農(nóng)產(chǎn)品中微量營養(yǎng)素含量下降原因綜合分析與應對策略

劉 鵬，朱大洲，梁克紅，仇 菊，韓 娟，王 靖，盧林綱

(農(nóng)業(yè)部食物與營養(yǎng)發(fā)展研究所，北京 100081)

農(nóng)產(chǎn)品中微量營養(yǎng)素含量下降原因綜合分析與應對策略

劉 鵬，朱大洲，梁克紅，仇 菊，韓 娟，王 靖，盧林綱

(農(nóng)業(yè)部食物與營養(yǎng)發(fā)展研究所，北京 100081)

近年來，我國農(nóng)產(chǎn)品綜合生產(chǎn)能力穩(wěn)步提高，食物供需基本平衡，居民營養(yǎng)狀況明顯改善，但仍存在營養(yǎng)不足與營養(yǎng)過剩問題，尤其是因微量元素缺乏導致的“隱性饑餓”及營養(yǎng)性慢性疾病呈高發(fā)態(tài)勢。自20世紀60年代“綠色革命”以來，農(nóng)作物栽培技術和育種技術的進步使農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量增加，而許多研究表明，單位體積農(nóng)作物產(chǎn)品中部分營養(yǎng)素，尤其是微量營養(yǎng)素含量有下降趨勢，對農(nóng)作物中微量營養(yǎng)素形成了“稀釋效應”，導致單位體積營養(yǎng)素含量的下降。本文綜述了國內(nèi)外關于農(nóng)產(chǎn)品微量營養(yǎng)素含量變化的研究進展，提出深入開展農(nóng)作物營養(yǎng)品質(zhì)分析研究、建立對主要農(nóng)產(chǎn)品微量營養(yǎng)素含量監(jiān)測體系、從食物生產(chǎn)源頭入手提升農(nóng)作物營養(yǎng)品質(zhì)，為增進國民營養(yǎng)健康提供優(yōu)質(zhì)的食用農(nóng)產(chǎn)品等政策建議。

綠色革命；隱性饑餓；微量營養(yǎng)素；稀釋效應；營養(yǎng)品質(zhì)

《中國食物與營養(yǎng)發(fā)展綱要(2014—2020年)》指出，近年來我國農(nóng)產(chǎn)品綜合生產(chǎn)能力穩(wěn)步提高，食物供需基本平衡，居民營養(yǎng)狀況明顯改善，但是我國食物生產(chǎn)還不能適應營養(yǎng)需求，營養(yǎng)不足與過剩并存[1]。一方面，貧困人口和低收入人群食物攝入量不足，不僅熱量、蛋白質(zhì)等常量營養(yǎng)素總體還不能完全滿足人體需求，而且微量營養(yǎng)素缺乏導致的發(fā)育遲緩、貧血等個性化營養(yǎng)不良發(fā)病率仍然較高。另一方面，營養(yǎng)過剩問題突出，2012年我國18歲以上居民超重率為30.1%、肥胖率為11.9%，高血壓患病者多達3.5億[2]，而在營養(yǎng)過剩人群中，以微量元素缺乏導致營養(yǎng)失衡的“隱性饑餓”問題尤其引起營養(yǎng)學專家的關注。

盡管微量營養(yǎng)素對人體來說需求量小(日需求量僅為μg、mg級)，但是對于人體的生長發(fā)育、代謝、免疫調(diào)節(jié)等重要生理功能的維持具有關鍵作用，膳食結構的不合理成為導致“隱形饑餓”的主要原因。近些年，許多研究發(fā)現(xiàn)，初級農(nóng)產(chǎn)品中微量營養(yǎng)素含量與歷史統(tǒng)計數(shù)據(jù)相比有明顯的下降，造成了食物中微量營養(yǎng)素總量供應不足，相關報道引發(fā)消費者對農(nóng)產(chǎn)品營養(yǎng)品質(zhì)的質(zhì)疑，對正常消費信心造成一定影響。因此，有必要關注國內(nèi)外關于農(nóng)產(chǎn)品微量營養(yǎng)素的研究進展，進行綜合分析研究其原因及對策。

1 國際上關于農(nóng)產(chǎn)品中微量營養(yǎng)素含量下降的研究進展

1.1 谷物類農(nóng)產(chǎn)品中微量營養(yǎng)素含量下降

谷物類農(nóng)產(chǎn)品是人類膳食中營養(yǎng)素的主要來源。英國的相關研究顯示，谷類食物提供每日膳食中44%的鐵、27%的鎂元素、25%的鋅、31%的銅[3]。20世紀60年代中期，全球范圍內(nèi)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上發(fā)起了“綠色革命”，矮化、高產(chǎn)品種的培育，化肥與農(nóng)藥的大量投入使用，明顯提高了谷物產(chǎn)量，對于解決世界范圍內(nèi)的饑餓問題有巨大貢獻，但是，現(xiàn)代育種技術中以優(yōu)良的農(nóng)藝學產(chǎn)量指標為導向，一定程度上忽略了對農(nóng)產(chǎn)品營養(yǎng)品質(zhì)的全面改良。近年來，相關研究者發(fā)現(xiàn)在谷物中微量元素的含量有明顯的下降趨勢。英國 Rothamsted 試驗農(nóng)場證實了英國小麥中鋅、鐵、銅、鎂元素的濃度在1845—1960年之間是穩(wěn)定的，而此后的數(shù)據(jù)顯示微量元素含量下降比較明顯[4]。Garvin等[5]關于美國冬小麥的研究結果同樣得出了類似結論，在不同取樣點樣本中檢測到鋅元素含量下降，并在不同品種小麥中檢測到鐵元素和硒元素含量的減少。

1.2 水果、蔬菜類作物中微量營養(yǎng)素含量下降

水果和蔬菜是重要的微量營養(yǎng)素來源。Ekholm等[6]在針對芬蘭農(nóng)產(chǎn)品的研究中，收集分析了茄子、洋蔥、大蒜、甜椒等16種蔬菜以及桃子、草莓、蘋果、橘子等16種水果及其制品中微量營養(yǎng)素的含量，大部分農(nóng)產(chǎn)品中的鉀、鈣、銅、鋁、鋅、錳、鎘、鎳等微量營養(yǎng)素含量，在1970—2000年30年間出現(xiàn)了明顯的下降，鐵、鈷含量基本不變，而硒元素含量有增加，這與芬蘭在1985年開始使用硒強化肥料有關。根據(jù)Davis DR對美國農(nóng)業(yè)部從1950—1999年記錄的43種蔬菜水果的營養(yǎng)數(shù)據(jù)比對結果顯示，這些蔬果的鈣、磷、鐵、核黃素和維生素C等營養(yǎng)物質(zhì)的含量與50年前相比平均減少5%～40%不等，其中核黃素減少6%～38%，而且茄子和西紅柿中的維生素C含量與50年前有較大差別[7，8]。在Davis DR的后續(xù)研究中指出，蔬菜類中尤其以鈣、銅含量下降程度最大，分別減少17%、80%[9]，這種較大的差別甚至引起了學術界的爭論，不過尚未有研究表明果蔬類農(nóng)產(chǎn)品微量營養(yǎng)素含量下降對人類健康造成影響。

2 我國關于農(nóng)產(chǎn)品微量營養(yǎng)素含量變化的研究進展

目前國內(nèi)關于農(nóng)產(chǎn)品微量營養(yǎng)素含量變化的報道在報紙上有部分專家略有提及，呼吁關注農(nóng)產(chǎn)品營養(yǎng)品質(zhì)。黃淑芬等[10]比較分析了1991年與2009年《中國食物成分表》中421種食物的營養(yǎng)素數(shù)據(jù)，認為食物中營養(yǎng)成分含量差異不大，食物中不存在營養(yǎng)素缺乏而導致營養(yǎng)不均衡的風險。這其中，谷物類食品中鈣元素含量、鐵元素含量均有20%左右上升，而蔬菜類食物中鋅元素含量下降約41.1%，提示個別微量元素可能存在下降趨勢，而由于《中國食物成分表》以食物為樣本，而非農(nóng)產(chǎn)品，故這種變化也可能與食品的加工有關。

國內(nèi)研究機構也基于品種改良、栽培技術等開展了大量研究工作，如孫海燕等[11]關于小麥品質(zhì)的研究中，通過對多個省區(qū)小麥栽培品種檢測發(fā)現(xiàn)小麥賴氨酸含量平均為0.4%左右，認為需要強化高蛋白、高賴氨酸優(yōu)質(zhì)小麥品種的培育。另外，國內(nèi)諸多作物生物學機構已經(jīng)開展了鐵強化、葉酸強化、硒強化等生物強化的栽培技術、育種研究[12-14 ]，營養(yǎng)研究機構則進行了一些生物強化的營養(yǎng)干預研究[15]。

3 農(nóng)產(chǎn)品微量營養(yǎng)素含量下降的原因分析

3.1 “稀釋效應”

灌水、施肥、生長調(diào)節(jié)劑等栽培措施與綜合技術體系對水稻礦物質(zhì)含量、氨基酸含量等有較大程度影響[16]，萬靚軍等[17]研究表明，在一定范圍內(nèi)，氮肥用量與稻米微量元素含量呈正比例，但是超過一定量，微量元素含量反而下降。Davis等[18]推測蔬菜營養(yǎng)素含量的下降可能與其產(chǎn)量性狀的改進有關；Thomas等認為可能是土壤中微量元素的流失及食物鏈中的損耗。除栽培、育種、損耗方面的影響外，國外有關的研究報道中提出“稀釋效應”理論來解釋農(nóng)產(chǎn)品微量營養(yǎng)素含量下降的原因，造成“稀釋”效果的原因包括：(1)栽培技術使植物干重增加而增加產(chǎn)量，但在收獲的農(nóng)產(chǎn)品中多種礦物質(zhì)元素的含量并不一定隨干重增加或增加較少，導致產(chǎn)量增加“稀釋”了礦物質(zhì)元素含量。Jarrell and Beverly樹莓種植試驗驗證了這一點[19]。在種植試驗中，分別使用含磷濃度為12mg/L的普通土壤中以及添加0、22、44mg/L磷的土壤。8個月后，種在添加44mg/L磷的土壤中植株含磷量比未施肥的植株干重增加約20%，但是，其他礦物質(zhì)元素含量卻出現(xiàn)20%～55%的下降。施肥使植株的干重出現(xiàn)了大幅增加，如22mg/L試驗組增加37%干重、44mg/L試驗組增加了119%干重。施肥的植株比不施肥的植株也含有更多可溶性的礦物質(zhì)，但是這些增加的量被增加干重的方式“稀釋”，導致除磷以外，所有礦物質(zhì)的含量百分比下降。(2)育種技術主要以產(chǎn)量和收獲指數(shù)等農(nóng)藝性狀為改進目標，導致微量營養(yǎng)素含量在基因水平被“稀釋”。在水果、蔬菜、谷物中，80%～90%干重為碳水化合物，那么，當育種者選擇高產(chǎn)性狀時，意味著主要選擇了提高碳水化合物這一目標而忽略了其他若干營養(yǎng)素以及其他植物活性物質(zhì)并不一定會隨產(chǎn)量提高而同比例提高。例如小麥矮化品種的獲得是通過引入赤霉素敏感的Rht基因，結果使更多的光合作用產(chǎn)物被輸送到谷粒中。但是矮化基因并不具有促進植物增強從土壤中攝取礦物質(zhì)的多效性，故在矮稈作物中，礦物質(zhì)元素在植物體內(nèi)的從營養(yǎng)組織到谷粒的再分配，并未與強化的光合產(chǎn)物再分配相一致。在蔬菜中，鈣和鎂在花椰菜中含量的下降，被認為是典型的基因稀釋效應導致營養(yǎng)素下降的例子[20]。

3.2 片面的消費需求導向以及農(nóng)產(chǎn)品的精深加工

農(nóng)產(chǎn)品供應商在分銷農(nóng)產(chǎn)品時，按照大小、色澤設立等級，建立分級價格機制，這種消費導向最終傳遞到農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)者以及栽培、育種研究層面，片面追求外觀與產(chǎn)量，弱化了對農(nóng)產(chǎn)品營養(yǎng)素含量的要求。同時在谷物類農(nóng)產(chǎn)品銷售前，為達到消費者所追求的上佳商品性特點，往往進行拋光等精深加工，導致保留在胚芽、種皮表層積累的微量營養(yǎng)元素大量流失。

4 對策與建議

4.1 盡快系統(tǒng)地開展我國農(nóng)產(chǎn)品營養(yǎng)品質(zhì)變化的研究

目前，關于我國農(nóng)產(chǎn)品營養(yǎng)物質(zhì)組成的統(tǒng)計數(shù)據(jù)、監(jiān)測數(shù)據(jù)不夠系統(tǒng)和完善?！吨袊澄锍煞直怼分辛谐隽顺Ｒ娛澄锏臓I養(yǎng)組成，農(nóng)業(yè)部農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全例行監(jiān)測發(fā)布的信息以農(nóng)產(chǎn)品安全性指標為主，包括農(nóng)殘、藥殘、衛(wèi)生指標，部分涉及可溶性固形物、總糖、脂肪、蛋白質(zhì)含量等主要營養(yǎng)素指標。關于我國農(nóng)產(chǎn)品的營養(yǎng)品質(zhì)研究多見于不同品種或產(chǎn)地農(nóng)產(chǎn)品的營養(yǎng)差異比較，而由于缺乏歷史性、延續(xù)性的數(shù)據(jù)資料，對與農(nóng)產(chǎn)品營養(yǎng)品質(zhì)變化的研究較少。關于農(nóng)產(chǎn)品微量營養(yǎng)素的研究近年來隨著人們對健康的重視，逐漸引起研究者的興趣，然而由于缺乏系統(tǒng)性、歷史性資料支持，鮮有文獻報道。因此，需要收集各地農(nóng)產(chǎn)品主栽品種資料信息，系統(tǒng)性地選取樣本進行檢測分析，了解我國主要農(nóng)產(chǎn)品中微量元素含量現(xiàn)狀與歷史變化情況，建立農(nóng)產(chǎn)品營養(yǎng)品質(zhì)數(shù)據(jù)庫，為不同地區(qū)針對居民營養(yǎng)狀況制定個性化膳食營養(yǎng)計劃提供農(nóng)產(chǎn)品營養(yǎng)信息，為篩選高產(chǎn)、高營養(yǎng)品質(zhì)優(yōu)良品種提供參考，從食物源頭入手，為國民營養(yǎng)健康提供優(yōu)質(zhì)可食用農(nóng)產(chǎn)品。

4.2 從育種技術上，培育兼顧產(chǎn)量與營養(yǎng)品質(zhì)的優(yōu)良品種，滿足未來國民食物營養(yǎng)健康需求

農(nóng)作物的育種目標經(jīng)歷了從“產(chǎn)量育種”到“品質(zhì)育種”的轉變，從滿足吃飽到重視農(nóng)產(chǎn)品的加工食用品質(zhì)。隨著人們對營養(yǎng)健康的重視，以“營養(yǎng)功能”將成為育種的首選目標。一方面，我國古代早就有“藥食同源”理論傳承，食物的保健功能被人們普遍認可；另一方面，隨著對微量營養(yǎng)元素吸收利用機制研究的深入，生產(chǎn)出富含生物鐵、鋅等微量元素的農(nóng)作物產(chǎn)品，通過食物攝入解決微量元素缺乏問題將成為最佳選擇。因此，通過現(xiàn)代育種手段，強化主糧及大宗經(jīng)濟作物中微量營養(yǎng)素的含量，提升農(nóng)作物營養(yǎng)品質(zhì)，對于解決“隱性饑餓”是最經(jīng)濟又易于推廣的最佳途徑；同時，具有特殊營養(yǎng)品質(zhì)及功能的農(nóng)作物產(chǎn)品，可為不同營養(yǎng)需求人群提供差異化的農(nóng)產(chǎn)品供應，滿足未來人民食物營養(yǎng)健康需求。

4.3 從栽培技術上，形成產(chǎn)量與營養(yǎng)品質(zhì)共重、生產(chǎn)與環(huán)境關系協(xié)調(diào)的栽培技術體系

栽培技術對農(nóng)作物的產(chǎn)量與品質(zhì)有很大影響，甚至在一定程度上，科學、合理的栽培技術體系可以起到對農(nóng)作物品質(zhì)的調(diào)控作用。隨著生物學研究的深入，進一步揭示農(nóng)作物中營養(yǎng)素的積累與其他資源環(huán)境條件之間的關系，有助于栽培技術的改進。例如在種植、施肥、田間管理等進行精準調(diào)控，科學推進輪作休耕，促進土壤有機質(zhì)含量提高等。一方面提高現(xiàn)有高產(chǎn)農(nóng)作物品種的營養(yǎng)品質(zhì)指標，另一方面針對性地提高優(yōu)質(zhì)農(nóng)作物產(chǎn)量。隨著營養(yǎng)健康的消費理念深入人心，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中形成產(chǎn)量和營養(yǎng)品質(zhì)共重、生產(chǎn)與環(huán)境關系協(xié)調(diào)的栽培技術體系將是大勢所趨。

4.4 對于消費者，需要通過食物多樣化和營養(yǎng)補充劑來彌補食物原料中微量營養(yǎng)素不足

根據(jù)《中國居民營養(yǎng)與慢性病狀況報告(2015年)》，我國居民的蔬菜水果攝入未達到推薦量，需要增加攝入量，盡可能多地攝取不同顏色、不同種類的果蔬，并增加全谷物或粗雜糧攝入，保持營養(yǎng)均衡[2]。在農(nóng)產(chǎn)品的加工過程中，采取一定的營養(yǎng)強化措施，針對特殊消費群體、地域性營養(yǎng)需求特點在加工環(huán)節(jié)通過合理的添加方式進行調(diào)整。此外，可服用保健藥品適量補充復合維生素礦物質(zhì)，改善營養(yǎng)缺乏狀況[21]。

5 結論與展望

農(nóng)作物中微量營養(yǎng)素的下降已經(jīng)引起了研究者與廣大普通民眾廣泛關注，在我國相關研究較少，需要加強對農(nóng)作物營養(yǎng)品質(zhì)的監(jiān)測與改進研究，建立系統(tǒng)性、連續(xù)性的監(jiān)測和反饋機制，為從育種技術上提升農(nóng)產(chǎn)品營養(yǎng)品質(zhì)、增進國民營養(yǎng)健康提供科學依據(jù)?！?/p>

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(責任編輯 李婷婷)

Comprehensive Analysis on Decline of Micronutrients Concentration in Agricultural Products and Countermeasures

LIU Peng，ZHU Da-zhou，LIANG Ke-hong，QIU Ju，HAN Juan，WANG Jing，LU Lin-gang

(Institute of Food and Nutrition Development，Ministry of Agriculture，Beijing 100081，China)

The production capacity of China’s agricultural products has improved steadily in recent years, the supplying and demanding of food in China has been basically balanced and the nutritional status of residents has improved significantly.However，there still exists problems of insufficient nutrition and excess nutrients，especially in the “hidden hunger” and the high incidence of chronic diseases caused by lack of micronutrient.The output of agricultural products increased owing to the progress of crop cultivation and breeding techniques since the sixties of the 20th century，namely “green revolution”,but many results showed that the content of some nutrients,especially micronutrients,decreased in unit volume of crops,which caused dilution effect on micronutrients in crops,resulting in the decrease of nutrient content per unit volume. This paper reviewed the research advancemts about the micronutrient declining of agricultural products.It is proposed to carry out the analysis and research on the nutritional quality of crops，establish major agricultural products micronutrient element content monitoring system,improve the nutritional quality of crops from the produce section, afford high-quality edible agricultural products to improve people’s nutrition and health.

green revolution；hidden hunger；micronutrient；dilution effect；nutritional quality

中國農(nóng)業(yè)科學院2016年創(chuàng)新工程；國家農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全風險評估重大專項子項目(項目編號：GJFP20161502)。

劉鵬(1983— )，男，博士，助理研究員，研究方向：食物營養(yǎng)分析與評價。

盧林綱(1963— )，男，碩士，研究員，研究方向：食物營養(yǎng)分析與評價。