《Biological Trace Element Research》：Combined Biofortification of Durum Wheat with Zinc and Selenium: Effects on Semolina and Pasta Nutrient Accumulation and Yield
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为解决硬粒小麦及其制品（粗面粉、意大利面）中必需微量元素锌（Zn）和硒（Se）浓度不足导致人体健康风险的问题，研究人员在西班牙西南部的地中海雨养条件下，通过土壤和叶面施用锌、硒，开展为期两年的田间试验。研究发现，锌硒联合叶面喷施可显著提高粗面粉和意大利面中Zn（分别达36.7 mg kg?1和32.7 mg kg?1）和Se（分别达43.1 μg kg?1和41.6 μg kg?1）的浓度，并降低植酸（Phytic Acid, PA）与Zn的摩尔比（PA: Zn），提高估算的锌总吸收量（Total Absorbed Zinc, TAZ），同时将粗面粉出粉率提高高达4%。该策略证明是提升地中海条件下硬粒小麦制品营养品质的有效方法。
在阳光充沛的地中海地区，硬粒小麦是意大利面生产的基石，它不仅为无数人提供着日常能量，其较高的蛋白质含量和独特的麸质特性也使其成为理想的主食原料。然而，看似丰盈的面碗背后，却隐藏着一种“隐性饥饿”。与许多谷物作物类似，硬粒小麦籽粒中必需微量元素，特别是锌（Zn）和硒（Se）的浓度往往偏低。这不仅是品种自身的特性，更是因为许多农田土壤本就缺乏这些元素的有效形态。据统计，全球约有三分之一的可耕土壤缺乏足够的生物有效性锌和硒。在地中海西南部的伊比利亚半岛部分地区，土壤硒和锌的浓度甚至低于公认的农学阈值。这意味着，生长于这类土壤的作物难以积累足量的微量元素，导致了“土壤-植物-食物”链条上的营养传递效率低下。其后果是严重而广泛的：据估计，全球分别有大约20亿和10亿人面临硒和锌缺乏的风险。硒是人体抗氧化防御、甲状腺激素代谢和免疫功能的关键，而锌则在300多种酶和1000多种转录因子中扮演核心角色。这些微量元素的缺乏与心血管疾病、认知功能障碍和免疫力下降等一系列健康问题密切相关。因此，如何在不牺牲产量、不改变人们饮食习惯的前提下，有效提升主食作物的营养价值，成为了农业和营养科学界共同面临的重大挑战。在此背景下，农艺强化应运而生，成为对抗微量营养素缺乏的一项极具前景的策略。它通过在作物生长过程中施用特定肥料，来提高可食用组织中的微量元素浓度。其中，叶面施肥因其灵活性和高利用效率，被认为是快速提升谷物微量元素水平的可行方法。然而，现有研究多聚焦于籽粒本身的营养强化，对于从籽粒到面粉，再到意大利面等最终消费产品的整个加工链条中，这些辛苦“喂”进去的锌和硒能有多少被保留下来，它们的生物有效性又如何，尤其是在年际气候多变的地中海雨养农业系统中，这些问题的答案仍不明确。为解决上述问题，一项研究在西班牙南部的雨养条件下展开，系统评估了土壤和叶面施用锌、硒对硬粒小麦粗面粉和意大利面的营养积累、产量及锌生物有效性指标的影响。该研究发表于《Biological Trace Element Research》期刊。
研究人员在连续两个生长季（2017/18和2018/19年）于西班牙南部进行了田间试验，试验采用裂区设计。主要研究手段包括：1. 田间处理与样品制备：设置土壤锌施用（不施与施用50 kg ZnSO4·7H2O ha-1）和叶面施用（不施、单独施锌、单独施硒、锌硒联合）的不同组合。收获籽粒后，在实验室通过调质和研磨工艺生产粗面粉，并使用实验室压面机制作意大利面。2. 化学与仪器分析：使用微波消解系统对样品进行前处理，并采用电感耦合等离子体质谱法测定锌、硒、钙、铁、镁等元素的总浓度。通过改进的铁-植酸沉淀比色法测定样品中的植酸含量。3. 数据分析与模型计算：利用混合模型进行方差分析，并基于Miller方程计算了锌的分数吸收量和总吸收量，以评估锌的潜在生物有效性。此外，通过线性回归分析了从籽粒到粗面粉及意大利面的微量元素转移效率。
研究结果
粗面粉出粉率
研究结果首先揭示了气候和营养管理对加工效率的影响。粗面粉出粉率受到研究年份的强烈影响，在降雨较多的2017/18年显著高于较干旱的2018/19年。叶面施用处理（无论是单独施硒、单独施锌还是联合施用）均能使出粉率比对照显著提高3.37%至4.15%，表明微量营养元素的补充对改善籽粒的加工特性有积极贡献。而土壤施锌则对出粉率无显著影响。
锌和硒浓度及生物有效性指标
叶面处理是提高产品中锌和硒浓度的最关键因素。在粗面粉中，锌硒联合叶面处理（ZnFSeF）使锌和硒浓度分别达到36.72 mg kg-1和43.10 μg kg-1，比对照分别提高了75%。在意大利面中，该处理也使锌和硒浓度分别达到32.73 mg kg-1和41.56 μg kg-1。相比之下，土壤施锌的效果有限且受年份影响。在评估营养价值的核心指标——植酸与矿物质的摩尔比方面，叶面施锌（无论是单独还是联合）显著降低了粗面粉和意大利面中的植酸锌摩尔比，这意味着锌的潜在生物有效性得到了改善。模型计算进一步证实了这一点：尽管锌的分数吸收量在锌含量高的处理中有所下降，但锌的总吸收量在ZnF和ZnFSeF处理中显著最高，表明从这些强化产品中实际获取的锌总量增加了。对于硒，其植酸硒摩尔比在所有施硒处理中均处于很低水平，预示着良好的生物可利用性。
钙、铁和镁浓度及生物有效性指标
研究还观察到了营养元素的相互作用。叶面锌处理（单独或联合）显著提高了意大利面中镁的浓度，联合处理下增幅达23.7%。钙浓度在意大利面中也对叶面锌处理有正向响应。然而，铁浓度在各处理间未表现出显著变化，凸显了同时强化多种微量元素的复杂性。相应的植酸与钙、镁的摩尔比也在叶面锌处理下有所降低。
从籽粒到产品的转移效率
加工过程中的营养保留是评估强化策略有效性的关键一环。线性回归分析表明，从籽粒到粗面粉，锌和硒的转移效率平均约为74%；而从籽粒到干意大利面，锌的保留率约为66%，硒的保留率约为55%。尽管存在加工损失，但经过叶面强化的样品，其最终产品中的微量元素浓度仍显著高于对照，证明了强化效果的有效传递。
结论与讨论
本研究综合表明，在地中海雨养条件下，锌和硒的联合叶面施用是改善硬粒小麦粗面粉和意大利面营养品质的一种有效且实用的策略。该策略不仅实现了锌和硒浓度的协同增加，还通过降低植酸锌摩尔比和增加估算的锌总吸收量，改善了这些微量元素的潜在生物有效性。其中，锌硒联合处理表现最佳，其强化效果优于单一元素处理。尤为重要的是，通过农艺强化获得的营养增益，在从籽粒研磨成粗面粉，再加工成意大利面的过程中得到了有效保持，且未对粗面粉出粉率产生负面影响。从膳食贡献来看，一份（70克干重）由强化小麦制成的意大利面，可提供约2.3毫克锌和2.9微克硒，分别占成人每日锌推荐摄入量的相当比例和硒推荐摄入量的5%以上，对于以谷物为主食的地中海地区人群而言，这是一个有意义的营养补充。
这项研究的价值在于，它将农艺强化的评估视角从田间籽粒延伸到了消费者的餐盘，证实了在现实的气候波动和加工链条下，通过相对简单的叶面施肥管理，可以稳定地提升主食产品的内在营养价值。这为在可持续农业框架内，针对性解决特定区域的“隐性饥饿”问题提供了直接的技术依据和乐观的前景。未来的研究可进一步深入探究加工和烹任后微量元素的形态变化与人体实际吸收率，以更精确地评估其健康效益，并优化在不同农业生态区下的强化方案。
