氮循环被认为是维持陆地生态系统可持续性的关键营养素循环之一。生物体需要简化型的氮来参与蛋白质和核酸的形成。在氮循环中，氮元素形成了错综复杂的相互关系，植物的氮吸收是以氮酸盐的形式进行的。植物是维生素、矿物质和生物活性物质的特殊储备库，在维持人类营养中发挥了重要作用。然而人类活动将一些额外的氮元素引入了全球氮循环系统中，这使得植被中的氮污染高达10000mg/kg。在正常成人的日常饮食中，87％的氮摄入是来源于蔬菜，婴儿膳食中也包含有能促进他们生长发育的蔬菜，由于随着婴儿体重的不断增加，它们对食物的消化能力也不断提高，因此婴儿的饮食搭配需要监护人的悉心指导。

亚硝酸盐是通过蔬菜和饮水摄入的，它也可以被用于腌肉制品中，作为食品添加剂，帮助形成和稳定腌肉制品的粉颜色，提高腌制品的风味，作为肉类食品抗氧化剂。最常使用的亚硝酸盐类是亚硝酸钠，它也是一种防腐剂，抑制肉毒杆菌的生长和腌肉制品中肉毒素的产生。硝酸盐也可以被用于肉类腌制过程中，帮助形成和稳定腌肉制品诱人的红色外观。然而，它只有通过化学反应降解为亚硝酸盐之后才能有效地参与到腌肉制品的品质形成过程中。硝酸盐对食品风味有影响，也可以用作食品防腐剂。硝酸盐可以降解为亚硝酸盐，而亚硝酸盐对人体有急性毒性。亚硝酸盐在酸性条件下能与二级和三级有机胺类反应（图2-16)，形成亚硝胺（图2-17)。亚硝胺被认为是动物潜在致癌物。

由于现代食品工业亚硝酸盐作为食品添加剂的使用量越来越多大，引起政府和公众的广泛关注。但由于亚硝酸盐对肉毒杆菌极为有效的杀灭作用，对肉毒素形成的抑制作用，大大保证了肉制品的食用安全。所以，它的添加有利有弊，并且利大于弊。在食品体系和细菌细胞中亚硝酸盐及其衍生物的化学结构十分复杂。并且，食品中的抗菌物质并不只是亚硝酸盐，腌制食品制备过程中亚硝酸盐的衍生物也具有杀菌作用。在一系列受试的亚硝酰基化合物中，带有[Fe₄S₃(NO)₇]^-的盐类对肉毒杆菌的孢子形成抑制作用最大。此化合物对食品中的需氧及厌氧腐败菌均有杀灭作用。而亚硝酸盐其他的衍生物对细菌的杀灭作用则是选择性的，标志着它们在细菌细胞中有不同的抑制作用位点。包括呼吸链，蛋白质里的铁-硫化学键及其他的金属蛋白、生物膜和遗传物质[l6]。

(1)亚硝基类化合物的危害

19世纪70年代开始，人们认为亚硝酸盐与癌症之间有一定联系。但始终没有得到决定性的结论证明它与癌症之间有直接联系。然而高剂量的亚硝酸盐确实是致癌助剂。有研究显示，亚硝酸盐能诱导某些细菌菌株的突变，如诱导用作碱基对替换检测的鼠伤寒沙门氏菌的突变。相关流行病学研究显示了膳食摄入硝酸盐、亚硝酸盐与癌症患病率之间有一定的关系。在中国河南，食管癌的发生率极高，这与河南地区普遍食用含有高硝酸盐与亚硝酸盐的卤水腌制蔬菜有关。

长期以来，人们对通过饮水和食物摄入硝酸盐离子的安全性持有怀疑态度。

硝酸盐进入人体后的代谢产物对健康的利弊效应仍处于争议中。现在的腌制食品都要求标明其中硝酸盐和亚硝酸盐的含量。而人们对亚硝酸盐类化合物日益增加的谨慎态度主要是由于它有害于人体的健康，硝酸盐和亚硝酸盐对人体的危害主要有以下两个方面：首先，硝酸盐与胃癌的发生有关，因为它能形成致癌物质亚硝胺。而硝酸盐的化学性质虽然不活泼，但是它在微生物的还原作用下能形成不稳定的亚硝酸盐离子，这就促使了生物体内亚硝化反应的进行。国际癌症研究机构已经将由食品和饮水摄入的硝酸盐和亚硝酸盐归类为可能使人致癌的物质。有报道称，胃癌死亡率居世界癌症致死率的第二位。因此，不同食品中硝酸盐和亚硝酸盐含量的探测和确定是极其重要的。亚硝酸盐引起的第二大健康危害是会导致婴儿高铁血红蛋白症，如蓝婴综合征，又被称为“后天获得性”或临床高铁血红蛋白综合征。有研究人员已经观测到误食亚硝酸盐（比如饮水污染、汤汁和药品的污染）引起的急性毒性危害。其急性毒性危害的机理主要是氧合血红蛋白被氧化为高铁血红蛋白，从而导致高铁血红蛋白症的发生。这有可能是致命的疾病，尤其是对新生儿而言，高铁血红蛋白的还原能力弱，会导致所谓的“蓝婴综合征”的发生。其他报道的有关亚硝酸盐的危害是对小鼠肠吸收的抑制作用。因此，1985年欧盟对饮水中亚硝酸盐的限定标准设为50mg/L。

(2)亚硝基类化合物的形成

在正常成人的日常饮食中，87％的氮摄入是来源于蔬菜。现代农业生产不可避免地要使用氮肥，而氮肥的过多施加会使植被内氮元素的含量大幅上升，相关化合物经过植物体的代谢会成为硝酸盐，硝酸盐经微生物或放置时间过长的蔬果的还原作用变为亚硝酸盐。所以，隔夜的剩菜，腌制蔬菜以及未烹饪但过久放置的蔬菜中亚硝酸盐的含量都会大幅提高。

亚硝酸盐，一氧化氮和氮化合物复杂的结构式使研究人员很难将其与相关的危害水平联系起来。众所周知，N-亚硝胺化合物能由亚硝酸盐形成。化合物如N-亚硝基二甲胺（图2-18）对一系列受试动物都显示有致癌性。烹饪过后的腌制肉类可以检测出N-亚硝基化合物口例如，研究人员测得油炸烟熏肉类表面总的N-亚硝基化合物的含量为2.9ug/kg。其中，已知的挥发或不挥发的亚硝基化合物仅占10％～20％。在胃内的酸性条件下，亚硝基化合物与肽类或其他胺基化合物反应也能产生亚硝胺。一直以来，亚硝酸盐都作为肉类食品的添加剂，原因是它能保护肉类食品不受耐热细菌肉毒杆菌孢子的污染，并阻止其产生毒素。

图2-18N-亚硝基二甲胺的结构

(3）亚硝基类化合物的控制与预防

人们在不断争议低水平的亚硝酸盐是否存在潜在的毒性和致癌性时，并没发现一氧化氮和亚硝酸盐其实也是人体代谢产物，精氨酸在人体内能代谢为一氧化氮。一氧化氮不仅是异型生物质，而且还对人体有特殊的生理作用，其中最重要的是对细菌入侵的炎症免疫反应。这种方式中，人体产生的亚硝酸盐的量和通过膳食摄入的量相当，因此，人体对亚硝酸盐和一氧化氮的毒性效应有一定抵抗作用，这是一些细菌如肉毒杆菌所不具备的。

鉴于亚硝酸盐可能的毒性与致癌性，其作为食品添加剂的添加量是有限制的。相比硝酸盐，亚硝酸盐在肉类食品中的添加量更多，但是其量保持在食品安全范围以内。它抑制细菌生长的机制是相当重要的，相关研究已经开展了50多年，但是仍未在分子水平上理解其作用机制。但现有研究已经清楚亚硝酸盐与其他物质如氨基酸、肽类、金属卟啉及含氮-硫键化合物之间的反应。如果我们能在分子水平和化学路径上理解亚硝酸盐抑制细菌细胞生长的机制，那么模拟其抑菌机制的亚硝酸盐替代物就能被合理地设计、选择出来。届时，这种化合物将作为重要的食品添加剂、防腐剂、广谱抑菌剂应用到食品工业中。

如今肉类食品中部分亚硝酸盐能用红曲红色素代替，这种色素在保持肉制品表观红色同时，也具有一定的广谱抗菌性。但是更好的亚硝酸盐的完全替代品没有被人们发现，但我们相信在不久的将来，随着科技的发展，研究者一定能找到一种新型食品添加剂，很好地解决亚硝酸盐带来的危害问题。