综述：色素谷物：通过有色谷物和强化食品革新营养

《Journal of Food Measurement and Characterization》：Chromatic grains: Revolutionizing nutrition with pigmented cereals and fortified foods

本综述系统阐述了色素谷物（如黑米、紫小麦）的营养价值，重点分析了其活性成分（如花青素）的生物合成通路（如MBW复合物调控）、多组学（QTL mapping, GWAS等）研究进展、CRISPR/Cas等基因组编辑技术的应用挑战，以及通过发酵、包埋等加工技术提升生物利用度的策略，旨在推动其作为功能性食品在生物强化（铁、锌、维生素A等）领域的发展。

　　

摘要

色素谷物，例如黑米、紫小麦、蓝黑玉米、红玉米以及红高粱，正逐渐成为营养敏感性食品体系中有前景的贡献者。这归功于其麸皮组织富含花青素、类黄酮、酚酸和类胡萝卜素等生物活性化合物，这些成分对心血管健康、代谢健康以及认知健康具有支持作用。

色素合成与调控机制

谷物中这些迷人色彩的合成主要依赖于两条代谢途径：苯丙烷类途径和类胡萝卜素途径。其精确调控则由MYB–bHLH–WD40（MBW）等转录复合物所主导，而DNA甲基化和组蛋白修饰等表观遗传机制又进一步影响着这些调控复合物的活性。现代多组学方法，包括基因组学、数量性状位点（QTL）作图、全基因组关联分析（GWAS）、转录组学、代谢组学和表型组学，已经成功鉴定出诸多关键基因。例如，编码关键酶的结构基因CHS（查尔酮合酶）、DFR（二氢黄酮醇还原酶）和ANS（花青素合酶），以及与色素转运和螯合相关的基因，这些基因将谷物色素沉着与微量营养素密度紧密联系起来。

基因组编辑技术的应用与挑战

为了精准调控这些合成通路，CRISPR/Cas系统、碱基编辑和引物编辑等基因组编辑技术已被应用。科学家们希望通过这些“分子剪刀”对特定基因进行定点修饰，以优化色素含量和营养成分。然而，谷物作物普遍存在的多倍体特性以及潜在的脱靶效应等技术挑战，仍是实际应用中需要克服的障碍。

提升营养生物利用度的加工策略

色素谷物中的植物营养素其生物利用度常常受到谷物中膳食纤维、蛋白质和淀粉相互作用的限制。幸运的是，各种加工方法提供了有效的干预手段。发酵和酶预处理能够释放出结合态的酚类物质；挤压膨化工艺尽管可能导致部分色素损失，但能改善营养物质的可及性；而采用玉米醇溶蛋白、麦芽糊精或脂质体等载体进行包埋或纳米递送系统，则可以有效稳定花青素等敏感成分，并增强其在肠道内的吸收效率。

生物强化与功能食品开发

除了自身的天然色素营养素外，色素谷物也被视为铁、锌、维生素A原以及B族维生素等营养素生物强化和食品强化的理想载体。然而，营养成分量化标准的不统一和标签标识的不规范，在一定程度上限制了相关产品获得监管批准和赢得消费者信任。该领域转化面临的关键挑战还包括色素的不稳定性、原材料品质的波动性、加工成本较高以及各国法规差异等。

展望

应对这些挑战需要一套整合策略，结合多组学驱动的育种技术、精准基因组编辑、食品加工工艺工程以及可持续的农业实践，共同推动色素谷物发展成为可规模化、营养富集的功能性食品，为人类健康营养供给提供新的解决方案。