富硒、非富硒大米有機硒的組成及硒的可利用度分析

龔如雨，鐘松臻，張寶軍，2，*，程祥磊

（1.南昌大學公共衛生學院，江西南昌330006；2.中國科學院地理科學與資源研究所，北京100101）

富硒、非富硒大米有機硒的組成及硒的可利用度分析

龔如雨1，鐘松臻1，張寶軍1，2，*，程祥磊1

（1.南昌大學公共衛生學院，江西南昌330006；2.中國科學院地理科學與資源研究所，北京100101）

為探究人體對大米硒營養的利用狀況，比較富硒、非富硒大米之間有機硒、堿溶谷蛋白、硒蛋氨酸等的組成差異，并運用體外模擬法對大米硒的可利用度進行研究。結果表明：有機硒是大米中硒的主要形態，富硒大米有機硒的比例[（77.6±11.3）%，n=7]高于非富硒大米[（64.1±7.5）%，n=8]，（P＜0.05）。大米堿溶谷蛋白的胃腸模擬消化液中僅有硒蛋氨酸被檢出，硒蛋氨酸占堿溶谷蛋白硒的比例為33.1%～97.6%。雖然人體對富硒大米硒的可利用度[（62.6±7.8）%，n=7]高于非富硒大米[（46.1±10.3）%，n=8]（P＜0.05），但是，富硒大米谷蛋白中硒蛋氨酸的比例[（45.5±9.0）%，n=7]卻明顯低于非富硒大米[（81.2±12.3）%，n=8]（P＜0.05）。可見，富硒水稻中硒蛋氨酸的轉化及對人體健康的作用尚需進一步研究。

體外模擬；大米有機硒；硒蛋氨酸；可利用度

Abstract：To explore the utilization of Se nutrition in rice by human body，the differences of organic Se，glutelin extracted by alkali and fraction of selenomethionine（SeMet）in Se-enriched rice or non Se-enriched rice were compared，and accessibility of Se in rice samples were analyzed using the in-vitro simulation method.The results showed that the organic Se was the dominated form，and the ratio of organic Se in Se-enriched rice[（77.6±11.3）%，n=7]was higher than that in non Se-enriched rice[（64.1±7.5）%，n=8]（P＜0.05）.The selenomethionine（SeMet），which accounted for 33.1%-97.6%，was the only species detected in gastrointestinal simulation digestive solution of glutelin.Even though the accessibility of Se in Se-enriched rice[（62.6±7.8）%，n=7]was higher than that in non Se-enriched rice[（46.1±10.3）%，n=8]（P＜0.05），the ratio of SeMet in glutelin of Se-enriched rice[（45.5±9.0%，n=7）]was significantly lower than that in non Se-enriched rice[（81.2±12.3）%，n=8]（P＜0.05）.Therefore，further studies should be conducted on the transformation of SeMet in Se-enriched rice and its effects on human health in future.

Key words：in-vitro simulation；organic Se in rice；selenomethionine；accessibility

硒是人體必需的一種微量元素，也是人體多種酶（如谷胱甘肽過氧化物酶）的重要活性中心。大米是世界上多數國家特別是城市居民的主食，目前我國約有60%的人口以大米為主食[1]，不過，與其他國家相比，國產大米的含硒水平（約為60 mg/kg）普遍不高[2]。為了滿足人體對硒的日常攝入量，許多國家都采取了相應的措施，其中芬蘭等國家通過向土壤中施加硒肥的方法來增加作物可食部分硒的累積[3]。近年來，我國富硒產業特別是富硒大米的生產也為人們補硒提供了一條重要的途徑[4]。

然而，大米中不同形態硒的健康效應卻不盡相同。大米中硒的形態一般包括硒蛋氨酸（Selenomethionine，SeMet）、硒代胱氨酸（Selenocystine，SeCys2）、硒代半胱氨酸（Selenocysteine，SeCys）和甲基硒代半胱氨酸（Methylselenocysteine，MeSeCys）等有機硒和Se（IV）、Se（VI）等無機硒。硒可取代蛋白質中的硫類似物轉化為SeMet、SeCys2和SeCys，進而參與蛋白質的構成并儲存于作物籽粒中[5]，因此，大米中的硒主要以有機硒的形式存在[6]。通常，無機硒對人體的毒理學效應要大于有機硒，且無機硒中 Se（IV）的毒性大于 Se（VI）[7]。不過，關于農作物總硒含量提高對蛋白質中SeMet、Se-Cys和MeSeCys等有機硒含量及比例的影響則研究較少[8]。雖然蛋白質僅占大米總重量的8%左右，但大米中的硒主要以蛋白硒的形態而存在[9]，所以，大米蛋白質中硒的含量與形態非常值得關注。

生物可利用度是指食物中待測物質（元素）經過消化系統消化后溶解于胃腸消化液中可被吸收的部分，是評價生物有效性的首要環節[10]。動物實驗和體外模擬實驗是評價生物有效性的兩種常用方法。動物實驗結果雖然可靠、準確，但實驗周期長、費用高，并且涉及倫理道德問題[10]。體外模擬實驗操作簡單、耗時短、費用低且具有較強的非特異性[11-12]。目前，利用體外模擬的方法對大米生物有效硒形態進行研究并不多見[13]。同時，由于技術和方法的限制前人研究往往只關注食物總硒[14-15]或富硒、高硒食品硒的形態[16-17]，而對普通大米生物有效硒及其形態的研究相對較少。

綜上所述，本研究在對富硒、非富硒大米有機硒和堿溶硒分析的基礎上，運用體外模擬的方法對堿溶谷蛋白中硒的形態及人體對大米硒的可利用度進行了重點研究，這將為促進我國富硒大米生產、提高人體補硒效果、減少潛在健康風險等提供一定的科學依據。

1 材料和方法

1.1 樣品與試劑

從全國10個大米主產區（黑龍江、吉林、寧夏、河南、安徽、湖北、湖南、江西、江蘇和廣西）購買了15份大米樣品，其中，富硒大米（編號：9～15）共7份，非富硒大米（編號：1～8）共8份。大米樣品磨碎后裝于干凈密封的自封袋中，置于-4℃冰箱中冷藏備用。

試驗過程中使用的HCl、NaCl、KOH、NaHCO3、KBH4和HClO4均為分析純：西隴科學股份有限公司；CH3OH（甲醇）、（NH4）2HPO4（磷酸氫二銨）、C16H36NBr（四丁基溴化銨）均為色譜純：阿拉丁有限公司；胃蛋白酶（酶活力≥1 200 U/g）、胰蛋白酶（酪蛋白轉化力≥25）、淀粉酶（酶活力≥2 000 U/g）和豬膽鹽（≥60%）：國藥集團化學試劑有限公司。

1.2 儀器設備

SA-20原子熒光形態分析儀：北京吉天儀器有限公司；HC-280T2高速粉碎機：永康綠可食品機械有限公司；S36 DigiBlock消解裝置：北京萊伯泰科儀器有限公司；SHA-C恒溫水浴振蕩器：江蘇金壇市中大儀器廠；H/T16MM臺式高速離心機：湖南赫西儀器裝備有限公司；GZX-9140MBE電熱鼓風干燥箱：上海博迅實業有限公司。

1.3 大米總硒及有機硒測定

稱取1.0 g左右已磨碎的大米粉于消解管中，分別加入1.0 mL濃HClO4和5.0 mL濃HNO3冷消解過夜，在150℃電熱板上趕酸至液體透亮且剩余溶液約為1.0 mL，然后，再加入1.0 mL的濃HCI繼續加熱（不超過 100℃）30 min將Se（Ⅵ）還原為 Se（Ⅳ），將溶液轉移定容后使用原子熒光光度計進行總硒測定。樣品測定時儀器的燈電流為80 mA，負高壓為270 V。

大米有機硒的測定使用透析袋法[18-19]。稱取1.0 g大米粉置于透析袋（截留分子量為8000 Da～14 000 Da）中，然后，用1 L超純水持續透析24 h（每6小時更換一次），透析結束后將袋內溶液轉移至消解管中進行消解，最后，使用原子熒光光度計進行有機硒含量的測定。

1.4 大米谷蛋白硒的提取及測定

稱取10.0 g大米粉置于100 mL錐形瓶中，加入50 mL NaOH 溶液（7.5×10-2mol/L），40℃水浴振蕩 4 h，離心（3 000 r/min，30 min）后的上清液用37%（體積分數）HCl調節pH為5.5，沉淀即為谷蛋白硒，其它為未知硒，兩者之和為堿溶硒。谷蛋白硒和未知硒消解后測定其含硒量，方法同1.3。

1.5 體外模擬分析

胃腸體外模擬實驗步驟參照文獻[20]并略作修改：稱取1.5 g大米放入離心管中，加入5 mL胃液（10 g/L胃蛋白酶，pH=2.0），37℃水浴振蕩4 h，用飽和NaHCO3調pH=7.5，加入5 mL腸液（30 g/L胰酶、15 g/L淀粉酶和10 g/L膽鹽），37℃水浴振蕩4 h，離心（3 000 r/min，30 min）后測定消化液中的總硒，方法同1.3。消化液中硒的含量占大米總硒的比例即為硒的生物可利用度。

同時，本研究也對1.4中得到的大米堿溶谷蛋白進行了胃腸模擬實驗，并使用原子熒光形態分析儀測定消化液（過0.45 μm濾膜）中的硒蛋氨酸、硒半胱氨酸、Se（IV）和 Se（VI）。由于消化液中無機硒及硒半胱氨酸的含量低于儀器檢出限，故僅有硒蛋氨酸被檢出。

1.6 統計與制圖

本研究數據的統計分析和圖件制作分別使用SPSS12.0和SigmaPlot10.0完成。

2 結果與分析

2.1 大米總硒和有機硒的含量特征

大米總硒、有機硒及消化液硒的含量見表1。

表1 大米總硒、有機硒及消化液硒的含量Table 1 Concentrations of total Se，organic Se and digestible Se in rice

如表1所示，所購大米總硒含量在11.8 μg/kg～566.9 μg/kg范圍內。根據中國《富硒稻谷》（GB/T22499-2008），加工后的大米硒含量在 40 μg/kg～300 μg/kg之間可以稱為富硒大米。按此標準，所購大米中僅有5份樣品屬于富硒大米。另外，有2份樣品硒含量≥300 μg/kg，為方便研究也將其歸為富硒大米。這樣，富硒大米和非富硒大米硒含量分別為（278.8±206.1）μg/kg（n=7）和（21.3 ± 7.2）μg/kg（n=8），前者約為后者的13倍。

相應地，大米有機硒的含量范圍為7.9 μg/kg～526.8 μg/kg，且大米有機硒的含量隨總硒含量升高而升高。富硒大米和非富硒大米有機硒的含量分別為（227.9±181.6）μg/kg（n=7）和（13.4 ± 4.0）μg/kg（n=8），前者約為后者的17倍。從有機硒占總硒的比例來看，富硒大米和非富硒大米有機硒的比例分別為（77.6±11.3）%（n=7）和（64.1 ± 7.5）%（n=8），前者比后者高出約13%。

2.2 大米堿溶硒的組成特征

大米堿溶硒組成及其含量見圖1。

圖1 大米堿溶硒組成及其含量Fig.1 Composition and concentrations of Se in rice extracted by aqueous alkali

如圖1所示，大米堿溶硒（包括谷蛋白硒和未知硒）的含量范圍為 4.6 μg/kg～266.3 μg/kg，占大米總硒的26.8%～50.3%。不過，富硒大米與非富硒大米堿溶硒占總硒的比例并無顯著差異（P＞0.05）。大米堿溶硒主要以谷蛋白（56.2%～90.0%）的形式存在，且谷蛋白硒具有隨堿溶硒升高而升高的趨勢。富硒大米和非富硒大米谷蛋白硒的含量分別為（75.5±53.5）μg/kg（n=7）和（5.9±1.5）μg/kg（n=8），前者約為后者的 13倍。雖然富硒大米堿溶谷蛋白的含量明顯高于非富硒大米（P＜0.05），但是，富硒大米谷蛋白硒占堿溶硒的比例（68.7±7.4）%卻低于非富硒大米（83.1±8.6）%（P ＜0.05）。

大米硒蛋氨酸的含量如表2所示。

表2 大米硒蛋氨酸的含量Table 2 Concentrations of SeMet in rice

續表2 大米硒蛋氨酸的含量Continue table 2 Concentrations of SeMet in rice

大米堿溶谷蛋白的胃腸體外模擬消化液中僅有硒蛋氨酸被檢出。從表2看，雖然硒蛋氨酸含量隨總硒含量升高而升高，但是，硒蛋氨酸占谷蛋白硒的比例卻有逐漸降低的趨勢。富硒大米和非富硒大米硒蛋氨酸占谷蛋白硒的比例分別為（45.5±9.0）%（n=7）和（81.2±12.3）%（n=8），前者明顯低于后者（P ＜0.05）。

2.3 大米硒的可利用度分析

大米胃腸消化液中硒的含量范圍為4.5 μg/kg～411.0 μg/kg，且隨總硒含量的升高而升高（表1）。富硒大米和非富硒大米消化液含硒量為（177.3±134.9）μg/kg（n=7）和（10.1± 4.8）μg/kg（n=8），前者約為后者的17.6倍。經計算，所購大米硒的生物可利用度的波動范圍為31.0%～73.7%，其中，富硒大米的生物可利用度為52.7%～73.7%（n=7），非富硒大米的生物可利用度為31.0%～61.3%（n=8）。總體上，大米硒的生物可利用度隨總硒含量的升高而升高，且人體對富硒大米硒的生物可利用度（62.6±7.8）%（n=7）顯著高于非富硒大米（46.1 ± 10.3）%（n=8）（P ＜ 0.05）。

3 討論

前人研究發現：高硒自然土壤[21]或外源施硒[22]可提高水稻籽粒中有機硒的含量及比例，而且，人體對有機硒的生物利用效率普遍高于無機硒[6，23]。本研究亦有類似的結果，即富硒大米有機硒的比例[（77.6±11.3）%，n=7]及人體對大米硒的可利用度[（62.6±7.8）%，n=7]明顯高于非富硒大米有機硒的比例[（64.1±7.5）%，n=8]及其生物可利用度[（46.1±10.3）%，n=8]（P＜0.05）。

通常，大米谷蛋白硒的形態主要為硒蛋氨酸（52.3%）[24]，而且，人體對食物中硒蛋氨酸的生物利用效率要高于其它硒的形態[23]。不過，本研究結果卻發現大米（以谷蛋白硒為基礎）中硒蛋氨酸的比例[（45.5±9.0）%，n=7]遠低于非富硒大米[（81.2±12.3）%，n=8]（P＜0.05）。這很可能會影響人體對大米硒的實際利用效率。

硒酸鹽（Se（VI））或亞硒酸鹽（Se（IV））等無機硒是水稻等作物栽培過程中常用的外源性硒肥[3，22]。水稻從外環境中吸收的無機硒（Se（VI）和（Se（IV））通常先轉化為硒代半胱氨酸，再進一步轉化轉化為硒蛋氨酸、甲基硒代半胱氨酸和甲基硒代蛋氨酸等其它有機硒的形態[7，25]。Guo-xinsun 等[25]發現 SeCys 的比例會隨大米總硒含量的升高而升高，這可能與富硒大米中Se－Cys轉化為SeMet等其它形式有機硒的效率下降有關。小麥（包括富硒小麥和普通小麥）中的有機硒也以SeMet為主（約占總硒70%），不過，SeCys只在富硒小麥中被檢出[26]。值得注意的是，小麥總硒含量為（98.9±1.3）μg/g時其硒蛋氨酸占總硒（加和）的比例（72%）卻低于小麥含硒量為（29.5±0.2）μg/g時硒蛋氨酸的比例（85%）[27]。本研究亦有類似的結果，即富硒大米硒蛋氨酸占總硒的比例[（12.3±2.6）%，n=7]僅為普通大米硒蛋氨酸比例[（23.7±6.2）%，n=8]的一半。由于所購富硒大米所使用的硒肥種類、施用方式等均不清楚，因此，未來將對外源硒肥添加是否會增加水稻籽粒中有機硒特別是SeMet的比例，以及是否會提高人體對富硒大米硒的可利用度等進行深入研究。此外，高硒環境條件下植物體內的SeCys和SeMet也可能進一步轉化為MeSeCys和MeSeMet等其它有機硒的形態或元素硒[8，28]。

4 結論

大米中約有50%以上的硒以有機硒形式存在，且富硒大米有機硒的比例明顯高于非富硒大米（P＜0.05）。堿溶谷蛋白硒是大米硒的重要組成部分，而谷蛋白硒主要以人體可利用度高的硒蛋氨酸形式存在。雖然富硒大米硒的可利用度高于非富硒大米（P＜0.05），但是，富硒大米谷蛋白中硒蛋氨酸的比例卻低于非富硒大米（P＜0.05）。由于不同形態的硒在人體中的吸收效率（SeMet＞SeCys＞Se（VI）＞Se（IV））[23]和對人體的健康效應[7]不盡相同，僅僅依靠提高大米總硒來滿足（特別是低硒地區）人群硒的日常攝入量并不能完全反映人體對大米硒營養的實際利用狀況，因此，如何提高外源性硒轉化為硒蛋氨酸的效率仍需進一步研究。

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Composition of the Organic Selenium（Se）and the Accessible Se in Se-enriched and Non Se-enriched Rice

GONG Ru-yu1，ZHONG Song-zhen1，ZHANG Bao-jun1，2，*，CHENG Xiang-lei1
（1.School of Public Health，Nanchang University，Nanchang 330006，Jiangxi，China；2.Institute of Geographical Sciences and Natural Resources Research，Chinese Academy of Sciences，Beijing 100101，China）

2017-02-25

10.3969/j.issn.1005-6521.2017.20.002

國家自然科學基金項目（41161016）

龔如雨（1989—），男（漢），碩士研究生，主要從事環境變化與人類健康研究。

*通信作者：張寶軍，男（漢），講師，主要從事環境變化與人類健康研究。