硝酸塩

硝酸塩やリンなどの過剰な栄養素が水域に流れ込むと、有害な藻類の大量発生 (HAB) が発生することがよくあります。これらの藻類の大量発生は危険な毒素を生成し、溶存酸素の低下を引き起こし、魚の死につながります。飲料水源となる水域での藻類の大量発生は特に問題です。
HAB の危険性のため、多くの水質監視プログラムは、硝酸塩の過剰レベルを検出することを目的としています。詳細については、当社のブログ記事「HAB|知っておくべきことすべて」をご覧ください。

硝酸塩は、特に幼児が摂取すると、他の健康問題を引き起こす可能性があります。硝酸塩濃度の高い飲料水にさらされると、メトヘモグロビン血症、別名「青色児症候群」を引き起こす可能性があります。この症状は、硝酸塩が過剰に含まれる水を使用して乳児用調合乳を調製した場合によく発生します。
すぐに飲める乳児用調製粉乳の製造業者は、当社の FS 3700 自動化学分析装置で利用できる方法など、さまざまな方法を使用して製品中の硝酸塩を測定できます。
乳児が硝酸塩を摂取すると、口や胃の中の細菌によって亜硝酸塩に還元されます。乳児の胃は大人よりも酸性度が低いためです。亜硝酸塩はヘモグロビンと結合してメトヘモグロビンを形成します。メトヘモグロビンは細胞に酸素を放出できない特殊なヘモグロビンです。
「ブルーベビー症候群」の最も一般的な症状は、子供の唇に灰青色が現れることです。これは最終的に体の他の部分に広がり、最も重篤な場合には死に至る可能性があります。3
成人でもメトヘモグロビン血症を発症し、心拍数の上昇、衰弱、吐き気、さらには死に至ることもあります。

硝酸塩以外にも、亜硝酸塩やアンモニアなど、窒素の化学的形態は環境中に存在します。窒素循環は、これらの形態がどのようにして変化するかを説明します。窒素循環についてさらに詳しく知りたいですか? ミネソタ大学の窒素循環の概要をご覧ください。
廃水処理の目的の 1 つは、窒素を除去して受水域の過剰な窒素増加を防ぐことです。窒素循環のプロセス、具体的には硝化と脱窒は、この目的を達成する上で重要な役割を果たします。
アンモニアは、硝化と呼ばれるプロセスを通じて亜硝酸塩、そして最終的には硝酸塩に変換されます。このプロセスは好気性細菌の助けを借りて行われます。好気性細菌は生存するために酸素を必要とします。

亜硝酸塩と硝酸塩は総称して NOx と呼ばれ、窒素ガスに変換され、脱窒と呼ばれる生物学的反応によって廃水から除去されます。このプロセスでは、非常に低い溶存酸素 (DO) と十分な有機炭素の供給が必要であるため、脱窒プロセスの制御には硝酸塩と COD/BOD/DOC の監視が不可欠です。

前述のように、高濃度の硝酸塩はHABの増殖を促進し、魚の死滅につながります。しかし、HABが存在しない場合でも、水中の硝酸塩は水生生物に直接影響を与えるのでしょうか?
一部の表層水では、天然の硝酸塩濃度は比較的低く、1 mg/L 以下です。1 このレベルでは硝酸塩は有害ではありませんが、硝酸塩濃度が高くなりすぎると水生生物に悪影響が現れることがあります。
保全基金の淡水研究所が実施したある研究では、養殖ニジマスを適度なレベルの硝酸態窒素 (75 ～ 100 mg/L) に慢性的にさらした場合の影響を調査しました。結果では、このレベルの再循環養殖システム (RAS) では奇形や顕著な行動変化が見られることが示唆されました。このトピックに関する当社のブログ記事「養殖における硝酸態窒素レベルは想像以上に危険」をご覧ください。

魚がアンモニアを排出し、バイオ濾過システムがそれを硝酸塩に変換すると、RAS 内の硝酸塩レベルが上昇する可能性があります。硝酸塩を監視することで、養殖管理者は操業を調整するタイミングを知ることができます。これには、水交換率の増加、脱窒装置の追加、給餌量の削減などが含まれます。

硝酸塩は、ベーコン、ハム、サラミ、一部のチーズの保存料としてよく使用されています。研究では、硝酸塩の使用がニトロソアミンの生成に関係していることが示されています。ニトロソアミンの中には、発がん性化合物もあります。ニトロソアミンが形成される原因の 1 つは、体内で硝酸塩から自然に生成される亜硝酸塩がタンパク質の近くにある場合です。この状態は、保存肉などのタンパク質が豊富な食品に見られます。保存肉を高温で調理すると、ニトロソアミンが形成されやすくなります。
While nitrate's use as a preservative receives a considerable amount of attention, humans receive very little of their dietary nitrate intake from processed meat – only about 5%. Most of the dietary nitrate (>私たちが摂取する窒素酸化物の80％は野菜から得られ、葉物野菜には高濃度の硝酸塩が蓄積されることが多いのです。
野菜は防腐剤として添加されるのではなく、栽培されている土壌から硝酸塩を摂取します。肥料を豊富に含んだ土壌で栽培された野菜は、有機栽培の野菜よりも硝酸塩含有量が多くなります。5 野菜はタンパク質を多く含まない食品であるため、野菜に含まれる硝酸塩がニトロソアミンを形成する可能性は低くなります。野菜には、ニトロソアミンの形成を最小限に抑える化合物（ビタミン C やポリフェノールなど）も含まれています。
野菜に含まれる硝酸塩は、一酸化窒素の生成に関係しているため、有益である可能性があります。このガスは、血圧を下げ、感染症と戦うのに役立つなど、さまざまな利点があります。6 注意すべき点は、野菜からメトヘモグロビン血症を引き起こすほどの量の硝酸塩を摂取することは可能ですが、それが起こる可能性は非常に低いということです。
硝酸塩が人体に与える影響のほかに、葉物野菜の硝酸塩濃度は一日を通して変動する可能性があるため、野菜の硝酸塩濃度を監視するもうひとつの理由は、施肥と収穫のタイミングを最適化することです。
では、食品中の硝酸塩濃度はどのように測定されるのでしょうか。次のセクションで説明する比較的安価な方法、具体的には比色法と電位差法は、水溶液を作成すれば硝酸塩分析に使用できます。分析用のサンプルを準備する手順の 1 つは、オーブンで乾燥させた葉のサンプルを硫酸アルミニウム抽出溶液と混ぜることです。