农产品中微量营养素含量下降原因综合分析与应对策略

刘 鹏，朱大洲，梁克红，仇 菊，韩 娟，王 靖，卢林纲

(农业部食物与营养发展研究所，北京 100081)

农产品中微量营养素含量下降原因综合分析与应对策略

刘 鹏，朱大洲，梁克红，仇 菊，韩 娟，王 靖，卢林纲

(农业部食物与营养发展研究所，北京 100081)

近年来，我国农产品综合生产能力稳步提高，食物供需基本平衡，居民营养状况明显改善，但仍存在营养不足与营养过剩问题，尤其是因微量元素缺乏导致的“隐性饥饿”及营养性慢性疾病呈高发态势。自20世纪60年代“绿色革命”以来，农作物栽培技术和育种技术的进步使农产品产量增加，而许多研究表明，单位体积农作物产品中部分营养素，尤其是微量营养素含量有下降趋势，对农作物中微量营养素形成了“稀释效应”，导致单位体积营养素含量的下降。本文综述了国内外关于农产品微量营养素含量变化的研究进展，提出深入开展农作物营养品质分析研究、建立对主要农产品微量营养素含量监测体系、从食物生产源头入手提升农作物营养品质，为增进国民营养健康提供优质的食用农产品等政策建议。

绿色革命；隐性饥饿；微量营养素；稀释效应；营养品质

《中国食物与营养发展纲要(2014—2020年)》指出，近年来我国农产品综合生产能力稳步提高，食物供需基本平衡，居民营养状况明显改善，但是我国食物生产还不能适应营养需求，营养不足与过剩并存[1]。一方面，贫困人口和低收入人群食物摄入量不足，不仅热量、蛋白质等常量营养素总体还不能完全满足人体需求，而且微量营养素缺乏导致的发育迟缓、贫血等个性化营养不良发病率仍然较高。另一方面，营养过剩问题突出，2012年我国18岁以上居民超重率为30.1%、肥胖率为11.9%，高血压患病者多达3.5亿[2]，而在营养过剩人群中，以微量元素缺乏导致营养失衡的“隐性饥饿”问题尤其引起营养学专家的关注。

尽管微量营养素对人体来说需求量小(日需求量仅为μg、mg级)，但是对于人体的生长发育、代谢、免疫调节等重要生理功能的维持具有关键作用，膳食结构的不合理成为导致“隐形饥饿”的主要原因。近些年，许多研究发现，初级农产品中微量营养素含量与历史统计数据相比有明显的下降，造成了食物中微量营养素总量供应不足，相关报道引发消费者对农产品营养品质的质疑，对正常消费信心造成一定影响。因此，有必要关注国内外关于农产品微量营养素的研究进展，进行综合分析研究其原因及对策。

1 国际上关于农产品中微量营养素含量下降的研究进展

1.1 谷物类农产品中微量营养素含量下降

谷物类农产品是人类膳食中营养素的主要来源。英国的相关研究显示，谷类食物提供每日膳食中44%的铁、27%的镁元素、25%的锌、31%的铜[3]。20世纪60年代中期，全球范围内农业生产上发起了“绿色革命”，矮化、高产品种的培育，化肥与农药的大量投入使用，明显提高了谷物产量，对于解决世界范围内的饥饿问题有巨大贡献，但是，现代育种技术中以优良的农艺学产量指标为导向，一定程度上忽略了对农产品营养品质的全面改良。近年来，相关研究者发现在谷物中微量元素的含量有明显的下降趋势。英国 Rothamsted 试验农场证实了英国小麦中锌、铁、铜、镁元素的浓度在1845—1960年之间是稳定的，而此后的数据显示微量元素含量下降比较明显[4]。Garvin等[5]关于美国冬小麦的研究结果同样得出了类似结论，在不同取样点样本中检测到锌元素含量下降，并在不同品种小麦中检测到铁元素和硒元素含量的减少。

1.2 水果、蔬菜类作物中微量营养素含量下降

水果和蔬菜是重要的微量营养素来源。Ekholm等[6]在针对芬兰农产品的研究中，收集分析了茄子、洋葱、大蒜、甜椒等16种蔬菜以及桃子、草莓、苹果、橘子等16种水果及其制品中微量营养素的含量，大部分农产品中的钾、钙、铜、铝、锌、锰、镉、镍等微量营养素含量，在1970—2000年30年间出现了明显的下降，铁、钴含量基本不变，而硒元素含量有增加，这与芬兰在1985年开始使用硒强化肥料有关。根据Davis DR对美国农业部从1950—1999年记录的43种蔬菜水果的营养数据比对结果显示，这些蔬果的钙、磷、铁、核黄素和维生素C等营养物质的含量与50年前相比平均减少5%～40%不等，其中核黄素减少6%～38%，而且茄子和西红柿中的维生素C含量与50年前有较大差别[7，8]。在Davis DR的后续研究中指出，蔬菜类中尤其以钙、铜含量下降程度最大，分别减少17%、80%[9]，这种较大的差别甚至引起了学术界的争论，不过尚未有研究表明果蔬类农产品微量营养素含量下降对人类健康造成影响。

2 我国关于农产品微量营养素含量变化的研究进展

目前国内关于农产品微量营养素含量变化的报道在报纸上有部分专家略有提及，呼吁关注农产品营养品质。黄淑芬等[10]比较分析了1991年与2009年《中国食物成分表》中421种食物的营养素数据，认为食物中营养成分含量差异不大，食物中不存在营养素缺乏而导致营养不均衡的风险。这其中，谷物类食品中钙元素含量、铁元素含量均有20%左右上升，而蔬菜类食物中锌元素含量下降约41.1%，提示个别微量元素可能存在下降趋势，而由于《中国食物成分表》以食物为样本，而非农产品，故这种变化也可能与食品的加工有关。

国内研究机构也基于品种改良、栽培技术等开展了大量研究工作，如孙海燕等[11]关于小麦品质的研究中，通过对多个省区小麦栽培品种检测发现小麦赖氨酸含量平均为0.4%左右，认为需要强化高蛋白、高赖氨酸优质小麦品种的培育。另外，国内诸多作物生物学机构已经开展了铁强化、叶酸强化、硒强化等生物强化的栽培技术、育种研究[12-14 ]，营养研究机构则进行了一些生物强化的营养干预研究[15]。

3 农产品微量营养素含量下降的原因分析

3.1 “稀释效应”

灌水、施肥、生长调节剂等栽培措施与综合技术体系对水稻矿物质含量、氨基酸含量等有较大程度影响[16]，万靓军等[17]研究表明，在一定范围内，氮肥用量与稻米微量元素含量呈正比例，但是超过一定量，微量元素含量反而下降。Davis等[18]推测蔬菜营养素含量的下降可能与其产量性状的改进有关；Thomas等认为可能是土壤中微量元素的流失及食物链中的损耗。除栽培、育种、损耗方面的影响外，国外有关的研究报道中提出“稀释效应”理论来解释农产品微量营养素含量下降的原因，造成“稀释”效果的原因包括：(1)栽培技术使植物干重增加而增加产量，但在收获的农产品中多种矿物质元素的含量并不一定随干重增加或增加较少，导致产量增加“稀释”了矿物质元素含量。Jarrell and Beverly树莓种植试验验证了这一点[19]。在种植试验中，分别使用含磷浓度为12mg/L的普通土壤中以及添加0、22、44mg/L磷的土壤。8个月后，种在添加44mg/L磷的土壤中植株含磷量比未施肥的植株干重增加约20%，但是，其他矿物质元素含量却出现20%～55%的下降。施肥使植株的干重出现了大幅增加，如22mg/L试验组增加37%干重、44mg/L试验组增加了119%干重。施肥的植株比不施肥的植株也含有更多可溶性的矿物质，但是这些增加的量被增加干重的方式“稀释”，导致除磷以外，所有矿物质的含量百分比下降。(2)育种技术主要以产量和收获指数等农艺性状为改进目标，导致微量营养素含量在基因水平被“稀释”。在水果、蔬菜、谷物中，80%～90%干重为碳水化合物，那么，当育种者选择高产性状时，意味着主要选择了提高碳水化合物这一目标而忽略了其他若干营养素以及其他植物活性物质并不一定会随产量提高而同比例提高。例如小麦矮化品种的获得是通过引入赤霉素敏感的Rht基因，结果使更多的光合作用产物被输送到谷粒中。但是矮化基因并不具有促进植物增强从土壤中摄取矿物质的多效性，故在矮秆作物中，矿物质元素在植物体内的从营养组织到谷粒的再分配，并未与强化的光合产物再分配相一致。在蔬菜中，钙和镁在花椰菜中含量的下降，被认为是典型的基因稀释效应导致营养素下降的例子[20]。

3.2 片面的消费需求导向以及农产品的精深加工

农产品供应商在分销农产品时，按照大小、色泽设立等级，建立分级价格机制，这种消费导向最终传递到农产品生产者以及栽培、育种研究层面，片面追求外观与产量，弱化了对农产品营养素含量的要求。同时在谷物类农产品销售前，为达到消费者所追求的上佳商品性特点，往往进行抛光等精深加工，导致保留在胚芽、种皮表层积累的微量营养元素大量流失。

4 对策与建议

4.1 尽快系统地开展我国农产品营养品质变化的研究

目前，关于我国农产品营养物质组成的统计数据、监测数据不够系统和完善。《中国食物成分表》中列出了常见食物的营养组成，农业部农产品质量安全例行监测发布的信息以农产品安全性指标为主，包括农残、药残、卫生指标，部分涉及可溶性固形物、总糖、脂肪、蛋白质含量等主要营养素指标。关于我国农产品的营养品质研究多见于不同品种或产地农产品的营养差异比较，而由于缺乏历史性、延续性的数据资料，对与农产品营养品质变化的研究较少。关于农产品微量营养素的研究近年来随着人们对健康的重视，逐渐引起研究者的兴趣，然而由于缺乏系统性、历史性资料支持，鲜有文献报道。因此，需要收集各地农产品主栽品种资料信息，系统性地选取样本进行检测分析，了解我国主要农产品中微量元素含量现状与历史变化情况，建立农产品营养品质数据库，为不同地区针对居民营养状况制定个性化膳食营养计划提供农产品营养信息，为筛选高产、高营养品质优良品种提供参考，从食物源头入手，为国民营养健康提供优质可食用农产品。

4.2 从育种技术上，培育兼顾产量与营养品质的优良品种，满足未来国民食物营养健康需求

农作物的育种目标经历了从“产量育种”到“品质育种”的转变，从满足吃饱到重视农产品的加工食用品质。随着人们对营养健康的重视，以“营养功能”将成为育种的首选目标。一方面，我国古代早就有“药食同源”理论传承，食物的保健功能被人们普遍认可；另一方面，随着对微量营养元素吸收利用机制研究的深入，生产出富含生物铁、锌等微量元素的农作物产品，通过食物摄入解决微量元素缺乏问题将成为最佳选择。因此，通过现代育种手段，强化主粮及大宗经济作物中微量营养素的含量，提升农作物营养品质，对于解决“隐性饥饿”是最经济又易于推广的最佳途径；同时，具有特殊营养品质及功能的农作物产品，可为不同营养需求人群提供差异化的农产品供应，满足未来人民食物营养健康需求。

4.3 从栽培技术上，形成产量与营养品质共重、生产与环境关系协调的栽培技术体系

栽培技术对农作物的产量与品质有很大影响，甚至在一定程度上，科学、合理的栽培技术体系可以起到对农作物品质的调控作用。随着生物学研究的深入，进一步揭示农作物中营养素的积累与其他资源环境条件之间的关系，有助于栽培技术的改进。例如在种植、施肥、田间管理等进行精准调控，科学推进轮作休耕，促进土壤有机质含量提高等。一方面提高现有高产农作物品种的营养品质指标，另一方面针对性地提高优质农作物产量。随着营养健康的消费理念深入人心，农业生产中形成产量和营养品质共重、生产与环境关系协调的栽培技术体系将是大势所趋。

4.4 对于消费者，需要通过食物多样化和营养补充剂来弥补食物原料中微量营养素不足

根据《中国居民营养与慢性病状况报告(2015年)》，我国居民的蔬菜水果摄入未达到推荐量，需要增加摄入量，尽可能多地摄取不同颜色、不同种类的果蔬，并增加全谷物或粗杂粮摄入，保持营养均衡[2]。在农产品的加工过程中，采取一定的营养强化措施，针对特殊消费群体、地域性营养需求特点在加工环节通过合理的添加方式进行调整。此外，可服用保健药品适量补充复合维生素矿物质，改善营养缺乏状况[21]。

5 结论与展望

农作物中微量营养素的下降已经引起了研究者与广大普通民众广泛关注，在我国相关研究较少，需要加强对农作物营养品质的监测与改进研究，建立系统性、连续性的监测和反馈机制，为从育种技术上提升农产品营养品质、增进国民营养健康提供科学依据。◇

[1]国务院办公厅.中国食物与营养发展纲要(2014-2020)[R].

[2]中华人民共和国国家卫生和计划生育委员会.中国居民营养与慢性病状况报告(2015)[R].

[3]Henderson L，et al.The national diet & nutrition survey：adultsaged 19-64 years，London：Her Majesty’s Stationery Office，2003.

[4]Ming-Sheng Fan，et al.Evidence of decreasing mineral density in wheat grain over the last 160 years[J].Journal of Trace Elements in Medicine and Biology，2008，22：315-324.

[5]David F Garvin，Ross M Welch，John W Finley.Historical shifts in the seed mineral micronutrient concentration of US hard red winter wheat germplasm[J].Journal of the Science of Food and Agriculture，2006，86(13)：2213-2220.

[6]Ekholm P，et al.Changes in the mineral and trace element contents of cereals，fruits and vegetables in Finland[J].Journal of Food Composition and Analysis，2007，20：487-495.

[7]Davis DR，et al，Changes in USDA food composition data for 43 garden crops，1950 to 1999[J].Journal of the American College of Nutrition， 2004，23(6)：669-682.

[8]Donald R.Davis.Declining Fruit and Vegetable Nutrient Composition：What Is the Evidence[J].Hortscience，2009，44 (1)：15-19.

[9]Davis DR.Commentary on：Historical variation in the mineral composition of edible horticultural products[J].Journal of Horticultural Science & Biotechnology，2006，81：553-554.

[10]黄淑芬，等.1999与2001版《食物成分表》常用八类食物营养成分比较[J].现代医院,2013，13(3)：152-154.

[11]孙海燕，杨靖，李友勇.小麦营养品质现状及改良研究进展[J].现代农业科技，2015(16)：27-28.

[12]刘丽，胡广林，庞锦伟，等.海南沙姜芽硒生物强化研究[J].热带农业科学，2014，34(4)：29-31.

[13]姜凌，张春义.作物叶酸生物强化[J].生命科学，2015，27(8)：1055-1060.

[14]李林，寿惠霞.作物铁生物强化[J].生命科学，2015，27(8)：1037-1046.

[15]曾果，等.生物强化高β-胡萝卜素甘薯对儿童维生素A 营养干预研究[J].营养学报，2008，30(6)：576-579.

[16]荣湘民，等.不同栽培法对水稻籽粒产量与蛋白质含量的影响[J].湖南农业大学学报，2004，30(4)：328-331.

[17]万靓军，等，不同氮肥施用比例对两优培九产量及品质的影响[J].扬州大学学报，2005，26(1)：69-72.

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[19]Jarrell，W.M，R.B.Beverly，The dilution effect in plant nutrition studies[J].Advances in Agronomy，1981(34)：197-224.

[20]Davis，D.R.Trade-offs in agriculture and nutrition[J].Food Science and Technology Research，2005，59：120.

[21]吴梦.均衡营养，拒绝“隐性饥饿”[N].中国医药报，2015-12-24，第008版.

(责任编辑 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

中国农业科学院2016年创新工程；国家农产品质量安全风险评估重大专项子项目(项目编号：GJFP20161502)。

刘鹏(1983— )，男，博士，助理研究员，研究方向：食物营养分析与评价。

卢林纲(1963— )，男，硕士，研究员，研究方向：食物营养分析与评价。