不同加工方式對富硒大米硒損失、形態及體外生物利用度影響

孫瑞，張琪，曾卓華，方立魁，任元元，鐘耕*

1(西南大學 食品科學學院，重慶，400715)2(重慶市農業技術推廣總站，重慶，400020) 3(四川省食品發酵工業研究設計院有限公司，四川 成都，611130)

硒被認為是繼鐵、鋅、碘后人體嚴重缺少的第4種營養元素，調查顯示全球約15%人口缺硒[1]。中國營養學會報告顯示，我國居民每日硒總攝入量僅為26～32 μg，遠低于60 μg/d的推薦攝入量[2]。隨著人們健康意識及對食品營養要求的日益提高，食用富硒農產品被認為是安全、有效的補硒方式[3]。全球近一半的人口以稻米為主食[4]，作為最大的稻米生產國和消費國[5]，我國有60%的居民每天食用大米[6]。硒在機體內的生物利用度很大程度上取決于膳食中硒的存在形態[7]。富硒大米中硒是以硒代蛋氨酸(selenomethinonine，SeMet)、甲基硒代半胱氨酸(methylselenocysteine，MeSeCys)、硒代半胱氨酸(selenocysteine，SeCys)等有機硒，以及亞硒酸鹽[selenite，Se(IV)]等無機硒組成[8]。與無機硒相比，SeMet、SeCys和MeSeCys更容易被機體消化吸收、具有更高生物利用度[9-10]。因此，科學評價富硒大米中硒對人體的營養效應，科學指導富硒大米的加工和健康消費尤為重要。

由于硒化合物的不穩定性和揮發性[11]，蒸煮、油炸等常用烹飪方法會增加食物中的硒損失、改變其形態及生物利用度[12]。FIDELIS等[13]發現每100 g煮熟的大米中硒含量同未蒸煮相比降低了18.3 μg。KHANAM等[14]發現高壓熟化后大米硒含量下降了3.72%。其他加工方式會導致富硒大米硒含量的降低[7-15]。LU等[16]研究表明常用家庭烹飪方法會導致谷物中損失高達46.9%的SeMet。加工過程中硒形態的變化會影響硒的生物利用度[17-18]，微波、加壓熟化處理后，大米中硒生物可利用度顯著降低(P<0.05)[14]。然而以上研究均是基于單方面分析富硒大米的硒損失、形態或生物利用度，沒有系統研究不同加工方式對富硒大米的影響。本文以重慶市江津區中山鎮種植的富硒大米渝香203為實驗對象，比較分析大米加工常見的不同方式(常壓蒸煮、高壓蒸煮、微波及擠壓處理)對富硒大米中硒損失及硒形態的影響，同時通過體外模擬消化探究不同加工方式對富硒大米硒生物利用度及消化后各形態硒含量的影響，通過以上研究為富硒米類食品的制作和生產提供理論參考，推動富硒產業優質健康發展。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

富硒大米由重慶市江津區儲備糧有限公司提供，產地為重慶市江津區中山鎮，品種為渝香203，加工精度為精碾。

胃蛋白酶(CAS：9001-75-6)、胰酶(CAS：8049-47-6)、鏈霉蛋白酶E(CAS：9036-06-06)，北京索萊寶科技有限公司；豬膽鹽、α-淀粉酶，北京奧博星生物技術有限公司；亞硒酸根標準物質(GBW10032，濃度0.543 μmol/g)、硒代蛋氨酸標準溶液(GBW10034，濃度0.499 μmol/g)、甲基-硒代半胱氨酸標準溶液(GBW10088，濃度0.433 μmol/g)，中國計量科學研究院；(NH4)2HPO4(CAS：7783-28-0)、三羥甲基氨基甲烷(CAS：77-86-1)，上海麥克林生化科技有限公司；甲醇(色譜純)，上海阿拉丁生化科技股份有限公司；乙酸(色譜純)，重慶市鈦新化工有限公司；硝酸、鹽酸，成都市科隆化學品有限公司；除特別標注外，其余所用化學試劑均為分析純。

1.2 儀器與設備

LS-50H立式壓力蒸汽滅菌鍋器，江陰濱江醫療設備有限公司；MAS-ⅡPLUS常壓微波合成/萃取反應工作站，上海新儀微波化學科技有限公司；WLG10A實驗用微型雙錐螺桿擠出機，上海新碩精密機械有限公司；KQ-400DB數控超聲波清洗器，昆山市超聲儀有限公司；SY-10真空冷凍干燥機，北京松源華興科技發展有限公司；PB-10酸度計，德國Sartorius公司；CHA-B水浴恒溫振蕩器，常州亞特實驗儀器有限公司；DW-ZW128超低溫冷凍儲存箱，中科美菱低溫科技股份有限公司；Centrifuge5804R離心機，德國Eppendorf公司；HCJ-1型磁力攪拌水浴鍋，常州恩培儀器制造有限公司；FP6多通道原子熒光分光光度計，北京普析通用儀器責任有限公司；1260 Infinity II液相色譜系統、ICP-MS 7700x電感耦合等離子體質譜儀、Poroshell 120SB-C18液相色譜柱(4.6 mm×250 mm，4 μm)，美國Agilent公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 富硒大米加工方式

富硒大米樣品采用以下不同加工方式處理后冷凍干燥粉碎成粉，-80 ℃冷凍保存，備用。

1.3.1.1 常壓蒸煮

參照周小理等[19]的方法略作修改，大米樣品淘洗3次，水與樣品比例1.3∶1(質量比，下同)，浸泡30 min，蒸煮20 min，燜制5 min。

1.3.1.2 高壓蒸煮

參照KHANAM等[14]的方法略作修改，大米樣品淘洗3次，水與樣品比例2∶1，浸泡30 min，溫度120 ℃，壓力100 kPa，高壓蒸煮10 min，燜制20 min。

1.3.1.3 微波加工

參照KHANAM等[14]的方法略作修改，大米樣品淘洗3次，水與樣品比例4.5∶1，浸泡30 min，溫度100 ℃，功率350 W，微波處理10 min。

1.3.1.4 擠壓加工

參照陳怡岑等[20]的方法略作修改，富硒大米樣品粉碎成粉，含水量調至30%，雙螺桿擠壓處理，螺桿轉速40 r/min，擠壓溫度100 ℃。

1.3.2 硒含量測定

參照GB 5009.93—2017《食品安全國家標準 食品中硒的測定》第一法氫化物原子熒光光譜法，略作修改。準確稱取樣品0.5～1 g(精確至0.000 1 g)，置于消化管中，加入5 mL硝酸，封口后冷消化過夜，沸水浴8 h，自然冷卻后加入2.5 mL 50%(體積分數，下同)鹽酸溶液，轉移入25 mL容量瓶中，并用超純水定容至刻度線，定容后的樣品用101型濾紙過濾，原子熒光分光光度計測定，同時做空白對照。

1.3.3 有機硒含量測定

參照李志全等[21]的方法略作修改，稱取樣品0.5 g(精確到0.000 1 g)于50 mL帶塞刻度試管中，加入20 mL 50%鹽酸溶液，渦旋混勻，超聲波處理45 min，沸水浴30 min取出自然冷卻，定容至25 mL，脫脂棉過濾后，取10 mL濾液，消解后使用原子熒光分光光度計測定硒含量，測定值為無機硒含量，總硒減無機硒即為有機硒含量。

1.3.4 生物利用度測定

參照龔如雨[7]的方法略作修改。

體外模擬胃消化過程：稱取0.5 g(精確到0.000 1 g)樣品于50 mL離心管，加入10 mL模擬胃液(10 g/L胃蛋白酶，0.15 mol/L NaCl，pH 2.0)，37 ℃恒溫水浴振蕩器振蕩4 h，消化后樣品3 500 r/min離心，取上清液，0.45 μm濾膜過濾，樣品儲存于-20 ℃，待測，每個樣品做3個平行。

體外模擬腸消化過程：胃消化完成后，用飽和NaHCO3溶液調節消化液pH至7.5；加入10 mL模擬腸液(30 g/L胰酶、15 g/L淀粉酶、10 g/L膽鹽、0.15 mol/L NaCl)，樣品混勻，37 ℃水浴振蕩4 h，3 500 r/min離心，取上清液，0.45 μm濾膜過濾，樣品儲存于-20 ℃，待測，每個樣品做3個平行。體外模擬胃腸富硒大米硒的生物利用度用公式(1)計算：

(1)

1.3.5 硒形態測定

參照NY/T 3556—2020《糧谷中硒代半胱氨酸和硒代蛋氨酸的測定 液相色譜-電感耦合等離子體質譜法》標準略作修改，取粉碎后的樣品1 g(精確至0.000 1 g)于50 mL離心管，加入10 mL三羥甲基氨基甲烷-鹽酸緩沖液，室溫40 W超聲30 min，加入25 mg鏈霉蛋白酶E，漩渦混勻，置于37 ℃恒溫振蕩器中振蕩酶解20 h，5 000 r/min、4 ℃離心10 min。取2 mL上清液于10 mL容量瓶，加流動相[40 mmol/L (NH4)2HPO4，體積分數為30%甲醇，pH 6.8]定容至刻度線，過0.22 μm濾膜后測定硒形態。

液相色譜條件：流動相流速1.0 mL/min，進樣量50 μL，讀數時間15～20 min。電感耦合等離子體質譜條件：采集質量數78，積分時間1.0 s，采集模式為時間積分，采樣深度6.4 mm，高頻等離子體發射功率1 550 W，載氣流量1.02 L/min，載氣補償氣流量0.11 L/min，蠕動泵轉速0.3 r/s。

1.3.6 數據統計分析

所有實驗指標重復測定3次，結果以平均值±標準差表示，實驗數據采用Statistix 9軟件，基于Tukey HSD法進行0.05水平顯著性分析；采用GraphPad Prism 7.00軟件用于所有實驗結果的圖形繪圖。

2 結果與分析

2.1 富硒大米硒含量

對實驗所用的富硒大米硒含量進行測定，其中總硒含量為263.90 μg/kg，有機硒含量為212.14 μg/kg，有機硒占大米中總硒的比例為80.42%。參照GB/T 22499—2008 《富硒稻谷》中規定的加工大米硒含量要求(40～300 μg/kg)，該樣品達到國家富硒標準。

2.2 加工方式對富硒大米總硒含量的影響

富硒大米通過常壓蒸煮、高壓蒸煮、微波及擠壓處理4種常用的方式處理，測定處理后各樣品中的總硒含量如表1所示，所有處理方式均會造成大米中硒含量的損失，常壓蒸煮、微波及高壓蒸煮3種方式損失較小，擠壓處理后的樣品硒損失較大，硒含量僅為150.27 μg/kg，與未處理的大米相比總硒含量有顯著性差異(P<0.05)，高壓處理損失率僅為1.78%，微波處理損失率為4.21%，常壓蒸煮損失率為3.26%，而擠壓處理導致硒的損失率高達到43.05%。

表1 不同加工方式處理后富硒大米中的總硒含量Table 1 Total selenium content in selenium-enriched rice treated with different processing methods

LIU等[22]發現水洗會降低大米中的礦物質含量。大米在蒸煮前都會進行清洗處理，這一過程會導致大米糊粉層和外胚乳的硒損失。因為各形態硒的不穩定性和揮發性，加工處理會造成硒形態的改變及損失[17]。KHANAM等[14]的研究表明，壓力加熱能顯著降低大米中的硒含量(由148 μg/kg降至142.5 μg/kg)。因為蒸煮過程中所有水都被大米吸收，不同蒸煮工藝對富硒大米中總硒水平無顯著性差異(P>0.05)[23]，與本文研究結果一致。ADEBOWALE等[24]的研究表明熱穩定性的礦物質不受擠壓蒸煮的影響，但劉志東等[25]的研究表明擠壓處理會造成南極磷蝦粉中鈣、鐵等礦物質的損失。GRANT等[26]研究發現硒具有揮發性，以二甲基硒或二甲基二硒的形式從植物中揮發，由此推測擠壓過程中較大的壓力使大米中硒形成揮發性化合物[27]，導致硒的損失。

2.3 加工方式對富硒大米硒形態的影響

通過酶法提取，高效液相色譜電感耦合等離子體法測定硒形態，比較樣品與標品的峰面積得到樣品中的硒形態及含量。如表2所示，富硒大米中最主要的硒形態為SeMet，未處理樣品中SeMet的含量為187 μg/kg，占總硒70.86%，其次含有4.98%的Se(IV)，還含有少量的MeSeCys，占總硒的1.32%。該結果與SUN等[23]研究類似，大米中主要的硒形態為SeMet，占總硒的83%～84%，其次是MeSeCys，占總硒的6.2%，還含有少量的Se(IV)及SeCys。

SeMet可以非特異性地代替蛋氨酸與蛋白質結合，形成硒結合蛋白，在蛋白質的正常周轉過程中逐步釋放到機體中，不斷滿足機體對硒的需求，富硒谷物中的SeMet被認為是長期補充硒的良好來源[16]。加工處理會導致富硒大米中主要硒形態SeMet有較大變化，由表2可得加工處理會顯著減少大米中的SeMet含量，其中常壓和微波處理對SeMet的影響較大，與未處理樣品相比，常壓和微波分別造成了17.28%和17.74%的損失，而高壓和擠壓造成的損失分別為11.17%和8.45%。有研究表明，在加工過程中SeMet常轉換為硒代蛋氨酸-硒氧化物[15]，由于硒化合物的不穩定性，蒸煮、煮沸、煎炸等常用的家庭烹飪方法均會導致谷物中SeMet的損失，最高損失可達46.9%[16]；富硒大米中Se(IV)在微波、高壓及擠壓處理中完全損失，常壓處理后還有部分保留。除SeMet外，其他非蛋白氨基酸主要存在于細胞壁中，不存在于蛋白質中[28]，所以加工過程易損失；常壓和擠壓處理樣品中，MeSeCys含量與未處理樣品無顯著差異(P>0.05)，高壓處理后含量降低，微波處理會使MeSeCys含量增加。AMOAKO等[29]的研究表明，加熱會使酵母SeMet通過二甲基二烯酰亞胺等媒介形成MeSeCys，因此推測加工過程中MeSeCys含量升高是因為發生了硒形態的轉換。

表2 富硒大米不同加工方式處理后主要硒形態及含量Table 2 The main selenium forms and contents of selenium-enriched rice with different processing methods

2.4 加工方式對硒生物利用度的影響

不同加工方式處理富硒大米，硒在模擬體外胃腸消化過程中的生物利用度如圖1所示，未處理樣品胃消化硒生物利用度僅為30.79%，常壓蒸煮方式最高，為38.38%，顯著高于未處理樣品，高壓處理樣品與未處理樣品相比沒有顯著差異(P>0.05)，擠壓處理樣品胃消化硒生物利用度為26.85%，顯著低于未處理樣品，這是由于擠壓處理造成硒損失較大。腸道消化硒生物利用度與胃消化相比有明顯提高，未處理樣品的生物利用度由30.79%增加到45.69%，提升了14.90%，這與ZHANG等[18]的研究結果一致，與胃消化相比，大米樣品中硒生物利用度在腸道消化后提升了13%，硒在腸道階段的生物可利用度高于胃階段，本文研究發現高壓和常壓處理使樣品中更多的硒在腸消化過程釋放。大米中硒主要存在于胚乳細胞的蛋白質中，在胃的酸性環境中，大米蛋白發生變性和部分展開，使大米中部分硒被釋放，腸消化過程中，腸液中的胰酶和膽鹽使大米中多糖和蛋白質被進一步分解為單糖和小肽(或游離氨基酸)，促使大米中更多硒被釋放，生物利用度增大[22-23]。

圖1 不同加工方式處理富硒大米體外胃腸消化生物利用度Fig.1 In vitro gastrointestinal digestion bioavailability of selenium-enriched rice with different processing methods 注：用不同的小寫字母和大寫字母分別表示樣品在不同加工 處理后胃和腸道生物利用度有顯著差異(P<0.05)

加工會改變富硒大米中硒的生物利用度，加工樣品胃腸消化物中硒的生物利用度由高到低依次為：常壓>高壓>微波>擠壓。常壓、高壓及微波處理后的樣品硒生物利用度都顯著高于未處理樣品(P<0.05)，說明這3種處理方式均利于人體對富硒大米中硒的吸收利用，常壓處理后硒的利用率最高，比未處理樣品高29.30%。相關研究發現，水煮、微波及壓力烹飪對菌類和蔬菜中的硒生物利用度有促進作用[14,30]。硒生物利用度與硒含量、硒形態及食物中其他成分變化有關[14,17-18]，加工會改變大米中主要大分子淀粉和蛋白的結構，影響大米中硒的生物利用度[30]。擠壓處理造成的硒損失較大，生物利用度偏低，微波處理對SeMet含量的影響較大，處理后樣品中硒的生物利用度較低。

2.5 加工方式對富硒大米體外消化后硒形態的影響

將不同加工方式處理的富硒大米樣品進行體外模擬胃腸消化，測定消化液中的硒形態見表3，富硒大米經胃腸消化后主要的硒形態為MeSeCys和SeMet，Se(Ⅳ)經過胃腸消化后未檢出，與KHANAM等[14]的研究結果一致，富硒大米加工處理后體外胃腸消化液中主要檢出的形態為SeMet。

表3 不同加工方式處理富硒大米體外胃腸消化后 各形態硒含量Table 3 Selenium forms after in vitro gastrointestinal digestion of selenium-enriched rice with different processing methods

富硒大米經4種方式加工處理后胃腸消化液中SeMet含量均高于未處理樣品，MeSeCys含量與未處理樣品相比均顯著減少，說明常壓、高壓、微波及擠壓處理有利于富硒大米中SeMet在消化過程中的釋放和利用。食品中的硒在酶、光、熱、壓力等因素的作用下會發生轉化和損失，硒化合物會通過酶途徑或非酶途徑相互轉化。MeSeCys可被裂解酶降解形成揮發性甲基硒醇，或進一步轉移到二甲基硒化物中，這可能是導致硒化合物在食品加工過程中的降解、揮發損失的原因[28]。SeMet在食物中以蛋白質組成形式存在，因此在加工過程中相對穩定[28]。

2.6 加工方式對富硒大米中SeMet生物利用度的影響

SeMet為富硒大米中最主要的硒形態，是最易被機體利用的形態[16]，在膳食硒的代謝過程中，SeMet可替代蛋白質中的蛋氨酸，與組織中蛋白質發生結合，在組織蛋白的轉換中轉化為硒蛋白[10]，或可轉化為SeCys，在機體發揮其生理功能。不同加工方式處理富硒大米中SeMet的生物利用度體外模擬結果如圖2所示，其中未處理樣品中SeMet生物利用度為34.70%，加工處理可以提升大米中SeMet的生物利用度。擠壓處理樣品中SeMet的利用度為43.19%，高壓處理后為42.27%，常壓和微波處理后分別為47.49%和46.69%，常壓處理生物利用度最高，與未處理相比提高了12.79%，與KHANAM等[14]的研究結果一致。加工會使食物中的基質發生改變，影響與基質結合的礦物質的利用，本文4種加工處理均有助于樣品中SeMet在消化過程的釋放，會對大米中主要硒形態的利用產生一定的積極作用。值得注意的是，雖然擠壓處理會造成總硒生物利用度偏低，但SeMet的利用度在擠壓處理后顯著高于未處理樣品，且處理后有利于大米中SeMet的利用。

圖2 不同加工方式處理富硒大米SeMet生物利用度Fig.2 Bioavailability of SeMet in selenium- enriched rice treated by different processing methods 注：不同字母表示組間差異顯著(P<0.05)

3 結論

本文通過常壓、微波、高壓及擠壓處理對富硒大米進行加工處理，探究不同加工方式對富硒大米中硒含量、形態及生物利用度的影響，結果表明，擠壓處理導致硒損失43.05%，常壓、高壓、微波處理不會對硒含量產生顯著影響(P<0.05)；4種加工方式均降低了大米中SeMet的含量，Se(IV)經微波、高壓及擠壓處理后完全損失，微波處理會使MeSeCys含量增加；體外模擬胃腸消化實驗結果發現，常壓、高壓加工處理能夠顯著提高富硒大米樣品胃腸消化后總硒生物利用度；4種加工方式均可提高富硒大米中SeMet的生物利用度，有助于樣品中SeMet在消化過程的釋放，對大米中主要硒形態的生物利用產生一定的積極作用。綜上所述，常壓和高壓蒸煮方式對富硒大米總硒含量及形態影響較小，有利于機體對硒的吸收利用。本研究為富硒大米在常見米制品加工方式及體外消化過程中硒損失、形態及生物利用度變化情況提供數據支撐。