基于锌强化因子赋型于食品载体的研究进展

姜 鹏 飞， 祁 立 波， 尚 珊， 傅 宝 尚， 钟 利 敏， 林 松 毅

( 1.大连工业大学 食品学院， 辽宁 大连 116034； 2.大连工业大学 国家海洋食品工程技术研究中心， 辽宁 大连 116034； 3.赣州市全标生物科技有限公司， 江西 赣州 341100 )

0 引 言

微量元素在人体内的含量虽然不多，但却与我们的健康息息相关，缺乏或是摄入过量均会导致人体生理功能的异常。其中，锌在人体所有的组织及器官中均有分布，尤其在肝脏、肌肉和骨骼中的含量较高。锌能参与机体内200多种酶的合成，从而促进机体生长发育[1]。锌是包括巨噬细胞、B淋巴细胞和T淋巴细胞在内的免疫细胞发育和激活所必需[2]，因此锌还能提高机体免疫，可积极支持呼吸道上皮屏障的完整性，先天和适应性免疫功能以及炎症调节，锌还可能阻止病毒感染，抑制病毒复制并减轻呼吸道感染患者因氧化应激和过度炎症反应引起的损害[3]，可被用于辅助治疗各类疾病[4]。但缺锌问题是一个世界性的营养问题。世界卫生组织指出：铁缺乏是第9位危险因素，锌缺乏居于第11位[5]。锌缺乏人数占世界总人口的1/3[6]。我国属于缺锌的国家之一。随着人们生活水平的提高，人群营养状况在一定程度上有所改善，但微量元素水平仍不容乐观，尤其体现在各年龄阶段的儿童中。我国6岁以下儿童的锌营养不良率为28.9%～81.2%，地域差异很大[7]。锌的亚临床缺乏与儿童免疫系统功能，生长和认知发育受损有关[8]。

现有的锌强化方式可以分为食物强化及强化剂强化。食物强化是预防缺锌最好的辅助方法，可以显著提高锌的吸收率和生物利用度[9]，但对于儿童来说，可能会因进食意愿及进食量等的影响而受到一定阻碍。锌强化制剂也可能会导致儿童肠胃不耐受、吸收利用率低等问题。因此，目前有研究尝试将锌强化因子赋型于各类食品载体中，以达到更易于接受及更好地吸收利用效果。虽然早在1988年就开始出现补锌饮料的研究[10]，但目前市场主流的补锌制剂仍是锌强化口服液，因此对锌强化剂赋于食品中的研究仍处在发展阶段，对其进行分析研究有一定的必要性。

1 锌强化因子赋型于食品载体

日常膳食中，蛋黄、瘦肉、乳制品、海产品、坚果、谷物等都是富含锌的食物，多食用富含锌的食物，或补充锌强化剂，能够提高酶活力、增强免疫力、改善肠道内菌群的平衡等。乳蛋白(尤其是酪蛋白)被广泛认为是传递各种生物活性化合物(包括矿物质)的良好载体，具有提高的生物利用度的矿物质结合蛋白复合物可以安全的替代各种功能性食品配方中的无机强化剂[11]。但在日常的饮食结构中，很难保证营养素摄入的均衡性及充分性，因此可通过补充锌强化的食品，在不添加食物摄入的基础上，增加锌元素的摄入[12]；若缺乏状况较为严重，也可通过口服锌剂来改善症状。但从儿童的肠胃耐受及经济角度出发，将锌强化因子赋予食品载体中，通过进食食物来达到补锌目的仍较为可取。

1.1 锌强化因子赋型于食品载体的类型

将锌强化剂加入食品中，或直接在食品中增加锌含量丰富的食物原料，可以很大程度上减轻锌制剂对胃肠道的刺激，通过食物原料之间的配合达到更好的消化吸收作用，提高生物利用率。不同的食物载体适用于不同的年龄段人群，例如米粉、婴幼儿辅食等是针对婴幼儿开发的锌强化食品，但各类淀粉类食物和酸奶则可适用于各年龄段人群。目前，锌强化的方式主要有3种：营养强化剂强化、富含锌元素食品强化和富含锌元素食品配合营养强化剂强化。锌强化的不同种食品载体见表1。

针对婴幼儿人群研制的锌强化食品多为米粉、辅食等，也有在营养包中添加锌强化剂。婴幼儿锌强化米粉、辅食等多使用富含锌元素的食品原料达到锌强化的目的，其优势在于几乎无副作用、易于吸收、天然健康、非常适宜婴幼儿食用[19]。由佛山科学技术学院研发的两种婴幼儿辅食，都使用各类谷物作为原料，进行不同配比后磨粉蒸煮至糊状物，制成婴儿即食富锌辅食，其中不添加防腐剂及任何补充食品，营养均衡，不易因单纯补锌导致钙、铁、铜等元素吸收失衡。

除了在食品中多添加锌含量丰富的物质外，还可以通过生物强化方式培育富锌食品。利用生物的生长代谢过程将添加的外源无机锌转化为生物锌，从而提高其营养价值[23]。生物强化富锌食品安全可靠、易于吸收且稳定性很强。目前主要研究的富锌食品有富锌食用菌菇、富锌酵母、富锌果蔬等。杨凯等[21]报道，在接种金针菇菌种的培养基中添加硫酸锌，利用金针菇将无机锌转化为有机锌，制得富锌金针菇粉，加入面粉原料中制成面包，经过统计实验发现，志愿者食用一段时间后其血清锌水平得到了很好的维持或提高。一般来说，在金针菇菌丝体培养过程中加入100 mg/L的无机锌，锌富集量就能达到约27.62 mg/kg，且其中超过90%的锌都以有机态存在[24]。因此，金针菇是一种很好的锌强化食品载体。

表1 锌强化因子赋型于食品载体的类型Tab.1 Types of zinc fortifiers with food as carriers

米、面制品是人们日常膳食中十分重要的食品，将锌强化剂添加于这类食品中是一种十分有效地提高营养水平的途径[13]。但是以淀粉为主要成分的食品用于锌强化载体时需注意，锌强化剂在其中的状态不稳定，易生成难溶物[25]，且在面食加热、煮制的过程中，其本身的营养元素会因与面团结合不紧密的原因，易溶于水中从而造成营养流失。为解决这两个问题，通常采用酶解对淀粉进行处理，使之成为多孔变性淀粉，改善淀粉颗粒的表面结构，表面不平整度提高，便于营养素的吸附[13]。同时营养强化剂、水及多孔变性淀粉混合后，会产生类似蜂窝状的中空结构，营养强化剂存在于这些中空结构中还能防止氧化分解。或通过酶对淀粉提取，因直链淀粉具有独特的单螺旋结构，可在螺旋腔内容纳离子，金属离子可与直链淀粉的羟基原子配位，从而形成包含物。以普鲁兰酶水解天然马铃薯淀粉，得到直链淀粉，通过氯化锌与直链淀粉反应，合成了粗糙变形外观的淀粉颗粒，即为直链淀粉-锌包合物。在最佳工艺下制备的W-Zn和C-Zn，质量分数分别为128 mg/g 和82.05%[26]。因此，酶法改性淀粉或提取淀粉不仅能解决营养素不稳定的问题，还可通过营养强化剂的添加，弥补淀粉中的营养流失。

除酶法以外，还可在高植酸玉米粉中加入NaFeEDTA复合物，由于在消化过程中pH的变化发生部分解离，与锌结合并增加其利用率，也是一种解决锌摄入不足、利用率低的方法[27]。

1.2 锌强化因子赋型于食品载体补充剂的分类

目前，在各类补锌产品中添加的锌补充剂可以分为3种：无机锌补充剂、有机锌补充剂、生物锌补充剂。有机锌和无机锌仍然是目前补锌产品常用的锌强化剂。

无机锌如硫酸锌、氧化锌等因其较为低廉的价格，被目前市面上较多的营养补充食品选择作为锌强化剂，能够在一定程度上可补充体内的锌元素。然而无机锌在小肠弱碱性环境中易形成不溶性盐，导致吸收率很低，仅有7%，而且还可能产生不耐受等不适反应。

有机锌包括葡萄糖酸锌、氨基酸锌、柠檬酸锌、乳酸锌等，生物利用率相比无机锌较高，但也仅为14%。虽然有机锌可以与氨基酸或小分子肽结合，从而促进锌的吸收，但其会对肠胃造成一定程度的刺激，因此必须在饭后食用，也不太适合婴幼儿等胃肠脆弱的人群食用。葡萄糖酸锌作为常见补锌药物的主要成分，其补锌能力优于其他有机锌，但若想将其作为食品中的主要锌补充剂，仍需解决其不良影响的问题。有研究通过凝胶包埋的方式，有效控制有机锌对于肠胃的刺激[14]。使用凝胶包裹锌组分，阻止锌盐在胃中被胃酸消化，一方面可以很好地提高生物利用率，另一方面还能降低乃至消除其对肠胃的刺激。通过体外抗消化实验，对溶出的锌进行测定，发现凝胶包埋锌组分后，锌的保留率可以达到86%[28]。

目前，最具有发展前景的锌补充剂为生物锌，相比于无机锌强化剂和有机锌强化剂能更好地被人体吸收利用。通过在生物生长过程中添加硫酸锌或葡萄糖酸锌等锌盐，利用生物生长和代谢过程，达到营养素富集的作用，将有机锌和无机锌转化为生物锌，更有利于人体吸收[24，29]。马铃薯块茎中锌的含量具有广泛的遗传多样性，锌浓度的遗传力相对较高，通过常规育种，锌质量分数可达33 mg/kg[30]。李成晨等[31]对马铃薯中的锌生物强化进行了研究，给马铃薯施锌肥，可使马铃薯块茎中的锌质量分数增加244.58%；但马铃薯中生物锌的转换仍受到其自身运输的限制，马铃薯块茎中约有17%的锌存在于其表皮中[32]。因此，通过施加锌肥来种植富含生物锌的作物，存在一定程度的限制，成本和生物转化率都需要考虑在内，也因此需要进一步的研究，进行精准施肥或提高作物对肥料的吸收率。但总体来说，生物锌作为最新型的锌补充剂，生物利用率高，几乎无副作用，具有良好的前景。

根据各类锌补充剂的特点、锌补充食品面向的受众人群及功效目的等，各类补锌食品中所添加的锌补充剂往往不同，锌强化因子赋型于食品载体补充剂的分类见表2。

表2 锌强化因子赋型于食品载体补充剂的分类Tab.2 Classification of zinc fortifiers with food as carriers

2 锌强化因子赋型于婴幼儿食品载体

目前专项补锌的辅食较少，更多研究关注于通过添加辅食预防婴幼儿缺钙或缺铁方面，补锌制剂也多为口服液，向较为严重的缺锌患儿进行锌补充。夏钟意等[33]在对0～10岁儿童血液中微量元素的检测中发现，在2 030名受检儿童中缺锌人数最多，占总检测人数的14.58%；而缺钙和缺铁人数接近且较少，分别为5.67%和5.12%。因此，针对婴幼儿的补锌辅食或各类以食品为载体的锌强化产品需受到更多的重视。

2.1 锌强化因子赋型于婴幼儿食品载体补充剂的分类

目前，补锌的产品主要有补锌营养包、补锌辅食、葡萄糖酸锌颗粒、葡萄糖酸锌口服液、葡萄糖酸钙锌等产品，其中用于专项补锌的产品，多为一些口服液，如葡萄糖酸锌口服液等，其对于一些腹泻或免疫力低下引起的病症具有较好的辅助治疗作用。少数的锌补充营养包或辅食对于预防锌缺乏也有明显的作用。不同补锌产品对于婴幼儿缺锌相关症状的影响见表3。

张娴等[6]对云南贫困少数民族地区婴幼儿的微量元素营养状况进行了统计分析，在5种微量元素中，锌的缺乏率最高，缺乏率达68.9%。其原因可能是云南地处内陆，难以获得锌含量高的海产食品，又因经济贫困，少食牛乳、动物制品等。添加补锌营养包后，血锌达标人数就有了明显的上涨。对于贫困地区，通过补充联合国免费发放的营养包达到补锌目的可作为选择之一，也可尝试通过指导种植富锌作物，如富锌水稻、富锌小麦等，自主在膳食中使用生物锌含量高的食物，以达到预防缺锌的目的。

目前，较多的补锌辅助治疗的研究都聚焦在对腹泻的作用上，且选用的锌补充剂均为葡萄糖酸锌。葡萄糖酸锌等水溶性锌盐因其高溶解度和生物利用度而被广泛用作预防缺锌的补充剂[44]。补锌对于辅助治愈腹泻的作用是通过改善肠黏膜对水和钠的吸收，促进肠黏膜细胞的再生，修复肠黏膜，减少水和电解质的分泌，从而有效缓解腹泻的症状[38]。补锌降低了儿童腹泻和急性下呼吸道感染的发生率和严重程度[45]。同时补锌可提高肠腔内各种酶的活性及水平，可进一步促进细胞的免疫功能，从而有效预防腹泻。在表3中，不添加锌补充剂的组别治愈率在75%～78%，而添加锌辅助治疗的组别治愈率则在92.5%～100%。但添加葡萄糖酸锌制品需注意控制用量，且须饭后服用，葡萄糖酸锌相较其他有机或无机锌补充剂的毒性较小，但若服用剂量过大，也会引起恶心、呕吐等不适反应[36]。同时，添加补锌剂治愈的腹泻在后续3月中再次发生腹泻的概率均降低，但是否可以在一定程度上减少患儿的服药治疗时间，以进一步降低锌制剂带来的不良反应仍需进一步研究。各项研究仍表明，WHO推荐的通过补锌辅助治疗腹泻的方案对于我国婴幼儿具有很强的可行性，但锌制剂带来的不适反应仍需被着重考虑，更可行的方向是，通过在婴幼儿日常饮食中进行锌强化，如食用富含生物锌的食品或锌强化食品来达到对锌缺乏的预防作用，也在一定程度上预防因锌缺乏导致的腹泻。

表3 不同补锌产品对于婴幼儿缺锌相关症状的影响Tab.3 Effects of different zinc supplements on zinc-deficiency symptoms in infants and young children

使用赖氨葡锌颗粒对儿童厌食进行辅助治疗相比仅使用葡萄糖酸锌的效果更佳，甚至治愈率达到100%。其原因可能是赖氨葡锌颗粒的主要成分为盐酸赖氨酸及葡萄糖酸锌，氨基酸的存在对于锌的吸收及生物利用具有一定的辅助作用。同时，赖氨酸本身是人体重要的必需氨基酸之一，可以帮助机体充分消化吸收及利用蛋白质，从而达到改善食欲的效果，对于治疗厌食有一定的辅助作用。因此，为预防和治疗因缺锌引起的小儿厌食症，补锌是最为关键的，可以配合补充氨基酸。许多食物中含有丰富的人体必需氨基酸，如大豆、牛乳中就含有丰富的赖氨酸，可以尝试在这些食物中进行锌强化，可以很大程度地促进锌的吸收利用，以达到更好的预防锌缺乏的作用。

2.2 锌强化因子赋型于婴幼儿食品载体的不良反应

在使用锌补充品辅助治疗各类疾病的时候，相比单一使用药物治疗的不良反应率会相对较低。郭晓蓓[46]统计了补锌治疗小儿腹泻后，总有效率可达96.4%，其不良反应发生率为5.36%。补锌辅助治疗不会加重不良反应，且轻微的不良反应在治疗过程中在未予以处理的情况下能够自行缓解，因此是可以被接受的。范振敏[47]统计得到使用锌制剂辅助治疗小儿腹泻后的不良反应率为4.88%，其中恶心呕吐和便秘的不适症状各占一半，虽然相比单一药物治疗的不良反应率(12.20%)有较明显的下降，但仍需严格注意补锌剂添加的计量。

目前锌补充剂多用的仍为以葡萄糖酸锌为例的有机锌制剂，不良反应的出现率均在5%左右，且较多为恶心、呕吐等。但对于生物锌及生物强化富锌食品食用后的不良反应，现在仍没有系统地分析研究，富锌食物对于机体内各种微量成分的促进作用已经得到证实，但对于服用者宏观的营养状况是否有显著改善，仍需进一步证实。

3 结 论

目前，全球的锌缺乏状况都较为严峻，但受重视程度仍然不够，体现在专项补锌的辅食及营养包种类均较少。补锌制品仍多为药用的口服液、颗粒等，以食物为载体的补锌产品研制仍然较少。

现有的补锌食品多使用淀粉含量高的食物作为载体，例如面包、面条、米粉等。然而锌强化剂在淀粉种状态不稳定，易生成难溶物。乳制品是锌强化因子的良好载体，乳制品中的锌含量本身较高，尤其酸奶的锌含量高于牛奶，再进一步进行锌强化，可以在原有基础上成为更为有效的补锌产品。在锌强化剂方面，现在最常使用的仍为以葡萄糖酸锌为代表的有机锌，但有关生物锌的研究也正在日益完善，越来越多的生物强化富锌食物被研发出来，例如富锌马铃薯、富锌水稻、富锌可食用菌。通过对食物进行生物锌强化，可以作为未来食物载体中锌强化很好的研究方向。

许多研究表明，补锌不仅在营养素缺乏方面有一定的必要性，在辅助治疗各类缺锌疾病方面也有很好的作用，但目前各类锌补充药物仍有不可忽视的不良反应，易引起恶心、呕吐、便秘等。通过食物作为载体进行锌强化，食物中含有的其他微量元素及氨基酸等物质均可对锌的吸收利用起到一定的协同作用，且有效缓解其不良反应。对于生物锌补充剂可能引起的不良反应还需进行进一步研究。