生物強化富鋅食品的研究進展

解　彬，冮　潔，韓　琳，冀春陽，曹　蕾

(大連民族大學 生命科學學院， 遼寧 大連116605)

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生物強化富鋅食品的研究進展

解彬，冮潔，韓琳，冀春陽，曹蕾

(大連民族大學 生命科學學院， 遼寧 大連116605)

生物強化是指在生物生長及其代謝過程中進行營養元素的富集以提高其營養價值。通過生物強化可將外源添加的無機鋅轉化為生物鋅，獲得的富鋅食品具有安全可靠、易于吸收、穩定性強的優點。歸納總結了富鋅食品的研究意義，對近年來主要研究的富鋅茶、富鋅食用菌、富鋅酵母、富鋅水稻和富鋅果蔬等富鋅食品的研究進展進行了綜述，表明生物強化富鋅食品具有安全穩定的特點，相比過去對于富鋅食品的研究也有顯著進展，以期為未來生物強化富鋅食品的研究提供依據。

生物強化；鋅；富集；食品

1　富鋅食品的研究意義

1.1研究意義

鋅是人體必需的微量元素之一，含量位居于第二位，僅次于鐵元素[1-2]。鋅能夠加速兒童的生長發育，促進傷口愈合，維持免疫細胞以及其他免疫器官的正常工作，恢復并且增強成年人的性機能，減少重金屬對身體的傷害等[3-5]。FAO/WHO推薦每人每日需要量為15 mg，每人每日允許攝入量為60 mg。僅靠食物中的鋅，是無法滿足人體正常需求的[6]。全球約有三分之一左右的人口處于鋅缺乏狀況，以植物性膳食結構為主的地區尤為明顯[7-9]。人體缺鋅會造成脫發、智力下降、食欲減退、免疫力下降等癥狀[10-11]，在發展中國家鋅的缺乏已經成為疾病和死亡的第五大誘因[12-13]。如何合理并且安全的補充鋅已經引起了人們的廣泛關注[14]。通過飲食補鋅，安全放心且沒有副作用，因此成為補充鋅的理想途徑。

1.2鋅補充劑

現有的鋅補充劑有無機鋅補充劑、有機鋅補充劑以及生物鋅補充劑。無機鋅在消化過程中釋放出的金屬離子易與腸道內物質結合形成不溶鹽，排出體外，從而降低鋅的吸收效果，而有機鋅與氨基酸或小肽結合，性狀相對比較穩定，可以促進鋅的吸收，生物利用率也相對較高。生物鋅是第三代鋅補充劑，在潘麗新的研究中利用生物強化制劑補充鋅比有機鋅制劑能更好的被人體吸收利用[15]。以幼仔雞回腸外翻腸囊為模型的鋅補充劑的研究中可以看出，鋅吸收率呈現出甘草鋅>葡萄糖酸鋅>氨基酸螯合鋅>鈣鐵鋅>硫酸鋅[16]。

生物強化通常是指在農產品生產過程中，通過農業措施在原有基礎上提高作物的微量營養元素，生物鋅補充劑也屬于其中[17-18]。其不同于營養強化食品，生物強化食品注重的是在農產品生長發育期間富集微量元素以提高其營養價值[11]，這種方式是借助微量元素含量高的土壤或改良工藝的方式，獲得安全可靠的產品，因此具有穩定性高，可操控性高的優勢[12]。

2　富鋅食品的研究概況

富鋅食品目前主要種類有富鋅茶、富鋅食用菌、富鋅米、富鋅水果和富鋅蔬菜等。此外還有酵母，因其具有較強的富鋅能力，富鋅酵母被作為功能性食品添加劑而得到應用。

2.1富鋅茶

茶是世界上最流行的飲料之一，具有抗氧化、提神醒腦等保健功效。富鋅茶中的鋅有助于茶葉中氨基酸的形成，同時還可以提高茶多酚的含量[4]。因此，富鋅茶的抗衰老、殺菌消炎等作用為其他茶類所不及[19]。

早在20世紀80年代，富鋅茶就已經引起了廣泛的關注和興趣。有研究表明，茶樹的不同部位的鋅含量與土壤有效鋅含量成正比[4]，茶葉噴施鋅肥對茶葉的品質和產量都有提高[20]。在茶樹中，鋅主要存在于生命活動旺盛的部位，尤其是在嫩芽中含量較高，當年新生葉與生長一年以上的老葉中的鋅含量有明顯差異，新葉中的鋅含量是老葉中鋅含量的2.3～4倍[4]。不同品種的茶葉中鋅含量最高的是綠茶，其次是紅茶，最后是青茶，優質綠茶中鋅含量會比較高。因此，鋅可作為預測綠茶品質的重要標準之一[21]。不僅如此，茶樹中的鋅與鎘具有拮抗作用，從而降低茶葉對鎘的吸收，減少對人體的傷害[22]。茶葉中的鋅以有機結合態存在，大部分可溶于熱水，安全易吸收。富鋅茶葉中的鋅含量可提高到0.2～0.3 mg·g-1。因此，噴施鋅肥的富鋅茶可以作為安全可靠的鋅補充食品[23]。

2.2富鋅食用菌

食用菌對微量元素有很好的富集作用，鋅會與食用菌中的氨基酸結合成有機鋅，安全穩定，由于易被人體吸收并且沒有毒副作用的特點，食用菌富鋅食品越來越受到人們的重視。

在金針菇菌絲體培養過程中，添加800 mg·kg-1的鋅，對菌絲體的生長有明顯的促進作用。金針菇對醋酸鋅的富集能力較好，富鋅量可達42.43 mg·kg-1[24]，其中超過90 %的鋅以有機態存在。蛋白質是鋅的主要結合對象，在有機鋅中又有半數以上的以蛋白鋅的形態存在，除此之外，適量的增粘劑和檸檬酸都有助于鋅元素的富集，在鋅的作用下，細胞的生物轉化和新陳代謝更為活躍，這對提高金針菇的營養價值十分有利[25]。

羊肚菌菌絲體對鋅的耐受性和富集性都比較高，在600 mg·kg-1質量濃度下，羊肚菌菌絲體的富鋅率為23.2 %[26]，遠高于真姬菇菌絲體的富鋅率(7.98 %)[27]。

樹舌為靈芝屬的藥用真菌，含有多種生物活化物質[28]，具有提高免疫力，抗衰老等多種功效，其液體發酵菌絲體和發酵液具有同樣甚至更好的功效[29]。在硫酸鋅質量濃度為0.2 mg·mL-1時，可以顯著提高胞內有機鋅的含量，質量分數超對照組252 %，達到0.67 mg·kg-1，胞內有機鋅使其抗氧化性有顯著的提高，即提高了清除羥自由基、超氧陰離子等的能力[30]。在對蛹蟲草胞外多糖的研究中，有機鋅有助于提高對自由基的清除能力[31]。富鋅姬松茸胞內多糖比不富鋅的胞內粗多糖對腫瘤具有更高的抑制作用[32]。

白靈菇在鋅質量濃度為325 mg·L-1的液體培養基中，菌絲體含鋅量可達24.79 mg·kg-1，并且全部為有機鋅[3]。雞腿菇的最適富鋅生長條件為添加40 mg·L-1硫酸鋅的培養基[5]。

2.3富鋅酵母

酵母是一種單細胞真菌類微生物，含有多種氨基酸、核酸等活性物質，與人類生活密切相關，從釀制美酒到發酵面食，都離不開酵母，目前酵母更多的被應用到食品、制藥、飼料等方面。富鋅酵母是在酵母生長過程中通過外加鋅源獲得含鋅量較高的酵母細胞，從而改善無機鋅不易被人體吸收的缺點。采用紫外誘變或者超高壓誘變方式改變酵母的遺傳特性及代謝規律，可使酵母擁有較高的富鋅能力[33]。

培養環境對酵母的富鋅能力也有很大的影響。關轉飛[36]研究發現，當鋅離子質量濃度為500 mg·L-1時培養的酵母菌富鋅能力最佳；pH3～6的范圍內，當pH在4.5時酵母鋅含量達到高峰，隨著pH的增加，酵母含鋅量呈下降趨勢；另外，培養酵母時的質量濃度也會影響到酵母的含鋅量，在0～70 g·(50mL)-1的酵母投放范圍內，10g·(50mL)-1的質量濃度最為適宜。由此可見，外部環境對富鋅酵母培養的影響是不可以忽略的，在最適環境下培養，可以高效的獲得富鋅酵母。

富鋅酵母與普通酵母相比，氨基酸含量都有較明顯的提高，特別是賴氨酸、蛋氨酸、亮氨酸等必需氨基酸的含量。不只是酵母本身，富鋅酵母發酵液的抗氧化性也有升高。劉洋洋[35]在研究中發現，當pH3.6的富鋅酵母發酵液稀釋至32倍時，對超氧陰離子自由基的清除率高達76.8 %，pH6.5的富鋅酵母液稀釋至64倍時對超氧陰離子自由基的清除率可達79.4 %；pH3.6的富鋅酵母發酵液稀釋至32倍時，對羥自由基的清除率為24.1 %，pH6.5的富鋅酵母液稀釋至64倍時，對羥自由基的清除率為37.2 %；對高價鐵也具有還原性，pH3.6的富鋅酵母發酵液稀釋至4倍時最高，隨后開始出現下降，pH6.5的富鋅酵母液稀釋至32倍時最高，再稀釋則出現下降；pH6.5的富鋅酵母原液和pH6.5的富鋅酵母原液對DPPH自由基的清除率最高，隨著稀釋，會出現下降。

2.4富鋅水稻和小麥

在水稻的生長過程中，鋅元素可以提高光合作用，促進生長發育，增加抗性[36]。隨著對富鋅水稻的研究，發現酸性土壤可以顯著提高稻米米粒的含鋅量，早播種的水稻鋅含量也比普通水稻會高一些；通過篩選對鋅耐受性較高的水稻品種進行富鋅栽培，也可以增加水稻培養過程中的鋅營養，來達到水稻鋅含量的增加；水稻中含有植酸，很容易與鋅結合從而影響對鋅的吸收，但對鋅的吸收不僅僅取決于植酸的含量，還與植酸與鋅的摩爾比有關[37]。水稻品種的不同其遺傳特性也不同。俞超[38]等人在研究中發現，富鋅大米的鋅含量超過東北大米、泰國香米鋅含量的3倍，氨基酸含量也明顯高于東北大米和泰國香米，尤其是賴氨酸含量。

目前水稻的富鋅途徑主要是施用鋅肥：一種是通過基肥施用，在此方法下第二年這片地上的作物不需要再施加鋅肥；另一種是葉片噴施，是一種公認的比較有效的富鋅途徑[8]。鋅肥的不同施用方法對水稻子粒鋅含量有著一定程度上的影響，在植物關鍵生育期進行葉面噴施效果明顯高于土壤施用，并且鋅可以促進植株氮含量和氮積累量[39]。張宇[8]等人在施鋅對寒地水稻返青和產量的影響研究中發現，寒地水稻上施鋅能顯著提高水稻的返青率，并且隨著施鋅濃度的提高，精米中的鋅含量也隨之上升，達到食補的作用，改善稻米品質。

發芽糙米是指糙米經過一定的發芽，幼芽以及帶糠層胚乳組成的糙米制品，其口感接近于精大米，而營養成分遠遠高于精大米，富鋅后的發芽糙米中鋅含量是一般發芽糙米中鋅含量的5.5～27.6倍，生物利用率也得到了很大的改善，相比普通發芽糙米有更高的營養價值[37]。

中國西北地區主要以面食為主，提高小麥鋅含量對改善西北人民鋅缺乏癥有重大影響。有研究表明，不同鋅肥使用方法的效果中種肥與噴施配合施加的效果最好，其次是噴施處理，最后是種肥處理[40]。施加鋅肥可以顯著提高小麥產量、成熟期各器官氮積累量以及子粒中蛋白質含量[41]。

2.5富鋅果蔬

在蔬菜的種植過程中適當的施用鋅肥不僅可以提高蔬菜的品質，還可以增加產量。以硫酸鋅作為豆芽菜的鋅源進行培養，所得到的富鋅豆芽的鋅含量是普通豆芽鋅含量的1.84倍[42]。使用400 mg·mL-1鋅培養富鋅嫩麥芽可有效促進其生長，收率可以達到88 %[43]。富鋅培養大豆芽菜，較低質量濃度的鋅可以提高其發芽率，促進生長，提高可食部鮮重和品質，過高質量濃度的鋅會抑制大豆芽菜的生長，以10 μg·mL-1的鋅最為適宜[44]。蒜的鋅生物強化可以提高鋅含量，同時可以提高鱗莖的鋅營養品質[7]。甜糯玉米材料間鋅含量存在非常顯著的差異，糯玉米鋅質量分數的平均值為36.06 mg·kg-1，但其最高值和最低值之間相差2.69倍；甜玉米的鋅質量分數的平均值為49.77 mg·kg-1，最大差值達到3.16倍，相比之下，甜玉米的鋅含量比糯玉米鋅含量高[45]。

在水果中富鋅產品也比較常見。蘋果是四大水果之一，鋅是蘋果樹內多種酶的輔助因子，參與光合、呼吸等生長活動中，缺鋅會導致蘋果樹器官的生長發育受到抑制；實驗證明，鋅肥可以預防蘋果缺鋅。增施有機肥、改良酸堿性，同時施以適量鋅肥作為補充，可以取得理想的防治效果[46]。而噴施鋅肥則可以顯著提高果實中的鋅含量，以及果肉硬度和可溶性固形物[47]。

螺旋藻具有很高的營養價值，還具有良好的生物富集性，以硫酸鋅為鋅源，達到100 mg·L-1時，鋅含量為對照組的66.9倍，但螺旋藻細胞生長會受到明顯抑制。向小鼠喂食富鋅螺旋藻時，小鼠臟器系數、血清ALT等身體指標均在正常水平內，由此證明了富鋅螺旋藻的安全性[48]。

3　展　望

富鋅食品的發展已經引起人們的廣泛關注，人們在重視食物多樣性、食品營養結構的同時，也越來越重視食品的安全性。生物強化富鋅由于其穩定、安全的優勢，在富鋅食品中也得到了越來越多的重視，市場需求量大，前景十分廣闊。

但是，目前生物強化富鋅食品大部分僅僅停留在研究階段，理論結果和生產實際還沒有很好的結合起來。未來市場需要更多品種的富鋅食品，如酸奶、飲料、食用菌和大米等日常食品。通過工業化生產出多種多樣的復合型功能食品，是人們營養素補充的有效途徑。隨著人們對飲食營養的重視，鋅強化食品的數量會不斷增加，種類也會更加豐富，因此富鋅食品具有廣闊的市場發展前景。

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(責任編輯鄒永紅)

Progress in Biofortification Zinc-enriched Food

XIE Bin, GANG Jie, HAN Lin, JI Chun-yang, CAO Lei

(School of Life Science, Dalian Minzu University, Dalian Liaoning 116605, China)

Biofortification is the enrichment of the nutrient elements in the process of biological growth and metabolism to improve their nutritional value. By means of biofortification, the exogenous inorganic zinc can be converted into biological zinc to obtain the zinc-enriched food with the advantages of safe, reliable, easy to absorb, and stable. In this paper, the significance of zinc enrichment food were generalized. The research progresses in zinc-enriched food including zinc-enriched tea, mushroom, yeast, rice, fruits and vegetables in recent years were summarized. Compared to the past research of zinc-enriched food, biofortification zinc-enriched food are safe and stable, which has a significant progress and can be a reference for the future study of microorganism zinc-enriched food.

biofortification; zinc; enrich; food

2096-1383(2016)05-0473-05

2016-03-23；最后

2016-07-11

遼寧省自然科學基金資助項目(2015020676)；中央高校基本科研業務費專項資金資助項目(DC201501020301)。

解彬(1992-)，女，內蒙古呼和浩特人，大連民族大學生命科學學院碩士研究生，主要從事食品生物技術研究。

冮潔(1965-)，女，黑龍江齊齊哈爾人，教授，博士，主要從事食品生物技術研究，E-mail: gangjie@dlnu.edu.cn。

TS202.1

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