微藻中硒檢測技術研究進展及展望

摘 要 微藻在全球健康與營養安全領域占據著獨特的地位，特別是富硒微藻，由于其在食品和醫藥領域的廣泛應用前景，已成為研究的重點。硒是一種關鍵的微量元素，對人體健康具有多方面的益處，包括抗氧化、調節免疫功能和預防疾病。因此，準確、高效地檢測微藻中硒的含量和化學形態是推動其應用潛力實現的關鍵。綜述了目前微藻中硒的檢測技術，包括原子吸收光譜法（AAS）、原子熒光光譜法（AFS）、電感耦合等離子體質譜（ICP-MS）和高效液相色譜-電感耦合等離子體質譜（HPLC-ICP-MS），對比分析了這些技術的優缺點及其在微藻硒研究中的應用情況，對未來研究方向進行了展望。

關鍵詞 硒；微藻；檢測方法

中圖分類號：X835 文獻標志碼：A DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2024.15.025

在當前全球健康與營養安全領域，微藻作為一種重要的生物資源，因其獨特的生物活性成分及廣泛的應用潛力而受到科研界和產業界的高度重視[1]。特別是富硒微藻，作為一種天然的硒元素生物富集體，在食品、營養補充和醫藥領域顯現出廣泛的應用前景[2]。硒作為一種重要的微量元素，對人體健康扮演著至關重要的角色，包括抗氧化、調節免疫功能、預防多種疾病等[3]。因此，深入研究富硒微藻，不僅有助于推動微藻生物技術的發展，還能為公眾健康提供新的解決方案。

盡管微藻中硒的生物學效應和應用前景得到廣泛認可，但準確、高效地檢測微藻中硒的含量和化學形態仍是實現其應用潛力的前提。當前，硒的檢測技術和方法不斷發展，涵蓋了從基礎的元素分析到復雜的化學形態分析等多個層面[4]。這些技術在靈敏度、準確性、操作便捷性和經濟效益方面各有特點，其應用效果直接關系到微藻中硒研究的科學性和應用價值的體現。

鑒于此，本綜述旨在全面評述微藻中硒的檢測技術及方法，從原子吸收光譜法（AAS）、原子熒光光譜法（AFS）到電感耦合等離子體質譜（ICP-MS）及高效液相色譜-電感耦合等離子體質譜（HPLC-ICP-MS）等多種技術進行綜合分析，比較其優缺點，并探討它們在微藻中硒研究中的應用情況和面臨的挑戰，為微藻中硒研究提供一個清晰的技術框架，促進檢測方法的選擇和優化，進而推動微藻中硒相關研究的深入發展。

通過對現有檢測技術的系統評述和比較分析，期望能夠為科研人員在具體研究和實際應用中提供指導，優化微藻中硒的檢測流程，提高檢測效率和準確性。同時，本綜述也將對檢測技術的未來發展趨勢進行展望，包括技術創新、方法優化及其在微藻中硒研究領域的新應用，以期為微藻資源的開發利用和人類健康提供更多的科學依據和技術支持。

1 "富硒微藻的生物學作用與應用潛力

硒作為一種微量元素，對維護人體健康具有重要作用，它是多種關鍵酶類的組成成分，如谷胱甘肽過氧化物酶和硫氧還蛋白還原酶，這些酶類在抵御氧化應激、維持細胞的氧化還原平衡中起著至關重要的作用。硒的這些生物學功能有助于防止自由基引起的細胞損傷，從而預防包括心血管疾病、癌癥和神經退行性疾病在內的多種慢性疾病[5]。

富硒微藻通過特有的生物學機制，能夠有效地從環境中吸收硒元素，并將其轉化為人體更易吸收和利用的有機硒形式，如硒甲硫氨酸和硒半胱氨酸[6]。這些有機硒形式因其高生物利用率和較低的毒性，被認為是硒的理想補充來源。此外，富硒微藻中的硒化合物還能通過調節細胞信號傳導途徑，發揮抗炎和抗氧化的生物學作用[7]。

富硒微藻在人類健康、食品工業及環境保護方面具有廣泛的應用潛力[8]。在促進健康和預防疾病方面，富硒微藻的補充能提升體內抗氧化酶的活性，減輕DNA損傷，降低患癌癥和心腦血管疾病的風險。在食品工業中，富硒微藻可以作為富含硒的天然添加劑，用于食品的強化，以滿足人體對硒的日常需求[9]。此外，富硒微藻還可應用于環境保護領域，通過其高效的硒吸收和轉化能力，用于處理含硒廢水，減輕硒對環境和生態系統的負面影響[10]。富硒微藻因其獨特的生物學功能和多方面的應用潛力，被視為連接微量元素科學、營養健康及環境科學的重要生物資源。隨著科學研究的深入和技術的進步，富硒微藻的開發和應用預期將為人類健康和生態環境保護帶來新的突破。

2 "微藻中硒的檢測技術與方法

準確檢測微藻中硒的含量及其化學形態對于理解其生物活性和環境適應性至關重要。目前，原子吸收光譜法（AAS）、原子熒光光譜法（AFS）、電感耦合等離子體質譜（ICP-MS）及高效液相色譜-電感耦合等離子體質譜（HPLC-ICP-MS）是檢測微藻中硒的常用方法，每種方法都有其特定的應用場景和優缺點。

2.1 "原子吸收光譜法（AAS）和原子熒光光譜法（AFS）

原子吸收光譜法（AAS）與原子熒光光譜法（AFS）是早期廣泛應用于微量元素分析的技術。對于AAS和AFS的檢測，通常使用的是原子吸收光譜儀和原子熒光光譜儀。微藻樣品在進行AAS或AFS檢測前需要進行酸消解，將樣品中的硒轉化為易于檢測的離子狀態，即硒離子（Se6+或Se4+）。此過程通常涉及將微藻與一定濃度的硝酸、鹽酸或其混合酸在加熱條件下處理，實現硒的有效轉化[11]。AAS通過測量樣品中硒吸收特定波長光線的能力來定量其含量，適合于快速篩選和初步定量分析，其檢出限一般在微克每升級別[12]。AFS則是基于硒元素在特定條件下能發出熒光的原理，具有更高的靈敏度和較低的檢出限，特別適用于痕量硒的檢測，檢出限可達納克每升級別[13]。

2.2 "電感耦合等離子體質譜（ICP-MS）

ICP-MS通過測量樣品中硒離子的質量/荷比來進行分析，具有極高的靈敏度和寬廣的量程，其檢出限通常在皮克每升級別，是目前檢測微量和痕量硒的常用方法之一[14]。在使用ICP-MS檢測微藻中的硒含量前，樣品的前處理包括離心、干燥及微波消解等步驟，目的是將硒轉化為元素狀態，便于檢測。雖然ICP-MS主要用于測定總硒含量，但通過與分離技術結合，如HPLC，可間接分析硒的不同化學形態[15]。

2.3 "高效液相色譜-電感耦合等離子體質譜（HPLC-ICP-MS）

通過結合HPLC的分離能力和ICP-MS的定量能力，能夠精確分析微藻樣品中的不同化學形態硒。對于微藻樣品，先進行水解或酶解處理，釋放細胞內的硒化合物。這一步驟通常涉及將微藻樣品與適當的溶劑（如水或緩沖液）混合，并加入特定的酶（如蛋白酶）在控溫條件下進行反應，從而使硒化合物從微藻細胞中提取出來并轉化為溶液中[15]，隨后通過過濾或離心得到含有不同化學形態硒的清澈溶液，準備進行HPLC-ICP-MS分析。通過HPLC系統的分離，可以將不同的硒化合物分開，然后由ICP-MS進行定量和鑒定，如硒甲硫氨酸（SeMet）、硒半胱氨酸（SeCys）等，該方法提供了硒化合物分析的高靈敏度和高分辨率分析[16-17]。

這4種方法中，AAS和AFS的設備成本較低，操作過程相對簡單，這兩種方法不需要復雜的樣品前處理或高端的分析設備，尤其是對于AAS而言，其標準的操作流程和設備維護相對簡便，適合于常規的元素含量分析實驗室。AFS雖然在操作上稍微復雜一些，但其靈敏度較高，特別適用于痕量硒的檢測，而且相較于ICP-MS設備，AFS的購置和維護成本也相對較低。ICP-MS和HPLC-ICP-MS則因其高靈敏度和高分辨率，在精確定量分析和硒形態分析方面展現出優勢。隨著分析技術的不斷進步，未來將有更多高效、準確的方法應用于微藻中硒的檢測和研究。

3 "檢測技術的比較分析

在微藻中硒的檢測領域，不同技術的選擇對實驗結果的準確性和應用價值有著直接影響。前述4種方法各自擁有獨特的優勢和局限，適合于不同的應用場景。

AAS因其設備成本相對較低和操作相對簡單，適用于快速篩選和初步定量分析硒含量，特別適合于資源受限的實驗室進行常規硒含量的檢測。然而，AAS在檢測痕量硒或要求高靈敏度分析時可能受限，且不適用于硒的形態分析[18]。

AFS以其較高的靈敏度和較低的檢出限，在痕量硒分析方面表現出色，特別適合于環境樣品或微藻樣品中硒含量較低的情況。盡管如此，AFS在設備成本和操作復雜度上可能高于AAS，且同樣不適用于硒的形態分析。

ICP-MS提供了極高的靈敏度和寬廣的量程，能夠實現微量和痕量元素的快速、準確測定。ICP-MS適用于需要精確測定微藻樣品中微量和痕量硒含量的高端研究。然而，其高昂的設備成本和運行成本限制了它的普及性。雖然ICP-MS主要用于硒含量的定量分析，但通過與HPLC等分離技術結合，可以實現對硒化合物的形態分析[19]。

HPLC-ICP-MS憑借其卓越的分離能力和高靈敏度的檢測性能，特別適合于復雜樣品中不同硒化合物的定性和定量分析。這項技術能夠提供硒的詳細化學形態信息，如硒甲硫氨酸和硒半胱氨酸等，對于研究微藻中硒的生物可利用性和代謝途徑具有重要價值。然而，高效液相色譜-電感耦合等離子體質譜分析系統的高成本和操作技術要求較高，是其應用的限制因素[20]。

綜上所述，選擇合適的檢測技術需要根據實驗的具體需求、樣品的特性、預期的分析靈敏度及實驗室的資源條件綜合考量。對于不同的研究目的，可能需要選擇不同的檢測方法，或者結合多種技術以獲得最佳的分析結果。

4 "未來研究方向與挑戰

隨著微藻作為功能性食品和營養補充劑的潛力逐漸被認識到，準確高效地檢測微藻中硒的含量及其形態變得尤為重要[6]。目前雖然已有多種成熟的檢測方法，但是在靈敏度、準確性、操作便捷性及成本效益等方面仍有改進的空間[21]。因此，未來的研究方向可能會集中在以下幾個關鍵領域。

4.1 "技術創新與方法改進

開發新的檢測技術或優化現有技術，以提高檢測靈敏度和準確性，降低操作復雜度和成本。例如，利用納米技術增強現有儀器的檢測能力，或者開發便攜式設備，使得現場快速檢測成為可能。

4.2 "高通量分析方法的開發

隨著微藻研究和應用的快速發展，對于能夠同時處理和分析大量樣品的高通量技術的需求日益增長。未來的研究可能會著重于開發高通量篩選技術，以便快速評估微藻樣品中硒的含量和形態。

4.3 "硒形態分析的深入研究

雖然目前的技術如HPLC-ICP-MS已能進行硒的形態分析，但進一步深入研究微藻中不同硒形態的生物活性和生物可利用性，仍是未來研究的重要方向。這將需要更精確和靈敏的分析方法，以區分和量化微藻中各種硒化合物。

4.4 "樣品前處理方法的簡化和標準化

簡化樣品的前處理過程，減少檢測步驟，降低樣品損失和污染的風險，對于提高檢測效率和準確性至關重要。同時，開發和推廣標準化的樣品處理和檢測流程，有助于提高不同實驗室之間結果的可比性。

4.5 "綜合評價和風險評估

除了技術層面的改進，未來的研究還需要關注硒在微藻中的生物積累機制、生物利用率及長期食用對人體健康影響的綜合評價和風險評估。這將有助于更全面地理解富硒微藻的營養價值和安全性，為其在食品和醫藥領域的應用提供科學依據。

微藻中硒的研究是一個多學科交叉的領域，涉及生物學、環境科學、化學等多個學科。推動這些學科間的深入合作，將是應對挑戰、挖掘微藻中硒研究潛力的關鍵。只有通過集合不同領域的知識和技術，才能更深入地理解微藻中硒的復雜性，推動其在科學研究和實際應用中的進一步發展。

5 "總結與展望

本綜述全面回顧了微藻中硒的檢測技術及方法，從原子吸收光譜法（AAS）、原子熒光光譜法（AFS）、電感耦合等離子體質譜（ICP-MS）到高效液相色譜-電感耦合等離子體質譜（HPLC-ICP-MS），每種技術都在微藻中硒的定量和形態分析上發揮了獨特的作用。這些技術不僅促進了我們對微藻作為天然硒源的理解，也為微藻中硒的進一步研究和應用提供了強有力的工具。

未來的研究需要在多個層面上進行深入探索。技術層面，更高效、準確的檢測方法的開發將是關鍵，尤其是對于硒的形態分析及現場快速檢測技術的創新。此外，微藻中硒的生物利用性、代謝機制及其對健康影響的研究將為微藻基硒產品的開發提供科學依據。同時，微藻中硒的環境適應性和生態效應的研究，將進一步揭示其在環境治理和可持續發展中的潛力。

此外，跨學科合作的加強將對未來的研究至關重要。生物技術、環境科學、營養學及分析化學等多個領域的知識和技術的整合，將為微藻中硒的深入研究和應用開發帶來新的視角和動力。隨著科學技術的不斷進步，微藻中硒的研究預期將不斷拓展新的領域，為人類健康、環境保護及資源利用等提供新的解決方案和策略。

綜上所述，微藻中硒的研究是一個充滿挑戰與機遇的領域。通過不斷的技術創新和跨學科合作，未來的研究將在科學理解和實際應用上取得更加顯著的進展，推動微藻資源的深度利用和可持續發展。

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（責任編輯：敬廷桃）

收稿日期：2024-03-19

作者簡介：張寶龍（1992—），博士，實驗師，主要從事微藻對硒的生物轉化及硒蛋白功能的研究。E-mail：zhangbaolong108@163.com。