大米中硒的有机形态及其生物利用度研究

龚如雨 张宝军,2 艾春月 程祥磊

(江西省预防医学重点实验室；南昌大学公共卫生学院1，南昌 330006) (陆地表层格局与模拟重点实验室；中国科学院地理科学与资源研究所2，北京 100101)

硒是人体必需的微量元素之一。它主要通过食物链途径进入人体，且硒对人体健康具有重要的生理功能[1-2]。环境硒不仅有利于预防大骨节病等硒缺乏性疾病的发生和流行[3]，而且，适量硒的摄入对人群健康长寿非常有益。已有研究发现，中国土壤硒含量与人口长寿指数之间具有显著的正相关关系[4]，特别是食物中总硒含量较高对人群健康长寿作用明显[5-6]。

目前，超过60%的中国居民以大米为主食[14]。特别是南方地区，大米在普通居民膳食中所占的比例更高。通常，食物中有机硒的生物利用度高于无机硒，因而，有必要对大米中有机硒的赋存状态进行深入研究。已有研究表明，有机硒占大米总硒的80%左右(78.4%～89.1%)[15-16]，且主要与蛋白质结合在一起。例如，周鑫斌等[17]利用(NH4)2SO4溶液提取的富硒大米蛋白硒约占有机硒的43.07%～51.65%。这与富硒大米中谷蛋白硒占有机硒的比例(53.40%)基本相当[16]。而张涛等[18]研究发现富硒大米中蛋白硒占有机硒的比例为84%，其中，谷蛋白硒约占总蛋白硒的57.1%。进一步的研究还发现，富硒大米谷蛋白酶解后主要以硒代蛋氨酸(SeMet)为主(52.3%)[19]。

上述内容主要对富硒大米硒的含量、形态及硒的生物利用度进行了研究，而对普通大米有机硒的赋存状态及其对人体硒的吸收利用研究较少。因而，本实验拟以江西省典型长寿区——宜春市温汤镇[20]普通种植的大米为研究对象，分析大米总硒、有机硒、谷蛋白硒及其吸收形态等含量特征，探讨大米生物可利用硒与不同有机硒形态之间的相关关系，为深入了解大米硒在人体健康长寿中的作用提供参考。

1 材料与方法

1.1 样品采集与处理

根据研究区域的人口分布、土壤条件、种植的水稻品种、田间管理方法等情况，本研究选取了彭坊村、谢坪村、下巩村等8个代表性自然村，并于2017年6月进行了大米样品的采集。所有样品均为当地居民上一年自家种植后收获的大米(已脱壳未抛光)。每村采集2 ～ 3份样品，每份约200 g左右，共计20份。采集的大米样品带回实验室后除去霉粒及未脱壳的米粒，于60 ℃恒温干燥箱烘至恒重，用玛瑙研钵磨碎装入干净的自封袋，置于4 ℃冰箱中冷藏备用。

1.2 仪器与试剂

SA-20原子荧光形态分析仪：北京吉天仪器有限公司；5 μm，4.6 × 250 mm C18柱：Aglient；TU-1810 紫外可见分光光度计：北京普析通用仪器有限公司；S36 数显消解装置：北京莱伯泰科仪器有限公司；SHA-C 恒温水浴震荡器：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；HC-280T2 高速粉碎机：永康绿可食品机械有限公司等。

甲醇(CH3OH)、磷酸氢二铵[(NH4)2HPO4]、四丁基溴化铵(C16H36NBr，TBAB)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；牛血清蛋白(≥98.0%)：美国Amresco公司；亚硒酸盐[Selenite，Se(IV)]、硒酸盐[Selenate，Se(VI)]、SeMet和硒代胱氨酸(Selenocystine，SeCys2)标准溶液：中国计量科学研究院(北京)。高氯酸(HClO4)等均为优级纯。

1.3大米总硒及有机硒含量测定

大米总硒含量测定：称取0.5 g已磨碎的大米粉于50 mL消解管中，分别加入1 mL HClO4和5 mL HNO3，放置6 h后在电热板上加热(≤150℃)消解。当消化管上部冒白烟，且消化液呈无色透明或略带黄色时继续消解至余液为1 mL左右。冷却并加入1 mL浓HCl持续加热(≤90℃)30 min，最后，将液体转移至15 mL刻度离心管后用去离子水定容至10 mL待测。

大米有机硒含量测定：使用透析袋法[16-17]。称取1.5 g大米粉置于截留分子质量为8 000～14 000 u的透析袋中。然后，用1 L去离子水持续透析24 h(每6 h换水一次)，结束后将袋内溶液转移至消解管中进行消解，步骤同上。大米总硒和有机硒含量均使用原子荧光光度计进行测定。

1.4 大米蛋白质的提取及硒含量的测定

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)水浴(40 ℃)震荡4 h，离心(3 000 r/min)30 min后将上清液转移至离心管并定容至50 mL。取1 mL溶液用于大米中蛋白质的测定[21]。剩余溶液用30%(V/V)HCl调节pH为5.5，5 000 r/min离心15 min后产生的沉淀即为谷蛋白。谷蛋白的消解和硒含量测定同1.3，测定的含硒量即为谷蛋白硒。

1.5 大米硒的生物利用度及谷蛋白硒的形态分析

胃肠体外模拟实验步骤参照文献[22]并略作修改：称取2.0 g大米样品于50 mL离心管，加入5 mL模拟胃液(1%m/V胃蛋白酶，0.15 mol/L NaCl，pH=2.0)，水浴(37 ℃)振荡4 h后用饱和NaHCO3溶液调节pH为7.5；然后，加入5 mL模拟肠液(3%m/V胰酶、1.5%m/V淀粉酶和1%m/V胆盐，0.15 mol/L NaCl)，再水浴(37 ℃)振荡4 h；最后，将模拟消化液离心(3 000 r/min，30 min)、分离、定容，测定总硒并分析硒形态。由于大米样品总硒含量不高，因此，本研究仅对1.4提取出来的谷蛋白进行了胃肠模拟实验。

上述谷蛋白消化液过孔径为0.45 μm滤膜后直接上机(SA-20)测定硒形态。流动相的组成为3.0×10-2mol/L (NH4)2HPO4、5.0 × 10-4mol/L TBAB和2%V/VCH3OH，其流速为1 mL/min。硒标准溶液及样品的进样量均为400 μL，Se(IV)、Se(VI)、SeMet和SeCys2的线性范围分别为0～53.6 μg/L、0～51.9 μg/L、0～49.3 μg/L和0～55.3 μg/L，其检出限分别为0.964、0.802、1.276、1.030 μg/L。

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SPSS 12.0和SigmaPlot 12.5完成。

2 结果

2.1大米总硒及有机硒含量特征

总体上，大米硒的算术均值为28.01±5.69 μg/kg(21.78～41.44 μg/kg)(图1)。这一结果高于其他长寿区谷物中硒的含量(16～20 μg/kg)[23]，略高于全国大米硒的平均水平(25 μg/kg)[15]。根据中国《富硒稻谷》标准(GB/T 22499—2008)，所有样品中仅有1份大米的硒含量(41.44 μg/kg)在40～300 μg/kg之间，属于富硒大米。

除个别大米的有机硒含量较低(13.49 和14.94 μg/kg)外，其他样品的有机硒含量均分布于18.08～29.80 μg/kg范围内(图1)。而且，大米有机硒与总硒含量之间具有显著正相关关系(r=0.64，P<0.01)(表1)。从有机硒占大米总硒的比例来看，其算术平均值为78.67±13.52%(54.05%～96.41%)。可见，大米中的硒绝大部分以有机硒的形式存在。

图1 大米总硒及有机硒含量

2.2 大米谷蛋白硒及其主要硒形态

大米蛋白质平均约占大米总质量的9.44±1.03%(7.68%～11.73%)。其中，大米谷蛋白硒的平均值为11.52±2.11 μg/kg(8.68～15.95 μg/kg)(图2)，它占大米有机硒的比例为53.73±8.27%(42.09%～81.22%)。而且，大米谷蛋白硒与有机硒含量之间具有显著的正相关关系(r=0.775，P<0.01)(表1)。虽然大米蛋白仅占大米总重的10%左右，但是，其中的谷蛋白硒仍是大米有机硒的主要存在形式。

大米谷蛋白酶解后仅有SeMet被检出。如图2所示，SeMet含量的波动范围为4.59～12.31 μg/kg，其平均值为7.56±2.31 μg/kg。同时，SeMet与大米谷蛋白硒含量之间具有显著的正相关关系(r=0.68，P<0.01)(表1)。从SeMet占大米谷蛋白硒含量的比例来看，除个别样品SeMet比例稍低(37.78%)或稍高(分别为90.00%和99.39%)外，其余样品均在49.53%～81.45%范围内变动。由此可知，大米谷蛋白是SeMet的主要来源。

图2 大米谷蛋白硒及SeMet含量

2.3 大米硒的生物可利用度

经胃肠体外模拟后，大米粉消化液中各种形态硒的总量为15.41±3.68 μg/kg(9.95～24.94μg/kg)，占大米总硒的55.58±10.53%(34.81%～71.02%)，即为大米硒的生物利用度。经相关性分析发现，体外模拟消化液中可被人体吸收利用的硒与大米各种硒结合形态特别是有机硒含量之间均呈显著正相关关系(P<0.05)，其相关系数从大到小依次为：有机硒>谷蛋白硒>总硒>SeMet(表1)。

表1 大米生物可利用硒与总硒及不同有机硒组分的相关系数

注：**表示在0.01水平上显著相关；*表示在0.05水平上显著相关。

3 讨论

上述结果表明：大米中有80%左右(78.67±13.52%)的硒以有机形式存在，其中，谷蛋白硒占大米有机硒的一半以上(53.73±8.20%)。这与方建军等[16]和周鑫斌等[17]关于富硒大米中蛋白硒占有机硒比例的研究结果(分别为47.96%和53.40%)基本一致。然而，谷蛋白硒比例与大米有机硒含量则具有明显负相关关系(r=-0.509，P<0.05)。这可能与水稻生长期间土壤-水稻系统无机硒的有机转化效率及大米蛋白对硒的富集能力(蛋白硒/蛋白质比例)等有关。已有研究表明，虽然发芽糙米中的总硒、有机硒和无机硒含量随着浸泡液外源Se(IV)处理浓度的升高均有所增加，但是，无机硒的有机转化率与硒浓度成负相关关系[24]。此外，不同类型的大米蛋白对硒的富集能力也存在较大差异：醇溶蛋白(36.7)>球蛋白(9.3)>白蛋白(3.6)>谷蛋白(3.0)[10]。特别是醇溶蛋白中较多的硫代氨酸基酸使其富集硒的效率(约为70%)明显高于谷蛋白(约为60%)[25]。

生物可利用硒与大米各部分有机硒含量相关性分析发现，虽然它与有机硒、谷蛋白硒、总硒和SeMet均具有显著正相关关系(P<0.05)，但是，大米生物可利用硒与SeMet的相关系数最小，仅为0.55(表1)。这是因为SeMet除来自大米谷蛋白外还有可能来自大米中其他类型的蛋白质。有研究表明，虽然谷蛋白硒是大米蛋白硒最重要的组成部分(57.1%)，但是也存在一定比例的球蛋白(10.7%)、清蛋白(15.5%)、醇溶蛋白(16.7%)硒形式[18]。因此，未来有必要对大米中其他蛋白硒的组成及其代谢硒形态进行深入研究。

虽然长寿区大米的总硒水平并不高(28.01±5.69 μg/kg)，但谷蛋白硒中SeMet的比例(65.63%)明显高于其他学者的研究结果(31.3%[10]和52.3%[19])。SeMet通常占大米总硒的82.0%～96.0%[11,26-27]，它主要通过主动运输方式被机体吸收并参与各种蛋白的构成[28]。更为重要的是，人体对食物中SeMet的生物利用效率要高于其他硒形态[29]，且SeMet对提高机体抗氧化及免疫能力明显高于Se(IV)、Se(VI)等无机硒[28]。例如，与Se(IV)相比，SeMet更能提高奶牛血清中谷光甘肽过氧化物酶和超氧岐化酶的活性[30]和鸡的免疫应答能力[31]。与此同时，SeMet比无机硒[(Se(IV)和Se(VI)]更能缓解重金属镉(Cd)对细胞造成的DNA损伤[32]。因此，当地居民的健康长寿很可能与大米谷蛋白中SeMet比例较高且其生物效应明显有密切的关系。

4 结论

典型长寿区大米中有机硒的比例为78.67%±13.52%，且主要以谷蛋白硒的形式存在(53.73%±8.27%)。虽然大米硒的生物可利用度(55.58%±10.53%)并不算很高，但是，大米谷蛋白中易于被人体吸收利用的SeMet比例相对较高(65.30%±15.54%)，因而，当地居民的健康长寿可能与此有较为密切的关系。此外，鉴于谷蛋白硒仅占大米有机硒的一半左右，未来有必要对其他蛋白硒的代谢产物进行深入研究。