硒的來源、富集及富硒食物資源研究進展

孫 楠，王惠納，張 薇，張鈺瑤，趙 育，賀 博，張海生，張寶善,*

（1.陜西師范大學食品工程與營養科學學院，陜西 西安 710119；2.農業農村部富硒產品研發與質量控制重點實驗室，陜西 安康 725000）

硒（selenium，Se）是人體所需的微量元素之一，被歸類在元素周期表的第VI A族[1]。在過去200 年里，科學家對硒在人體健康中的作用有了更深入的了解[2]。過去，硒被認為是一種致癌物質[3]，隨著研究的不斷深入，明確了硒對機體的重要作用，對生物體內抗氧化[4-6]、代謝[7-10]和重金屬解毒[11-12]等過程的影響。為保持動物和人類的健康，需要在飲食中攝入適量硒元素。

世界衛生組織（World Health Organization，WHO）的數據[13]表明，全球至少有40多個國家和地區存在硒缺乏問題，涉及10多億人口[14]。近年來，社會對營養健康的關注不斷增強，補充硒逐漸成為日常飲食的重要組成部分，人們可以通過多樣化飲食來獲得，包括食用硒富集的食品，如堅果、全谷物、蔬菜、肉類、海產品和硒酵母等。在富硒食品生產和加工過程中，硒以不同氧化還原態存在，包括Se6+、Se4+、Se和Se2-，每種氧化還原態都具有獨特的結構和多種功能。離子硒是許多功能性酶的組成部分，參與機體抗氧化防御、免疫調節和DNA合成等重要生物化學反應。因此，硒缺乏可能導致上述生理過程受損，如加劇人體內某些慢性和退行性疾病。

WHO建議成年人每日硒攝入量為55 μg[13]，若成年人每日攝入的硒總量低于40 μg，就可以認為存在硒缺乏問題，并可能引發多種健康問題；此外，過量攝入硒也會對機體產生生理毒性，造成不可逆的損害。在我國、美國、印度和其他一些國家，已經觀察到硒中毒的病例。成年人每天攝入超過400 μg硒就可能導致一系列健康問題，如脫發、肝損傷、腦水腫和神經中毒等[15]。

面對全球幾十億缺硒人口，硒補充劑已經成為當前研究熱點。當前，研究人員致力于開發品類豐富的富硒食物，滿足社會的硒需求。現有富硒食品研究主體分為富硒農作物、富硒海產品和富硒食用菌等，主要針對硒的代謝機理及生理作用，研究主題專業性較強，缺少不同來源富硒食品的橫向對比，在硒循環、富硒食品種類、含量及作用對比等方面的研究總量較小。因此，本文綜述近年來有關不同來源富硒食品的研究現狀，并探討富硒食品在未來的發展趨勢與存在問題，為創新研發新型富硒產品提供科學參考。

1 硒的來源

在自然界中，硒同碳元素一樣，其吸收和排放雖不斷變化，但始終處于平衡狀態。硒主要通過火山運動、大氣蒸發和雨水淋溶等過程分布在大氣、土壤和海洋中[16]。地下層巖中常含有大量硒，主要通過火山運動進入自然界循環，火山運動的噴出物主要是巖石碎屑，在火山噴發后，一部分硒可聚集在沉積物中（Se、Se），另一部分則隨火山氣體分布于大氣中（H2Se）；油頁巖、煤、石油中的硒含量比較豐富，通過燃燒廢氣進入大氣（H2Se），同時也進入土壤和水體[16]。土壤中的硒有多種氧化態，研究中將土壤硒的存在形態分為4 種：元素硒（Se）、硒酸態硒（Se）、亞硒酸態硒（Se）和有機態硒。硒作為人與動植物體的有益元素，植物吸收是土壤硒的重要轉化過程[17]。由于硒只有極少部分被帶到海洋中，且由于密度差異，硒多聚集在沉淀物中；海水中硒含量極少，為0.1～6.0 μg/L；河水中硒含量一般為0.5～10.0 μg/L[18]。如圖1所示，硒進入自然界循環有多種途徑，主要是火山活動、煤燃燒等[17]。有研究[19]表明，循環過程中，有機硒成分占據了幾乎一半循環周期，而這些成分主要由動植物貢獻。

圖1 硒及其化合物在生物圈的循環轉化[18]Fig.1 Circulation and transformation of selenium and its compounds in the biosphere[18]

1.1 植物體內的硒

植物主要通過根部吸收營養物質，土壤中的硒也隨之進入植物體內，這是硒進入自然生態循環的重要途徑之一，而吸收的硒形態及含量對植物性食物中硒的生物利用率有重要影響。硒元素被植物吸收代謝可分為2 種途徑：一種是有機硒形態，植物可以直接吸收和利用；另一種是無機硒，需要經過酶的同化作用將其轉化為有機硒，進而被吸收代謝。這個轉化過程通常發生在植物的莖、葉等地上部分，葉綠體是同化作用發生的主要場所。在植物細胞中10余種酶的催化作用下，無機硒被轉化為硒代半胱氨酸、硒代蛋氨酸等有機硒，并貯藏于植物細胞內，在植物生長調控方面發揮重要作用，具體的轉化途徑與產物如圖2所示。

圖2 硒及其化合物在植物體內的循環轉化[20]Fig.2 Circulation and transformation of selenium and its compounds in plants[20]

在全球范圍內，富硒土壤資源有限，因此，人為地在土壤中添加硒肥是現代生產富硒食品的一種有效方法[21-22]。通過根系富集作用，硒酸鹽或亞硒酸鹽進入植物體內，經催化后將無機硒部分轉化為硒代氨基酸、硒多糖等有機硒，而有機硒又降低細胞中氧化自由基和脂質過氧化產物（如脂褐素、脂質過氧化物、脂質過氧化醛和脂質過氧化酮等）含量，增強抗氧化酶活性[23-24]。在土壤中施用外源硒（亞硒酸鈉作為硒來源）對維護根系健康也有正向作用，菌核鏈球菌等有害菌對硒敏感，微量硒即可抑制其活性，提高植物抗性，減少植物病害[25]。據Feng Tao等[26]研究發現，硒處理還可以提高果樹的碳水化合物代謝，提高光合作用效率，保護光系統II（PSII）。方建軍等[27]研究發現，硒主要結合于植物的可溶性蛋白及多糖分子上，在滲透調節和營養物質方面有重要作用，同時保護胞內物質和生物膜。李曉丹等[28]則證明在適宜濃度范圍內，硒能提高植物體內抗氧化酶類活性，抑制機體過氧化作用；硒參與植物超氧化物歧化酶、過氧化氫酶和谷胱甘肽過氧化物酶（glutathione peroxidase，GSH-Px）等功能性酶系的生成，功能性酶系能清除植物體內自由基，減少活性氧積累，有效抑制活性氧對生物分子造成的損害。這與戴志華[29]研究結果一致，當植物在低硒處理水平時，以上4 種酶活性會隨著硒處理水平的提高而逐漸升高。眾多研究表明，硒不僅是植物必要的營養元素，其在植物的抗逆性、光合作用等方面也具有重要作用，合理地補充硒還可以提高作物產量和品質。

1.2 動物體內的硒

動物的吸收代謝是硒元素在自然界循環的重要途徑之一。Roman等[30]研究明確，硒是幾種具有重要生物學功能蛋白活性位點的關鍵成分，且多種硒蛋白在轉錄 機制、氧化應激和氧化還原信號調節中發揮作用；Susan等[31]發現，硒的生物利用度在不同種類的食物之間差異較大，這種差異多是由化學或生理因素造成的，硒對機體的作用必須在較長時間干預下才能體現。盡管硒在哺乳動物體內的含量很低，但它是唯一1 個與蛋白質結合并被基因編碼的元素，是第21個氨基酸硒半胱氨酸的組成部分，其在維持包括哺乳動物免疫系統在內的多種組織穩態中起著重要作用。在哺乳動物體內，主要吸收硒的部位是小腸，呼吸道和皮膚可以進行微量吸收；經腸道吸收后，硒迅速被血紅細胞攝取，借助血漿在機體內流動，參與一系列還原反應并被運送到各組織器官，具體途徑如圖3所示。

圖3 哺乳動物中硒吸收代謝途徑[30]Fig.3 Absorption and metabolism pathways of selenium in mammals[30]

飲食是硒進入人體的重要途徑之一，在進入機體后，隨著血液運輸，硒會優先流向血液供應充足的器官；其次，將根據不同組織的親和力進行硒分配。在正常的吸收和代謝中，硒的主要生物學功能通過硒蛋白介導，而谷胱甘肽過氧化物酶系則是硒蛋白的一個重要組成部分[32]。Forceville[33]研究表明，作為人體的微量營養素，被人體攝入的硒可迅速摻入活性酶中，強化機體的抗氧化功能，是維持心血管系統及甲狀腺代謝正常水平酶系的主要輔助因子；Hadadi等[34]證明硒在免疫系統功能和艾滋病毒向艾滋病的發展過程中具有重要作用；Casaril等[35]的臨床研究顯示，對抑郁癥患者而言，補充硒有助于抑制其機體的炎癥，減輕氧化應激癥狀。硒對多種疾病有正向作用，但在免疫反應中，硒蛋白可能與其他物質或其自身結合，產生性質相反的作用，在圖3中也有顯示，這取決于生化環境、調節機制、相對濃度及活性。

1.3 微生物體內的硒

微生物在自然界中起著重要作用，許多微生物能將亞硒酸鹽（Se4+）和硒酸鹽（Se6+）還原為單質，促進生物硒的循環，這種能力目前被廣泛應用于硒污染處理。成本低廉的無機硒同時伴有較高的細胞毒性，因此不是所有種類的微生物均能耐硒、富硒。隨著社會對硒元素的重視日益增強，無機硒的微生物轉化成為近年來食品領域的研究熱點。在近年的研究中，發現常見可食用細菌、真菌普遍具備無機硒的高耐受力與轉化能力，其生成的有機硒具有形態、產量穩定、成本低廉等特點，其對硒的吸收代謝途徑如圖4所示。

圖4 微生物硒吸收代謝途徑[36]Fig.4 Absorption and metabolism pathways of selenium in microorganisms[36]

現代研究在微生物中發現多種硒依賴性酶，如甲酸脫氫酶、氫化酶、梭狀芽孢桿菌中的甘氨酸還原酶和黃嘌呤脫氫酶。許多真菌能夠將無機硒轉化合成為硒蛋白（如硒代半胱氨酸、硒代蛋氨酸），硒蛋白又可作為微生物生長的氮源物質，進一步驗證硒蛋白在真菌生理學中發揮重要作用，硒對其生長代謝具有一定調節作用。Ferreira等[36]研究發現，致病菌的活性與組成也受到宿主膳食硒水平的調節，細菌性病原體、微生物群和宿主免疫細胞可能在爭奪有限的硒供應。

與真核生物類似，原核生物合成硒尿苷和含硒輔因子時也需要硒作為必要元素。Zhang Yan等[37]在不同原核生物中發現了大量硒蛋白家族，其中大多數蛋白質參與各種氧化還原反應。含有硒蛋白的原核生物可能在環境中存在硒元素時表現出更高的適應能力，這與人類和其他哺乳動物的情況相似。綜上所述，微生物在自然界的硒循環利用中具有至關重要的作用。

2 富硒食品研究現狀

2.1 富硒植物食品

富硒植物是最早被研究的富硒食品，早在18世紀就有研究表明，十字花科植物（花椰菜和芥菜類）比其他作物硒累積量更高，植物對硫和硒的吸收量相對同步，符合元素吸收和轉化的理論[25]。對植物體自身而言，硒有助于降低干旱、鹽度、重金屬、極端溫度等氣候變化對植物體造成的損害；此外，硒能調節光合作用中的大分子復合體，提高光合色素含量，保護葉綠素。各項結論強化了富硒植物的重要性與可行性，作為一種天然、健康、安全、富含硒元素的食物選擇，富硒植物是人們補充硒元素的有效途徑。同時，富硒植物中還富含其他營養物質，如維生素、礦物質和膳食纖維，對于促進健康、預防疾病也有重要意義。

富硒蔬菜是對抗人體硒缺乏癥的安全方法，然而大多數土壤硒含量低，植物獲取的硒較少，生物可及性較低[38]。因此，用硒對作物進行農業生物強化是減少貧困人口隱性饑餓和增加營養攝入的重要策略[39-40]。目前，最常見的補硒形式是添加硒酸鹽和亞硒酸鹽[41-42]，Hawrylak-Nowak等[43]證明，亞硒酸鹽作為硒的來源，由于其迅速被轉化為有機形式（如硒代半胱氨酸或硒代蛋氨酸），硒主要在根部積累（967.2 mg/kg DW），從根到莖的易位率逐漸增高，嫩芽中的硒含量僅120.6 mg/kg DW。補充硒酸鈉的植物在木質部中基本上具有相同的元素形態，而施用亞硒酸鈉后的植物在根系中產生了幾種化合物，如硒代蛋氨酸（SeMet）、氧化硒代蛋氨酸（SeOMet）和硒-(甲基)硒代半胱氨酸（MeSeCys）。在同一項研究中，補充硒酸鹽或亞硒酸鹽的植物中硫和磷的含量呈反比關系[44]，亞硒酸鹽在較高濃度時具有更大的毒害作用[39]。硒混合溶液（亞硒酸鹽和硒酸鹽）表現出與亞硒酸鹽相似的效果，表明亞硒酸鹽的存在阻斷了植物對硒酸鹽的吸收[45]；但2 種硒形式的結合會降低硒酸鹽毒性，可作為土壤中更有效的補硒形式；硒混合形式的補充已應用于多種植物，但硒吸收及代謝機制尚不清楚。富硒植物的具體營養價值還取決于植物的種類和生長環境。一些常見的富硒植物還有硒藍莓、硒油菜、硒小麥等。值得一提的是，雖然富硒植物對硒的富集量較高，但并不意味著應過量食用，適量攝取是更為合理和安全的方式。幾種重點研究的富硒植物如表1所示。

表1 常見富硒植物Table 1 Common selenium-rich plants

2.2 富硒動物食品

現有動物性食物富硒研究主要分為海產類、家禽類、畜牧類等幾大類。海產類研究主要針對各種海魚、貝類等水產品：Zhang Haiyan等[67]研究發現，貝類的硒含量顯著高于魚類；在貝類肌肉中，硒含量的浮動范圍更大，為57.8～1 200.0 ng/g。海水魚類中，小黃魚和帶狀魚的硒含量高于其他海洋魚類，但淡水魚的硒含量則相反，硒含量遵循雙殼類（（551.0±40.9）ng/g）≈腹足類（（556.00±36.41）ng/ g ）＞蝦（（329.00±25.62）ng/g）的順序。Xia Chonghuan等[68]的研究表明，海魚肌肉中，硒含量從126～573 ng/g不等，而魚卵中硒含量是魚肌肉和皮膚的2 倍多，這與Mirlean等[69]研究一致。此外，Mirlean等[69]還發現，淡水魚硒含量遠低于海水魚，這與Zhang Li等[70]在我國江西省養殖的淡水魚處于同一水平。

家禽類研究主要針對雞、鴨、鵝等家禽肉：Wang Yongxia[71]、Lemley[72]等研究表明，母體或后代飲食中的硒補充劑會影響家禽及其后代的出生體質量、體質量增加率和飼料轉化率。家禽蛋含有大量的硒，且硒以高吸收率的形態存在，因此，家禽蛋被視為人類飲食中硒的寶貴來源。其中，鵝和火雞蛋中硒含量最高，超過0.6 μg/g；雞蛋中硒的平均含量為0.51 μg/g；鴨蛋中硒含量最低，這可能與廣泛的放牧系統和每日采食量不平衡有關[73]。據Yao Haidong等[74]報道，膳食硒補充劑可增強雞的GSH-Px活性，減少脂質過氧化和氧化應激以及細胞凋亡。Bogumi?a等[75]發現，雞蛋的2 個隔室在硒分布方面顯示出顯著差異，硒代半胱氨酸與無機硒類似，傾向于積聚在蛋黃中，而硒代蛋氨酸主要摻入蛋白中。每日飼料補充亞硒酸鈉、硒酵母或納米硒可以改善蛋雞產蛋性能、抗氧化能力和蛋中硒含量[76-77]。其中，硒酵母（selenium yeast，SY）在增加蛋的硒含量方面最有效，可能影響了新陳代謝率[78]；補充亞硒酸鈉（sodium selenite，SS）或SY通過上調谷胱甘肽過氧化物酶4水平直接調節GSH-Px活性；補充納米硒（nanoselenium，NS）可能通過增加谷胱甘肽過氧化物酶1水平來調節，從而影響機體發育[79-80]。

畜牧類研究主要針對豬肉、牛肉、羊肉等畜牧動物的肉：由于硒狀態和硒沉積物受到膳食硒水平的影響，因此增加牲畜的日糧硒供應是生產富硒肉類的常見策略[81]。在我國，養豬業通常在每日飼糧中添加0.2 mg/kg亞硒酸鈉作為硒強化劑。Chen Jun等[82]發現，豬的生長性能不受膳食硒來源（亞硒酸鈉和富硒酵母）和水平（0.1、0.3、0.5 mg/kg）影響，Zhang Kai等[83]也發現了類似結果。Chen Jun等[82]還發現，增加硒補充劑明顯提高了豬血清和后腰中的硒含量。Kincaid[84]報道，牛肝臟中硒含量為1.25～2.50 mg/kg，新生犢牛的硒含量為2.3～8.0 mg/kg DW；綿羊和山羊體內硒的平均含量為2.0 mg/kg。另一篇綜述[85]提到，羔羊體內高劑量硒與心肌壞死、肺水腫和出血有關，綿羊肝臟中硒含量超過2 mg/kg會引起急性毒性，并且在許多情況下發生急性/亞急性中毒，并導致死亡。

2.3 富硒食用菌

食用菌是指可以食用的大型蕈菌，具有較高的食用價值和藥用價值，一些常見的食用菌包括靈芝、金針菇、平菇、香菇、羊肚菌、猴頭菇、竹蓀、木耳等。食用菌生產簡單、產品安全，含有人體必需的鈣、鐵、胡蘿卜素、維生素等營養物質；同時，食用菌對微量元素具有較強富集能力，固定微量元素的食用菌的生理活性顯著提升，其菌絲體內的多糖與蛋白質活性增強，抗氧化[86]、抗菌[87]、抗腫瘤功效顯著。在此基礎上，富硒食用菌也成了補充機體硒的有效途徑之一。在培養基料中添加硒元素或對擴大培養期的食用菌進行硒噴淋，硒元素將進入并固定在食用菌菌絲體內，有效降低無機硒的生物毒性，提高其生物可給性[88]。食用菌種類豐富，不同種類的食用菌富集硒的能力有所不同，生物效應也不同，其所代謝的硒形態不一，生物利用度隨之改變，因此橫向對比不同種類富硒食用菌有利于篩選出高生物利用度、低培養成本的食用菌種類。目前常見的幾種富硒食用菌如表2所示。

表2 常見富硒食用菌Table 2 Common selenium-rich edible fungi

3 結語

作為人體必需非金屬微量元素，硒對人體健康具有重要作用，不同程度缺硒均會對健康造成不同程度影響。現有文獻研究可分為化學合成與生物有機轉化兩大類，其中生物有機轉化是當前的研究熱點與重點，具有影響力的研究主要面向新型生物有機載體的開發及富硒產品的生物活性功能探究。目前，我國仍然有很多地區處于缺硒狀態，隨著全面建成小康社會，民眾生活水平提高，健康飲食意識廣泛傳播，社會對硒元素的認識更加深入，市場對富硒食品的需求逐漸增加，催生出富硒專項產業，推動富硒食品的研究與開發。

硒對植物的生長發育具有重要作用，其吸收、轉運和同化是一個十分復雜的過程，并且該過程的影響因素眾多。當前，富硒植物的應用不僅限于保健品領域，還在農業、環境修復等方面有所應用。在對植物的富硒研究方面，補硒方式已存在大量的文獻論證，但在硒元素的運輸與轉化方面仍存在很多問題，如亞硒酸鹽是否對植物的光合作用、蒸騰作用等存在影響，這些問題仍待進一步研究。未來，隨著對植物硒元素轉化的深入研究和種植技術的進步，富硒植物有望在促進人體健康和解決環境問題方面發揮更大的作用。

硒在動物的生長發育和免疫健康方面起重要作用，富硒動物也是富硒研究的熱點領域。目前，針對動物富硒的研究主要集中在飼養條件、生理活性功能等方面，不論是富含硒元素的動物種類還是硒含量及分布均獲得了結論，但動物體內硒的形態和穩定性、吸收利用效率等機理研究仍有欠缺，需要研究人員對富硒動物的生理學效應和健康功能進行深入研究，揭示富硒動物對人體健康的具體作用機制，探索其應用潛力。未來研究應重點關注如何將富硒動物融入日常飲食，提供更多富硒食材的選擇。隨著富硒動物類食品的研發生產，有助于從食物鏈的角度提供人體所需的硒元素，富硒動物有望成為促進人體健康和改善食物質量的重要資源。

與其他的富硒主體（植物、動物）相比，富硒食用菌具有成本低、生長速率快、體量大、影響小、生物可及性強等優勢。近年來，食用菌對硒轉化的分子機制已得到初步結論，但現階段對不同種類富硒食用菌的研究結果尚存在較大的差異，對其所含的硒分子形態及其生物活性鮮有報道。預計未來富硒食用菌主要集中在生產制備的方法優化、硒利用率和生物可及性的提升、富硒生物活性肽等方面，拓寬富硒食用菌在食用領域的應用深度與廣度，為今后富硒食用菌的探究提供參考依據。

盡管硒元素對人體健康具有重要作用，對治療動植物疾病及癌癥具有潛在價值，但不能忽略多種無機硒化合物對環境與動植物均具有很強毒性。因此，應當理性對待硒元素，加強硒環境效應方面的研究，不應過分夸大硒的生理功能、無節制使用無機硒（硒肥等添加劑），做到綠色研發，保護生態環境。