不同植物中硒含量及存在形態(tài)的研究進展

劉海遠，楊 偉，徐 波，祝振洲，朱定祥，叢 欣，

（1.恩施德源硒材料工程科技有限公司，湖北恩施 445000；2.湖北國硒科技發(fā)展有限公司，湖北恩施 445000；3.武漢輕工大學國家富硒農(nóng)產(chǎn)品加工技術(shù)研發(fā)專業(yè)中心，湖北武漢 430023；4.武漢輕工大學硒科學與工程現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)學院，湖北武漢 430023）

硒（Selenium，Se） 是一種非金屬元素，1817 年由Berzelius 發(fā)現(xiàn)[1]，1957 年美國生物化學家Schwarz K 等人[2]首次報告了硒是營養(yǎng)性肝壞死的重要保護因子之一，具有動物營養(yǎng)作用。1973 年，世界衛(wèi)生組織研究提出了硒是動物體內(nèi)一種必需微量元素。1980 年，中國科學家楊光圻教授在第二屆國際硒學術(shù)討論會上報告了硒與克山病關系的研究成果，由此奠定了硒是人體必需微量元素的基礎。1988 年，硒元素被中國營養(yǎng)學會列入人體每天必需攝入的一種營養(yǎng)元素。

硒常見的化學形態(tài)有亞硒酸鹽（Se(IV)）、硒酸鹽（Se(VI)）、硒代蛋氨酸（SeMet）、硒代半胱氨酸（SeCys）、硒代胱氨酸（SeCys2）、甲基硒代半胱氨酸（MeSeCys）、硒多糖、硒蛋白、硒多肽等，其中有機態(tài)的硒多糖、硒蛋白的研究最多且最深入[3]。

植物吸收土壤中的無機硒元素之后，無機硒會經(jīng)過植物體內(nèi)復雜的化學反應形成不同的硒形態(tài)，可以分為無機硒形態(tài)和有機硒形態(tài)（見表1）。經(jīng)過植物轉(zhuǎn)化之后無機硒主要以Se（IV） 形式存在，其含量很低；有機硒占總硒含量的80%以上，其中以硒蛋白為主的有機硒形態(tài)存在。有機硒以不同的形態(tài)存在于植物中，硒以不同的化學價態(tài)（包括零價硒） 存在于在各種各樣的生物體內(nèi)。硒代氨基酸及其衍生物是植物體內(nèi)主要的小分子形式的硒化合物，如SeCys2、SeCys、SeMet、MeSeCys 等。在聚硒能力不同的植物當中，硒代氨基酸存在形態(tài)具有顯著的不同，在聚硒能力強的植物中以SeCys/SeCys2、MeSeCys 為主，同時還有少量的硒代高胱氨酸；在聚硒能力差的植物中則以SeMet 為主；硒主要包括硒蛋白、含硒核糖核酸（RNA 硒）、核多糖等[4-5]是植物體內(nèi)大分子硒的存在形態(tài)。

表1 植物中的硒化合物

植物中的硒化合物見表1。

硒元素和硫元素在元素周期表中屬于同族元素，所以二者具有接近的物理和化學性質(zhì)，因此在植物體中可以研究硫元素的代謝途徑來推斷和研究硒元素的代謝過程。在植物體內(nèi)，硒元素的吸收轉(zhuǎn)運有賴于硫元素的轉(zhuǎn)運體，這個吸收和轉(zhuǎn)運的過程是需要能量消耗的，也是一種逆電化學式梯度的形式[6]。硒元素的代謝過程存在于植物的葉綠體及細胞質(zhì)中，其中以SeMet、SeCys2，SeCys 和MeSeCys 為主要形態(tài)的有機硒研究最多[7]。

1 不同種類植物中硒含量及存在形態(tài)

1.1 谷物類中的硒含量及形態(tài)

谷物富含淀粉和蛋白質(zhì)，可以為人體提供能量和多種營養(yǎng)物質(zhì)，是人們主要的食物來源，其中大米和小麥中蛋白質(zhì)含量8%~12%，是良好的蛋白質(zhì)來源。

曾云想等人[8]采用超聲輔助酶法提取-高效液相色譜- 原子熒光光譜聯(lián)用檢測方法（HPLC-AFS），經(jīng)檢測市售12 種大米中6 種硒形態(tài)分別為SeCys2，MeSeCys，Se(IV)，SeMet，Se(VI)、硒代乙硫氨酸（SeEt），總硒范圍為30.6~60.7 μg/kg。龔如雨等人[9]分析了江西典型長壽區(qū)大米中硒的組成特征，結(jié)果顯示大米中的硒主要以有機形式（78.67±13.52） %存在，其中（53.73±8.27） %的有機硒為谷蛋白硒，且65%以上的谷蛋白硒可酶解消化為SeMet。王鐵良等人[10]檢測了市售富硒大米中SeCys2，MeSeCys，Se(IV)，SeMet 和Se(VI)，總硒含量為1.77 mg/kg，得到富硒大米中硒的主要存在形態(tài)SeMet，占總硒的97.7%。方建軍等人[11]采用原子熒光光度法分析了浙江省衢州市龍游縣志棠富硒地帶的天然富硒大米中硒的主要賦存形態(tài)及含量，試驗表明富硒大米中的總硒含量為206.708 μg/kg，達到60~300 μg/kg 的富硒標準，其形態(tài)主要為有機硒形態(tài)，有機硒的含量達到了168.875 μg/kg，占總硒含量的81.70%，其中又以蛋白硒為主要形態(tài)，其含量為90.170 μg/kg，占53.40%，另外以多糖硒形態(tài)存在的硒含量占9.28%，RNA 形態(tài)的硒含量占1.86%。

邵鵬威[12]研究報道恩施富硒地區(qū)水稻的硒形態(tài)，在水稻中硒大多以有機硒形態(tài)為主，其存在形態(tài)主要是SeMet，可占總硒含量的一半以上；另外，硒形態(tài)的存在方式和含量在水稻植株的不同部位也有很大的不同。在水稻植株的不同部位，SeMet 的含量和分布情況如下：水稻根中的含量>水稻籽粒中的含量>水稻葉子中的含量>水稻莖的含量；在水稻植株不同部位中，Se(VI)的含量情況如下：水稻根中的含量>水稻莖中的含量>水稻葉子中的含量>水稻籽粒中的含量；另外，在水稻根中可以檢測到Se(IV)的存在。研究結(jié)果表明，水稻根中SeMet 的含量最高，且其平均含量約是水稻莖和葉中的7 倍，是水稻籽粒中的5 倍。

吳軍等人[13]研究稱硒代氨基酸及其衍生物主要以低分子量化合物形式存在于小麥體內(nèi)，具體有SeMet，SeCys2，SeCys，硒代半胱氨酸亞硒酸，MeSeCys 等。李韜等人[14]研究報道基施硒0，100，150 mg/kg 土壤種植小麥，籽粒中總硒含量分別為2.00，12.46 和17.35 mg/kg。籽粒中的硒主要以有機態(tài)形式存在，以SeMet 含量最多，不同品種中SeMet范圍在66.98%~94.52%，其次是MeSeCys 和少量的SeCys。

由以上研究報道可知，在普通種植的谷物類大米和小麥中，硒含量普遍較低，硒存在的形態(tài)主要為SeMet，也含有少量的MeSeCys；但是，經(jīng)過基施硒種植后小麥中的硒含量可達到17.35 mg/kg，較大程度提高了硒含量，其主要成分也是SeMet，這與谷物類種子中硒的貯存形態(tài)特點有關，在大米和小麥籽粒中硒主要的貯存形式為SeMet。

1.2 蔬菜類中的硒含量及其形態(tài)

倪張林等人[15]研究了毛竹筍、白菜、大蒜、芋頭中硒形態(tài)，其中Se(VI)和Se(IV)由于含量較低，未檢出，在硒強化的蔬菜中硒代氨基酸（SeCys2，MeSeCys和SeMet） 的總含量為31.2~131.0 μg/kg，在硒含量低的蔬菜中3 種硒代氨基酸的總含量為5.56~26.6 μg/kg，研究證明了經(jīng)過富硒強化種植后的蔬菜可以將無機硒吸收并轉(zhuǎn)化為有機形態(tài)的硒，實現(xiàn)蔬菜的富硒及有機硒轉(zhuǎn)化的目的。

Mar Maria J 等人[16]采用離子對反相色譜和空間排阻色譜分離技術(shù)，聯(lián)用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICP-MS） 檢測技術(shù)測定了富硒大蒜的硒形態(tài)，研究結(jié)果表明富硒大蒜中硒形態(tài)為MeSeCys 和SeMet。方勇等人[17]采用高效液相色譜聯(lián)用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（HPLC-ICP-MS） 方法測定普通大蒜和富硒大蒜中的硒形態(tài)，普通大蒜和富硒大蒜中的主要硒形態(tài)為MeSeCys，SeCys2 和Se(IV) ，通過葉面噴施硒肥，大蒜蒜頭硒含量從0.047 μg/g 顯著提高到0.200~0.834 μg/g，通過葉面噴施硒肥后，大蒜頭中主要轉(zhuǎn)化的有機硒形態(tài)為MeSeCys，占總提取硒的81.2%。張俊杰等人[18]采用微波消解－電感耦合等離子體質(zhì)譜儀聯(lián)用檢測了韭菜和土壤中總硒的含量，測定韭菜中4 種硒形態(tài)的含量；施加不同硒形態(tài)后，韭菜總硒含量有所提高，最多可提高9 倍；Se(IV)是韭菜小分子硒形態(tài)的主要存在形式，施加不同硒形態(tài)后，韭菜中的Se(IV)含量保持穩(wěn)定，基本為0.045~0.068 mg/kg。在以Se(IV)為硒肥培養(yǎng)的洋蔥中的MeSeCys 含量達到85%[19]。綜上所述，百合科富硒蔬菜中的主要硒形態(tài)為MeSeCys 和SeMet，以及少量的Se(IV)。

張馳等人[20]研究報道蘿卜葉中的含硒組分主要有蛋白硒和多糖硒，分別占樣品含硒量的54.48%和17.31%，在硒蛋白組分中又以水溶性蛋白結(jié)合硒含量最高，占樣品含硒量的26.78%。富硒白菜中的硒形態(tài)有MeSeCys，SeMet，以及少量未知形態(tài)的硒[21]。甘藍中的硒形態(tài)主要有MeSeCys，SeMet 及少量的無機硒。有研究表明，中國農(nóng)業(yè)科學院油料作物研究所的油菜籽粒中硒代氨基酸形態(tài)主要為SeCys 與SeMet，其中在油菜籽粒中主要以SeMet 形態(tài)存在[22]。

西蘭花硒富集能力比較強，富硒西蘭花中硒主要存在形態(tài)為SeMet（27.8%）、SeCys2（25.9%） 和MeSeCys（37.1%）[23]。陳清清等人[24]研究了富硒西蘭花硒含量為87.5 mg/kg，且有機硒為95.2%~96.5%。研究發(fā)現(xiàn)4 種溶性粗蛋白中硒主要以SeCys，SeMet，SeMeCys 形式存在，占總含硒粗蛋白硒總量的90%以上。4 種不同溶性含硒蛋白中主要硒氨基酸形式為SeMet，SeCys，Se(IV)，MeSeCys。研究結(jié)果表明，與其他富硒植物如富硒玉米、富硒小麥等的有機硒存在形態(tài)一致，蛋白質(zhì)含量較高的植物原料中SeMet為主要存在形態(tài)，富硒小麥中SeMet 約占90%[25]，富硒玉米中SeMet 含量超過95%[26]。

Wu M R 等人[27]研究了富硒地區(qū)湖北恩施當?shù)氐某畚参镙廊~碎米薺，采用了不同的硒源進行強化種植堇葉碎米薺，最高的硒含量可達到7 000 mg/kg以上，其中90%以上是有機硒，主要硒形態(tài)以SeCys為主。

由以上研究可以得出，不同蔬菜均可以進行硒強化種植成為富硒蔬菜，在百合科和十字花科的不同蔬菜中的硒形態(tài)存在差異，同時在聚硒能力稍差的植物中硒形態(tài)主要為SeMet，SeCys2 和MeSeCys；在聚硒能力強的十字花科植物中如堇葉碎米薺中，硒含量可高達7 000 mg/kg 以上，90%以上為有機硒，其硒形態(tài)主要為SeCys。

1.3 豆類中的硒含量及其形態(tài)

豆類中的大豆中富含蛋白質(zhì)，蛋白質(zhì)含量可達38%~40%，其蛋白質(zhì)中蛋氨酸含量豐富是優(yōu)質(zhì)的蛋白質(zhì)資源，富硒大豆中硒存在形式主要為有機硒，硒形態(tài)主要是SeMet。

產(chǎn)于隆回地區(qū)的大豆硒含量大于2.5 mg/kg[28]。鐵梅等人[29]采用高效液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)對富硒大豆可溶性蛋白中的SeMet 進行定性定量分析，研究中硒含量最高可達到151.04 μg/kg，富硒大豆中主要含有SeMet，還可能存在其他形態(tài)的硒代氨基酸，其中未知的硒形態(tài)還有待進一步研究。

賈瑋等人[30]研究了不同豆類中的SeMet 的含量，結(jié)果表明富硒黑豆、富硒紅豆、富硒綠豆中SeMet的含量分別為0.252，0.163，0.184 mg/kg，其主要形態(tài)為SeMet。

1.4 水果中的硒含量及形態(tài)

吳瑤慶等人[31]研究了藍莓中的硒和硒形態(tài)，結(jié)果表明其果實中硒的總含量為117.22 μg/g，有機硒的含量為106.74 μg/g，有機硒占總硒含量的91.06%，有機硒是藍莓果實中硒的主要形式，其中又以蛋白硒為主。另外，也檢測出有少量的非蛋白形態(tài)的硒、多糖硒、揮發(fā)油中的硒、核酸硒等形態(tài)。

左銀虎[32]研究報道了富硒枸杞的硒形態(tài)，其中以蛋白硒形態(tài)為主，占有機硒含量的79.4%，也有少量的硒多糖、RNA 形態(tài)硒，但其比例很低。至于在枸杞果實內(nèi)的蛋白態(tài)硒是SeMet、SeCys2 或SeCys 有待進一步研究。

水果中主要成分為多糖和纖維，蛋白質(zhì)含量較少，由于硒主要以硒代氨基酸的形式形成蛋白硒，所以總體上水果中硒含量較低。

1.5 茶葉中的硒含量及形態(tài)

茶葉中富含蛋白質(zhì)，可高達20%以上。高柱等人[33]利用氫化物-原子熒光光度法分析硒在安徽天方富硒茶葉中的主要賦存形態(tài)，結(jié)果表明富硒茶葉中的總硒含量為533.5 μg/kg，以有機硒為主要形態(tài)，有機硒含量占總硒的比例為83.66%，有機硒形態(tài)中又以蛋白硒為主，占有機硒含量的76.35%，也有少量的多糖硒，占有機硒含量的5.88%，核酸硒占1.51%，其他形態(tài)的硒中有機硒占比為16.26%。

1.6 其他植物中硒含量及形態(tài)

有研究表明，湖北恩施的荸薺中主要以蛋白硒形態(tài)為主，占總硒含量的50.45%；蛋白質(zhì)組分中，以醇溶性蛋白質(zhì)結(jié)合的硒量最多，占總硒含量的38.66%，也有部分硒和多糖結(jié)合[34]。

富硒胡蘿卜中的硒形態(tài)主要是有機硒，包括含核糖核酸形態(tài)硒、蛋白硒、多糖硒等形態(tài)，其中蛋白硒含量最高[35]。研究已表明，SeMet 和SeCys 等硒代氨基酸是存在于植物中主要有機硒的形態(tài)，在人體內(nèi)可以被高效地吸收。

李慧峰等人[36]研究表明，2 種薯肉色甘薯薯塊中檢測到的SeCys2 和MeSeCys 均為有機態(tài)硒，未檢測到無機硒。其中SeCys2 含量最高達到80.7%，明顯高于MeSeCys 含量19.3%。富硒黃山貢菊干花產(chǎn)品中的硒主要以4 種形式硒存在，即SeCys2，MeSe-Cys，SeMet 和Se(IV)，其總量占提取液總硒的94.64%，只有少量的其他未知形態(tài)的硒。富硒黃山貢菊的硒提取液中SeMet、MeSeCys，SeCys2，Se(IV)分別占提取液總硒的64.95%，5.57%，11.55%，12.58%，由此可以看出，富硒黃山貢菊的硒提取液中主要以SeMet 形態(tài)存在[37]。胡曉榮等人[38]研究了四川省中江縣丹參種植基地丹參中，硒蛋白形態(tài)占總硒含量的74.2%，硒多糖形態(tài)占總硒含量的39.5%，硒核酸形態(tài)占總硒含量的2.3%，研究結(jié)果表明硒蛋白和硒多糖是富硒丹參中硒的主要存在形態(tài)。蛋白硒是恩施板橋黨參中硒的主要賦存形態(tài)，其占總硒含量的67.47%；蛋白質(zhì)組分中，以水溶性蛋白質(zhì)結(jié)合的硒量最多，占總硒含量的29.94%，也有部分硒和多糖結(jié)合[39]。杜麗娟等人[40]采用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀測定辣木各器官中總硒和硒形態(tài)含量均較高，高于大多數(shù)農(nóng)產(chǎn)品，而農(nóng)產(chǎn)品中除少數(shù)幾種，如巴西菇、竹蓀、白寇等中總硒和硒形態(tài)含量較高外，其他含量均較低；辣木不同器官中總硒和硒形態(tài)含量不同，含量高低順序為葉>根>枝、干、果莢殼>皮。結(jié)果表明，15 個辣木樣品中總硒含量、有機硒含量含量較高，40 個農(nóng)產(chǎn)品中總硒和有機硒含量較低。辣木根中的總硒含量均在0.25 mg/kg 以上，無機硒含量在0.15 mg/kg 以上，有機硒含量在0.1 mg/kg以上。

1.7 植物有機硒轉(zhuǎn)化機理

由于硒元素和硫元素位于元素周期表中第六主族，所以在化學中硒元素在特定情況下可取代硫元素而形成新的硒代化合物，如一些含硫氨基酸，硒元素取代蛋氨酸、胱氨酸中的硫元素后可以形成硒代氨基酸如SeMet，SeCys2。土壤中無機硒元素被植物根吸收以后，在植物體內(nèi)進行轉(zhuǎn)運及不同的化學轉(zhuǎn)化，最終形成可以被生物利用的不同形態(tài)的有機硒，以硒氨基酸為主要存在形態(tài)，同時還會有一定量的無機硒未被完全轉(zhuǎn)化而存儲于植物的不同部位。在高硒土壤環(huán)境條件下，植物體內(nèi)硒主要以MeSeCys存在[41]。

造成聚硒植物堇葉碎米薺、西蘭花、甘藍的硒形態(tài)分布與谷物和豆類及百合科植物硒形態(tài)分布差別的主要可能原因是不同植物硒的代謝途徑存在一定的差異，硒被堇葉碎米薺、西蘭花、甘藍在根系吸收后轉(zhuǎn)化為SeCys，部分的硒被直接以SeCys2 或甲基化后形成MeSeCys 的形式貯存起來，在百合科主要以MeSeCys 和少量的SeMet 貯存起來，而谷物和豆類植物繼續(xù)轉(zhuǎn)化為SeMet。而同屬于十字花科超聚硒植物堇葉碎米薺中硒的形態(tài)分布中MeSeCys 很少，體現(xiàn)了作為硒的超聚硒植物在硒的代謝途徑上可能與西蘭花、甘藍也不同[23]，其硒的代謝轉(zhuǎn)化機理還需要進一步的研究。

2 不同植物硒形態(tài)的營養(yǎng)安全性

硒在人體中主要以硒蛋白的形式在機體中發(fā)揮各種各樣的的生理功能，如增強免疫力、抗氧化、抗衰老功能。其中含硒蛋白GSH-Px（谷胱甘肽過氧化物酶） 的抗氧化作用最為明顯，GSH-Px 能特異地催化細胞內(nèi)的谷胱甘肽與細胞內(nèi)的過氧化物反應，達到保護機體細胞免受過氧化物及自由基的侵害，研究證明在多種動物體內(nèi)均存在GSH-Px。

不同硒形態(tài)的安全性和功效作用是大不相同的，無機硒具有較強的毒副作用。硒在不同劑量下有不同的功效作用，同時其功效作用強度及毒性與其存在化合物形態(tài)有關，如SeCys，SeMet 和MeSeCys 等有機形態(tài)硒的毒性遠遠低于無機形態(tài)硒，并且有機形態(tài)硒的生物利用度也高于無機形態(tài)硒[42]。

已報道的毒理研究表明，通過90 d 喂養(yǎng)試驗，大鼠在攝入硒含量為0.61 mg/kg 的富硒酵母時（富硒酵母中硒形態(tài)為SeMet），出現(xiàn)與攝入0.35 mg/kg亞硒酸鈉類似的毒性反應包括弓背、脫毛、體重降低、臟器質(zhì)量降低（心、脾、胸腺）、中心葉肝細胞增大、腎上腺球狀帶細胞肥大等中毒癥狀[43]，說明在不同劑量下可能具有一定的毒性反應。

Wang D 等人[44]研究了十字花科植物堇葉碎米薺、富硒酵母、無機硒對仔豬的生長影響，結(jié)果表明斷奶仔豬飼糧中植物來源的富硒堇葉碎米薺（主要硒形態(tài)為SeCys） 比亞硒酸鈉或富硒酵母具有更好的生長促進效果。馬成瑗等人[45]研究了植物來源有機硒——地膚子有機硒的急性毒性試驗及對老齡小鼠抗疲勞抗氧化功能的影響，結(jié)果表明試驗小鼠沒有出現(xiàn)急性毒性，證明植物來源有機硒低毒、安全。

以上研究報道可以證實無機形態(tài)硒的生物利用率低且安全性差，有機硒安全性和活性要比無機硒更高，植物有機硒可能是更優(yōu)良硒源。

3 結(jié)語

食物是補充硒元素的一個有效來源，植物又是食物攝取的主要來源。因此，對食物中植物類的硒含量、有機硒含量、有機硒形態(tài)等研究也逐漸增多，如以SeCys/SeCys2 為主要形態(tài)的十字花科植物堇葉碎米薺的研究越來越多，但整體上有機硒形態(tài)的研究還處于起步階段，還有很多未知成分的硒形態(tài)需要進一步的研究，同時不同硒形態(tài)的對人體的功效作用機制還需要深入研究。相信在將來，人們會根據(jù)硒在不同農(nóng)產(chǎn)品中的含量及其存在形態(tài)的不同，采用最適宜的提取分離方法，結(jié)合高效的檢測方法將活性成分分離提取出來，應用于不同類型的硒產(chǎn)品中。