全 文 ：研究简报
收稿日期:2002-02-10;修订日期:2002-05-30
基金项目:上海市博士后科研基金项目
作者简介:李志勇(1969—),男 ,河南省潢川县人;博士 ,副教授;研究方向:海洋生物技术 、功能性食品 ,目前主要从事海洋微生物方面的研
究。 zyli@sjtu.edu.cn
富硒螺旋藻中硒的有机化及其分布特性
李志勇1　龚华斐2
(1.上海交通大学生命科学技术学院 ,上海　200240;2.华东理工大学生物工程学院 ,上海　200237)
BIO-TRANSFORMATION AND DISTRIBUTION OF THE SELENIUM IN
SELENIUM-ENRICHED SPIRULINA
LI Zhi-Yong1 and GONG Hua-Fei2
(1.School of Life Science and Biotechnology , Shanghai Jiaotong University , Shanghai　200240;
2.School of Bioengineering , East China University of Science and Technology , Shanghai　200237)
关键词:硒;螺旋藻;有机化
Key words:Selenium;Spirulina;Bio-transformation
中图分类号:Q949.2　　文献标识码:A　　文章编号:1000-3207(2003)04-0440-003
　　作者已对螺旋藻生物富集硒和铬(Ⅲ)的条件及相关技
术进行了详细研究[ 1 , 2] 。本文重点针对目前富硒产品中最
重要的硒有机化程度与具体分布两个问题进行了研究 , 以期
为有机硒保健产品的开发提供理论基础。
1　材料与方法
1.1　富硒螺旋藻胶囊制备　根据文献方法[ 3] ,在江苏省农
业科学研究院于 1999年 8 月采用 6×20m 的敞开式跑道池
培养钝顶螺旋藻(Spirulina platensis)。藻种由南京永康微藻
有限公司提供。在传统培养液中添加亚硒酸钠生产 , 未添加
的作为参照。喷雾干燥后制成胶囊。
1.2　蛋白质提取　蛋白质总含量用凯氏定氮法测定[ 4] 。采
用0.1mol/L的磷酸缓冲液(PBS , pH=7.0)液氮冻融 、30%—
70%硫酸铵沉淀的方法提取。用 Sephadex G-100(16×50cm)
层析柱以 0.5mL/ s 的流速用 0.1mol/ L PBS(pH=7.0)冼脱得
蛋白质 ,对蒸馏水透析后用聚乙二醇(M r=20000)浓缩 , 冷冻
干燥得到纯化的蛋白质。
1.3　多糖提取　热水抽提2—3 次 , 每次 3h。 Savage法去蛋
白质直到氯仿-丁醇不再沉淀出蛋白为止 , 离心分离得上清
液。用 5 倍体积的工业酒精以及适量的乙酸钠沉淀 24h , 离
心分离 ,用无水乙醇洗涤 , 烘干冷藏。粗样品用 Sephadex G-
50(2.0×92cm)层析柱分离 , 洗脱液为 0.1mol/ L 的 NaCI 溶
液 , 流速为 15mL/ h。
1.4　脂类　用室温下异丙醇浸泡24h , 离心得分离物 , 接着
用 1:1(V/V)的氯仿-异丙醇浸泡 48h , 离心 , 残余物再浸泡
24h ,离心 , 合并得上清液。 60℃下减压浓缩得固体残余物。
在 3.5×15cm 的硅胶柱上先用氯仿把中性脂洗脱下来 ,再用
甲醇洗脱极性脂 , 流速 15mL/h , 然后再减压浓缩得成品[ 5] 。
以上各种成分的分离提取均设三个平行样。
1.5　富硒螺旋藻总硒含量以及蛋白质 、多糖 、脂类中含硒量
的测定　将藻粉或所制得的蛋白质 、多糖 、脂类样品用硝酸 、
高氯酸 60℃加热消化完全 , 再用 15%的盐酸使六价硒完全
还原成四价硒。采用 850 型荧光光度计(上海第三分析仪器
厂)测定硒含量[ 4] 。取三次测定的平均值。
1.6　硒的价态和含量分析　取在65℃下烘干至恒重的富硒
螺旋藻粉 0.5g ,加适量水充分浸取 , 取 20mL 浸取液按照 1.5
方法测定四价硒;同样取上述的浸取液 20mL, 加盐酸至盐酸
浓度为 15%, 在石棉网上加热回流 15min ,冷却后按照 1.5 方
法测定得到四价和六价硒的总量 , 减去四价硒的量即为六价
硒的量。测定总硒 , 减去四价 、六价硒即为有机硒含量。
2　结果与讨论
2.1　蛋白蛋 、多糖 、脂类的分离提取
采用冻融法提取富硒螺旋藻与普通螺旋藻中水溶性蛋
第 27卷　第 4 期 水 生 生 物 学 报 Vol.27 , No .4
2 0 0 3 年 7 月 ACTA HYDROBIOLOGICA SINICA July , 2 0 0 3　
白质 ,提取率基本一样 , 约占藻粉重量的 30%—31%。 研究
证实增加冻融次数有利于提高蛋白质的提取效率。实验还
对比了机械破壁法的提取效果 ,结果比冻融法的平均提取率
约降低 3%—6%。可见冻融法的效果要好于机械破壁法。
富硒螺旋藻与普通螺旋藻中多糖的平均提取率相差不
大 ,基本都在 9%左右。同样条件下富硒螺旋藻的脂类提取
率都较低于普通螺旋藻 ,前者为 11%, 后者为 13%。这可能
是富硒螺旋藻中脂类含量比普通螺旋藻低的缘故 ,这可能是
硒的介入改变了脂类的代谢途径 , 具体机理有待深入研究。
对比实验证实 ,采用的氯仿-异丙醇抽提的方法要优于传统
的仅用氯仿-丁醇的抽提方法 ,平均提取率约增加2%—4%。
2.2　硒的有机化
硒价态分析结果表明 , 富硒螺旋藻中硒主要以有机态
硒以及无机的四价和六价硒的形式存在(表 1), 前者占总硒
的85.13%, 其次为四价硒占 13.7%。由此看出 , 富硒螺旋藻
中硒的有机化程度非常高。根据该结果可以认为培养液里
添加的无机硒在螺旋藻培养过程中大多数实现了生物转化 ,
转化成了有机形式的硒。
表 1　富硒螺旋藻中硒价态分布
Tab.1　The different Se forms in Se-enriched S.platensis
Se content(mg/ kg) Percent(%)
Se(IV) 0.94 13.70
Se(VI) 0.08 1.17
Organic Se 5.84 85.13
2.3　硒的分布特性
经分析富硒螺旋藻与普通螺旋藻中的总硒含量分别为
6.86mg/kg和 0.26mg/ kg ,前者是后者的 26.38倍 ,可见螺旋藻对
硒的吸收效率是比较高的。分别测定 2.1中提取的各有机组分
的硒含量与具体分布情况 ,结果如下。
2.3.1　硒与蛋白质 、多糖 、脂类的结合　由表 2 可知 , 螺旋
藻体内的生物大分子结合硒的能力从大到小依次为脂类 、水
溶性蛋白质 、多糖。但从结合硒的总量的角度 , 根据文献[ 5]
对于钝顶螺旋藻而言 , 水溶性蛋白占总蛋白的比例约为
42.63%。由此可以估算到富硒样品中总蛋白质结合硒的能
力约为 7.25mg/ kg。凯氏定氮法测得富硒螺旋藻样品的总蛋
白质含量约为 560g/ kg ,由此可知 ,总蛋白质结合的硒约占总
表 2　水溶性蛋白质 、多糖 、脂类中的含硒量(mg/ kg)
Tab.2　Se contents in water-soluble proteins , polysaccharide and lipid
Se in water-soluble proteins Se in polysaccharides Se in lipids
Se sample Cont rol Se sample Control Se sample Control
3.09 0.02 1.51 0.00 6.47 0.02
硒的59.18。可见 , 富硒螺旋藻中有机硒主要是以蛋白质结
合的形式存在。其次为脂类-硒和多糖-硒。
2.3.2　硒在水溶性蛋白质 、多糖 、脂类各组分中的具体分布
从螺旋藻中提取的水溶性蛋白经过 Sephadex G-100 柱层析 ,
图 1　蛋白质组分洗脱图
Fig.1　The elution curve of proteins
得到图 1 中从左至右三个组分 A、B 和 C。 根据紫外可见光
谱检测分析 , 组分 A 是叶绿素结合蛋白质 , 组分 B 的特征吸
收峰是藻蓝蛋白质 ,组分 C 是无色蛋白质 , 可能是一些分子
量较小的多肽。这三个组分中的硒含量依次为 5.47mg/ kg ,
2.36mg/ kg 和 1.03mg/ kg。可见蛋白质中硒主要与叶绿素结
合蛋白质结合 ,其次是与藻蓝蛋白小分子量的多肽。
图2 显示螺旋藻多糖主要可分为两部分 , 从左至右为 A
和 B , 硒结合能力分别为 2.60mg/kg 和 3.26mg/ kg。此外 , 一
些单糖和其他小分子糖上也结合有少量的硒。
经过硅胶纯化所取得的中性脂和极性脂的含硒量分别
为9.50mg/kg和 3.45mg/ kg。可以看出 ,极性脂的含硒量远远
超过中性脂。
图 2　多糖组分洗脱图
Fig.2　The elution curve of polysaccharides
4期 李志勇等:富硒螺旋藻中硒的有机化及其分布特性 441　
2.4　硒有机化的可能机制
从富硒螺旋藻含硒量 、价态及其分布特性可知 , 硒主要
和螺旋藻中的蛋白质结合 ,其次为脂类和多糖。通过与这些
或其他生物配体结合 ,总硒的 85.13%实现了生物转化 ,从无
机形式转化成了有机形式。
蛋白质含硒量约占总硒的 59.18%,是硒的主要结合位。
其中硒又主要是与叶绿素结合蛋白结合。在相当多的情况
下 ,硒在植物或微生物中的代谢基本上是沿着硫代谢的途径
进行。硒可以通过取代含硫氨基酸 , 如半胱氨酸的巯基以及
甲硫氨酸中的甲硫基中的硫生成硒代氨基酸 ,从而形成含硒
的多肽和蛋白质。目前硒原子被结合于硒代氨基酸的机理
还不是非常清楚。
螺旋藻含硒多糖主要集中在细胞壁以及其周围 , 可以推
测硒主要通过细胞壁的肽聚糖而被螺旋藻多糖吸收。这可
能是因为细胞壁附近的氧化环境使多糖-金属离子-亚硒酸根
离子容易生成配合物。硒也可能取代多糖结构中的硫 ,以糖
苷键的形式与多糖结合。
基于硒主要与极性脂结合的实验结果 , 由此可认为 , 硒
偏向于以离子的形态与脂类结合。途径可能是通过脂类中
的双键或三键与硒结合。在实验中 , 作者发现富硒螺旋藻的
脂类含量明显低于普通螺旋藻 ,这可能是由于硒的积聚对脂
类的合成产生了轻微抑制的缘故。具体机制需要进一步研
究证实。
致谢:本研究是在上海市科委博士后基金的支持下完成
的 ,特此致谢。感谢江苏省农业科学研究院土肥所常知州副
教授等为富硒螺旋藻样品生产所提供的帮助;同时也感谢华
东理工大学生物工程学院王永红 、李元广 、沈国敏等老师对
实验进行给予的一些建议和实验条件上的帮助。
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