文/潘蕓蕓 姜竹茂 艾春梅 王 恒
(煙臺(tái)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院)
硒元素(Se)位于元素周期表第四周期VIA族,是人體必需微量元素之一,具有抗癌、延緩衰老、增強(qiáng)機(jī)體免疫力的作用。人類對(duì)硒已有200多年的研究歷史,對(duì)其的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值、生理功能有了深入的了解[1]。全球有40 多個(gè)國家和地方缺硒[2],我國是缺硒大國,硒的分布也極其不平衡,有2/3的土地缺硒。研究證明,缺硒可引起人類患克山病、大骨關(guān)節(jié)病,導(dǎo)致牲畜患白肌病[3]。世界衛(wèi)生組織要求,膳食中硒的每日最低攝入量為40 μg/天,每日推薦營(yíng)養(yǎng)補(bǔ)充量為50~250 μg/天[4]。當(dāng)前,我國鼓勵(lì)發(fā)展富硒產(chǎn)業(yè),生產(chǎn)富硒產(chǎn)品,現(xiàn)有的富硒產(chǎn)品涉及谷物、茶葉、畜產(chǎn)品、水果等,但還未見富硒乳制品產(chǎn)品。市場(chǎng)上現(xiàn)有乳制品中硒含量較低,平均硒含量?jī)H為0.0055 μg/g[5],無法滿足人體需求。乳制品因其豐富的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值而深受消費(fèi)者喜愛,因此,富硒乳制品會(huì)是一條較好的補(bǔ)硒途徑。
硒在機(jī)體內(nèi)以有機(jī)硒和無機(jī)硒2 種形式存在。無機(jī)硒一般是指亞硒酸鈉和硒酸鈉;有機(jī)硒一般通過生物轉(zhuǎn)化使硒與生物體內(nèi)的有機(jī)物質(zhì)結(jié)合而成,以硒蛋白質(zhì)(功能蛋白質(zhì)及酶類)、硒多糖、硒核酸等形式存在[6]。這2 種形式的硒都可被人體吸收、利用,但有機(jī)硒在人體的吸收、利用率比無機(jī)硒大得多,可在機(jī)體組織中貯存,而無機(jī)硒大多被人體直接代謝、消耗,對(duì)人體有一定毒害作用[7]。硒蛋白質(zhì)是有機(jī)硒在人體吸收、利用的主要形式,目前在人體或動(dòng)物體內(nèi)已發(fā)現(xiàn)有25 種硒蛋白質(zhì),各自發(fā)揮著不同作用[8]。
硒是谷胱甘肽過氧化酶(GSH-Px)活性部位必不可少的輔助因子,在人體內(nèi)會(huì)以硒蛋白質(zhì)的形式參與特定酶的代謝活動(dòng)。因此,硒的缺乏會(huì)影響酶的合成,使酶活性降低,影響人體正常生理功能,特別是氧化還原反應(yīng)、甲狀腺激素合成代謝和免疫功能等[9]。
1.2.1 硒的抗氧化作用
硒的抗氧化作用主要體現(xiàn)在對(duì)活性氧自由基及其衍生物的抗氧化。GSH-Px和磷脂氫谷胱甘肽過氧化物酶(PHG-PX2)是生物體內(nèi)的2 種含硒酶[10]。缺硒會(huì)引起GSHPX活性的改變,導(dǎo)致功能失調(diào)和疾病的發(fā)生。血液攜氧能力也和硒含量密切相關(guān),當(dāng)血液中硒濃度降低時(shí),血紅蛋白易被氧化,攜氧能力降低;硒濃度升高時(shí),血紅蛋白不易被氧化,攜氧能力提高。
1.2.2 硒與甲狀腺激素合成代謝關(guān)系
硒在甲狀腺激素的合成和功能中發(fā)揮十分重要的作用。Kucharzewski等[11]研究了不同類型甲狀腺疾病患者血液中硒濃度的差異,發(fā)現(xiàn)甲狀腺癌患者中平均硒含量較低。Rasmussen等[12]研究了麥丹輕度缺碘地區(qū)血清硒濃度與甲狀腺體積的關(guān)系,結(jié)果表明血清硒濃度與甲狀腺水平呈負(fù)相關(guān),低硒增加了甲狀腺腫大的風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)發(fā)現(xiàn),各種甲狀腺疾病患者全血中硒濃度與健康人相比較低,而適量補(bǔ)硒能促進(jìn)甲狀腺功能的恢復(fù)[13]。
1.2.3 缺硒性地方病
地方性人群缺硒是指某地區(qū)人群硒水平普遍低于正常水平,長(zhǎng)期硒攝入不足影響了機(jī)體正常的生理功能,造成了疾病的發(fā)生??松讲≈饕植荚诤邶埥?、云南等[14]地區(qū),楊光圻等[15]于1973年第一次提出克山病與硒含量過低有關(guān),研究表明,適量補(bǔ)硒可預(yù)防克山病的發(fā)生。大骨節(jié)病是以關(guān)節(jié)軟骨變性、壞死為主的一種慢性地方性疾病,我國部分地區(qū)仍存在此類疾病,硒水平較低是大骨節(jié)病的共有特征,適量補(bǔ)硒可緩解病癥[16]。
目前,研究人員多采用在飼料中添加有機(jī)硒的方法來生產(chǎn)富硒鮮奶。與無機(jī)硒相比,有機(jī)硒更能提高牛乳中硒的含量。日糧中添加有機(jī)硒,可使乳硒含量提高4~5倍。
呂戰(zhàn)偉[17]研究了日糧中添加不同水平的亞硒酸鈉和酵母硒對(duì)奶牛生產(chǎn)性能及乳硒含量的影響,結(jié)果表明,不同水平的亞硒酸鈉和酵母硒對(duì)乳成分的影響不顯著,乳硒含量隨著酵母硒添加量的增加而上升,其中15 mg/天和20 mg/天的酵母硒添加效果較好,而亞硒酸鈉對(duì)乳硒含量的影響不明顯。Karkoodi等[18]研究表明,奶牛飼料中添加有機(jī)硒的螯合物可顯著提高其乳脂率和乳蛋白質(zhì)率。韓吉雨等[19]以72 頭荷斯坦牛為研究對(duì)象,研究亞硒酸鈉和阿富硒對(duì)奶牛乳硒含量和生產(chǎn)性能的影響,結(jié)果表明,亞硒酸鈉組與對(duì)照組之間差異不顯著,但添加阿富硒處理組均能提高乳硒含量,其中添加濃度為12 g/天·頭阿富硒可使乳硒含量達(dá)到65.5 μg/kg。目前,已證實(shí)有機(jī)硒對(duì)奶牛的生產(chǎn)性能影響高于無機(jī)硒,但關(guān)于有機(jī)硒的最佳添加量、有機(jī)硒種類的選擇,值得更深一步的研究。
目前,富硒純牛奶的研發(fā)主要有2 種方式:一是動(dòng)物轉(zhuǎn)化法;二是直接添加法。動(dòng)物轉(zhuǎn)化法是指用富含硒元素的飼料喂養(yǎng)奶牛,使其分泌出的乳汁富含硒元素。這種方法優(yōu)點(diǎn)在于硒元素來源綠色、安全,但缺點(diǎn)是操作繁瑣、復(fù)雜。直接添加法是指在乳制品生產(chǎn)中,直接添加富硒酵母等優(yōu)質(zhì)硒源。該方法工藝簡(jiǎn)單,更利于企業(yè)生產(chǎn),但對(duì)富硒酵母的添加量有一定限制,我國規(guī)定飲料中硒添加量為30 μg/10 mL[20]。
莊安寧等[21]通過在奶牛日糧中添加富硒酵母,利用原子熒光分析法測(cè)定牛奶中硒的含量,使牛奶中硒含量提高到97.73 g/L。張祥明等[22]研究富硒紫云英對(duì)奶牛乳硒含量及產(chǎn)奶量、乳脂、乳蛋白質(zhì)等的影響,結(jié)果表明,紫云英能促進(jìn)奶牛對(duì)硒的吸收,富硒紫云英效果最好,但對(duì)乳脂、乳蛋白質(zhì)和乳中K+、Na+含量沒有顯著的影響,而對(duì)乳中Ca2+、Mg2+含量影響較大。同時(shí),富硒紫云英可大大提高奶牛的產(chǎn)奶量。Csapó.J等[23]以硒元素添加量2 mg/天的飼料喂養(yǎng)奶牛,得到53 μg/kg的富硒牛奶。奶牛日糧中硒源種類很多,而不同硒源的生物利用率不盡相同,最后牛奶中的硒含量存在差異,需深入研究奶牛對(duì)不同硒源的最大耐受量。同時(shí),牛奶生產(chǎn)工藝條件是否對(duì)硒元素造成影響,也需要進(jìn)一步的研究。
酸奶具有獨(dú)特的風(fēng)味和豐富的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值,現(xiàn)已逐漸成為人們必需的日常生活食品。微生物具有富集微量元素的功能,能將無機(jī)硒轉(zhuǎn)化為有機(jī)硒。富硒菌種的篩選一直是研發(fā)人員關(guān)注的重點(diǎn)。現(xiàn)已有報(bào)道證明,乳酸菌具有一定的富硒能力[24,25],可將亞硒酸鈉轉(zhuǎn)化為利用率高的有機(jī)硒。易鑫等[26]以不同濃度的亞硒酸鈉作用于5 種乳酸菌,篩選出一株富硒優(yōu)勢(shì)乳酸菌——植物乳桿菌,確定了植物乳桿菌最佳的富硒條件為NaCl濃度2%,亞硒酸鈉濃度16 μg/mL,接種量3%,最終富硒率為84.26%。鄧宇[27]從開菲爾顆粒中篩選出一株富硒優(yōu)勢(shì)菌種——短乳桿菌,將其應(yīng)用于富硒酸奶的制備,并在添加富硒短乳桿菌生產(chǎn)的富硒酸奶中觀察到了單質(zhì)硒。張蓉等[28]以復(fù)原乳為原料,以富硒青春雙歧桿菌和干酪乳桿菌為發(fā)酵劑,制備了一種新型富硒保健酸奶,其有機(jī)硒質(zhì)量比為29.2 μg/kg,貯藏期間有機(jī)硒含量相對(duì)穩(wěn)定。張海濤等[29]將長(zhǎng)雙歧桿菌和嗜酸乳桿菌作為發(fā)酵菌種,以菌體中含硒量為指標(biāo),通過單因素及正交試驗(yàn)確定了富硒羊酸奶的主要發(fā)酵劑生產(chǎn)工藝,最終得到酸奶發(fā)酵劑中硒含量約為33.46 μg/kg。Liu等[30]采用在飼料中添加硒元素的方式生產(chǎn)富硒牛奶和奶酪,研究發(fā)現(xiàn),牛奶中的硒元素主要集中在酪蛋白質(zhì)和乳清蛋白質(zhì)中,富硒奶酪中硒含量比牛奶高出4 倍;與不含硒奶酪相比,富硒奶酪的可融性、流動(dòng)性、延展性更好。
除了利用微生物的富集功能生產(chǎn)富硒酸奶外,在生產(chǎn)過程中添加其他富硒物質(zhì)也是生產(chǎn)富硒酸奶的一種方法。謝海軍等[31]在原料乳中添加從富硒平菇中提取的硒蛋白質(zhì)制備富硒酸奶,硒蛋白質(zhì)添加量4%,發(fā)酵時(shí)間6 h時(shí)制備的硒蛋白質(zhì)酸奶感官品質(zhì)最好,冷藏期間其保水性顯著高于對(duì)照組。朱海敏等[32]將富硒茶葉中的硒元素精提取出來,得到富硒茶葉精提組分,再將其與牛奶進(jìn)行混合,經(jīng)保加利亞乳桿菌和嗜熱乳鏈球菌發(fā)酵,制備一種新型富硒茶酸奶。祁新華等[33]以羊奶粉、小麥胚芽粉為原料,添加富硒酵母,通過嗜酸乳桿菌和副干酪乳桿菌發(fā)酵,制備了一種新型富硒發(fā)酵羊乳飲料,其硒含量為145 μg/kg。目前,微生物的富硒功能受到多方面因素的影響,如亞硒酸鈉添加量、發(fā)酵時(shí)間長(zhǎng)短。研發(fā)篩選出更適合富硒的微生物菌株,確定其對(duì)亞硒酸鈉的耐受程度及與其他菌株之間的關(guān)系是值得深入研究的問題。
我國鼓勵(lì)發(fā)展富硒產(chǎn)業(yè),目前我國富硒農(nóng)業(yè)的產(chǎn)值已經(jīng)超過1 000億元,未來5 年可能突破萬億元。富硒產(chǎn)業(yè)得到各級(jí)重視,越來越多的富硒產(chǎn)品進(jìn)入大眾的生活中[34]。市場(chǎng)上乳制品種類也在不斷創(chuàng)新發(fā)展中,芝士酸奶、益生菌乳品的出現(xiàn)為乳制品市場(chǎng)注入了新的活力。目前富硒牛奶已實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn),市場(chǎng)上也出現(xiàn)了相關(guān)產(chǎn)品,如“蒙貝利”系列富硒純牛奶、“百菲酪”富硒水牛純奶,但富硒酸奶、富硒奶酪等乳制品還未有大規(guī)模生產(chǎn),無法滿足消費(fèi)者多樣化的需求。因此需要對(duì)富硒乳制品進(jìn)行進(jìn)一步的研發(fā),填補(bǔ)市場(chǎng)空白,其應(yīng)用前景廣泛。
富硒食品是功能性食品研發(fā)的熱點(diǎn)領(lǐng)域之一,適量的補(bǔ)硒對(duì)人體有益無害。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,人們?cè)絹碓街匾暿称返臓I(yíng)養(yǎng)健康。乳制品逐漸成為人們?nèi)粘I钪械谋匦杵分?,將硒元素與牛奶結(jié)合,生產(chǎn)出一系列富硒乳制品,不僅滿足了消費(fèi)者的需求,更是一條良好的補(bǔ)硒途徑。國內(nèi)外學(xué)者對(duì)硒的功能性、形態(tài)分布、富硒微生物等方面進(jìn)行了深入的研究,但將硒元素用于食品加工,還需要進(jìn)一步研究在加工過程的硒狀態(tài)、穩(wěn)態(tài)等問題,從而為富硒乳制品的開發(fā)提供更大的可能。