富硒动物产品的研究进展

陈 瑾 杨加豹 邹成义

自1957年Schwarz和Foltz首次证明硒是防止大鼠营养性肝坏死“因子Ⅲ”的活性成分，1973年Rotruch发现硒是动物和人体谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）的组成成分以来,硒被认为是维持人体和动物健康的一种必需元素[1]，在农业生产、人畜健康中的重要性已越来越受到关注。硒的生物地球化学研究表明,缺硒是一个广泛的世界性问题,我国72%地区处于缺硒、低硒带,膳食中硒摄入量的不足严重影响着我国人民的身体健康[2]。机体中硒的主要来源是食物，动物产品是人们的主要食品之一，因此,开发富硒肉、富硒蛋、富硒奶等动物产品来补充人体硒摄入量的不足已成为一个重要的硒营养研究热点。

1 硒的营养作用

1.1 硒对动物的营养生理作用

大量研究表明硒能提高动物的生长性能，改善繁殖性能，增强免疫功能，改善肉质[3-6]。目前研究发现硒的生理功能与硒蛋白有关，硒蛋白大多数是具有重要作用的酶，这些酶的活性中心通常含有硒代半胱氨酸。在哺乳动物可能存在超过100种硒蛋白，目前至少已发现并分离有30种硒蛋白,其中已被分离克隆并明确功能的硒蛋白是:谷胱甘肽过氧化物酶家族(glutathione peroxidase,GPx1,GPx2,GPx3,GPx4)、脱碘酶家族 (iodothyronine deiodinases,ID1,ID2,ID3)、硫氧还蛋白还原酶家族(thioredoxin reductases,TR1,TR2,TR3)、硒磷酸化物合成酶 (selenophosphate synthetase,SPS2)、精子被膜硒蛋白(sperm capsule selenoprotein,MCS)、硒蛋白 P(selenoprotein P)和硒蛋白W(selenoprotein W)。它们具有防止膜结构及生物大分子的氧化损伤;合成并调节活性甲状腺素T3水平;参与DNA合成并调节DNA表达;促进精子生成、发育、成熟及其活力的维持;保护内皮细胞和维护肌肉组织的正常功能等广泛的生理作用[7]（Brown等，2001）。硒最主要的生物学功能是抗氧化。硒是谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)的重要组分,每1 mol GSHPx含4 g原子硒,它以还原性GSH为底物,催化还原不同种类的氢过氧化物,从而清除组织中有害的氢过氧化物和自由基,保护生物大分子和生物膜结构免受过氧化物损伤(曾静，2003)[8]。

1.2 硒对人类健康的影响

硒对人类健康的影响已经被广泛研究，主要的研究结果都表明，硒能改善免疫系统功能、增强宿主对病毒性疾病的抵抗力、保护心血管系统、防治克山病和大骨节病、保护肝脏、抗衰老[1,9-10](Rayman，2005；Combs，2001；Davis，2000)。其中硒与癌的关系是硒研究中最为关注的领域之一。20世纪70年代,科学家发现硒具有抗肿瘤作用,其后的研究证实硒是乳腺癌、肝癌、皮肤癌、结肠癌和胃癌等的强有力抑制剂。医学地理学研究表明,肿瘤的发病率和死亡率与硒的地理分布呈负相关,低硒地区肿瘤的发病率及死亡率较高(Rayman,2005)[10]。王朝俊等（1998）[11]用荧光法检测了四川省食管癌高、中、低发地区正常人群和高发区食管癌患者发硒含量，结果发现食管癌死亡率高的地区人群发硒含量低，食管癌死亡率低的地区人群发硒含量高，经检测食道癌死亡率与该地区人群发硒含量负相关，说明硒相对不足可能是食管癌的诱发因素之一。

2 开发富硒动物产品的必要性

机体中硒的主要来源是食物，食物含硒量直接影响着人体硒营养水平。硒存在于土壤中，通过植物进入食物链，因此食物中的含硒量主要是由土壤中的硒水平决定的(Rayman,2008)[12]。世界范围内绝大多数土壤硒含量为0.1～2.0 μg/kg。低硒或硒缺乏的土壤面积远远大于高硒或硒中毒土壤（胡秋辉，2000）[13]。1979年,由中国农业科学院畜牧研究所为主的全国29家单位联合对我国牧草硒含量调查的数据间接表明,我国大部分地区属于缺硒地区,如黑龙江、吉林、青海、陕西、四川、西藏等省,辽宁、福建、浙江、山东、江苏各省的沿海地域,江西、贵州、湖南、湖北、广东、广西、新疆等省区60%以上的县均有不同程度的缺硒 (刘金旭,1985)[14]，这些地区居民的硒摄入量普遍较低。陈历程等（2002）[15]依据中国营养学会推荐的谷物食品摄入量推算出江苏省和其他地区居民从大米中摄入的硒分别为 10.5～17.5 μg/(d·人)和 7.5～12.5 μg/(d·人)，远低于中国营养学会推荐的摄入量50～200 μg/(d·人)。硒的低水平摄入对人体健康有潜在的威胁,要保证人体的健康,防治有关疾病,就应摄入足够的硒。

人摄取硒的主要来源是食物,各类食物的含硒量不同（见表1），大致顺序为:动物内脏＞鱼＞肉＞粮食＞蔬菜＞水果[7]（Brown等，2001），可看出动物产品对硒的摄入贡献最大。这个顺序与食品中蛋白质含量的顺序基本一致。其原因是有机硒主要以硒代蛋氨酸、硒代半胱氨酸等形式存在于蛋白质中,含蛋白高的食品更容易转化和存留硒,所以富含蛋白质的食品中硒相对也就多一些。但是天然食品中的硒含量一般都比较低，仅靠天然食品来补充硒不能满足人体对硒的需求。因此需要额外的补充硒。目前常用的是无机形式的硒，如硒酸钠和亚硒酸钠，虽然无机硒含量高成本低，但需要量和中毒量相差很小，极易中毒，而有机硒具有更高的吸收率与生物安全性(Rayman,2004)[16]，因此，高效有机硒源的开发成为国内外营养学的研究热点之一。给动物饲以富硒饲料,经过动物体内转化,可在体内积累较丰富的有机硒化物,从而获得富硒动物产品如富硒牛奶、富硒蛋和富硒肉，是经济、方便、有效的补硒方式。

表1 欧洲不同食物中的平均硒含量

3 有机硒对动物产品硒沉积的影响

3.1 有机硒对动物肌肉组织硒含量的影响

有机硒能增加动物组织中硒的沉积，并且效果要显著优于无机硒。Kim等（2001）[17]的研究表明，与无硒日粮相比，添加有机硒使生长育肥猪腰肌的硒含量增加了50倍，而无机硒只能使腰肌含量增加2倍。Mateo等（2007）[18]在生长育肥猪上，以饲料硒浓度为横坐标，腰肌硒浓度为纵坐标进行多重线性回归分析（Multiple linear regression analysis），结果表明有机硒组的斜率是无机硒组的192%。提示在腰肌硒的沉积上，有机硒比无机硒更有效。Mahan（1996）[5]为了研究硒源对组织硒存留的影响，进行了两个试验，采用始重分别为22.2 kg和65.8 kg的杂交猪，发现当饲喂有机硒时，随硒浓度增加，两个试验的杂交猪腰肌硒含量都要高于无机硒组，存在硒源和硒水平的交互作用。杨华（2004）[19]报道与无机硒相比，有机硒使猪肝脏和肌肉中硒的含量分别提高了32.8%（P＜0.01）和182.6%（P＜0.01）。占秀安（2004）[20]在杜长大肥育猪上的研究表明，与不添加硒相比，添加不同硒源均显著增加了肥育猪肌肉中硒的含量，而且有机硒组的效果要好于无机硒组。在鸡上的研究也得到了相似的结果。Payne(2005)[21]比较了有机硒和无机硒对肉鸡胸肌硒浓度的影响，发现肉鸡饲喂富硒酵母时胸肌和硒浓度显著增加（P＜0.05），但是饲喂亚硒酸钠无此效应。Leeson（2008）[22]报道 0.3 mg/kg有机硒组的肉鸡胸肌硒含量比同浓度的无机硒组高了25%（P＜0.01）。

3.2 有机硒对鸡蛋中硒含量的影响

陈忠法等（2003）[23]报道,在蛋鸡日粮中分别添加0.2、0.4、0.6 mg/kg的有机硒比 0.3 mg/kg的亚硒酸钠对照组鸡蛋中硒含量分别提高了46.5%、166.7%、294.7%,差异均极显著（P＜0.01）。赵慧贤等（2008）[24]的研究表明同一硒水平的富硒酵母比亚硒酸钠能显著提高鸡蛋中硒的沉积。Payne等（2005）[25]为了比较硒源对鸡蛋中硒含量的影响，在蛋鸡日粮中添加0.15、0.30、0.60和3.00 mg/kg的富硒酵母和亚硒酸钠，结果表明鸡蛋中硒含量随添加浓度的增加而增加，饲喂富硒酵母的母鸡所产鸡蛋中硒含量极显著高于亚硒酸钠组。Utterback等（2005）[26]报道蛋鸡日粮中添加0.3 mg/kg的富硒酵母和亚硒酸钠后，对照组、亚硒酸钠组和富硒酵母组蛋鸡所产鸡蛋中硒的含量分别为0.065、0.182、0.311 mg/kg，富硒酵母组硒含量是亚硒酸钠组的1.7倍。通过对鸡蛋清和鸡蛋黄的硒含量检测发现,硒在蛋清和蛋黄中的分布并不均匀,蛋黄中的硒含量明显高于蛋清。进一步研究发现富硒酵母在蛋黄和蛋清中的沉积量都要显著高于亚硒酸钠（Paton,2002）[27]。

3.3 有机硒对牛奶中硒含量的影响

Meta分析是一类统计方法,善于将具有共同研究目的相互独立的多个研究结果给予合并、定量分析,并剖析研究间的差异特征,从更高层面评价研究结果,从而得到更为精确和可靠的结论。Ceballos等（2008）[28]检索到发表于1977～2007年间的42篇文献，利用Meta分析的统计方法，研究补充硒对牛奶中硒浓度的影响。Meta分析结果表明补充硒后牛奶中的硒浓度平均增加了0.16 μmol/l。各文献中的研究结果差异的71%主要是由试验地区、硒浓度和硒源决定的。总的来说，酵母硒与无机硒相比能显著增加牛奶中的硒浓度。组织和体液中的内源硒主要是构成硒蛋白核心功能的硒代半胱氨酸（SeCys）和与体蛋白非特异性结合的硒代蛋氨酸（SeMet）。大量研究已证明有机硒能提高牛奶中总硒的含量，但是有机硒对牛奶中不同形式的硒的影响仅见少量研究。Juniper等(2006)[29]报道与亚硒酸钠相比，酵母硒能显著增加牛奶中硒代蛋氨酸的浓度。Phipps等（2008）[30]的进一步研究表明给奶牛饲喂亚硒酸钠时，牛奶中SeMet的浓度降低了30%，SeCys的浓度降低了50%，SeMet和SeCys占总硒的比例也相应下降了7%和20%，其它硒化合物的比例增加了15%。而饲喂酵母硒后，牛奶中SeMet的浓度增加了82%，是亚硒酸钠组的3倍，SeMet的比例从32%增加到了44%，SeCys的比例下降了18%，其它硒化合物浓度变化不大。

3.4 有机硒提高动物产品硒存留的机理

在大鼠上的研究表明有机硒的生物利用率高于无机硒(Beilstein等，1986)[31]。生长育肥猪饲喂无机硒和有机硒后，大约有64%的亚硒酸钠被排出体外，而富硒酵母只有47%。当硒浓度为0.1、0.3、0.5 mg/kg时，亚硒酸钠的存留率分别为46.1%、34.4%和33.4%；而富硒酵母的存留率分别为58.9%、54.5%和49.6%[5]（Mahan，1996）。有机硒和无机硒在体内沉积的差异是由于有机硒和无机硒代谢途径的差异引起的[16]（Rayman，2004）。硒代谢的关键点是还原形式的硒化物。各种形式的硒都可转变为共同的代谢中间产物——硒化物。硒化物可合成SeCys，SeCys再经硒代磷酸盐合成酶催化形成硒代磷酸盐，Ser-tRNA[Sec]以丝氨酸为骨架,在硒半胱氨酸合成酶作用下,以硒磷酸化物为硒供体,形成硒半胱氨酰tRNA(SectRNA[Sec])，再经过转译过程诱导SeCys插入蛋白质中，形成硒蛋白（黄峙,2001；Suzuki,2005）[32-33]。硒化物也可通过三步甲基化形成尿中的代谢产物——三甲基硒化合物，从而排出体外。无机硒可经非酶作用转变成硒化物，SeMet则必须经过酶催化形成SeCys，SeCys经裂解酶作用后产生游离态硒，游离态硒可以从谷胱甘肽中得到氢，形成硒化氢。SeMet还有另一条重要的代谢途径，由于硒代蛋氨酸结构与蛋氨酸类似，在蛋白质合成中由于tRNAMet无法识别蛋氨酸和硒代蛋氨酸，因此硒代蛋氨酸能替代部分蛋氨酸结合到蛋白质中，作为含硒蛋白存储起来(Rayman,2005)[10]。

4 影响有机硒在动物产品存留的因素

4.1 有机硒浓度

畜产品硒浓度要受到日粮硒水平的影响。Mahan（1996）[5]向饲粮中添加 0.1～0.5 mg/kg的有机硒后，随日粮有机硒浓度的增加，生长育肥猪腰肌的硒含量也随之增加。Mateo等（2007）[18]得出了有机硒水平和腰肌硒含量的线性回归方程：腰肌硒含量=0.122+0.511×Se（r=0.57,P＜0.001）。王海宏等（2003）[34]在肉仔鸡上的研究表明，日粮有机硒添加水平（0.1～0.3 mg/kg）对21、42日龄肉鸡肝脏和胸肌硒含量有显著影响，随添加水平的升高而升高。因此，有机硒浓度与组织硒存留呈正相关。

4.2 有机硒补给时间

李建慧（2008）[35]比较3个不同的有机硒补给时间对肉鸡生长性能及肌肉硒沉积的影响，补硒时间分别为 0～6 周持续补给(全期)、0～3 周补给(前期)和 4～6 周补给(后期)。结果表明有机硒补给时间对肉鸡肌肉中硒沉积影响显著 (P＜0.01)：42日龄肉鸡胸肌硒含量在全期补给组显著高于分阶段补给组，且后期补给显著高于前期补给，腿肌硒含量全期与后期补给无差异，但都显著高于前期补给组；49日龄肉鸡胸腿肌硒含量全期补给有机硒组极显著高于后期补给组。说明持续补给硒较分阶段补给更能提高肌肉中硒的沉积量，后期补给同前期补给相比对肌肉硒沉积更有效。作者进一步分析原因是硒的生物学半减期是11 d，说明硒的代谢较快，能够不断吸收，不断排出，因此分阶段补给硒不如全期连续补给硒沉积量高。

4.3 不同有机硒来源

目前的有机硒添加剂包括蛋氨酸螯合硒、富硒酵母、富硒藻类、硒麦芽等,不同有机硒源对动物产品硒沉积的影响也存在差异。王海宏等（2003）[34]比较3种有机硒源对肉鸡组织中硒含量的影响，结果表明硒代蛋氨酸组肉鸡组织中硒含量最高,富硒酵母组次之,硒化卡拉胶组硒含量最低。Svoboda等（2009）[36]给育肥猪饲喂0.3 mg/kg的富硒酵母和富硒球藻后，富硒酵母组肌肉和心脏中硒含量都显著高于富硒球藻组（P＜0.05）。高建忠等（2006）[37]研究表明与亚硒酸钠组相比,添加富硒益生菌、富硒酵母分别使仔猪肌肉组织中硒的含量增加了101.92%、105.13%,但富硒益生菌组与富硒酵母组间各组织中硒的含量差异不显著。

5 富硒动物产品开发中存在的问题

人和动物对硒的营养需要存在一个剂量范围，在这个范围内，硒具有营养作用，而在这个范围之外会引起硒缺乏症或慢、急性中毒，这种关系就是硒的剂量与效应关系曲线。硒在最佳浓度和致毒浓度之间的安全限度非常狭窄，开发低毒、高效的硒源一直是硒营养研究的重点（徐辉碧等，1994）[38]。富硒动物产品中硒主要以有机硒的形式存在，容易在人体中沉积。因此在动物日粮中补充有机硒时，必须注意硒的剂量，防止硒在动物和人体内长期积累而引起的中毒。这就需要完善一套饲养程序，生产出稳定和可预测的硒浓度的产品。目前富硒酵母是唯一获美国FDA和欧盟认证的有机硒源。在畜牧养殖上所使用的有机硒主要为酵母硒，由于生物体固有的复杂性，怎样在大批量生产时仍使有机硒产品中硒含量和化学形态稳定性能良好，确保富硒动物产品中硒含量的稳定是当前国内生产有机硒需要解决的问题。

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