富硒、非富硒大米有机硒的组成及硒的可利用度分析

龚如雨，钟松臻，张宝军，2，*，程祥磊

（1.南昌大学公共卫生学院，江西南昌330006；2.中国科学院地理科学与资源研究所，北京100101）

富硒、非富硒大米有机硒的组成及硒的可利用度分析

龚如雨1，钟松臻1，张宝军1，2，*，程祥磊1

（1.南昌大学公共卫生学院，江西南昌330006；2.中国科学院地理科学与资源研究所，北京100101）

为探究人体对大米硒营养的利用状况，比较富硒、非富硒大米之间有机硒、碱溶谷蛋白、硒蛋氨酸等的组成差异，并运用体外模拟法对大米硒的可利用度进行研究。结果表明：有机硒是大米中硒的主要形态，富硒大米有机硒的比例[（77.6±11.3）%，n=7]高于非富硒大米[（64.1±7.5）%，n=8]，（P＜0.05）。大米碱溶谷蛋白的胃肠模拟消化液中仅有硒蛋氨酸被检出，硒蛋氨酸占碱溶谷蛋白硒的比例为33.1%～97.6%。虽然人体对富硒大米硒的可利用度[（62.6±7.8）%，n=7]高于非富硒大米[（46.1±10.3）%，n=8]（P＜0.05），但是，富硒大米谷蛋白中硒蛋氨酸的比例[（45.5±9.0）%，n=7]却明显低于非富硒大米[（81.2±12.3）%，n=8]（P＜0.05）。可见，富硒水稻中硒蛋氨酸的转化及对人体健康的作用尚需进一步研究。

体外模拟；大米有机硒；硒蛋氨酸；可利用度

Abstract：To explore the utilization of Se nutrition in rice by human body，the differences of organic Se，glutelin extracted by alkali and fraction of selenomethionine（SeMet）in Se-enriched rice or non Se-enriched rice were compared，and accessibility of Se in rice samples were analyzed using the in-vitro simulation method.The results showed that the organic Se was the dominated form，and the ratio of organic Se in Se-enriched rice[（77.6±11.3）%，n=7]was higher than that in non Se-enriched rice[（64.1±7.5）%，n=8]（P＜0.05）.The selenomethionine（SeMet），which accounted for 33.1%-97.6%，was the only species detected in gastrointestinal simulation digestive solution of glutelin.Even though the accessibility of Se in Se-enriched rice[（62.6±7.8）%，n=7]was higher than that in non Se-enriched rice[（46.1±10.3）%，n=8]（P＜0.05），the ratio of SeMet in glutelin of Se-enriched rice[（45.5±9.0%，n=7）]was significantly lower than that in non Se-enriched rice[（81.2±12.3）%，n=8]（P＜0.05）.Therefore，further studies should be conducted on the transformation of SeMet in Se-enriched rice and its effects on human health in future.

Key words：in-vitro simulation；organic Se in rice；selenomethionine；accessibility

硒是人体必需的一种微量元素，也是人体多种酶（如谷胱甘肽过氧化物酶）的重要活性中心。大米是世界上多数国家特别是城市居民的主食，目前我国约有60%的人口以大米为主食[1]，不过，与其他国家相比，国产大米的含硒水平（约为60 mg/kg）普遍不高[2]。为了满足人体对硒的日常摄入量，许多国家都采取了相应的措施，其中芬兰等国家通过向土壤中施加硒肥的方法来增加作物可食部分硒的累积[3]。近年来，我国富硒产业特别是富硒大米的生产也为人们补硒提供了一条重要的途径[4]。

然而，大米中不同形态硒的健康效应却不尽相同。大米中硒的形态一般包括硒蛋氨酸（Selenomethionine，SeMet）、硒代胱氨酸（Selenocystine，SeCys2）、硒代半胱氨酸（Selenocysteine，SeCys）和甲基硒代半胱氨酸（Methylselenocysteine，MeSeCys）等有机硒和Se（IV）、Se（VI）等无机硒。硒可取代蛋白质中的硫类似物转化为SeMet、SeCys2和SeCys，进而参与蛋白质的构成并储存于作物籽粒中[5]，因此，大米中的硒主要以有机硒的形式存在[6]。通常，无机硒对人体的毒理学效应要大于有机硒，且无机硒中 Se（IV）的毒性大于 Se（VI）[7]。不过，关于农作物总硒含量提高对蛋白质中SeMet、Se-Cys和MeSeCys等有机硒含量及比例的影响则研究较少[8]。虽然蛋白质仅占大米总重量的8%左右，但大米中的硒主要以蛋白硒的形态而存在[9]，所以，大米蛋白质中硒的含量与形态非常值得关注。

生物可利用度是指食物中待测物质（元素）经过消化系统消化后溶解于胃肠消化液中可被吸收的部分，是评价生物有效性的首要环节[10]。动物实验和体外模拟实验是评价生物有效性的两种常用方法。动物实验结果虽然可靠、准确，但实验周期长、费用高，并且涉及伦理道德问题[10]。体外模拟实验操作简单、耗时短、费用低且具有较强的非特异性[11-12]。目前，利用体外模拟的方法对大米生物有效硒形态进行研究并不多见[13]。同时，由于技术和方法的限制前人研究往往只关注食物总硒[14-15]或富硒、高硒食品硒的形态[16-17]，而对普通大米生物有效硒及其形态的研究相对较少。

综上所述，本研究在对富硒、非富硒大米有机硒和碱溶硒分析的基础上，运用体外模拟的方法对碱溶谷蛋白中硒的形态及人体对大米硒的可利用度进行了重点研究，这将为促进我国富硒大米生产、提高人体补硒效果、减少潜在健康风险等提供一定的科学依据。

1 材料和方法

1.1 样品与试剂

从全国10个大米主产区（黑龙江、吉林、宁夏、河南、安徽、湖北、湖南、江西、江苏和广西）购买了15份大米样品，其中，富硒大米（编号：9～15）共7份，非富硒大米（编号：1～8）共8份。大米样品磨碎后装于干净密封的自封袋中，置于-4℃冰箱中冷藏备用。

试验过程中使用的HCl、NaCl、KOH、NaHCO3、KBH4和HClO4均为分析纯：西陇科学股份有限公司；CH3OH（甲醇）、（NH4）2HPO4（磷酸氢二铵）、C16H36NBr（四丁基溴化铵）均为色谱纯：阿拉丁有限公司；胃蛋白酶（酶活力≥1 200 U/g）、胰蛋白酶（酪蛋白转化力≥25）、淀粉酶（酶活力≥2 000 U/g）和猪胆盐（≥60%）：国药集团化学试剂有限公司。

1.2 仪器设备

SA-20原子荧光形态分析仪：北京吉天仪器有限公司；HC-280T2高速粉碎机：永康绿可食品机械有限公司；S36 DigiBlock消解装置：北京莱伯泰科仪器有限公司；SHA-C恒温水浴振荡器：江苏金坛市中大仪器厂；H/T16MM台式高速离心机：湖南赫西仪器装备有限公司；GZX-9140MBE电热鼓风干燥箱：上海博迅实业有限公司。

1.3 大米总硒及有机硒测定

称取1.0 g左右已磨碎的大米粉于消解管中，分别加入1.0 mL浓HClO4和5.0 mL浓HNO3冷消解过夜，在150℃电热板上赶酸至液体透亮且剩余溶液约为1.0 mL，然后，再加入1.0 mL的浓HCI继续加热（不超过 100℃）30 min将Se（Ⅵ）还原为 Se（Ⅳ），将溶液转移定容后使用原子荧光光度计进行总硒测定。样品测定时仪器的灯电流为80 mA，负高压为270 V。

大米有机硒的测定使用透析袋法[18-19]。称取1.0 g大米粉置于透析袋（截留分子量为8000 Da～14 000 Da）中，然后，用1 L超纯水持续透析24 h（每6小时更换一次），透析结束后将袋内溶液转移至消解管中进行消解，最后，使用原子荧光光度计进行有机硒含量的测定。

1.4 大米谷蛋白硒的提取及测定

称取10.0 g大米粉置于100 mL锥形瓶中，加入50 mL NaOH 溶液（7.5×10-2mol/L），40℃水浴振荡 4 h，离心（3 000 r/min，30 min）后的上清液用37%（体积分数）HCl调节pH为5.5，沉淀即为谷蛋白硒，其它为未知硒，两者之和为碱溶硒。谷蛋白硒和未知硒消解后测定其含硒量，方法同1.3。

1.5 体外模拟分析

胃肠体外模拟实验步骤参照文献[20]并略作修改：称取1.5 g大米放入离心管中，加入5 mL胃液（10 g/L胃蛋白酶，pH=2.0），37℃水浴振荡4 h，用饱和NaHCO3调pH=7.5，加入5 mL肠液（30 g/L胰酶、15 g/L淀粉酶和10 g/L胆盐），37℃水浴振荡4 h，离心（3 000 r/min，30 min）后测定消化液中的总硒，方法同1.3。消化液中硒的含量占大米总硒的比例即为硒的生物可利用度。

同时，本研究也对1.4中得到的大米碱溶谷蛋白进行了胃肠模拟实验，并使用原子荧光形态分析仪测定消化液（过0.45 μm滤膜）中的硒蛋氨酸、硒半胱氨酸、Se（IV）和 Se（VI）。由于消化液中无机硒及硒半胱氨酸的含量低于仪器检出限，故仅有硒蛋氨酸被检出。

1.6 统计与制图

本研究数据的统计分析和图件制作分别使用SPSS12.0和SigmaPlot10.0完成。

2 结果与分析

2.1 大米总硒和有机硒的含量特征

大米总硒、有机硒及消化液硒的含量见表1。

表1 大米总硒、有机硒及消化液硒的含量Table 1 Concentrations of total Se，organic Se and digestible Se in rice

如表1所示，所购大米总硒含量在11.8 μg/kg～566.9 μg/kg范围内。根据中国《富硒稻谷》（GB/T22499-2008），加工后的大米硒含量在 40 μg/kg～300 μg/kg之间可以称为富硒大米。按此标准，所购大米中仅有5份样品属于富硒大米。另外，有2份样品硒含量≥300 μg/kg，为方便研究也将其归为富硒大米。这样，富硒大米和非富硒大米硒含量分别为（278.8±206.1）μg/kg（n=7）和（21.3 ± 7.2）μg/kg（n=8），前者约为后者的13倍。

相应地，大米有机硒的含量范围为7.9 μg/kg～526.8 μg/kg，且大米有机硒的含量随总硒含量升高而升高。富硒大米和非富硒大米有机硒的含量分别为（227.9±181.6）μg/kg（n=7）和（13.4 ± 4.0）μg/kg（n=8），前者约为后者的17倍。从有机硒占总硒的比例来看，富硒大米和非富硒大米有机硒的比例分别为（77.6±11.3）%（n=7）和（64.1 ± 7.5）%（n=8），前者比后者高出约13%。

2.2 大米碱溶硒的组成特征

大米碱溶硒组成及其含量见图1。

图1 大米碱溶硒组成及其含量Fig.1 Composition and concentrations of Se in rice extracted by aqueous alkali

如图1所示，大米碱溶硒（包括谷蛋白硒和未知硒）的含量范围为 4.6 μg/kg～266.3 μg/kg，占大米总硒的26.8%～50.3%。不过，富硒大米与非富硒大米碱溶硒占总硒的比例并无显著差异（P＞0.05）。大米碱溶硒主要以谷蛋白（56.2%～90.0%）的形式存在，且谷蛋白硒具有随碱溶硒升高而升高的趋势。富硒大米和非富硒大米谷蛋白硒的含量分别为（75.5±53.5）μg/kg（n=7）和（5.9±1.5）μg/kg（n=8），前者约为后者的 13倍。虽然富硒大米碱溶谷蛋白的含量明显高于非富硒大米（P＜0.05），但是，富硒大米谷蛋白硒占碱溶硒的比例（68.7±7.4）%却低于非富硒大米（83.1±8.6）%（P ＜0.05）。

大米硒蛋氨酸的含量如表2所示。

表2 大米硒蛋氨酸的含量Table 2 Concentrations of SeMet in rice

续表2 大米硒蛋氨酸的含量Continue table 2 Concentrations of SeMet in rice

大米碱溶谷蛋白的胃肠体外模拟消化液中仅有硒蛋氨酸被检出。从表2看，虽然硒蛋氨酸含量随总硒含量升高而升高，但是，硒蛋氨酸占谷蛋白硒的比例却有逐渐降低的趋势。富硒大米和非富硒大米硒蛋氨酸占谷蛋白硒的比例分别为（45.5±9.0）%（n=7）和（81.2±12.3）%（n=8），前者明显低于后者（P ＜0.05）。

2.3 大米硒的可利用度分析

大米胃肠消化液中硒的含量范围为4.5 μg/kg～411.0 μg/kg，且随总硒含量的升高而升高（表1）。富硒大米和非富硒大米消化液含硒量为（177.3±134.9）μg/kg（n=7）和（10.1± 4.8）μg/kg（n=8），前者约为后者的17.6倍。经计算，所购大米硒的生物可利用度的波动范围为31.0%～73.7%，其中，富硒大米的生物可利用度为52.7%～73.7%（n=7），非富硒大米的生物可利用度为31.0%～61.3%（n=8）。总体上，大米硒的生物可利用度随总硒含量的升高而升高，且人体对富硒大米硒的生物可利用度（62.6±7.8）%（n=7）显著高于非富硒大米（46.1 ± 10.3）%（n=8）（P ＜ 0.05）。

3 讨论

前人研究发现：高硒自然土壤[21]或外源施硒[22]可提高水稻籽粒中有机硒的含量及比例，而且，人体对有机硒的生物利用效率普遍高于无机硒[6，23]。本研究亦有类似的结果，即富硒大米有机硒的比例[（77.6±11.3）%，n=7]及人体对大米硒的可利用度[（62.6±7.8）%，n=7]明显高于非富硒大米有机硒的比例[（64.1±7.5）%，n=8]及其生物可利用度[（46.1±10.3）%，n=8]（P＜0.05）。

通常，大米谷蛋白硒的形态主要为硒蛋氨酸（52.3%）[24]，而且，人体对食物中硒蛋氨酸的生物利用效率要高于其它硒的形态[23]。不过，本研究结果却发现大米（以谷蛋白硒为基础）中硒蛋氨酸的比例[（45.5±9.0）%，n=7]远低于非富硒大米[（81.2±12.3）%，n=8]（P＜0.05）。这很可能会影响人体对大米硒的实际利用效率。

硒酸盐（Se（VI））或亚硒酸盐（Se（IV））等无机硒是水稻等作物栽培过程中常用的外源性硒肥[3，22]。水稻从外环境中吸收的无机硒（Se（VI）和（Se（IV））通常先转化为硒代半胱氨酸，再进一步转化转化为硒蛋氨酸、甲基硒代半胱氨酸和甲基硒代蛋氨酸等其它有机硒的形态[7，25]。Guo-xinsun 等[25]发现 SeCys 的比例会随大米总硒含量的升高而升高，这可能与富硒大米中Se－Cys转化为SeMet等其它形式有机硒的效率下降有关。小麦（包括富硒小麦和普通小麦）中的有机硒也以SeMet为主（约占总硒70%），不过，SeCys只在富硒小麦中被检出[26]。值得注意的是，小麦总硒含量为（98.9±1.3）μg/g时其硒蛋氨酸占总硒（加和）的比例（72%）却低于小麦含硒量为（29.5±0.2）μg/g时硒蛋氨酸的比例（85%）[27]。本研究亦有类似的结果，即富硒大米硒蛋氨酸占总硒的比例[（12.3±2.6）%，n=7]仅为普通大米硒蛋氨酸比例[（23.7±6.2）%，n=8]的一半。由于所购富硒大米所使用的硒肥种类、施用方式等均不清楚，因此，未来将对外源硒肥添加是否会增加水稻籽粒中有机硒特别是SeMet的比例，以及是否会提高人体对富硒大米硒的可利用度等进行深入研究。此外，高硒环境条件下植物体内的SeCys和SeMet也可能进一步转化为MeSeCys和MeSeMet等其它有机硒的形态或元素硒[8，28]。

4 结论

大米中约有50%以上的硒以有机硒形式存在，且富硒大米有机硒的比例明显高于非富硒大米（P＜0.05）。碱溶谷蛋白硒是大米硒的重要组成部分，而谷蛋白硒主要以人体可利用度高的硒蛋氨酸形式存在。虽然富硒大米硒的可利用度高于非富硒大米（P＜0.05），但是，富硒大米谷蛋白中硒蛋氨酸的比例却低于非富硒大米（P＜0.05）。由于不同形态的硒在人体中的吸收效率（SeMet＞SeCys＞Se（VI）＞Se（IV））[23]和对人体的健康效应[7]不尽相同，仅仅依靠提高大米总硒来满足（特别是低硒地区）人群硒的日常摄入量并不能完全反映人体对大米硒营养的实际利用状况，因此，如何提高外源性硒转化为硒蛋氨酸的效率仍需进一步研究。

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Composition of the Organic Selenium（Se）and the Accessible Se in Se-enriched and Non Se-enriched Rice

GONG Ru-yu1，ZHONG Song-zhen1，ZHANG Bao-jun1，2，*，CHENG Xiang-lei1
（1.School of Public Health，Nanchang University，Nanchang 330006，Jiangxi，China；2.Institute of Geographical Sciences and Natural Resources Research，Chinese Academy of Sciences，Beijing 100101，China）

2017-02-25

10.3969/j.issn.1005-6521.2017.20.002

国家自然科学基金项目（41161016）

龚如雨（1989—），男（汉），硕士研究生，主要从事环境变化与人类健康研究。

*通信作者：张宝军，男（汉），讲师，主要从事环境变化与人类健康研究。