幾種物質對亞硝酸鹽清除作用的比較

艾對元，張衛兵，馮麗丹，齊燕姣，贠建民，畢 陽，鄭惇元

(1.甘肅農業大學食品科學與工程學院，甘肅蘭州730070;2.西北民族大學化工學院，甘肅蘭州730030)

亞硝酸鹽結晶為白色粉末，易溶于水。硝酸鹽和亞硝酸鹽在食品加工過程中主要用作發色劑、防腐劑及肉制品増香劑［1］。但亞硝酸鹽具有較強的毒性，過量添加對人體有害［2］。同時其次生產物N-亞硝胺是一種致癌性很強的化合物［3］。因此，阻斷亞硝胺合成［4］或消除亞硝胺的前體物質［5］是防治癌病產生的有效途徑之一。目前有很多清除食品中亞硝酸鹽的相關研究，最常采用的是果［6-7］、蔬品種［8］，其含有的VC、茶多酚、黃酮類、色素和有機硫化物等物質能有效地阻斷亞硝胺類化合物的合成［9］。我們從文獻中篩選出抗壞血酸(VC)、兒茶酚、葡萄糖、牛血清白蛋白(BSA)等若干具還原性的可食性化合物，采用對氨基苯磺酸-鹽酸萘乙二胺分光光度法，考察其對亞硝酸鹽的清除能力。VC是公認的能夠徹底清除亞硝酸鹽的物質，它能還原亞硝酸鹽［10］;兒茶酚多數以衍生物的形式存在于自然界中［11］。水果及蔬菜中通常存在的有機酚，是植物鞣質的成分，在體內可氧化成醌，因此它具有極強的抗氧化性;BSA 結構中包含17 個二硫鍵和一個巰基［12］，因此可與多種陽離子，陰離子和小分子結合［13］;D-葡萄糖是自然界廣為存在的一種還原性己醛糖。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

0.4%對氨基苯磺酸溶液、0.2%鹽酸萘乙二胺溶液、200μg·mL-1亞硝酸鈉標準溶液、5μg·mL-1亞硝酸鈉標準使用液、0.2mol·L-1乙酸-乙酸鈉緩沖溶液(pH3.6～pH5.8)、0.1mol·L-1鹽酸 均為天津市光復科技發展有限公司所生產的“南開牌”分析純藥品。

UV-2450 紫外可見分光光度計 SHIMAD-ZU，日本島津;WZ-100S 數顯恒溫水浴鍋 上海一科儀器設備有限公司;電子天平XB1200C 上海精密儀器儀表有限公司;組織搗碎機DS-1 金壇市萬華實驗儀器廠;pHS-3C 型酸度計北京華瑞博遠;FRESCO17 型離心機 Thermo，賽默飛世爾中國;恒溫干燥箱101-2 上海實驗儀器廠等。

1.2 標準曲線

參照張婕莉等方法［14］，測得亞硝酸鈉最大吸收波長為540nm。在此波長處亞硝酸鹽濃度與吸光度值成良好的線性關系，實際測得線性回歸方程Y =0.132X +0.0092，決定系數R2=0.9976。

Y =540nm 下的吸光值;X =亞硝酸鹽標準使用液用量

1.3 亞硝酸鹽的清除率測定

以樊明濤［15］的對氨基苯磺酸-鹽酸萘乙二胺分光光度法為準，計算樣液對亞硝酸鹽的清除率公式如下:

R:清除率(%);A1:未加樣液亞硝酸鈉的吸光度;A2:加提取液后亞硝酸鈉的吸光度(已減去清除物質的吸收度)。

1.4 實驗設計

單因素實驗時，先考慮四種清除物質的濃度，設定VC的變動范圍為0.01%～1%;其它三種的范圍均定為0.01%～5%，與亞硝酸鹽作用60min 后，觀察清除效果。然后以各自最佳濃度為定值，變動反應時間，得出最適清除時間。以上反應均是在室溫(20℃)，自然pH 條件下進行;均勻實驗設計采用4因素5 水平即U5(54)均勻表頭(表1)，在單因素得到的最適因素水平附近，共進行5 組10 次實驗(表2)，然后根據實驗結果通過SPSS16.0(Release16.0.0(Sep，13，2007).copyright(c).SPSS-IBM.inc.，1989-2007)進行數學分析。

表1 抗壞血酸U5(54)均勻實驗因素水平表Table 1 The uniform deseign U5(54)of VC

表2 兒茶酚U5(54)均勻實驗因素水平表Table 2 The uniform deseign U5(54)of catechol

2 結果與分析

2.1 反應物濃度單因素實驗

結果顯示(圖1、圖2)，四種反應物濃度對亞硝酸鹽清除率均有一定的影響。隨著反應濃度的增大，VC對亞硝酸鹽的清除率也相應增加。當其濃度為0.5%～1%時，清除率趨于平緩，穩定在95%左右，濃度1%時清除率最大;兒茶酚對亞硝酸鹽的清除率隨其濃度呈線性增長，達到5%時清除率最大，接近60%;葡萄糖對亞硝酸鹽的清除率成跳躍狀改變，在濃度為5%時達到峰值，為8.32%;牛血清白蛋白對亞硝酸鹽的清除率隨其反應濃度呈S 形變化。當反應物濃度為0.5%時清除率達到9%，隨后出現下降。因此，葡萄糖和BSA 對亞硝酸鹽的清除能力均小于10%，清除效果不理想。

圖1 不同濃度VC 對亞硝酸鹽的清除作用Fig.1 Effect of the diffrent concentration of on the scavenging of nitrite

圖2 兒茶酚、葡萄糖、BSA 不同濃度對亞硝酸鹽的清除作用Fig.2 Effect of the 3 substances concentration on the scavenging of nitrite

2.2 反應時間單因素實驗

在起始階段，隨著反應時間的延長，這四種物質對亞硝酸鹽的清除率均逐漸增大。VC于60min 時清除率最大，為81.94%，隨后穩定在80%左右(圖3);兒茶酚于60min 時清除率最大，為41.59%，隨后出現下降;葡萄糖于120min 時清除率最大，為7.90%;但是時間對BSA 的清除率影響不大，當60min 時其清除率達到峰值5.55%，隨后穩定在5%左右。

對在不同反應液濃度、反應時間下葡萄糖、牛血清白蛋白對亞硝酸鹽的清除率在0.01 的顯著性水平下用SPSS16.0 做獨立樣本T-檢驗(表3)。可以看出，葡萄糖和BSA 對亞硝酸鹽清除率的平均值分別為0.0578(5.78%)，0.0685(6.85%)。根據單樣本t檢驗，設置檢驗值為0.1(10%的清除率)時，它們的T檢驗值的伴隨概率均都極顯著的小于0.01，即它們的清除率期望值都不到10%，因此可以認為它們對亞硝酸鹽無顯著的清除能力。

表3 獨立樣本T-檢驗統計表Table 3 Independent sample T-test results

圖3 四種物質不同時間對亞硝酸鹽的清除作用Fig.3 Effect of the 4 substances reaction time on the scavenging of nitrite

2.3 均勻實驗

因為葡萄糖和BSA 對亞硝酸鹽無顯著的清除能力，所以以反應液濃度(A)，反應時間(B)，反應pH(C)，反應溫度(D)4 個不同因素，根據均勻實驗要求，結合單因素實驗結果，通過U5(54)均勻表確定VC、兒茶酚實驗方案，得到實驗結果(表4、表5)及回歸方程(表6、表7)。

表4 VC U5(54)均勻實驗結果Table 4 U5(54)uniform experiment results of VC

表5 兒茶酚U5(54)均勻實驗結果Table 5 U5(54)uniform experiment results of catechol

實驗結果通過SPSS16 分析，確定均勻實驗當中抗壞血酸對亞硝酸鹽清除率的線性回歸方程為:Y =-0.0815-1.0470X1+0.0625X2+0.2532X3-0.0356X4，方程的決定系數R2=0.9984，方程的總體顯著性p =3.60 ×10-7，說明此方程線性擬合很好，具有極顯著意義(表6);兒茶酚對亞硝酸鹽清除率的線性回歸方程為:Y =0.3991-0.0784X1+0.0204X2-0.0113X4，此方程R2=0.9985，p =7.49E-09，線性擬合很好，且具有極顯著意義(表7)。從以上2 個均勻實驗線性模擬來看，X1即清除劑濃度對清除率影響極顯著，當然濃度值有一定限度，所以其系數是負值;X2即反應時間，它與清除率呈正相關，時間越長，清除作用越徹底;X3即pH，對VC的影響極顯著，因為當溶液變成堿性時，VC的結構將被破壞，只有在酸性條件下，其清除作用才最有效［16］。但pH 對兒茶酚卻沒有顯著影響;最后是X4即反應溫度，其系數是負值，表明低溫有利于清除作用。因此，調整清除劑濃度，延長反應時間，控制反應液的pH，降低反應溫度等條件，是提高亞硝酸鹽清除率的重要手段。通過模型計算，當VC濃度＜0.7%，反應時間＞15min，4 ＜pH ＜8，溫度＜4℃時，清除率＞=100%，這點不難從VC均勻實驗結果第四項得到驗證，實際清除率達到99.45;同理，對于兒茶酚，利用該線性模型預測，其濃度＜1%，反應時間＞40min，溫度＜15℃時，清除率＞=100%。而兒茶酚均勻實驗結果第2 項顯示實際清除率為93.38%。因此，這二種模型都是比較理想的，可以作為VC、兒茶酚清除亞硝酸鹽的數學表達。

表6 VC的回歸方程方差分析Table 6 Multiple linear regression analysis of VC

表7 兒茶酚的回歸方程方差分析Table 7 Multiple linear regression analysis of catechol

3 討論與結論

3.1 討論

根據現有的研究結果，表明亞硝酸鹽的清除主要有兩種方式，一種是酶降解途徑，另一種是非酶降解途徑［17］。酶降解途徑可以通過細菌的亞硝酸鹽還原酶將其還原成NO，NH3。另外就是被機體的一些黃嘌呤氧化還原酶(Xanthine oxidoreductase)，亞硝酸鹽還原酶(Nitrite reductase)，NO 合成酶(NO synthase(NOS))等還原成NO［18］。而NO 可以促進血管擴張及血液循環，業已被證明是一種存在于動植物中的信號分子，而且被應用于醫療藥物中。非酶降解途徑是通過一些強還原性物質如VC、黃酮類［19］及雜環類等物質，將其還原成成NO，N2O，H2N2O2，N2等物質［20］，從而降解亞硝酸鹽。從實驗結果來看，VC、兒茶酚對亞硝酸鹽的清除效果分別達到99.45%，93.38%;理論預測它們可以徹底地清除亞硝酸鹽。因為這二種物質都屬于強還原劑。兒茶酚是鄰苯二酚，屬于多羥基酚;而VC化學官能團里含有-NH2，-OH及還原性羰基及酚基，所以他們可以通過非酶方式清除亞硝酸鹽，而且它們的清除作用與時間正相關，這更加說明非酶反應隨時間而逐步完成［21］。同時，VC、兒茶酚是大多數氧自由基的清除劑，因而能阻斷亞硝胺的合成。而葡萄糖和BSA 對亞硝酸鹽的清除率最高只有8.32%、10.93%(單因素實驗中出現的最大值，未做算數平均)，葡萄糖存在于日常飲食及機體內，而BSA 類似于人的免疫球蛋白，它們均不能還原亞硝酸鹽。因此，只有一些高還原性的生物活性物質如黃酮類、多糖、色素等［22］，才能有效清除亞硝酸鹽。

3.2 結論

從反應液濃度、反應時間等條件看來，葡萄糖、牛血清白蛋白這兩種物質，對亞硝酸鹽的清除能力作用不明顯，均顯著低于10%。均勻實驗結果表明，抗壞血酸的濃度為0.7%、反應時間15min、反應pH4、反應溫度4℃時，對亞硝酸鹽的清除率最大，達到99.45%;兒茶酚的反應濃度為1%、反應時間40min、反應pH2、反應溫度20℃時，其對亞硝酸鹽的清除率最大，達到93.38%。通過均勻實驗得到的線性模型表明，VC、兒茶酚都可以徹底清除亞硝酸鹽。

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