天然添加剂对木薯粉营养强化及加工水环境安全的体外评估研究

《Frontiers in Nutrition》：In vitro evaluation of bio-fortification effects on the nutritional quality, toxicological safety, and antioxidant of cassava (Manihot esculenta) flour, and environmental safety of processing water, using natural additives

本研究通过体外实验系统评估了辣木叶、丁香籽和姜黄根茎提取物复合处理对木薯粉营养品质（如类胡萝卜素、B族维生素、蛋白质）、抗营养因子（植酸盐、草酸盐、单宁）、毒性物质（氢氰酸HCN、重金属Pb/Cd/Cr/As）及抗氧化活性（总酚含量TPC、DPPH自由基清除活性）的协同调控作用，并首次同步监测了浸泡水的微生物（总菌落数TBC）与理化指标（pH、BOD、TDS）变化。研究发现杂交处理（如F11）可显著提升木薯粉营养价值（类胡萝卜素提升44.4%），同时降低健康风险因子（HCN降低69.76%，血糖生成指数GI降低51.28%），为开发环境友好型营养强化木薯食品提供了创新策略。

　　

引言

木薯作为全球重要的块根作物，是约30%人口的主食来源，但其营养结构存在显著缺陷：高碳水化合物含量与低蛋白质、维生素及矿物质并存，长期食用未强化木薯制品可能导致营养不良。此外，木薯粉中高血糖生成指数和高氢氰酸水平构成潜在健康威胁，而加工过程中的重金属污染问题亦不容忽视。本研究旨在通过辣木叶、丁香籽和姜黄根茎提取物的复合处理，同步评估其对木薯粉的营养强化效应、毒性物质降解能力及加工水环境安全性的影响。

材料与方法

实验采用尼日利亚三角洲州科技大学农场的TME 419木薯品种，通过乙醇提取法制备三种植物添加剂。设计11种处理方案，包括单一及复合提取物浸泡（浓度1-12%）及粉末混合（1%），以未浸泡木薯（对照A）和自来水浸泡（对照B）为参照。浸泡48小时后，经晒干、烘干、研磨制粉，系统分析营养成分（蛋白质、碳水化合物、维生素B/C/E、类胡萝卜素）、抗营养因子（植酸盐、草酸盐、单宁、HCN）、重金属（Pb、Cd、Cr、As）及抗氧化指标（TPC、DPPH）。浸泡水则检测微生物总数、pH、BOD、TDS及重金属含量。数据采用ANOVA和主成分分析进行统计验证。

浸泡水质量分析

植物提取物处理显著改变了浸泡水的微生物与理化性质。对照B的细菌总数由自来水2.21 log₁₀CFU/mL升至2.59 log₁₀CFU/mL，而高浓度处理组（如F11）因丁香酚、姜黄素等抗菌成分作用，细菌数量降低31.11%。同时，处理组水样pH值降低（有机酸释放）、TDS和BOD升高，重金属浓度随处理浓度增加而上升，表明植物提取物促进了木薯根中重金属的溶出。此发现警示需对加工废水进行净化处理以规避环境风险。

抗营养因子变化

复合处理表现出双重效应：一方面，HCN含量显著降低69.76%，达到FAO/WHO安全标准；另一方面，植酸盐、草酸盐和单宁浓度因植物添加剂本身的富集而升高。例如，F11样本中植酸盐达3.15 mg/100 g DW，较对照A增加显著。尽管低剂量抗营养因子具抗氧化益处，但过量存在可能抑制矿物质吸收，需在后续优化中平衡。

营养品质提升

营养强化效果显著：F11处理使类胡萝卜素从0.47 mg/100 g升至1.80 mg/100 g，蛋白质从1.34%增至1.99%，碳水化合物从74.33 g/100 g DW提高至84.33 g/100 g DW，B族维生素从0.37 mg/100 g DW提升至0.87 mg/100 g DW。脂肪含量则因处理而降低，有助于延长产品货架期。维生素C和E的同步增加进一步增强了木薯粉的抗氧化潜力。

重金属脱毒效应

重金属降解效果突出：F11样本中Pb、Cd、Cr、As累计降低约50%，其中Pb从14.52 μg/kg DW降至7.28 μg/kg DW，远低于WHO/FAO限值。机制归因于植物多酚的螯合作用及浸泡过程中的金属溶出。

抗氧化特性增强

总酚含量和DPPH自由基清除活性与处理浓度呈正相关。F11的TPC达177.33 mg GAE/100 g DW，DPPH抑制率为65.33%，显著高于对照B。酚类物质通过抑制α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶活性，间接参与血糖调控。

血糖生成指数调控

GI值从对照A的78.00降至F11的38.00，归因于植物多酚对碳水化合物消化酶的抑制及可溶性糖的浸出。低GI特性使强化木薯粉适用于糖尿病患者的膳食管理。

统计分析验证

主成分分析显示，营养成分与抗氧化指标聚集于正相关区域，而重金属和GI值分布于负相关区域。F10和F11在营养提升与毒性降低维度表现最优。

研究局限与展望

本研究仅针对单一品种和地点，未来需扩展至多品种、多季节验证。加工水重金属积累问题需通过废水处理技术优化。

结论

辣木、丁香和姜黄的复合处理可同步实现木薯粉的营养强化、毒性物质降解及GI值控制，但抗营养因子升高问题需进一步解决。该策略为开发安全、营养均衡的木薯基食品提供了实用技术路径。