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1、富硒产品的研究进展摘要：硒是人和动物生命的必需微量元素之一，近年来大量研究资料表明，许多疾病与硒有关，因此之故，人们对硒的关注也与日俱增。本文就硒的生物学功能，富硒产品的种类，硒的测定方法，有机硒的形态以及不同形态的有机硒的生物活性做了综述，同时阐述一种利用生物技术酵母富硒，进行富硒的方法，仅供参考。关键词：有机硒，富硒酵母，生物活性1 硒的生物学功能硒是人和动物必须的微量元素之一，国内外大量研究资料显示，硒具有广泛的生物学作用，在预防一些疾病，如克山病，某些癌症以及在延缓衰老方面有着极其重要的作用。1.1硒的分子生物学特性硒在组织液和血液中的存在形式是多种多样的，但是硒在生命体内发挥作用主要
2、还是通过参入到蛋白质中发挥作用，目前所知的硒参入到蛋白中的形式有两种。其中一种是以可离解的因子存在，另一种存在形式是通过与蛋白质的基本组成单位氨基酸的结合。而其中的一种是主要在微生物中发现，第二种则是以哺乳动物中居多。在哺乳动物中存在的硒主要是与两种氨基酸有关，即是：硒半胱氨酸（SeCys）和硒蛋氨酸（SeMet） ，其中硒半胱氨酸主要是存在于动物蛋白质的特殊位点发挥作用，而硒蛋氨酸则是可以作为哺乳动物体内的一种替代氨基酸，代替蛋氨酸发挥生物功能 1。1.2硒的生物学功能1.2.1硒的抗氧化作用硒是机体必需的微量物质,它的最主要的生物学功能是构成谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)的重要成分,从
3、而催化还原型谷胱甘肽(GSH)变成氧化型谷胱甘肽 (GSSG),进而使有毒的过氧化物变为无毒的羟基化物，这样，硒在生物体内就发挥了它的抗氧化作用。H2O2在GSH-Px的催化下被分解成H 2O等无害物质，从而保护细胞及其组织不被过氧化物损伤，硒的这个作用特别是在保护细胞和细胞器的膜如线粒体、微粒体、溶酶体的膜方面起了重要作用，生物体本身就是一个具膜的大系统，生物体内各种膜为生物正常的生命活动提供了基本的场所，而细胞又是组成生物体的基本单位，因此，硒在生物体内保护膜和细胞的作用显得极为重要。硒是以谷胱甘肽过氧化物酶的方式起作用,催化H 2O2分解成 H2O,发挥抗氧化作用,从而保护细胞及组织免于
4、受过氧化物的损害 2。1.2.2硒的免疫功能在非特异性免疫方面，有人研究发现，硒可以影响吞噬细胞的杀菌活力，但是硒的这一作用机理却是仍未发现，有待进一步研究。硒在特异性免疫上的作用主要是通过作用于此薄毒性细胞（Tc）和自然杀伤细胞（NK） ，使得他们的活性得到增强，但是其作用机理仍需进一步研究 3。上述说明，硒在哺乳动物的免疫功能方面也有着一定的作用，这对于我们进一步更好的保护人体健康有着重大意义。1.2.3硒的抗癌作用硒可以降低致癌脂质过氧化物和某些激活癌原的羟化酶活性，降低脂褐素沉积，延缓衰老。皮肤癌病人中，补硒可减少癌症危险性48% 4。1.2.4硒的抗辐射损伤能力研究证明，补硒可以提高
5、小鼠抗紫外线辐射损伤能力，而对于处于放化疗过程中的病人，补硒则可以提高血液中红细胞数量，并促进机体恢复 5。1.2.5硒可以预防心血管疾病低硒会导致末梢组织缺血，硒可以保护血管壁胶原和弹性组织的完整，起到预防心血管疾病作用 6。1.2.6硒的解毒功能硒能与重金属离子结合形成难容复合物，进而再排出体外，从而减轻了当今环境污染给机体带来的伤害 7。1.2.7 硒对农作物的抗逆境作用硒可提高植物的抗氧化能力，提高植物对对病虫害、干旱、寒冷等预防能力 8。大大提高了植物的生存能力。2 有机硒的形态及其生物活性2.1 硒蛋白（1） 谷胱甘肽过氧化物酶系:第一个功能性硒蛋白是胞浆谷胱甘肽过氧化物酶(Cyt
6、osolicGlutathione peroxidase,cGSHPx),它是 Rotruck 于 1973 年发现的。谷胱甘肽过氧化酶可以清除自由基，将氢和脂类的过氧化物还原成水和相应的醇类；保护不同部位特别是细胞膜（含有大量不饱和脂肪）免遭氧化应激损伤，有利于细胞分化，发送信号和炎症前细胞因子的产生。每一个谷胱甘肽过氧化酶分子含有 4 个硒原子。此酶系包括四种不同的 GSHPx,胞浆 GSHPx(cGSHPx)：催化谷胱甘肽(GSH)参与的过氧化反应,清除在细胞呼吸代谢过程中产生的过氧化物和羟自由基,从而减轻细胞膜多不饱和脂肪酸的过氧化作用.血浆 GSHPx(eGSHPx) ：与清除细胞外
7、的过氧化氢或参与谷胱甘肽运输有关 .磷脂过氧化氢 GSHPx(phGSHPx) ： 抑制膜磷脂过氧化 (主要是双亲性物质的过氧化物),而发挥保护生物膜的抗氧化作用.胃肠道专属性 GSHPx(giGSHPx)：在保护哺乳动物免受摄入脂质过氧化物的毒害方面起主要作用.（2） 碘化甲状腺氨酸脱碘酶系(lodothyonine deiodinases?ID):这是已分离到第二大组的硒蛋白, ID 酶系包括三种类型( 、).它可以将无活性的甲状腺氨酸（T4）激活为有活性的甲状腺素(T3),并参与甲状腺激素的调节.甲状腺激素参与调节机体生长发育的方方面面，特别在幼龄动物对抗冷应激和家禽羽毛生长发育有表观的
8、作用；硒蛋白参与甲状腺代谢的观点有助于解释为什么缺硒的动物生长缓慢，生产能力低下。（3） 精子被膜硒蛋白(spermcapsuleselenoprotein):它是硒与动物正常繁殖力有关的蛋白质.硒蛋白是精子被膜的主成分并对其结构功能起重要作用. 由于精子中部含有高浓度的、对氧化作用敏感的长链不饱和脂肪酸，所以精子中部是精子细胞中最易受损的部分。当精子尾部游动，向未受精的卵子前进时，这些脂类使精子中部变得有弹性、灵活。硒的磷脂过氧化氢古胱甘肽过氧化酶（Ph-GSH-Px）,它保护这些脂类免遭氧化作用的损伤。（4）硒蛋白W(SelenoproteinW):与谷胱甘肽相关抗氧化功能有关.硒蛋白W
9、在维护肌肉完整性起重要作用.（5）硒蛋白P(SelenoproteinP):含有 10 个分子硒半胱氨酸 ,是迄今为止发现含最多硒半胱氨酸残基的硒蛋白.具有将硒通过血循环分配到不同组织和器官的转运功能.（6）硫氧还蛋白还原酶(thioredoxinreductase): 硫氧还蛋白还原酶是一系列包含有二硫化物酶的氧化还原剂和转移因子.（7）其他硒蛋白功能不确定硒蛋白的多样性就确定了其生化代谢途径的复杂性.其生理功能则由硒状态的改变而确定.日粮摄入一定量硒所表达的硒蛋白维持着机体的健康,硒不足或缺乏就引起相应硒蛋白调节失控而造成损伤性反应. 日粮中添加适量的硒,有助于改善畜禽的生产性能、降低死亡
10、率,改善繁殖性能,提高畜禽健康水平 9。2.2 硒多糖硒多糖是生物体对无机硒进行生物有机化的形式之一。由于多糖分子的结构特点，有可能与硒结合，含硒多糖在自然界，尤其是在植物中的存在已经得到证实 10。硒多糖不仅能一直 SiO2 对细胞的毒害作用，并且能够抑制人胚肺巨细胞病毒 11。除此以外，它还能有效的提高血液中的硒含量和 GPx 的活性，显著降低脂质过氧化产物丙二醛的含量，增强红细胞抗 H2O2 氧化损伤的能力，具有明显的免疫增强效应。而且研究发现，硒多糖对细胞的辐射遗传损伤有防护效应，并且硒多糖对核酸内切酶活性的影响与 DNA 修复合成的增强作用有关。2.3 硒代氨基酸高等植物中存在的硒氨
11、基酸有 Se-甲基硒蛋氨酸，硒代半胱氨酸，硒蛋氨酸，硒胱氨酸等十余种。其中硒代半胱氨酸，硒代胱氨酸和硒蛋氨酸通常被称为蛋白质氨基酸，实际上他们常以结合态（蛋白质）形式存在。而且硒代氨基酸是人日常膳食中获取硒的主要来源。含硒氨基酸可以通过直接清除超氧阴离子自由基，进而表现出抗氧化能力 12。2.4 硒核酸硒与核酸特别是转移核糖核酸间的关系，是随着人们认识硒蛋白合成的生物化学机理的过程而不断深入的。对于含硒转移核糖核酸的生物功能只进行了初步的研究，发现它是某些氨基酸 tRNA 的含硒同功 RNA。具有结合某些特定氨基酸的生物活性，而且它在调节某些密码子的 mRNA 翻译成蛋白质的效率上具有重要的作
12、用，保证了这些 mRNA 顺利的翻译成蛋白质 13。 3 富硒产品由于硒具有多种的生物学功能，而人们摄入硒的量又普遍较低。所以，富硒产品的开发是至关重要的。目前，市场上出现的富硒产品有富硒药品，富硒保健品和富硒农产品。现在又相继出现了日用品的补硒，例如在生产厨房用品和茶具的过程中添加硒元素。但最主要的仍为富硒保健品和富硒农产品。3.1 富硒酵母通过生物富硒将无机硒转化为有机硒是生产富硒食品的一种安全有效的方法而富硒酵母的生产是迄今最常用、最简便的一种生物富硒途径。富硒酵母一般含硒 5001 500 gg，其中有机硒占 95左右，主要以硒代氨基酸和硒蛋白的形式存在，少部分形成硒多糖和硒 tRNA
13、16。3.3.1 富硒酵母的生产的影响因素培养基中硒的浓度对酵母的生长和对硒的吸收有很大的影响在酵母菌的培养过程中一般都会经历适应期、对数生长期、稳定期和衰亡期四个阶段。由于硒是在酵母生长繁殖的过程中掺入到初级代谢产物中的，因此对数生长期是富集硒元素的最佳时期，而到了稳定期以后，由于培养环境的恶劣，酵母的生长繁殖在这个时候逐渐趋于停止，代谢降低，乙醇等发酵产物开始积累，硒在此时很难再掺入到细胞内。由于酵母细胞在对数期吸收硒的能力显著高于其它生长阶段，故在进入对数生长期前应添加无机硒。但是，浓度过高的无机硒对酵母细胞具有一定毒性，特别是在适应期由于酵母细胞数量少，对外界环境的变化比较敏感，添加的
14、硒量不能太多，因此，硒的添加要以分批添加为宜。而不同的酵母菌种对硒的耐性也定然是不同的，但一般硒的起始添加浓度不宜高于 25g/ml,而在发酵的过程中，则需要适当的增加硒的添加量以获得较好的富硒效果。此外，有条件的实验室也可以选用流加的方式添加硒，让低浓度的无机硒缓慢的流加入发酵液中。有研究表明，在发酵的初期控制硒的浓度在 10gml 水平，在对数生长期来临时硒浓度提高至25gml，不仅能使硒酵母产量提高 152而且还能有效地提高酵母细胞对硒的利用率，减少单质红硒沉淀的形成，使成品酵母有机硒含量达 90以上 17。另外，培养基成分对富硒酵母的生长和富硒也有很大的影响。麦芽汁是酵母菌生长繁殖的理
15、想培养基但麦芽汁的浓度过高会显著影响富硒酵母的得率。因为在含糖量较高的情况下，即使在有氧的条件下培养，酵母的呼吸作用也会被部分抑制，从而促使可发酵性糖发酵生成乙醇(克拉勃脱效应 )18。因此在常规培养时，最好将麦芽汁稀释至糖浓度在4。 Bx 左右，并适当补充氮源以利于蛋白质合成。若要进行高密度酵母培养，则最好用流加培养基的办法进行连续发酵或补料分批发酵。除了麦芽汁培养基外，富硒酵母的培养还可以用合成或者半合成培养基来培养，在硒代氨基酸的合成中，硒相对于硫并没有优势，在配制培养基的过程中，要在保持酵母不受抑制的情况下，要尽量增加硒的浓度，减少硫的浓度，使硒在代谢的过程中具有优势，合成更多的硒代氨
16、基酸。在碳源的选择上，要因地制宜选择一些廉价的糖类，以降低成本。美国 FDA(2007)对饲用富硒酵母是这样定义的：富硒酵母是指通过补料分批发酵方式培养的无活性干酵母在发酵过程中逐渐加入甘蔗糖蜜与亚硒酸盐，以使亚硒酸盐对酵母生长速度的不利效应降到最低，并保证无机硒最佳地结合到酵母细胞的有机质中。残留的无机硒经冲洗去除，使其含量不超过富硒酵母终产品总硒量的 2。此外，在酵母的培养上，由于酵母菌是兼性厌氧微生物，在有氧的条件下进行生长繁殖，因此，为了获得大量的富硒酵母，必须在发酵罐内进行通气。为了获得尽可能多的富硒酵母，需要确定酵母的适宜培养时间，因此，在正式培养前，需要进行酵母的生长曲线的测定。3.3.2 硒在酵母中的存在形式富硒酵母中硒主要是以硒代甲硫氨酸的形式存在，而游离的硒代半胱氨酸很少，这是因为生物体内有一套复杂而精细的调节机制，限制半胱氨酸的过渡积累以免引发 Fenton 反应
