輻照對水溶液中亞硝酸鹽降解效果研究＊

毛青秀，鄧鋼橋，李文革，彭 玲，鄒朝暉，徐遠芳，陳 薇

(1.中南大學隆平分院，湖南長沙 410125;2.湖南省核農學與航天育種研究所，湖南長沙 410125;3.湖南農業大學生物科學技術學院，湖南 長沙 410128;4.湖北省農業科學院，湖北武漢 430000)

亞硝酸鹽(Nitrite)作為肉制品中常見的食品添加劑，具有良好的發色效果，能有效抑制肉毒梭狀芽孢桿菌等微生物的生長，改善肉制品風味和組織結構，賦予良好的品質等作用被廣泛應用于肉制品生產加工中。國家標準規定了臘肉中亞硝酸鹽含量不得高于30 mg·kg-1，過量攝入亞硝酸鹽會對人體造成極大的危害。研究表明，亞硝酸鹽能使血色素中Fe2+氧化成Fe3+，產生大量的高鐵血紅蛋白從而使其失去攜氧和釋氧能力;此外，亞硝酸鹽還能與食物中廣泛存在的前體胺類化合物反應形成有致癌性的亞硝酰胺、重氮等化合物［1］，因此降低食品中亞硝酸鹽殘留量受到人們的高度重視。

輻照加工技術研究起于20世紀40年代［2］，應用范圍十分廣泛，目前主要涉及的領域有輻射制備加工新材料、食品的保藏、醫療器具的消毒處理以及工業三廢的處理等［3］，近幾年成功應用于六氯苯(HCB)［4］、氯霉素(CAP)［5］等污染物的降解，在凈化微量亞硝酸鹽的地下水方面［6］亦具有良好的效果。本文以亞硝酸鹽水溶液為研究對象，探討輻照對水溶液中亞硝酸鹽的降解效果、影響因素和輻解產物的研究，為進一步研究輻照降解食品中亞硝酸鹽提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試劑與儀器

1.1.1 實驗材料 亞硝酸鹽、VC均為AR。重鉻酸銀劑量計，實驗室自制，與中國計量科學院輻照加工計量比對，計量測量誤差＜±3%。

1.1.2 實驗儀器 UV-2450紫外可見分光光度計(日本島津公司);AA3型連續流動分析儀(德國BRAN+LUEBBE公司);BL-220H電子天平(日本島津公司);W10A超純水器(日本島津公司);FW-100高速萬能粉碎機(天津市華鑫儀器廠)。

1.2 實驗方法

1.2.1 初始濃度對降解效果的影響試驗 用蒸餾水配制濃度分別為25、50和100 mg·L-1的亞硝酸鹽溶液，待用。

1.2.2 Vc對降解效果的影響試驗 準確稱取Vc 0.020、0.050 和 0.080 g，用 25 mg·L-1的亞硝酸鹽溶液定容至100mL容量瓶中，配制成Vc含量分別為0.02%、0.05%和 0.08%的亞硝酸鹽溶液，待用。

1.2.3 NaCl對降解效果的影響試驗 準確稱取NaCl 0、2.000 和 8.000 g，用 25 mg·L-1的亞硝酸鹽溶液定容至100mL容量瓶中，配制成NaCl含量分別為0%、2%、8%的亞硝酸鹽溶液，待用。

分別吸取 1.2.1、1.2.2 和 1.2.3 中待用溶液10mL置于15mL聚丙烯離心管中密封，進行輻照處理。

1.3 輻照處理

輻照采用60Co-γ射線進行動態輻照處理(湖南核農學與航天育種研究所)，放射性活度為9.62×1015Bq。輻照劑量設定為 0、2、6、10 kGy，每個劑量設3個平行，用重鉻酸銀劑量計跟蹤測定，以實測劑量為準。輻照結束后，立即進行輻照劑量和亞硝酸鹽含量的測定。

1.4 測定方法

1.4.1 亞硝酸鹽含量測定方法 硝酸鹽含量測定按照GB5009.33-2010［7］進行。亞硝酸鹽降解率按以下公式計算:

式中，ρ0和 ρt分別為輻照前后亞硝酸鹽的濃度。

1.4.2 硝態氮與銨態氮含量測定方法 硝態氮和銨態氮含量的測定采用AA3型連續流動分析儀進行測定。取樣速率:30個/h，進樣與清洗時間比為3∶1，基線10%。硝態氮含量以硝酸鉀作為標準溶液進行測定，銨態氮含量以硫酸銨為標準溶液進行測定。

1.5 標準曲線的繪制

分別準確量取亞硝酸鹽標準使用液 0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.5、2.0、2.5、5、10、15、20mL，參照GB5009.33-2010稍作改進，測定吸光度，并繪制標準曲線。

1.6 數據分析

采用SPSS20.0統計軟件進行數據處理，顯著性分析采用Duncan’s新復極差檢驗法。

2 結果與分析

2.1 輻照對水溶中亞硝酸鹽的降解效果

2.1.1 不同輻照劑量與亞硝酸鹽初始濃度對降解效果的影響 圖1表示不同初始濃度的亞硝酸鹽溶液經不同劑量輻照處理后的殘留量和降解率。由統計分析結果可知，在P＜0.05水平下，水溶液中亞硝酸鹽輻照降解效果顯著，且隨著輻照劑量的增加，殘留量逐漸減少，降解率增大。當輻照劑量為6.9 kGy時，25 mg·L-1亞硝酸鹽溶液中亞硝酸鹽的殘留量低于檢測水平，降解率達到100%;50 mg·L-1、100 mg·L-1亞硝酸鹽溶液中亞硝酸鹽的降解率分別75.55% 和47.31%;當輻照劑量為 10.55 kGy 時，50 mg·L-1降解率達到 97.09%。在 P＜0.05水平下，不同初始濃度的亞硝酸鹽具有顯著性差異。亞硝酸鹽初始濃度越大，降解率越低。對輻照劑量和不同初始濃度下亞硝酸鹽殘留量進行相關性分析，其中 R1=-0.940、R2=-0.989* 、R3=-0.987*(其中 R1、R2、R3分別為 25 mg·L-1、50 mg·L-1、100 mg·L-1亞硝酸鹽水溶液與輻照劑量的相關系數)，說明輻照劑量與初始濃度之間呈負相關關系。

2.1.2 不同濃度Vc對降解效果的影響 圖2表示不同Vc濃度的亞硝酸鹽輻照處理后的結果。未經輻照時，添加Vc的處理組與對照組(25.40 mg·L-1)相比，亞硝酸鹽殘留量有不同程度的降低，Vc添加量分別為 0.02%、0.05%和 0.08%時，其溶液中亞硝酸鹽殘留量為 19.88 mg·L-1、13.56 mg·L-1和9.79 mg·L-1，說明Vc的添加能顯著降低亞硝酸鹽含量，Vc濃度越高降解效果越好，這與黃武營的研究結果一致［8］。樣品經 1.54 kGy輻照時，添加 Vc的亞硝酸鹽溶液中目標物無法檢出，亞硝酸鹽降解率達100%。未添加Vc的亞硝酸鹽溶液降解率為35.32%，遠低于添加Vc溶液中亞硝酸鹽降解率，這表明Vc與輻照對亞硝酸鹽降解具有協同作用。

圖2 不同輻照劑量和Vc濃度對其殘留量和降解率的影響Fig.2 The influence of nitrite residue and degradation rate by different irradiation dose and Vc concentration

2.1.3 不同濃度NaCl對降解效果的影響 研究NaCl在水溶液中對亞硝酸鹽輻照降解率的影響。圖3可以看出:輻照劑量為0 kGy時，不同NaCl添加量中亞硝酸鹽含量無顯著性變化(P＞0.05)，NaCl對水溶液中亞硝酸鹽無降解效果。樣品經1.54 kGy輻照處理后，亞硝酸鹽整體殘留量均呈下降趨勢，添加NaCl的處理組與未添加NaCl的對照組進行對比，發現處理組中亞硝酸鹽殘留量略高于對照組，增大劑量到6.90 kGy時，對照組中亞硝酸鹽無法檢出，處理組中亞硝酸鹽還有少量殘留，由此可以推斷NaCl能抑制輻照對水溶液中亞硝酸鹽的降解，其原因還有待研究。

圖3 不同輻照劑量和NaCl濃度對亞硝酸鹽殘留量的影響Fig3 The influence of nitrite residue by different irradiation dose and initial NaCl concentration

2.2 輻解產物的初探

表1為經10.55 kGy劑量輻照處理后100 mg·L-1和25 mg·L-1亞硝酸鹽水溶液輻解產物中硝態氮和銨態氮的測定結果。輻照后100 mg·L-1和25 mg·L-1樣品中亞硝酸鹽含量明顯降低，硝態氮和銨態氮含量均有所增加，其中100 mg·L-1亞硝酸鹽溶液與25 mg·L-1相比，硝態氮和銨態氮含量較高，這可能是因為高濃度下，輻解產物的濃度也有相應提高［5］。由統計分析結果可知，與對照組CK相比，輻照對樣品中硝態氮含量的影響極顯著，其中P1=0.000，P2=0.001，(P1、P2＜0.01);輻照對銨態氮含量的影響顯著，其中 P1=0.012，P2=0.037(P1、P2＜0.05)。由此看出，輻照能有效降解水溶液中的亞硝酸鹽，生成硝態氮和銨態氮等輻解產物。

表1 10.55 kGy劑量下不同濃度亞硝酸鹽中N含量Tab.1 The N content in different concentration of nitrite by 10.55 kGy

3 討論

亞硝酸鹽的降解率與初始濃度呈負相關關系。經相同輻照處理后，水溶液中產生的活性基團數量一致，但低濃度的亞硝酸鹽中的NO2-有更多的機會與活性自由基反應，導致亞硝酸鹽的降解率增加;溶液中亞硝酸鹽含量越高，活性自由基數量相對減少，亞硝酸鹽的降解率降低，因此，100 mg·L-1的水溶液中亞硝酸鹽降解率低于25 mg·L-1的水溶液，降解量結果則相反。

Vc添加量對亞硝酸鹽的輻照降解效果有一定的影響，Vc與輻照協同作用能有效提高亞硝酸鹽的降解率。Vc為多羥基內酯，水解釋放出的H+與亞硝酸鹽根離子具有高度的親和性，能促進亞硝酸的生成，達到更好的降解效果。NaCl對水溶液中亞硝酸鹽的輻照降解有一定的抑制作用，具體原因還有待進一步研究。

亞硝酸鹽溶液經輻照處理后，溶液中硝態氮和銨態氮的含量增加，其中硝態氮含量高于銨態氮含量。由于輻照作用，亞硝酸鹽發生了氧化還原反應，與溶液中高活性粒子反應時以失電子為主，N由+3價變化為+5，生成硝酸根離子，少部分N降低為-3價，生成銨根離子以銨鹽的形式存在。水溶液中氮的存在形式為銨態氮、有機氮、硝態氮和亞硝態氮，有機氮主要為蛋白質、尿素、氨基酸、胺類、硝基化合物等。在純水配制的樣品中有機氮含量幾乎為零，輻照后溶液中N元素只有少部分轉移到硝態氮和銨態氮中，亞硝態氮的減少量與硝態氮和銨態氮的生成量不呈對等關系，根據元素守恒定律，可以推測其他絕大部分的N元素可能以氣體的形式散發到空氣中，該推測是否正確以及氣體存在的具體形式還需進一步研究。

4 結論

本文研究了輻照對水溶液中亞硝酸鹽的降解效果，結果表明，輻照能有效的降低水溶液中的亞硝酸鹽含量，亞硝酸鹽的降解率與初始濃度呈負性相關關系，與輻照劑量呈正性相關關系，Vc對亞硝酸鹽輻照降解具有協同作用，NaCl對亞硝酸鹽的輻照降解具有抑制作用。輻照后亞硝酸鹽部分轉變為硝態氮和銨態氮，其他的產物可能以氣體的形式存在，這對于進一步研究水溶液中輻照降解具有重要意義。

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