烹飪過程對空心菜和卷心菜硝酸鹽潛在安全風險的影響

鄔松恒，劉玉環，崔 憲，張 琦，王允圃，羅 璇

（南昌大學 食品學院生物質轉化教育部工程研究中心，江西 南昌 330000）

近些年，因化肥濫用、種植方式不合理等問題，集約化種植的蔬菜時常出現硝酸鹽大量積累的情況。而人們日常攝入的硝酸鹽中有81.2%以上來自于蔬菜，其中葉類蔬菜是最易積累硝酸鹽的蔬菜種類。雖然葉類蔬菜中大量積累的硝酸鹽不足以對人體產生直接毒害作用，但有研究表明人體攝入硝酸鹽的6%～7%會在口腔微生物的作用下被轉化為亞硝酸鹽，而亞硝酸鹽是強致癌物亞硝胺的前體物質，并且能引起高鐵血紅蛋白血癥，所以食用高硝酸鹽含量的葉類蔬菜會對人體健康產生潛在安全風險。然而也有大量研究表明，蔬菜中還含有許多抗氧化物可以避免危害物質的形成，如抗壞血酸、多酚等都被證明具有消除亞硝酸鹽和阻斷亞硝胺合成的能力。在體外模型實驗中，當抗壞血酸與亞硝酸鹽的物質的量大于2∶1時，亞硝胺的形成能被完全阻斷。因此，葉類蔬菜的硝酸鹽潛在安全風險應當取決于蔬菜中硝酸鹽和抗氧化能力之間的平衡關系。

葉類蔬菜在經過烹飪處理后，硝酸鹽含量和抗氧化能力會發生顯著變化，這可能會改變它們之間的平衡關系，進而影響蔬菜的硝酸鹽潛在安全風險。Chetty等發現根莖類蔬菜的硝酸鹽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等發現花椰菜的抗氧化能力在水煮和汽蒸烹飪后分別提升了76.5%和117.6%，但在微波烹飪后降低了41.2%。目前，大量研究集中于分析蔬菜的抗氧化能力或硝酸鹽含量在烹飪前后的變化，而關于烹飪方式和烹飪時間對葉類蔬菜硝酸鹽和抗氧化能力之間平衡關系的影響鮮有報道。

本實驗以兩種葉類蔬菜（空心菜和卷心菜）為原料，研究4 種常見家庭烹飪方式（油炒、汽蒸、微波和水煮）及其烹飪時間對兩種蔬菜的硝酸鹽含量、亞硝酸鹽含量和抗氧化能力的影響，并通過抗氧化性/體內亞硝酸鹽比（antioxidant/nitrite ratio，/）值反映蔬菜中硝酸鹽與抗氧化能力的平衡關系，以此評價蔬菜的硝酸鹽潛在安全風險，探討烹飪過程對葉類蔬菜硝酸鹽潛在安全風險的影響，為人們的飲食健康提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

油炒烹飪所用葵花籽油購買于江西南昌本地超市。以2021年6月實驗當天清晨從江西省南昌市江大南路農貿市場購買的新鮮空心菜（柳葉空心菜）和卷心菜（“盛春”卷心菜）為實驗材料，采購后立即運往實驗室進行后續實驗。

四硼酸鈉、硫酸鋅、亞鐵氰化鉀、還原鋅粉、三氯化鐵、硝酸鈉、亞硝酸鈉、乙酸鈉 西隴科學股份有限公司；乙酸鎘、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 上海麥克林生化科技有限公司；對氨基苯磺酸、鹽酸萘乙二胺、氨水、冰乙酸 上海阿拉丁生化科技股份有限公司。實驗所用試劑均為分析純。

1.2 儀器與設備

JYC-21ES10家用電磁灶 九陽股份有限公司；CZ-001多功能食品料理機 中山市超展電器有限公司；UV-9000紫外分光光度計 上海元析儀器有限公司；DHG-9036A電熱恒溫鼓風干燥箱 上海精宏實驗設備有限公司；H1850R臺式高速冷凍離心機 湖南湘儀實驗室儀器開發有限公司。

1.3 方法

1.3.1 烹飪過程

新鮮葉類蔬菜和葵花籽油的相關信息見表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）自由基抑制率和鐵離子還原能力（Ferric reducing antioxidant power，FRAP）極低，對原料抗氧化能力檢測結果的直接影響可以忽略不計。

表1 新鮮葉類蔬菜和葵花籽油的相關數據Table 1 Details of fresh leafy vegetables and sunflower oil

蔬菜經清洗、瀝干后切分成大小相近的小塊并充分混合，立即用于后續烹飪實驗。將混合均勻的生蔬菜分成質量均等的5 份，其中一份生蔬菜作為空白對照組，另外4 份作為實驗組分別用于4 種烹飪處理，每次從中取樣100 g蔬菜用于烹飪，所有實驗重復3 次。如圖1所示，長時間油炒和微波烹飪會導致蔬菜產生焦黑或干癟皺縮，為了保證可食用性，烹飪時間不超過4 min。汽蒸和水煮過程對蔬菜形態和色澤影響較小，出于節約能源的目的，烹飪時間控制在12 min以內。具體實驗烹飪方法如下：

油炒：在煎鍋（直徑33 cm、深度 6 cm）中放入10 g葵花籽油，加熱至油冒煙后（約150 ℃）加入100 g蔬菜，分別炒制1、2、3、4 min。將炒好的蔬菜瀝干，并用吸油紙吸去多余的油。

汽蒸：在蒸鍋內加入500 mL水，加熱至沸騰后將盛有100 g蔬菜的塑料盤置于蒸鍋內金屬支架上。蓋上鍋蓋并分別汽蒸2、4、8、12 min。取出蒸制好的蔬菜，瀝干水分。

微波：在塑料碗內裝入100 g蔬菜并加入10 mL水。蓋上蓋子并將碗放入微波爐內，以700 W分別加熱1、2、3、4 min。隨后撈出碗內的蔬菜并瀝干水分。

水煮：在鍋內加入500 mL水，加熱至沸騰后，將100 g蔬菜加入沸水中并分別煮2、4、8、12 min。隨后撈出蔬菜并瀝干水分。

烹飪結束后，將樣品裝在帶蓋塑料碗內稱量，隨后用多功能食品料理機將蔬菜粉碎成泥，取樣待測。

圖1 烹飪后蔬菜外觀形態Fig. 1 Appearance of cooked vegetables

1.3.2 水分含量的測定

參照Gu Zhiqiang等的方法，采用恒溫烘干法。

1.3.3 硝酸鹽和亞硝酸鹽含量的測定

參考Ding Zhansheng等的方法，但對預處理過程進行一定修改。取5.0 g蔬菜泥加入25 mL蒸餾水和1.2 mL 2.6 g/100 mL NaBO溶液，并于在70 ℃水浴中保溫15 min。隨后冷水浴15 min并加入0.5 mL 30 g/100 mL硫酸鋅溶液，振蕩混勻后再加入0.5 mL 15 g/100 mL亞鐵氰化鉀溶液，振蕩混勻。室溫靜置30 min后，用定性濾紙過濾并將濾液定容至50 mL，立即分析濾液中的硝酸鹽和亞硝酸鹽含量，均以干質量計算。

1.3.4 抗氧化能力的測定

1.3.4.1 DPPH自由基抑制率

參照周晗等的方法。

1.3.4.2 FRAP

參考Benzie等的方法，但對預處理過程進行一定修改。取2.0 g蔬菜泥，加入20 mL 80%乙醇溶液，冰浴條件下超聲處理10 min，而后在4 ℃避光提取24 h。隨后在4 ℃、10 000 r/min離心10 min，所得上清液用于FRAP測定。此外，參照Sdiri和Manthon等的方法，用-抗壞血酸（溶于80%乙醇溶液）作為標準對照，FRAP的測定結果以干基中抗壞血酸當量計算（mmol/kg）。

1.3.4.3 硝酸鹽潛在安全風險評價方法

/值反映了蔬菜中硝酸鹽和抗氧化能力之間平衡關系，Ding Zhansheng等報道了利用/值評估果蔬制品中硝酸鹽對人體健康的影響。本研究通過/值反映烹飪過程對蔬菜硝酸鹽和抗氧化能力的綜合作用，并以此評價蔬菜的硝酸鹽潛在安全風險。根據Ding Zhansheng等的描述，蔬菜中硝酸鹽總量的6.5%被用于計算為預測體內亞硝酸鹽。/值的計算方式如下：

式中：AAE為抗氧化能力的抗壞血酸當量/（mmol/kg）；N為亞硝酸鹽含量/（mmol/kg）；N為預測體內亞硝酸鹽含量/（mmol/kg），相當于硝酸鹽物質的量的6.5%。

1.4 數據處理與分析

由于烹飪過程會導致蔬菜含水率的變化，檢測結果均根據蔬菜水分含量換算成干質量含量：

式中：為蔬菜中物質的濕質量含量/（mg/kg）；為蔬菜濕質量/g；為蔬菜干質量/g。

所有數據使用SPSS 23.0軟件進行單因素方差分析（ANOVA），＜0.05，差異顯著。使用Origin 2021軟件進行數據處理并繪圖。

2 結果與分析

2.1 烹飪過程對葉類蔬菜硝酸鹽含量的影響

如圖2所示，空心菜的硝酸鹽含量（37.9 g/kg）在油炒和汽蒸前期（2 min）分別顯著增加了49.57%和35.59%（＜0.05）。但隨著烹飪時間的延長，油炒組的硝酸鹽含量無顯著變化（＞0.05），而汽蒸組呈線性下降的趨勢（圖2a），烹飪12 min后降低至25.1 g/kg。微波組和水煮組的空心菜硝酸鹽含量在烹飪過程中呈降低趨勢，且主要發生在烹飪前期（0～2 min）。卷心菜的硝酸鹽含量（9.2 g/kg）在油炒前期無顯著變化（＞0.05），而在油炒后期（4 min）顯著增加了28.03%（＜0.05）。汽蒸、微波和水煮烹飪均導致卷心菜硝酸鹽含量降低，在烹飪結束時分別降低了31.25%、46.61%和41.85%（圖2b）。該結果與王茜茜等的報道一致，該研究發現小青菜的硝酸鹽含量在油炒3 min后增加了53.67%，而在水煮6 min后降低了47.96%。劉冬梅等也發現西蘭花的硝酸鹽含量在汽蒸、微波和水煮烹飪后分別減少了13.6%、22.6%和44.6%。

由圖2可知，空心菜和卷心菜的硝酸鹽含量在油炒后均呈增加趨勢。王茜茜等認為油炒導致蔬菜硝酸鹽含量增加的原因是由于蔬菜中的水分在油炒過程中大量損失，從而引起硝酸鹽含量的相對增加。但如圖2c、d所示，油炒過程中蔬菜質量損失率呈線性增加趨勢，與硝酸鹽含量的變化沒有顯著相關性（＜0.9）（圖3）。因此可能存在其他原因導致油炒后蔬菜硝酸鹽含量的增加，例如油中的含氮物質可能在高溫下轉化成硝酸鹽。與油炒相比，汽蒸和微波在前人的研究中被認為對食物風味和營養的影響較小，而在本研究中，汽蒸和微波烹飪都顯著降低了蔬菜硝酸鹽含量，這可能與烹飪時間有關。Leszczyńska等認為在水煮過程中可溶性鹽類如硝酸鹽會溶出至水中并大量損失，這與本實驗結果一致（圖2）。

圖2 烹飪過程中葉類蔬菜的硝酸鹽含量和質量損失率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鹽含量在油炒后大幅度變化的時間段不同，分別是在油炒前期（0～2 min）和后期（2～4 min），同時兩種蔬菜在汽蒸、微波或水煮過程中也有類似現象，這可能與不同種類蔬菜的組織結構差異有關。Leszczyńska等也報道了類似的現象，其研究認為烹飪時間越長，原料組織的松弛程度越大，這可能是不同種類的蔬菜在烹飪過程中硝酸鹽等成分發生大幅變化的時間段不同的原因。許叢叢等也指出不同植物組織的細胞結構成分存在差異，這種差異與蔬菜的質構和營養的釋放有著密切聯系。相比于空心菜，卷心菜的組織結構可能更緊密，影響了組織松弛程度和細胞內營養成分的溶出，因此發生大幅變化的時間略晚于空心菜。

圖3 油炒烹飪后蔬菜硝酸鹽含量和質量損失率的相關性Fig. 3 Correlation between nitrate content and mass loss rate of stir-fried vegetables

2.2 烹飪過程對葉類蔬菜亞硝酸鹽含量的影響

如圖4所示，空心菜的亞硝酸鹽含量（15.9 mg/kg）在烹飪后大幅降低，在油炒、汽蒸、微波和水煮后分別顯著減少了83.90%、77.18%、56.18%和90.34%（＜0.05），且均發生在烹飪前期。卷心菜的亞硝酸鹽含量（8.0 mg/kg）在油炒烹飪過程中呈上升趨勢，在油炒烹飪4 min后顯著增加了92.81%（＜0.05），而汽蒸和水煮過程對卷心菜的亞硝酸鹽含量無顯著影響（＞0.05），微波烹飪過程減少了34.93%。

圖4 烹飪過程中葉類蔬菜的亞硝酸鹽含量Fig. 4 Nitrite contents in leafy vegetables during cooking

相比于硝酸鹽，新鮮蔬菜的亞硝酸鹽含量極低（表1），較易在烹飪前期快速流失，此外，烹飪可能促進了抗氧化物的釋放，蔬菜中殘留的少量亞硝酸鹽會被抗氧化物快速還原，這可能是導致空心菜亞硝酸鹽含量在烹飪后快速降低的原因。但是，卷心菜亞硝酸鹽含量在油炒烹飪過程中持續增加（圖4b）。吳文彬等也報道過類似的現象，即大白菜、青菜、芹菜及韭菜的亞硝酸鹽含量隨著炒制的時間延長而升高。這可能與卷心菜在油炒高溫條件下發生的某些物質降解有關，有待于進一步研究。

2.3 烹飪過程對葉類蔬菜抗氧化能力的影響

如圖5所示，空心菜的DPPH自由基抑制率在油炒和汽蒸烹飪前期（2、4 min）分別顯著增加了18.98%和35.98%（＜0.05），在水煮烹飪前期（2 min）降低了29.25%，但3 種方式在烹飪后期的變化并不明顯。在微波烹飪前期（2 min）空心菜的DPPH自由基抑制率無顯著變化（＞0.05），但在烹飪后期（4 min）顯著降低了15.97%（＜0.05）。卷心菜的DPPH自由基抑制率在油炒和汽蒸烹飪過程中的變化趨勢與空心菜基本一致（圖5b），分別在烹飪結束后顯著增加了34.64%和24.06%（＜0.05）。在微波烹飪前期（2 min）卷心菜的DPPH自由基抑制率快速增加了35.00%，而在烹飪后期無明顯變化。在水煮烹飪過程中卷心菜的DPPH自由基抑制率呈線性降低趨勢，烹飪結束時下降了20.33%。

圖5 烹飪過程中葉類蔬菜的DPPH自由基抑制率Fig. 5 DPPH radical scavenging rates of leafy vegetables during cooking

如圖6所示，空心菜的FRAP在油炒烹飪過程中持續上升，烹飪結束時增加了108.88%。汽蒸和微波烹飪后空心菜的FRAP分別增加了78.98%和90.83%，其中微波組的快速增加發生在烹飪前期（0～2 min），而汽蒸組發生在烹飪中期（4～8 min）。空心菜的FRAP在水煮烹飪前期（0～2 min）沒有顯著變化（＞0.05），但在烹飪中期（8 min）降低了17.12%。卷心菜的FRAP在油炒烹飪過程中持續上升，烹飪結束時上升了218.35%，而在汽蒸和微波烹飪前期（4、2 min）分別上升了76.35%和112.99%。水煮組在烹飪前期（2 min）上升了66.20%，但之后呈線性下降趨勢，烹飪結束時相比于原料降低了31.70%。

圖6 烹飪過程中葉類蔬菜的FRAPFig. 6 FRAP of leafy vegetables during cooking

通常認為油炒的高溫會破壞蔬菜內如VC、類黃酮等對熱敏感的抗氧化物，從而引起蔬菜抗氧化能力的降低。但是在本研究中，兩種葉類蔬菜的DPPH自由基抑制率和FRAP在油炒烹飪過程中均明顯提升。Ashour等的研究也報道了類似結果，胡蘿卜、西葫蘆和西蘭花的總抗氧化能力（FRAP）在油炒后分別提升了349%、181%和74%。Zeb等的研究也表明，高溫油炒增加了菠菜葉中-生育酚等抗氧化物的含量，且隨著油炒的時間延長，菠菜葉中的總酚含量增加。該現象產生的原因可能是由于油炒的高溫引起了許多化學反應，如美拉德反應、斯特雷克降解以及酯和糖苷的水解，從而在烹飪過程中產生如還原性美拉德產物等新抗氧化物，進而提升了油炒后蔬菜的抗氧化能力。前人的研究認為汽蒸和微波烹飪過程中蔬菜與水的間接接觸減少了水溶性抗氧化物的損失，從而對蔬菜抗氧化能力的負面影響較小。然而在本研究中，汽蒸和微波烹飪都引起了蔬菜抗氧化能力的提升，這可能是由于烹飪熱處理改變了蔬菜中多酚的含量和組成，進而影響了抗氧化能力。但與油炒烹飪相比，汽蒸和微波的烹飪溫度不足以發生形成新抗氧化物的化學反應，因此烹飪后期無法進一步提升蔬菜的抗氧化能力。水煮烹飪過程中蔬菜的DPPH自由基抑制率和FRAP均持續降低，這是由于水溶性抗氧化物在水煮烹飪過程中大量流失導致。VC和酚類化合物是蔬菜抗氧化能力的重要組成部分，其水溶性和高溫下不穩定的特征使其在水煮烹飪過程中溶出到水中并被快速分解。

與硝酸鹽和亞硝酸鹽含量的變化情況相比，空心菜和卷心菜的FRAP在烹飪過程中發生變化的趨勢類似，但是發生變化的時間段略有不同。在汽蒸和微波烹飪過程中，空心菜在烹飪后期（8、3 min）出現轉折，而卷心菜的轉折點出現在烹飪中期（4、2 min）。這可能是由于新鮮空心菜中的抗氧化物含量多于卷心菜（表1），因此在烹飪過程中發生轉變所需的時間更長。此外，卷心菜在水煮前期（2 min）出現了短暫上升，這可能是由于烹飪導致了卷心菜中抗氧化物的釋放。而空心菜可能是因為組織結構更加松弛，釋放出的抗氧化物快速流失，從而未觀察到上升的趨勢。

相比于FRAP，DPPH自由基的氧化勢相對較低，有部分抗氧化物質可能無法被檢出。Kim等的研究也表明，DPPH自由基抑制率與總酚含量沒有明顯相關性（=0.256 5），這可能導致DPPH自由基抑制率反映的抗氧化能力低于FRAP。此外，FRAP也常被用于評價果蔬類的抗氧化能力。因此，為準確反映蔬菜的抗氧化能力，在后續/值計算中，以葉類蔬菜的FRAP表示蔬菜的抗氧化能力。

2.4 烹飪過程中葉類蔬菜硝酸鹽潛在安全風險的評價

圖7 烹飪過程中葉類蔬菜的A/N值Fig. 7 Changes in A/N ratio of leafy vegetables during cooking

通過/直觀反映烹飪方式、時間對蔬菜中硝酸鹽和抗氧化能力之間平衡關系的影響，并以此評估蔬菜中硝酸鹽對人體健康產生的潛在安全風險。該比值的本質是反映蔬菜抗氧化能力與硝酸鹽含量之間的平衡關系，比值越高說明硝酸鹽潛在安全風險越低。如圖7所示，在烹飪過程中葉類蔬菜的/值會隨著烹飪時間而改變，不同烹飪時期的相對低風險烹飪方式不同。根據/值評價，空心菜的相對低風險烹飪方式在烹飪0～2、2～4、4～12 min內分別是水煮（/1.05～2.00）、微波（/1.9～2.46）、汽蒸（/0.81～2.83），卷心菜的相對低風險烹飪方式分別是油炒（/1.65～3.90）、微波（/3.86～6.26）、汽蒸（/3.51～4.76）。

油炒在烹飪過程中能同時使蔬菜的硝酸鹽含量和抗氧化能力增加，水煮則相反（圖2和圖6），這兩種烹飪方式在烹飪前期（0～2 min）分別最有效地減少了卷心菜和空心菜的硝酸鹽潛在安全風險。兩種蔬菜在烹飪前期相對低風險烹飪方式的差異與蔬菜初始的化學物質含量有關。新鮮空心菜的硝酸鹽含量很高（表1），初始/值僅為1.05，因此水煮烹飪對硝酸鹽含量的快速削減產生了更明顯的作用。而卷心菜的初始/值相對較高（1.65），因此油炒烹飪對抗氧化能力的增強在烹飪前期起到了更明顯的作用。隨著烹飪時間的延長，油炒后硝酸鹽含量的顯著增加和水煮后抗氧化能力的顯著下降對于烹飪影響硝酸鹽潛在安全風險開始產生更多的負面效果，因此這兩種方式在烹飪超過2 min后對蔬菜硝酸鹽潛在安全風險的控制效果不及微波（圖7）。

微波和汽蒸均能降低蔬菜的硝酸鹽含量并提升抗氧化能力（圖2和圖6），因此對減少蔬菜硝酸鹽潛在安全風險始終起到了積極作用。基于可食用性（圖1）與/值（圖7），微波對兩種蔬菜均是相對安全的烹飪方式，但烹飪時間不宜超過4 min，汽蒸在超過4 min后成為更適宜的烹飪方式。

3 結 論

4 種常見家庭烹飪過程（油炒、汽蒸、微波和水煮）對于空心菜和卷心菜的潛在硝酸鹽安全風險的影響取決于烹飪方式和烹飪時間。油炒和水煮在烹飪前期（2 min內）分別對卷心菜和空心菜的硝酸鹽潛在安全風險起到較好的控制效果；微波在可食用性允許范圍內（4 min內）是相對更安全的烹飪方法，而汽蒸在長時間烹飪（4 min以上）更具優勢。因此，根據蔬菜種類選擇適宜的烹飪方式和烹飪時間能有效控制硝酸鹽潛在安全風險，減少葉類蔬菜中過多的硝酸鹽給人體健康帶來的危害。此外，兩種葉類蔬菜受到烹飪過程的影響不完全相同，這可能與蔬菜本身的性質（組織結構、化學物質含量等）有關，其影響機理有待進一步研究。