食品添加剂硝酸盐亚硝….doc

食品添加剂硝酸盐亚硝酸盐的毒性和人体健康的危害
毒理与功能评价所 陈新霞 奚清丽 王民生
常见的硝酸盐(nitrate)为硝酸钠，为白色细小结晶状粉末，稍带淡灰色或淡黄色，无臭，味略苦咸，易潮解和溶于水，其水溶液为中性，高热时分解为亚硝酸钠。硝酸盐广泛用作于食品加工业中的发色剂和防腐剂。
亚硝酸盐(nitrite)俗称“硝盐”，外观及滋味都与食盐相似，人们通常称为“工业用盐”。亚硝酸盐主要指亚硝酸钠，它是一种白色或淡黄色结晶状颗粒或粉末，无臭，味咸稍带苦味，易潮解，易溶于水，难溶于乙醇和乙酸，其水溶液的pH为9，能缓慢吸收空气中的氧而转变为硝酸钠。亚硝酸盐主要用于生产各种染料和某些有机合成、金属表面的热处理，也常在肉类制品中允许作为发色剂限量使用。
硝酸盐和亚硝酸盐广泛分布于自然环境，主要来源是含氮肥料的大量使用。食品、燃料、炼油等工厂排入环境和水体中的大量含氮废弃物和氮氧化物，经过生物、化学转换后均形成硝酸盐，而造成地表水和地下水的硝酸盐污染，在硝酸盐还原菌的作用下，硝酸盐还原成亚硝酸盐。无机、有机含氮肥料和农药的大量使用，导致土壤中硝酸盐富集化，菜根从土壤中获取养分的同时，也摄入了大量硝酸盐，一些蔬菜如卷心菜、花椰菜、胡萝卜、芹菜、菠菜等通常含有很高的硝酸盐（1000 ～3000mg／kg），一般成年人每天摄入的硝酸盐约100mg 。蔬菜中的硝酸盐，在腌制过程中极易被还原成亚硝酸盐。在食品加工中，硝酸盐和亚硝酸盐常作为肉制品的发色剂添加于食品原料中，以增加腌肉制品的色泽和抑制微生物的繁殖及毒素的产生，来延长保质期和提高腌肉的风味。
人体主要通过饮食摄入过多的硝酸盐与亚硝酸盐，这两种物质在我国A级绿色食品中不得使用。1994年联合国粮农组织和WHO规定了硝酸盐和亚硝酸盐的每日容许摄入量（ADI值）分别为5mg／kg和0.2mg／kg。我国食品安全国家标准食品添加剂使用标准（GB2760-2011）规定，在肉制品中硝酸盐(硝酸钠，硝酸钾)的最大使用量不得超过500mg／kg，亚硝酸盐的最大使用量不得超过150mg／kg。在肉制品中亚硝酸盐的最终残留量不得超过30mg／kg，肉罐头中不得超过50mg／kg。婴儿对硝酸盐和亚硝酸盐敏感，因此，欧共体建议亚硝酸盐不得用于婴儿食品，硝酸盐应限制使用。　　
硝酸盐与亚硝酸盐主要从消化道进入人体。含有大量硝酸盐的饮水、粮食、鱼、肉制品、蔬菜、渍酸菜、隔夜炒菜等食用后，在口腔可被唾液中硝酸盐还原酶还原成亚硝酸盐进入人体。
唾液腺可以浓缩富集硝酸盐并分泌到口腔中，唾液中的硝酸盐水平是血液中的20倍。Xia等比较了Sjogren综合征、腮腺良性肥大患者和健康成人的腮腺液、混合唾液、血液和尿液中硝酸盐、亚硝酸盐含量后发现，Sjogren综合征患者混合唾液中硝酸盐、亚硝酸盐的总量均明显低于健康对照组和腮腺良性肥大组，而Sjogren综合征患者尿液中硝酸盐、亚硝酸盐的总量均明显高于健康对照组。Xia等还通过建立小型猪腮腺破坏萎缩的动物模型来进行硝酸盐负荷实验研究，结果发现当双侧腮腺破坏后混合唾液中硝酸盐、亚硝酸盐含量明显降低，给予硝酸盐负荷后腮腺破坏组混合唾液中硝酸盐、亚硝酸盐升高的幅度明显低于对照组，而尿液中的硝酸盐含量却明显高于对照组。说明腮腺是机体硝酸盐代谢的重要器官,而机体维持高浓度的唾液硝酸盐含量可能与口腔抗菌作用有关。
唾液中的硝酸盐随吞咽运动进入胃中,在正常情况下在胃和十二指肠重吸收入血，经血循环回到唾液腺，再次分泌到唾液中，经历了从十二指肠→唾液腺→口腔→十二指肠的循环过程，这种循环使硝酸盐不断地在口腔被还原成亚硝酸盐，人体内80%亚硝酸盐都是从这个循环得到的。在病理情况下，如一些疾病导致胃酸过低时，胃液中的一些硝酸盐还原菌活性增强，也可使硝酸盐还原为亚硝酸盐。Hunault的研究表明硝酸盐在胃肠道高吸收，而在肝脏的低首过效应，给9名健康志愿者单一口服亚硝酸钠(0.12 and 0.06mmol NaNO2/mmol Hb)，测定血清硝酸盐、亚硝酸盐和高铁血红蛋白作为亚硝酸盐氧化活性作用的指标，发现给以口服0.12 mmol NaNO2/mmol Hb亚硝酸钠其绝对活性达98%，口服0.06mmol NaNO2/mmol Hb. 亚硝酸钠其绝对活性达95%。亚硝酸盐进入胃中后，若在胃酸性环境适宜的情况下, 在人体的胃肠道内可以和蛋白质食品中的胺类物质合成N-亚硝基化合物（NOC），尤其是生成N-亚硝胺和亚硝酰胺等强致癌物。
唾液亚硝酸盐在口腔中可以继续还原为一氧化氮(NO)，通过呼吸排出体外，当大量硝酸盐在口腔还原为亚硝酸盐后，随着亚硝酸盐含量的增加，其还原为NO的能力也增加，从而加大亚硝酸盐的排泄。饮食中的绝大部分硝酸盐与亚硝酸盐可以随尿液排出。从口腔进入体内的硝酸盐60%～70%在24～48h从尿中排泄，其他排泄途径有：10%经汗液排出，0.5%经粪便排出。 硝酸盐在体内迁移转化过程如下图。
引自参考文献 都韶婷，章永松，林咸永, 等. 蔬菜积累的硝酸盐及其对人体健康的影响.中国农业科学2007, 40(9):2007-2014.
一、 毒性概述
（一） 动物实验资料
1、 急性毒性 硝酸盐大鼠经口LD50为3236mg/kg，亚硝酸盐的小鼠经口LD50为200mg/kg。其中亚硝酸钠大鼠经口LD50为85mg/kg；大鼠皮下注射LD50为15mg/kg；家兔静脉注射LD50为80mg/kg；家兔皮下注射LD50为60mg/kg；狗经口LD50为330mg/kg。
2、 亚急性毒性 目前硝酸盐和亚硝酸盐的慢性毒性资料不多。有研究小鼠每日腹腔注射0.25%亚硝酸钠0.015ml/g (其中含亚硝酸钠3.75×10-5mg)，染毒15天后，实验组体重减轻，谷草转氨酶、谷丙转氨酶、碱性磷酸酶活性 尿素氮、肌酐等水平升高。
3、致突变 Ames试验中，亚硝酸钠的浓度在8.48×10-4mg/ml以下，没有诱变作用;当剂量在1.075×10-1～2.57×10-1mg/ml范围时，呈阳性反应。当亚硝酸钠的浓度大于2.57×10-1mg·mL-1时，亚硝酸钠对细菌有毒性增加，使试验菌株趋于死亡。 有研究表明亚硝酸钠是DNA交联/氧化剂，亚硝酸钠的主要作用是使DNA分子上一条链的碱基与互补链上的相应碱基共价接合，形成DNA-DNA交联。此外，亚硝酸钠还可引起碱基的氧化脱氨反应，使氨基变为酮基，造成碱基转换型突变。
4、生殖发育毒性 动物实验研究发现, 硝酸盐和亚硝酸盐转化为亚硝胺和亚硝酰胺后，可以通过胎盘屏障，亚硝酰胺对动物有致畸作用。尽管目前还没有得到低剂量硝酸盐和亚硝酸盐暴露致畸的动物实验证据， 但其在机体内代谢产生的许多N-亚硝基化合物具有致畸作用。 有研究表明硝酸盐和亚硝酸盐重要代谢产物亚硝酰胺中甲基及乙基亚硝基脲可以使大鼠、小鼠、仓鼠等实验动物子代产生先天畸形，特别是中枢神经系统畸形和骨骼畸形，例如无眼、脑积水、脊柱裂或少趾等。
5、致癌 硝酸盐和亚硝酸盐本身直接致癌的证据不足。食品中的硝酸盐和亚硝酸盐进入人体后，在适宜的条件下，可在口腔、胃、膀胱和尿道中形成亚硝胺。在一定条件下，作为肉制品发色剂和防腐剂的亚硝酸盐可与肉中的胺和氨基酸发生反应，生成亚硝基化合物（NOC），尤其是生成多种亚硝胺和亚硝酰胺，后者对动物均有较强的致癌作用，可引起鱼、青蛙、小鼠、大鼠、地鼠、豚鼠、兔、狗、猪及猴等的不同组织器官发生肿瘤。一次足够的剂量和多次长期的慢性作用都可以产生肿瘤。它还可通过乳汁使子代发生肿瘤。有资料表明，用含有硝酸盐和亚硝酸盐的酸菜提取液和酸菜汤汁浓缩液喂大鼠，经过2年观察，在食酸菜提取液的大鼠中，出现食管、前胃与腺胃上皮增生性病变。
（二） 流行病学资料
我国每年均有多起硝酸盐中毒事件发生，主要是将硝酸盐当做食盐误食或使用国家禁用的工业盐来蒸煮肉制品，而导致食用过量的硝酸盐引起中毒。 硝酸盐和亚硝酸盐对人体的毒性主要表现为婴儿高铁血红蛋白症、婴儿先天畸形、甲状腺肿大等。
硝酸盐和亚硝酸盐的致癌性一直有很大的争议，一般认为它是形成致癌物亚硝胺的前体。在一份利弊调查报告中，美国食品药物管理局（FDA）计算出全美国每年有135例癌症患者的死亡和过量摄入亚硝酸盐有关，但如果在肉制品中不加亚硝酸盐，也将有22例由于肉毒素中毒而死亡。据报道有13个国家的生态学相关分析中发现NO3—摄入量与胃癌死亡率呈正相关，但我国69个县的生态学相关研究中未能发现NO3—暴露程度与胃癌死亡率的关系，这可能与我国居民的膳食结构有很大关系，因为我国居民膳食多以粮谷和蔬菜为主，蔬菜虽然含有大量的硝酸盐，但蔬菜同时也含有亚硝基化反应的阻断剂，如维生素C和黄酮类物质等。
1972年国外通过研究英格兰和爱尔兰地区各季度人均罐装肉类和腌制肉类的摄取情况发现，这些食品的人均摄取量在时间和空间上与无脑儿的发生率高低分布一致，因此，推断用于防腐剂的硝酸盐和亚硝酸盐可能是无脑儿发生的重要的因素。随着各国深入研究，硝酸盐、亚硝酸盐与人类先天畸形发生之间的病因关联不容忽视，环境中硝酸盐、亚硝酸盐暴露可能是某些地区出生缺陷特别是中枢神经系统先天畸形高发的重要原因之一。我国是出生缺陷高发国家，北方广大地区是属于世界上神经管畸形发生率最高的地区，而这些高发地区也是上消化道恶性肿瘤死亡率较高的地区。
由于许多具有胺结构的药物可经过亚硝化反应形成 N-亚硝基化合物，因此，这类药物同样有致畸的可能性，如解热镇痛类药物、避孕药物等。研究发现暴露于可亚硝化的药物的妇女子代肿瘤发生率显著增高，妇女在怀孕开始4个月暴露于可亚硝化的药物,子代发生重大先天畸形的危险性显著增加，这些畸形包括眼畸形、脑积水、颅缝早闭、脊髓脊膜膨出、脑膜膨出。Brender等用病例对照研究的方法探讨了可亚硝化药物的暴露、 亚硝酸盐摄入总量与神经管畸形发生危险性的关系。 结果发现，在饮食中亚硝酸盐总摄入量（饮食中亚硝酸盐摄入量+5%硝酸盐摄入量）较高的情况下，服用过可亚硝化药物的妇女生育神经管畸形的危险性是未服用妇女的2.7倍（95%CI 为1.4-5.3），对于饮食中总亚硝酸盐摄入量高于10.5mg/d的妇女，曾服用可亚硝化药物者生育神经管畸形的危险性是未服用者的7.5倍（95%CI 为1.8-45.4），这说明饮食中亚硝酸盐摄入量与可亚硝化药物的暴露在增加神经管畸形危险性中具有协同作用。
二、中毒临床表现及防治原则
1、急性中毒 硝酸盐本身毒性不大，除具有较大的腐蚀作用和引起胃肠炎外，一般不引起中毒，由于植物、霉菌、人的口腔和肠道细菌具有将硝酸盐转化为亚硝酸盐的能力，硝酸盐往往表现为亚硝酸盐的毒性。亚硝酸盐口服中毒发病急速，当摄入纯亚硝酸盐0.3～0.5g时，即可发生急性中毒，人致死量为3g。纯品亚硝酸盐潜伏期一般为10～15min，大量食用被污染的食物后一般潜伏期1～3h，最长可达20h。主要引起肠原性青紫症，表现为全身乏力、头晕、头痛、恶心、呕吐，有时腹痛、腹泻，面部潮红、指端麻木、视物模糊、耳鸣、胸部紧迫感、心悸、呼吸困难。检查可见皮肤青紫，以口唇和甲床最为显著，血中高铁血红蛋白升高。严重者精神萎靡、嗜睡、抽搐、血压下降、心律不齐、昏迷、惊厥、大小便失禁，出现肺水肿，抢救不及时可因呼吸衰竭而死亡。
2、慢性中毒 亚硝酸盐未见职业性全身中毒的报道。皮肤反复接触高于1.5%的亚硝酸钠溶液，会出现接触性皮炎。有资料表明，高硝酸盐的长期摄入能减少人体对碘的消化吸收，从而导致甲状腺肿。长期食入含有较高浓度的亚硝酸盐食品有致癌作用。
3. 防制原则 硝酸盐与亚硝酸盐中毒，轻症一般不需要治疗。较重者应催吐、洗胃、导泻。解毒治疗可静脉注射或口服1％亚甲蓝溶液，另外需给予大剂量维生素C和葡萄糖，这样可以起到辅助治疗作用。
主要针对中毒原因采取预防措施，如不吃腐烂的蔬菜；食剩的熟菜不可在高温下存放长时间后再食用；腌菜时所加盐的含量应达到12%以上，不吃腌制不透的腌菜或至少腌至15天以上再食用；不在短时间内吃大量叶菜类蔬菜；肉制品加工中硝酸盐和亚硝酸盐用量严格按国家卫生标准规定；不用苦井水煮粥，尤其不存放过夜；亚硝酸盐与食盐或碱面分开贮存，避免误食；食管癌和胃癌高发区，应提倡多吃新鲜蔬菜，多食用抑制亚硝胺形成的食物,如大蒜中的大蒜素可以抑制胃中的硝酸盐还原菌，使胃内的亚硝酸盐含量明显降低，茶叶中的茶多酚能够阻断亚硝胺的形成，富含维生素C的食物，由于维生素C可以防止胃中亚硝胺的形成,还有抑制亚硝胺的致癌突变作用。尽量不吃或少吃酸菜、腌菜；尽量施用具有固氮和还原硝酸盐的钼肥。
三、 消化系统毒性表现
硝酸盐和亚硝酸盐对人体消化系统的危害表现为它们能在人体内进行转变，可诱发胃肠道的癌症。过量的硝酸盐和亚硝酸盐与癌症的发生有密切的关系。亚硝酸盐在人体内与仲胺类作用形成亚硝胺类，它在人体内达到一定剂量时可能致癌、致畸、致突变，严重危害人体健康。大量流行病学资料研究表明，胃癌可能与环境中硝酸盐和亚硝酸盐的含量有关，喜食腌制、发酵、熏烤加工的食品与胃癌、食道癌、肝癌、结肠癌和膀胱癌等的发病率有关。日本人喜食含亚硝酸盐高的海鱼，可能与日本胃癌的发病率高有关。智利的研究认为，他们国家中胃癌的高发可能与大量使用硝酸盐肥料，从而造成土壤和蔬菜中硝酸盐和亚硝酸盐的含量过高有关。有研究认为亚硝酸盐在食物中含量增多可能与缺钼有关。他们发现缺钼的地方，大肠癌发病率高。钼是植物硝酸还原酶的组成成分，此酶在植物体内可使亚硝酸盐转变为硝酸盐。土壤中缺钼植物中此酶相应缺乏，亚硝酸盐含量就会增多。食入这类植物经肠菌作用可使其中亚硝酸盐还原为亚硝胺，成为致癌物。
Mitacek 等对泰国肝癌与胃癌发生的地理分布与当地居民日常饮食中硝酸盐、亚硝酸盐以及二甲基亚硝铵（NDMA）的摄入量进行了相关性评价，他们系统的收集并分析了从1988-1996年，1996-2005年各种食物的消费频率，发现在泰国的北方和东北部四个区域平均日摄取硝酸盐155.7mg/kg，亚硝酸盐7.1 mg/kg，NDMA 1.08μg/kg，硝酸盐、亚硝酸盐以及二甲基亚硝铵日摄入量的不断增加与这些地区高比例的肝癌与胃癌的发病率相对应。
近年来研究表明，食物和饮水中硝酸盐和亚硝酸盐含量较高与我国部分地区神经管畸形及消化道恶性肿瘤高发密切相关。如我国林县等地食道癌高发就与当地居民喜欢吃腌菜的生活习惯有关。有报道，林县1985-1987年男性3年食道癌发病率为155.23/10万，女性为100.57/10万，属于食道癌高发地区。对林县居民喜欢吃的腌菜中NDMA含量达10.0-10.8μg/kg，腌菜汁中硝酸盐和亚硝酸盐含量分别达到111.22 mg/L和0.150mg/L。将林县“旱井水”浓缩10倍，作为大鼠的饮用水，可诱发大鼠前胃乳头状瘤。最近有资料调查表明，不同国家和地区的学者对高硝酸盐饮食或饮水人群中唾液硝酸盐、亚硝酸盐含量进行流行病学调查后发现，其平均水平高于健康人群。有研究调查了29例鼻咽癌患者唾液中亚硝酸根平均含量为68.54±3.44μmol/L，高于30例健康对照人群唾液中亚硝酸根平均含量（43.34.±3.17μmol/L），推测当患鼻咽癌时，唾液分泌一氧化氮（NO）的量会增加，很自然唾液中亚硝酸根的含量就增高，唾液中较高浓度的亚硝酸根含量可能是鼻咽癌病因因素之一。
四、 毒性机制
硝酸盐、亚硝酸盐本身不致癌。硝酸盐和亚硝酸盐是自然存在的离子，是氮循环的一部分，在人类生活的环境中普遍存在。N-亚硝基化合物（NOC）主要包括亚硝胺和亚硝酰胺两大类，N-亚硝基化合物性质很不稳定，人体直接摄入这类化合物的可能性很小，而其前体物质硝酸盐、亚硝酸盐在一定条件下可转化为N-亚硝基化合物。 机体摄入硝酸盐后，在口腔和胃内经细菌作用将其还原为亚硝酸盐， 亚硝酸盐在一定条件下与胺类进一步发生亚硝化反应形成N-亚硝基化合物。 人体内N-亚硝基化合物合成可能包括酸性条件下的化学合成以及近中性条件下的微生物催化合成。 在胃内正常酸性生理条件下化学合成很容易进行，亚硝酸盐被吃到胃里后，在胃酸作用下与蛋白质的消化产物二级胺（仲胺）和四级胺（季胺）反应生成亚硝基化合物。患萎缩性胃炎的患者尽管胃液 pH值有所上升，但胃中某些具有催化N-亚硝基化合物合成作用的微生物数量增多，胃内亚硝基化合物的总含量明显升高。因此，有人将亚硝酸盐称为内生性致癌物。
（R1R2）NH + HNO2 →（R1R2）N—N=O + H2O
仲胺 亚硝酸盐 亚硝胺
亚硝胺具有强烈的致癌作用，能引起食管癌、胃癌、肝癌和大肠癌等胃肠道癌症。其致癌过程机制可能是亚硝胺在体内经酶的激活在组织和器官内产生烷化剂---重氮烷，使核酸和蛋白质甲基化，尤其是RNA和DNA的鸟嘌呤的N7位发生甲基化，因而产生细胞癌变和突变。
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