳酸菌发酵生产周期快，产品亚硝酸盐含量低，在赋予发酵蔬菜风味的同时，乳酸菌的益生作用也改善了产品的营养价值，符合现代人们对健康饮食的需求。

3.5 通过原料、工艺控制发酵蔬菜中的亚硝酸盐

原料是影响发酵蔬菜中亚硝酸盐含量的主要因素之一，控制好原料蔬菜品质，将可有效控制产品中亚硝酸盐含量。选择没有过度施肥、管理得当、抗坏血酸含量高的蔬菜品种是发酵加工前的良好保障。此外，还需注意蔬菜采后的储藏、运输管理，保证原料新鲜、完好[14]。在实际生产中，除了原料外发酵蔬菜的亚硝酸盐含量受多种因素影响，通过消毒器皿、调节食盐浓度、发酵温度、起始pH值等方法，能一定程度上减少亚硝酸盐产生。发酵初期，没有达到乳酸菌生长最佳环境条件，乳酸积累较少，主要通过食盐发挥抑菌作用，对食盐耐受力差的微生物在高盐环境中生长受到抑制，从而使硝酸盐还原过程减缓。但盐浓度增加到一定量后将抑制乳酸菌的活动，所以传统发酵蔬菜的腌制盐浓度一般在5%～10%[5]。在25～30℃条件下乳酸菌发酵产生乳酸，硝酸盐还原酶阳性菌的活动在酸性条件下受到抑制，同时大量积累的乳酸能将已生成的亚硝酸盐分解。由于高酸度环境能抑制大肠杆菌等有害微生物，同时加速亚硝酸盐的降解，添加醋酸等物质降低发酵起始pH值，也能够有效减少亚硝酸盐含量[19]。由于硝酸盐还原酶阳性菌生长一般需要氧气，而乳酸菌偏好厌氧环境，发酵过程中减少容器中的氧气含量也有助于减少亚硝酸盐，因此加工时需将蔬菜压实，发酵液淹没菜体，坛沿加水隔绝空气。

4 小结

中国制作发酵蔬菜已有几千年的历史，在蔬菜加工产业中占有重要地位。控制发酵蔬菜中有害代谢产物，保证产品质量安全，对于该产业更加健康、长远发展非常关键。发酵蔬菜中亚硝酸盐含量受原料类型、环境温度等因素影响，要控制发酵蔬菜中的亚硝酸盐不能一概而论。根据企业生产实际，综合运用现有技术手段，将是规模化标准化生产低亚硝酸盐发酵蔬菜的可循之径。