硒的来源、富集及富硒食物资源研究进展
硒的来源、富集及富硒食物资源研究进展
硒（Se）是人体所需的微量元素之一。为保持动物和人类的健康，需要在饮食中摄入适量硒元素。世界卫生组织（WHO）的数据表明，全球至少有40多个国家和地区存在硒缺乏问题，涉及10多亿人口。陕西师范大学食品工程与营养科学学院的孙楠、王惠纳、张宝善等人综述近年来有关不同来源富硒食品的研究现状，并探讨富硒食品在未来的发展趋势与存在问题，为创新研发新型富硒产品提供科学参考。
硒的来源
在自然界中，硒同碳元素一样，其吸收和排放虽不断变化，但始终处于平衡状态。硒主要通过火山运动、大气蒸发和雨水淋溶等过程分布在大气、土壤和海洋中。地下层岩中常含有大量硒，主要通过火山运动进入自然界循环，火山运动的喷出物主要是岩石碎屑，在火山喷发后，一部分硒可聚集在沉积物中，另一部分则随火山气体分布于大气中；油页岩、煤、石油中的硒含量比较丰富，通过燃烧废气进入大气，同时也进入土壤和水体。土壤中的硒有多种氧化态，研究中将土壤硒的存在形态分为4 种：元素硒、硒酸态硒、亚硒酸态硒和有机态硒。硒作为人与动植物体的有益元素，植物吸收是土壤硒的重要转化过程。由于硒只有极少部分被带到海洋中，且由于密度差异，硒多聚集在沉淀物中；海水中硒含量极少，为0.1～6.0 μg/L；河水中硒含量一般为0.5～10.0 μg/L。如图1所示，硒进入自然界循环有多种途径，主要是火山活动、煤燃烧等。有研究表明，循环过程中，有机硒成分占据了几乎一半循环周期，而这些成分主要由动植物贡献。
植物体内的硒
植物主要通过根部吸收营养物质，土壤中的硒也随之进入植物体内，这是硒进入自然生态循环的重要途径之一，而吸收的硒形态及含量对植物性食物中硒的生物利用率有重要影响。硒元素被植物吸收代谢可分为2 种途径：一种是有机硒形态，植物可以直接吸收和利用；另一种是无机硒，需要经过酶的同化作用将其转化为有机硒，进而被吸收代谢。这个转化过程通常发生在植物的茎、叶等地上部分，叶绿体是同化作用发生的主要场所。在植物细胞中10余种酶的催化作用下，无机硒被转化为硒代半胱氨酸、硒代蛋氨酸等有机硒，并贮藏于植物细胞内，在植物生长调控方面发挥重要作用，具体的转化途径与产物如图2所示。
在全球范围内，富硒土壤资源有限，因此，人为地在土壤中添加硒肥是现代生产富硒食品的一种有效方法。通过根系富集作用，硒酸盐或亚硒酸盐进入植物体内，经催化后将无机硒部分转化为硒代氨基酸、硒多糖等有机硒，而有机硒又降低细胞中氧化自由基和脂质过氧化产物（如脂褐素、脂质过氧化物、脂质过氧化醛和脂质过氧化酮等）含量，增强抗氧化酶活性。在土壤中施用外源硒（亚硒酸钠作为硒来源）对维护根系健康也有正向作用，菌核链球菌等有害菌对硒敏感，微量硒即可抑制其活性，提高植物抗性，减少植物病害。据Feng Tao等研究发现，硒处理还可以提高果树的碳水化合物代谢，提高光合作用效率，保护光系统II（PSII）。方建军等研究发现，硒主要结合于植物的可溶性蛋白及多糖分子上，在渗透调节和营养物质方面有重要作用，同时保护胞内物质和生物膜。众多研究表明，硒不仅是植物必要的营养元素，其在植物的抗逆性、光合作用等方面也具有重要作用，合理地补充硒还可以提高作物产量和品质。
动物体内的硒
动物的吸收代谢是硒元素在自然界循环的重要途径之一。Roman等研究明确，硒是几种具有重要生物学功能蛋白活性位点的关键成分，且多种硒蛋白在转录 机制、氧化应激和氧化还原信号调节中发挥作用；Susan等发现，硒的生物利用度在不同种类的食物之间差异较大，这种差异多是由化学或生理因素造成的，硒对机体的作用必须在较长时间干预下才能体现。尽管硒在哺乳动物体内的含量很低，但它是唯一1 个与蛋白质结合并被基因编码的元素，是第21个氨基酸硒半胱氨酸的组成部分，其在维持包括哺乳动物免疫系统在内的多种组织稳态中起着重要作用。在哺乳动物体内，主要吸收硒的部位是小肠，呼吸道和皮肤可以进行微量吸收；经肠道吸收后，硒迅速被血红细胞摄取，借助血浆在机体内流动，参与一系列还原反应并被运送到各组织器官，具体途径如图3所示。
饮食是硒进入人体的重要途径之一，在进入机体后，随着血液运输，硒会优先流向血液供应充足的器官；其次，将根据不同组织的亲和力进行硒分配。在正常的吸收和代谢中，硒的主要生物学功能通过硒蛋白介导，而谷胱甘肽过氧化物酶系则是硒蛋白的一个重要组成部分。Forceville研究表明，作为人体的微量营养素，被人体摄入的硒可迅速掺入活性酶中，强化机体的抗氧化功能，是维持心血管系统及甲状腺代谢正常水平酶系的主要辅助因子；Casaril等的临床研究显示，对抑郁症患者而言，补充硒有助于抑制其机体的炎症，减轻氧化应激症状。硒对多种疾病有正向作用，但在免疫反应中，硒蛋白可能与其他物质或其自身结合，产生性质相反的作用，在图3中也有显示，这取决于生化环境、调节机制、相对浓度及活性。
微生物体内的硒
微生物在自然界中起着重要作用，许多微生物能将亚硒酸盐（Se 4+ ）和硒酸盐（Se 6+ ）还原为单质，促进生物硒的循环，这种能力目前被广泛应用于硒污染处理。成本低廉的无机硒同时伴有较高的细胞毒性，因此不是所有种类的微生物均能耐硒、富硒。随着社会对硒元素的重视日益增强，无机硒的微生物转化成为近年来食品领域的研究热点。在近年的研究中，发现常见可食用细菌、真菌普遍具备无机硒的高耐受力与转化能力，其生成的有机硒具有形态、产量稳定、成本低廉等特点，其对硒的吸收代谢途径如图4所示。
现代研究在微生物中发现多种硒依赖性酶，如甲酸脱氢酶、氢化酶、梭状芽孢杆菌中的甘氨酸还原酶和黄嘌呤脱氢酶。许多真菌能够将无机硒转化合成为硒蛋白（如硒代半胱氨酸、硒代蛋氨酸），硒蛋白又可作为微生物生长的氮源物质，进一步验证硒蛋白在真菌生理学中发挥重要作用，硒对其生长代谢具有一定调节作用。Ferreira等研究发现，致病菌的活性与组成也受到宿主膳食硒水平的调节，细菌性病原体、微生物群和宿主免疫细胞可能在争夺有限的硒供应。
与真核生物类似，原核生物合成硒尿苷和含硒辅因子时也需要硒作为必要元素。Zhang Yan等在不同原核生物中发现了大量硒蛋白家族，其中大多数蛋白质参与各种氧化还原反应。含有硒蛋白的原核生物可能在环境中存在硒元素时表现出更高的适应能力，这与人类和其他哺乳动物的情况相似。综上所述，微生物在自然界的硒循环利用中具有至关重要的作用。
富硒食品研究现状
富硒植物食品
富硒植物是最早被研究的富硒食品，早在18世纪就有研究表明，十字花科植物（花椰菜和芥菜类）比其他作物硒累积量更高，植物对硫和硒的吸收量相对同步，符合元素吸收和转化的理论。对植物体自身而言，硒有助于降低干旱、盐度、重金属、极端温度等气候变化对植物体造成的损害；此外，硒能调节光合作用中的大分子复合体，提高光合色素含量，保护叶绿素。各项结论强化了富硒植物的重要性与可行性，作为一种天然、健康、安全、富含硒元素的食物选择，富硒植物是人们补充硒元素的有效途径。同时，富硒植物中还富含其他营养物质，如维生素、矿物质和膳食纤维，对于促进健康、预防疾病也有重要意义。
富硒蔬菜是对抗人体硒缺乏症的安全方法，然而大多数土壤硒含量低，植物获取的硒较少，生物可及性较低。因此，用硒对作物进行农业生物强化是减少贫困人口隐性饥饿和增加营养摄入的重要策略。目前，最常见的补硒形式是添加硒酸盐和亚硒酸盐，Hawrylak-Nowak等证明，亚硒酸盐作为硒的来源，由于其迅速被转化为有机形式（如硒代半胱氨酸或硒代蛋氨酸），硒主要在根部积累（967.2 mg/kg DW），从根到茎的易位率逐渐增高，嫩芽中的硒含量仅120.6 mg/kg DW。补充硒酸钠的植物在木质部中基本上具有相同的元素形态，而施用亚硒酸钠后的植物在根系中产生了几种化合物，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）。硒混合溶液（亚硒酸盐和硒酸盐）表现出与亚硒酸盐相似的效果，表明亚硒酸盐的存在阻断了植物对硒酸盐的吸收；但2 种硒形式的结合会降低硒酸盐毒性，可作为土壤中更有效的补硒形式；硒混合形式的补充已应用于多种植物，但硒吸收及代谢机制尚不清楚。富硒植物的具体营养价值还取决于植物的种类和生长环境。一些常见的富硒植物还有硒蓝莓、硒油菜、硒小麦等。值得一提的是，虽然富硒植物对硒的富集量较高，但并不意味着应过量食用，适量摄取是更为合理和安全的方式。几种重点研究的富硒植物如表1所示。
富硒动物食品
现有动物性食物富硒研究主要分为海产类、家禽类、畜牧类等几大类。海产类研究主要针对各种海鱼、贝类等水产品：Zhang Haiyan等研究发现，贝类的硒含量显著高于鱼类；在贝类肌肉中，硒含量的浮动范围更大，为57.8～1 200.0 ng/g。海水鱼类中，小黄鱼和带状鱼的硒含量高于其他海洋鱼类，但淡水鱼的硒含量则相反，硒含量遵循双壳类（（551.0±40.9）ng/g）≈腹足类（（556.00±36.41）ng/ g ）＞虾（（329.00±25.62）ng/g）的顺序。Xia Chonghuan等的研究表明，海鱼肌肉中，硒含量从126～573 ng/g不等，而鱼卵中硒含量是鱼肌肉和皮肤的2 倍多。
家禽类研究主要针对鸡、鸭、鹅等家禽肉：研究表明，母体或后代饮食中的硒补充剂会影响家禽及其后代的出生体质量、体质量增加率和饲料转化率。家禽蛋含有大量的硒，且硒以高吸收率的形态存在，因此，家禽蛋被视为人类饮食中硒的宝贵来源。其中，鹅和火鸡蛋中硒含量最高，超过0.6 μg/g；鸡蛋中硒的平均含量为0.51 μg/g；鸭蛋中硒含量最低，这可能与广泛的放牧系统和每日采食量不平衡有关。Bogumiła等发现，鸡蛋的2 个隔室在硒分布方面显示出显著差异，硒代半胱氨酸与无机硒类似，倾向于积聚在蛋黄中，而硒代蛋氨酸主要掺入蛋白中。每日饲料补充亚硒酸钠、硒酵母或纳米硒可以改善蛋鸡产蛋性能、抗氧化能力和蛋中硒含量。其中，硒酵母（SY）在增加蛋的硒含量方面最有效，可能影响了新陈代谢率；补充亚硒酸钠（SS）或SY通过上调谷胱甘肽过氧化物酶4水平直接调节GSH-Px活性；补充纳米硒（NS）可能通过增加谷胱甘肽过氧化物酶1水平来调节，从而影响机体发育。
畜牧类研究主要针对猪肉、牛肉、羊肉等畜牧动物的肉：由于硒状态和硒沉积物受到膳食硒水平的影响，因此增加牲畜的日粮硒供应是生产富硒肉类的常见策略。在我国，养猪业通常在每日饲粮中添加0.2 mg/kg亚硒酸钠作为硒强化剂。Chen Jun等发现，猪的生长性能不受膳食硒来源（亚硒酸钠和富硒酵母）和水平（0.1、0.3、0.5 mg/kg）影响。Chen Jun等还发现，增加硒补充剂明显提高了猪血清和后腰中的硒含量。
富硒食用菌
食用菌是指可以食用的大型蕈菌，具有较高的食用价值和药用价值，一些常见的食用菌包括灵芝、金针菇、平菇、香菇、羊肚菌、猴头菇、竹荪、木耳等。食用菌生产简单、产品安全，含有人体必需的钙、铁、胡萝卜素、维生素等营养物质；同时，食用菌对微量元素具有较强富集能力，固定微量元素的食用菌的生理活性显著提升，其菌丝体内的多糖与蛋白质活性增强，抗氧化、抗菌、抗肿瘤功效显著。在此基础上，富硒食用菌也成了补充机体硒的有效途径之一。在培养基料中添加硒元素或对扩大培养期的食用菌进行硒喷淋，硒元素将进入并固定在食用菌菌丝体内，有效降低无机硒的生物毒性，提高其生物可给性。食用菌种类丰富，不同种类的食用菌富集硒的能力有所不同，生物效应也不同，其所代谢的硒形态不一，生物利用度随之改变，因此横向对比不同种类富硒食用菌有利于筛选出高生物利用度、低培养成本的食用菌种类。目前常见的几种富硒食用菌如表2所示。
结 语
作为人体必需非金属微量元素，硒对人体健康具有重要作用，不同程度缺硒均会对健康造成不同程度影响。现有文献研究可分为化学合成与生物有机转化两大类，其中生物有机转化是当前的研究热点与重点，具有影响力的研究主要面向新型生物有机载体的开发及富硒产品的生物活性功能探究。目前，我国仍然有很多地区处于缺硒状态，随着全面建成小康社会，民众生活水平提高，健康饮食意识广泛传播，社会对硒元素的认识更加深入，市场对富硒食品的需求逐渐增加，催生出富硒专项产业，推动富硒食品的研究与开发。
硒对植物的生长发育具有重要作用，其吸收、转运和同化是一个十分复杂的过程，并且该过程的影响因素众多。当前，富硒植物的应用不仅限于保健品领域，还在农业、环境修复等方面有所应用。在对植物的富硒研究方面，补硒方式已存在大量的文献论证，但在硒元素的运输与转化方面仍存在很多问题，如亚硒酸盐是否对植物的光合作用、蒸腾作用等存在影响，这些问题仍待进一步研究。未来，随着对植物硒元素转化的深入研究和种植技术的进步，富硒植物有望在促进人体健康和解决环境问题方面发挥更大的作用。
硒在动物的生长发育和免疫健康方面起重要作用，富硒动物也是富硒研究的热点领域。目前，针对动物富硒的研究主要集中在饲养条件、生理活性功能等方面，不论是富含硒元素的动物种类还是硒含量及分布均获得了结论，但动物体内硒的形态和稳定性、吸收利用效率等机理研究仍有欠缺，需要研究人员对富硒动物的生理学效应和健康功能进行深入研究，揭示富硒动物对人体健康的具体作用机制，探索其应用潜力。未来研究应重点关注如何将富硒动物融入日常饮食，提供更多富硒食材的选择。随着富硒动物类食品的研发生产，有助于从食物链的角度提供人体所需的硒元素，富硒动物有望成为促进人体健康和改善食物质量的重要资源。
与其他的富硒主体（植物、动物）相比，富硒食用菌具有成本低、生长速率快、体量大、影响小、生物可及性强等优势。近年来，食用菌对硒转化的分子机制已得到初步结论，但现阶段对不同种类富硒食用菌的研究结果尚存在较大的差异，对其所含的硒分子形态及其生物活性鲜有报道。预计未来富硒食用菌主要集中在生产制备的方法优化、硒利用率和生物可及性的提升、富硒生物活性肽等方面，拓宽富硒食用菌在食用领域的应用深度与广度，为今后富硒食用菌的探究提供参考依据。
尽管硒元素对人体健康具有重要作用，对治疗动植物疾病及癌症具有潜在价值，但不能忽略多种无机硒化合物对环境与动植物均具有很强毒性。因此，应当理性对待硒元素，加强硒环境效应方面的研究，不应过分夸大硒的生理功能、无节制使用无机硒（硒肥等添加剂），做到绿色研发，保护生态环境。
本文《硒的来源、富集及富硒食物资源研究进展》来源于《食品科学》2024年45卷7期299-309页. 作者：孙楠，王惠纳，张薇，张钰瑶，赵育，贺博，张海生，张宝善. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20230808-054. 点击下方阅读原文即可查看文章相关信息。