碘、硒、锌叶面强化对小麦粉及其面包加工品质的影响：从籽粒富集到烘焙保留的综合评估

《LWT》：EFFECTS OF IODINE, SELENIUM, AND ZINC BIOFORTIFICATION ON WHEAT FLOUR AND DOUGH PROPERTIES FOR BREAD MAKING

本研究针对全球范围内普遍存在的“隐性饥饿”（碘、硒、锌等微量元素缺乏）问题，系统探讨了通过叶面喷施对两个小麦品种进行单一及复合微量元素（I, Se, Zn）生物强化的效果。研究发现，生物强化能显著提高籽粒及面粉中的目标微量元素含量，且对面包制作品质影响甚微。尤为重要的是，带盖烤炉面包比扁平面包能更好地保留微量元素。该研究为通过农艺措施可持续性地改善主食作物的营养价值，且不牺牲其加工品质提供了重要依据。

　　

在全球范围内，有超过20亿人受到“隐性饥饿”的困扰，即日常饮食中必需微量元素摄入不足，尽管能量摄入可能充足。碘（I）、硒（Se）和锌（Zn）的缺乏会导致一系列严重的健康问题，并造成巨大的经济负担。尽管常与欠发达地区的营养不良相关，但由于饮食模式改变和食盐摄入减少等因素，微量元素摄入不足在高收入国家也日益普遍。此外，土壤中这些元素植物有效性的高低，直接影响了它们在作物可食部分的积累，进而影响膳食摄入。面对土壤条件的限制，通过农艺措施对主食作物进行生物强化，成为一种颇具前景的解决方案。其中，叶面施肥被证明是提高小麦等作物籽粒中锌、碘和硒含量的有效方法。然而，大多数研究集中于单一营养元素的施用，对于三种及以上微量元素协同施用的效果，以及这些强化措施对小麦粉和面团的理化特性、流变学性质，乃至最终面包产品中微量元素保留率的影响，仍知之甚少。这些功能特性对于面粉在面包制作中的应用性能至关重要，而微量元素的保留率则直接决定了营养强化策略的实际效果。

为了回答上述问题，研究人员在土耳其埃斯基谢希尔的过渡带农业研究所进行了为期两年（2021年和2022年）的田间试验。研究选用了两个面包小麦（Triticum aestivum L.）品种（Bezostaja-1 和 Nacibey），采用裂区随机区组设计。试验设置了对照、单独喷施碘（KIO₃）、硒（Na₂SeO₄）、锌（ZnSO₄·5H₂O）以及三者复合喷施共五种处理。在小麦的茎伸长、抽穗和乳熟初期进行叶面施肥。收获后，对籽粒产量和矿物质含量（使用ICP-MS和ICP-OES测定）进行分析。将籽粒加工成全麦粉和白色面粉，并对其营养成分（蛋白质、灰分、湿面筋）、功能特性（降落数值、粉质特性）进行表征。利用发酵流变仪评估面团发育和气体释放动态。最后，使用强化后的面粉制作两种类型的面包（扁平面包和带盖烤炉面包），并分析烘焙过程中碘、硒、锌的保留情况。

3.1. 生物强化对籽粒矿物质浓度的影响

叶面生物强化显著提高了两个小麦品种籽粒中的碘、硒和锌浓度。在Bezostaja-1品种中，强化后的全麦粉碘、硒、锌含量分别达到619 μg/kg、623 μg/kg和75 mg/kg。然而，营养元素的共同施用导致了籽粒碘浓度的降低，表明在养分吸收和转运过程中存在交互作用（竞争性拮抗）。硒表现出最高的向籽粒转运的效率。此外，锌处理还伴随着籽粒铁（Fe）含量的增加，并且锌、铁、硫（S）浓度之间呈现显著正相关，提示可能存在共同的积累途径或含硫化合物（如富含半胱氨酸的蛋白质）的金属结合作用。

3.2. 面粉的营养成分和功能特性

制粉过程显著影响了强化矿物质的留存。全麦粉保留了最高浓度的微量元素，而白色面粉中的保留率分别为碘32%、硒74%、锌23%。大部分矿物质留存在麸皮和次粉中，这些副产品可作为功能性食品配料加以利用。生物强化，特别是硒和锌的处理，导致面粉蛋白质含量有所降低（最高降低约10%），这可能与稀释效应或硒对含硫氨基酸代谢的干扰有关。全麦粉的面筋指数低于白色面粉，表明麸皮成分对面筋网络形成有干扰。锌的强化处理导致降落数值显著降低，暗示可能改变了淀粉对水解的敏感性。硒处理则与面团弹性增强相关。

3.3. 面团发育和气体释放

生物强化处理对面团的最大高度、最终高度等特性影响不大。然而，锌处理的面团表现出最高的弱化能力（47%）和总产气量，但气体保留系数最低（72%）。相比之下，硒处理有助于保持面团弹性。碘、硒、锌复合处理产生了中间效果，部分抵消了单一锌处理对气体保留的负面影响。

3.4. 烘焙性能

面包体积主要受面粉类型影响，全麦粉面包的体积显著小于白色面粉面包。在生物强化处理中，单独锌处理导致的面包体积最小，这与锌干扰面筋蛋白交联（如与巯基相互作用、破坏二硫键形成）有关。而碘和硒处理对面包体积的影响较小。品种间也存在差异，Nacibey在控制组和碘处理下通常能获得较高的面包体积。

3.5. 强化面包中的矿物质保留

生物强化有效地提高了最终面包产品中的微量元素含量。烘焙过程中矿物质的保留率差异显著，取决于元素本身的化学性质、烘焙方法和面粉类型。碘和锌在带盖烤炉面包中的保留率最高（碘约98%，锌约32%），而在扁平面包中保留率较低，这与扁平面包采用的高温短时烘焙可能促进挥发或热降解有关。硒在所有面包类型中的保留率均最低（约27%），主要归因于有机硒化合物（如硒代蛋氨酸）的热降解或挥发性硒物种的形成。使用白色面粉制作面包会导致矿物质保留率进一步下降。计算表明，食用100克由强化全麦粉制成的带盖烤炉面包，可满足成人每日碘、硒、锌推荐摄入量（RDA）的相当大比例（最高分别可达43%、56%和41%），且即使日消费量达到400克，其微量元素摄入量也仍在可耐受最高摄入量（UL）的安全范围内。

该研究通过整合多年的田间试验、两种小麦品种、碘硒锌复合叶面处理以及从籽粒到不同面包类型的全程微量元素动态评估，证实了叶面生物强化是提高小麦及其加工产品中碘、硒、锌含量的一种有效且可扩展的方法。尽管共同施用可能存在拮抗作用，但能提供更均衡的微量元素谱。产后加工，特别是制粉和烘焙，显著影响微量元素的最终营养构成。虽然单独锌强化与面包体积轻微下降相关，但硒和碘强化能保持面包的整体烘焙品质和面团功能特性。研究表明，通过农艺生物强化生产富含微量营养元素的小麦粉，可用于各种面包配方，是改善脆弱人群微量元素摄入、缓解隐性饥饿的一种可持续策略。研究成果为将生物强化策略与工业化加工流程相结合，开发营养强化主粮产品提供了科学依据和实践路径。该论文发表于《LWT - Food Science and Technology》期刊。