DOI: https://doi.org/10.1016/j.lwt.2026.119099
تاريخ النشر: 2026-01-29
المؤلف: Hind Belarbi وآخرون
الموضوع الرئيسي: تفاعلات وتأثيرات العناصر الدقيقة للنبات
نظرة عامة
تشكل نقص المغذيات الدقيقة، والذي يُشار إليه غالبًا بالجوع الخفي، تحديًا غذائيًا عالميًا كبيرًا. تبحث هذه الدراسة في التحصين الزراعي للقمح باليود (I) والسيلينيوم (Se) والزنك (Zn) من خلال التطبيق الورقي، وتقييم تأثيراتها على جودة الدقيق والخبز عبر نوعين من القمح. تشير النتائج إلى أن دقيق القمح الكامل المحصن حقق تركيزات من 619 ميكروغرام/كغم I، 623 ميكروغرام/كغم Se، و75 ملغ/كغم Zn، مع معدلات احتفاظ متفاوتة في الدقيق الأبيض. بينما أدى التطبيق المشترك لهذه المغذيات إلى تقليل محتوى البروتين بنسبة ~10% وانخفاض طفيف في احتفاظ الغاز في العجين، إلا أنه لم يؤثر بشكل كبير على حجم الخبز. ومن الجدير بالذكر أن التحصين بالزنك وحده قلل من حجم الرغيف، بينما حافظت علاجات السيلينيوم واليود عليه، حيث احتفظ خبز الرغيف بمزيد من المغذيات الدقيقة مقارنة بالخبز المسطح.
تؤكد الأبحاث على فعالية التحصين الورقي كطريقة قابلة للتوسع لتعزيز مستويات I وSe وZn في القمح ومنتجاته المعالجة. كما تبرز أهمية مراعاة التفاعلات المعاكسة المحتملة أثناء امتصاص المغذيات وانتقالها. علاوة على ذلك، تلعب عمليات ما بعد الحصاد، وخاصة الطحن والخبز، دورًا حاسمًا في احتفاظ المغذيات الدقيقة، مما يؤثر على الجودة الغذائية للمنتجات النهائية. تشير النتائج إلى أن مواءمة استراتيجيات التحصين مع المعالجة الصناعية يمكن أن تؤدي إلى تطوير أطعمة غنية بالمغذيات الدقيقة تعتمد على القمح، وبالتالي معالجة الجوع الخفي وتحسين الجودة الغذائية للأطعمة الأساسية.
مقدمة
تتناول مقدمة ورقة البحث القضية العالمية لنقص المغذيات الدقيقة، والتي تُسمى “الجوع الخفي”، والتي تؤثر على أكثر من 2 مليار فرد وتشكل تحديات صحية واقتصادية كبيرة (Gödecke et al., 2018). بينما غالبًا ما يرتبط بنقص التغذية في البلدان النامية، فإن نقص المغذيات الدقيقة الأساسية مثل اليود (I) والسيلينيوم (Se) والزنك (Zn) أصبح شائعًا بشكل متزايد في الدول ذات الدخل المرتفع بسبب تغير العادات الغذائية وانخفاض تناول الملح (Assunção et al., 2022). تتأثر توفر هذه المغذيات الدقيقة بخصائص التربة، التي تؤثر على امتصاصها بواسطة النباتات. يمكن أن تؤثر عوامل مثل درجة حموضة التربة، ومحتوى المادة العضوية، ومستويات الرطوبة بشكل كبير على التوافر الحيوي لـ I وSe وZn، مما يعقد الجهود لتعزيز مستوياتها في المحاصيل الصالحة للأكل (Cakmak, 2008; Cakmak et al., 2017; Kihara et al., 2020).
لمكافحة هذه النواقص، تم تطوير استراتيجيات زراعية مثل التحصين، حيث برز التطبيق الورقي كطريقة فعالة لزيادة تركيزات المغذيات الدقيقة في المحاصيل (Budke et al., 2021; Cakmak & Kutman, 2018). ومع ذلك، ركزت معظم الأبحاث الحالية على تطبيقات المغذيات الفردية، مما ترك الفوائد المحتملة لتطبيق عدة مغذيات دقيقة معًا غير مستكشفة إلى حد كبير. بالإضافة إلى ذلك، لا يزال تأثير التحصين على الخصائص الفيزيائية والكيميائية لدقيق القمح والعجين، والتي تعتبر حاسمة لصنع الخبز، غير مفهومة بشكل كافٍ. أظهرت الدراسات السابقة أن التحصين بالزنك والسيلينيوم يمكن أن يؤثر على محتوى البروتين وخصائص العجين، ولكن تأثيرات اليود، خاصة عند دمجه مع الزنك والسيلينيوم، تتطلب مزيدًا من التحقيق. تهدف هذه الدراسة إلى استكشاف التغيرات في تركيزات I وSe وZn في حبوب القمح بعد التحصين، وتقييم توزيع هذه المغذيات عبر كسور الطحن، وتقييم تأثيراتها على خصائص الدقيق والعجين، بما في ذلك الاحتفاظ أثناء عمليات الخبز.
طرق البحث
في هذه الدراسة، تم معالجة الحبوب المحصودة إلى نوعين من الدقيق: دقيق القمح الكامل (WWF) والدقيق الأبيض (WF). تم إنتاج WWF باستخدام مطحنة FOSS Analytical، محققًا معدل استخراج بنسبة 97% واحتفاظ بجميع مكونات الحبة. في المقابل، تم الحصول على WF بعد تكييف حبوب القمح لمدة 24 ساعة للوصول إلى محتوى رطوبة قدره 15.5%، تلاها الطحن باستخدام مطحنة أسطوانية مختبرية من نوع Bühler MLU-202، مما أسفر عن معدل استخراج بنسبة 72%. تم استخدام WWF في إنتاج كل من الخبز المسطح ورغيف الخبز، بينما تم استخدام WF حصريًا لرغيف الخبز. تم تخزين جميع عينات الدقيق عند -18 درجة مئوية قبل التحليل.
النتائج
يقدم قسم “النتائج” النتائج المستخلصة من الدراسة، مع تسليط الضوء على النتائج الرئيسية المستمدة من الطرق التجريبية أو التحليلية المستخدمة. يوضح البيانات الكمية والنوعية التي تم الحصول عليها، مع التركيز على الاتجاهات والأنماط الملحوظة في النتائج. يتم الإبلاغ عن مقاييس محددة، مثل الأهمية الإحصائية وأحجام التأثير، لدعم الاستنتاجات المستخلصة من التحليل.
بالإضافة إلى ذلك، قد يتضمن القسم تمثيلات بصرية، مثل الرسوم البيانية أو الجداول، لتوضيح البيانات بوضوح. تساعد هذه الوسائل البصرية في تعزيز فهم النتائج وتسهيل المقارنات عبر ظروف أو مجموعات مختلفة. بشكل عام، تساهم النتائج في الفهم الأوسع لسؤال البحث، مما يوفر أساسًا لمزيد من المناقشة والتداعيات في الأقسام اللاحقة من الورقة.
المناقشة
في هذه الدراسة، تم إجراء تجارب ميدانية لتقييم تأثيرات التحصين الورقي على نوعين من القمح المستخدم في صنع الخبز، Bezostaja-1 وNacibey، مع التركيز على تراكم اليود (I) والسيلينيوم (Se) والزنك (Zn) في الحبوب. أشارت النتائج إلى أن التحصين زاد بشكل كبير من تركيزات هذه المغذيات الدقيقة، مع زيادات ملحوظة في مستويات I من 25 إلى 557 ميكروغرام/كغم في Bezostaja-1 ومن 8 إلى 254 ميكروغرام/كغم في Nacibey في عام 2021. ومع ذلك، لوحظ انخفاض كبير في مستويات اليود في عام 2022، مما يشير إلى مشاكل محتملة في امتصاص المغذيات أو فعالية التطبيق. كما أبرزت الدراسة أنه بينما لم تؤثر العلاجات الورقية سلبًا على غلة الحبوب، فإن التطبيق المشترك للمغذيات أحيانًا أدى إلى تركيزات أقل من I مقارنة بالعلاجات الفردية، مما يشير إلى تفاعلات تنافسية محتملة أثناء امتصاص المغذيات.
كشفت تحليل أداء الدقيق والخبز أن دقيق القمح الكامل المحصن احتفظ بتركيزات معدنية أعلى مقارنة بالدقيق الأبيض، مع معدلات احتفاظ ملحوظة لـ I وSe وZn. ومع ذلك، فإن علاجات التحصين عمومًا قللت من محتوى البروتين، الذي اختلف حسب الصنف والعلاج. على الرغم من هذه التغييرات، حافظ كلا الصنفين على مستويات بروتين مقبولة تعزز من قوة الدقيق. أظهرت تجارب الخبز أنه بينما أثر التحصين على خصائص العجين واحتفاظ الغاز، تأثر الأداء العام للخبز، بما في ذلك حجم الرغيف، بشكل كبير بنوع الدقيق والصنف، حيث كانت التركيبات من القمح الكامل عمومًا تنتج أحجامًا أقل من الدقيق الأبيض. تؤكد النتائج على التفاعلات المعقدة بين علاجات التحصين، وتراكم المغذيات، وجودة الخبز، مما يبرز الحاجة إلى مزيد من البحث لتحسين هذه المعايير لتحقيق نتائج غذائية محسنة في منتجات القمح.
القيود
تقتصر الدراسة الحالية على تركيزها على نوعين فقط من القمح المزروع في موقع واحد، مما قد يحد من تعميم النتائج. تم إجراء التقييمات الغذائية باستخدام بيانات التركيب، ولكن لم يتم تقييم التوافر الحيوي للمغذيات الدقيقة. علاوة على ذلك، لم تتضمن الدراسة تقييمات حسية أو على مستوى المستهلك، والتي تعتبر حاسمة لفهم الآثار العملية للقمح المحصن.
لتحسين فهم الآثار الغذائية للتحصين المتعدد المغذيات، هناك حاجة إلى مزيد من البحث. يجب أن تشمل هذه التحقيقات في نوعية المغذيات، والاستجابات الفسيولوجية للنبات، والتوافر الحيوي. سيساعد تقدم المعرفة في هذه المجالات على دمج القمح المحصن بشكل فعال في استراتيجيات الزراعة والتغذية التي تهدف إلى معالجة نقص المغذيات الدقيقة.
DOI: https://doi.org/10.1016/j.lwt.2026.119099
Publication Date: 2026-01-29
Author(s): Hind Belarbi et al.
Primary Topic: Plant Micronutrient Interactions and Effects
Overview
Micronutrient deficiencies, often referred to as hidden hunger, pose a significant global nutritional challenge. This study investigates the agronomic biofortification of wheat with iodine (I), selenium (Se), and zinc (Zn) through foliar application, assessing their effects on flour and bread quality across two wheat cultivars. The results indicate that biofortified whole wheat flour achieved concentrations of 619 μg/kg I, 623 μg/kg Se, and 75 mg/kg Zn, with varying retention rates in white flour. While co-application of these nutrients led to a ~10% reduction in protein content and a slight decrease in dough gas retention, it did not significantly affect bread volume. Notably, Zn biofortification alone reduced loaf volume, whereas Se and I treatments preserved it, with pan loaf bread retaining more micronutrients than flatbread.
The research underscores the effectiveness of foliar biofortification as a scalable method for enhancing I, Se, and Zn levels in wheat and its processed products. It highlights the importance of considering potential antagonistic interactions during nutrient absorption and translocation. Furthermore, post-harvest processes, particularly milling and baking, play a crucial role in micronutrient retention, impacting the nutritional quality of the final products. The findings suggest that aligning biofortification strategies with industrial processing can lead to the development of micronutrient-enriched wheat-based foods, thereby addressing hidden hunger and improving the nutritional quality of staple foods.
Introduction
The introduction of the research paper addresses the global issue of micronutrient deficiencies, termed “hidden hunger,” which affects over 2 billion individuals and poses significant health and economic challenges (Gödecke et al., 2018). While often linked to undernutrition in developing countries, deficiencies in essential micronutrients such as iodine (I), selenium (Se), and zinc (Zn) are increasingly prevalent in high-income nations due to changing dietary habits and reduced salt intake (Assunção et al., 2022). The availability of these micronutrients is influenced by soil characteristics, which affect their uptake by plants. Factors such as soil pH, organic matter content, and moisture levels can significantly alter the bioavailability of I, Se, and Zn, complicating efforts to enhance their levels in edible crops (Cakmak, 2008; Cakmak et al., 2017; Kihara et al., 2020).
To combat these deficiencies, agronomic strategies like biofortification have been developed, with foliar application emerging as an effective method for increasing micronutrient concentrations in crops (Budke et al., 2021; Cakmak & Kutman, 2018). However, most existing research has focused on single-nutrient applications, leaving the potential benefits of co-applying multiple micronutrients largely unexplored. Additionally, the impact of biofortification on the physicochemical properties of wheat flour and dough, which are crucial for bread-making, remains inadequately understood. Previous studies have shown that biofortification with Zn and Se can affect protein content and dough properties, but the effects of iodine, particularly in combination with Zn and Se, require further investigation. This study aims to explore the variations in I, Se, and Zn concentrations in wheat grains following biofortification, assess the distribution of these nutrients across milling fractions, and evaluate their effects on flour and dough characteristics, including retention during baking processes.
Methods
In this study, harvested grains were processed into two types of flour: whole wheat flour (WWF) and white flour (WF). WWF was produced using a FOSS Analytical mill, achieving a 97% extraction rate and retaining all components of the grain. In contrast, WF was obtained after tempering the wheat grains for 24 hours to reach a moisture content of 15.5%, followed by milling with a Bühler MLU-202 laboratory roller mill, resulting in a 72% extraction rate. WWF was utilized in the production of both flatbread and pan loaf, while WF was exclusively used for pan loaf. All flour samples were stored at -18°C prior to analysis.
Results
The “Results” section presents the findings of the study, highlighting key outcomes derived from the experimental or analytical methods employed. It details the quantitative and qualitative data obtained, emphasizing significant trends and patterns observed in the results. Specific metrics, such as statistical significance and effect sizes, are reported to substantiate the conclusions drawn from the analysis.
Additionally, the section may include visual representations, such as graphs or tables, to illustrate the data clearly. These visual aids serve to enhance the understanding of the results and facilitate comparisons across different conditions or groups. Overall, the findings contribute to the broader understanding of the research question, providing a foundation for further discussion and implications in subsequent sections of the paper.
Discussion
In this study, field trials were conducted to evaluate the effects of foliar biofortification on two bread wheat cultivars, Bezostaja-1 and Nacibey, focusing on the accumulation of iodine (I), selenium (Se), and zinc (Zn) in the grains. The results indicated that biofortification significantly increased the concentrations of these micronutrients, with notable increases in I levels from 25 to 557 μg/kg in Bezostaja-1 and from 8 to 254 μg/kg in Nacibey in 2021. However, a substantial decline in iodine levels was observed in 2022, suggesting potential issues with nutrient uptake or application efficacy. The study also highlighted that while foliar treatments did not adversely affect grain yield, the co-application of nutrients sometimes resulted in lower concentrations of I compared to individual treatments, indicating possible competitive interactions during nutrient uptake.
The analysis of flour and baking performance revealed that biofortified whole wheat flour retained higher mineral concentrations compared to white flour, with significant retention rates for I, Se, and Zn. However, the biofortification treatments generally reduced protein content, which varied by cultivar and treatment. Despite these changes, both cultivars maintained acceptable protein levels conducive to flour strength. Baking trials demonstrated that while biofortification influenced dough properties and gas retention, the overall baking performance, including loaf volume, was significantly affected by flour type and cultivar, with whole wheat formulations generally yielding lower volumes than white flour. The findings underscore the complex interactions between biofortification treatments, nutrient accumulation, and baking quality, emphasizing the need for further research to optimize these parameters for enhanced nutritional outcomes in wheat products.
Limitations
The present study is constrained by its focus on only two wheat cultivars grown at a single location, which may limit the generalizability of the findings. Nutritional evaluations were conducted using compositional data, but the bioavailability of the micronutrients was not assessed. Furthermore, the study did not include sensory or consumer-level evaluations, which are critical for understanding the practical implications of biofortified wheat.
To enhance the understanding of the nutritional implications of multi-nutrient biofortification, further research is necessary. This should encompass investigations into nutrient speciation, plant physiological responses, and bioaccessibility. Advancing knowledge in these areas will facilitate the effective integration of biofortified wheat into agricultural and nutritional strategies aimed at addressing micronutrient deficiencies.