硒在大米中的组学解析及其功能调控

硒（Se）是人体生长代谢必需的天然微量元素，对其开展研究至今已有200多年历史，已被证实在抗氧化、增强免疫力、抗病毒等多方面发挥着重要的生理学功能。近20年来，研究者经实践研究证实每日适量补硒能够预防多种疾病，科学补硒刻不容缓。水稻是我国最主要的粮食作物之一，其可作为硒的生物强化载体，为居民日常摄入硒提供有效的膳食途径。在当前健康精准营养调控的大背景下，食用以富硒大米为典型代表的天然富硒谷类食品日渐流行，富硒产品的功能挖掘和开发利用已成为功能食品创新和分子营养研究领域的前沿热点。 
富硒大米的研究始于20世纪90年代，到2005年取得了阶段性进展。近二十年来，随着蛋白质组学、肽组学等技术的快速发展，富硒大米除其基础营养价值外的多种健康益处和研究潜质逐渐被发现，人们对富硒大米蛋白和富硒大米肽的合成、吸收和代谢机制以及生理活性的研究也逐步展开。 
《硒在大米中的组学解析及其功能调控》是一本聚焦学科前沿的学术著作，聚焦于作者二十年来本、硕、博体系化的研究成果，以及本课题组成员近年来在富硒大米研究领域的科研成果，就富硒大米营养品质及其不同酶解产物的功能活性给读者以全面、科学的介绍。本书在介绍硒元素研究历史、营养价值与富硒产品开发现状的前提下，对水稻生物强化富硒技术及富硒大米中硒化合物的金属组学进行评价解析，对富硒大米含硒蛋白的提取鉴定及生物有效性进行充分评价。同时，本书详细阐述了富硒大米含硒蛋白酶解物和含硒肽在免疫调节、抗氧化、神经保护等方面的功能活性及其调控机制，并对大米硒肽的功能活性保护方法加以总结，旨在帮助读者系统了解富硒大米及其有效成分的营养效应。基于课题组成员前期实践的理论结晶，本书将为富硒产品中含硒功能因子的挖掘与活性研究提供可靠的理论依据，进一步加快新型富硒食品的设计研发，大力推动基础研究成果逐步走向应用，满足广大居民的膳食需求，具有重要的科学价值和实际意义。 
本书可供从事功能食品、生物技术、食品安全、食品营养等相关领域生产、科学研究、产品开发的工程师和技术人员阅读和参考。 

本书详细阐述了富硒大米含硒蛋白酶解物和含硒肽在免疫调节、抗氧化、神经保护等方面的功能活性及其调控机制，并对大米硒肽的功能活性保护方法加以总结，旨在帮助读者系统了解富硒大米及其有效成分的营养效应。本书将为富硒产品中含硒功能因子的挖掘与活性研究提供可靠的理论依据，进一步加快新型富硒食品的设计研发，大力推动基础研究成果逐步走向应用，满足广大居民的膳食需求，具有十分重大的科学价值和实际意义。本书可供从事功能食品、生物技术、食品安全、食品营养等相关领域生产、科学研究、产品开发的工程师和技术人员阅读和参考。

方勇，南京财经大学食品学院院长，教授，主要研究方向为粮油安全控制技术与标准、硒的营养与功能、谷物品质评价及其高值化利用。任中国粮油学会质检分会常务理事、中国食品科学技术学会全谷物分会常务理事、国家稻米精深加工产业技术创新战略联盟理事、中国富硒农业产业技术创新联盟专家委员会委员。任《eFood》联合主编、《Food Frontiers》副主编、《食品科学》和《未来食品科学》（青年）编委。近年来，主持（完成）“十四五”国家重点研发计划项目1项、国家自然科学基金3项、“十三五”国家重点研发计划子课题2项、农业部公益性行业专项课题、国家农产品质量安全风险评估重大专项课题、国家粮食行业标准2项、国家标准物质研制项目2项等项目。发表学术论文150余篇，其中Compr. Rev. Food Sci. F.、Ultrason. Sonochem.、J. Agric. Food Chem.等SCI论文80余篇（其中2篇TOP 1%高被引论文，2篇封面论文），获国家发明专利授权22项。获得科技进步二等奖，获得江苏省教学成果一等奖等省部级奖励4项。参与制定国家标准《发芽糙米》等5部。入选青年人才、全国粮食行业青年拔尖人才、江苏现代农业产业体系水稻贮藏与加工岗位专家、江苏省“青蓝工程”优秀教学团队带头人、中青年学术带头人、江苏省“333”高层次人才、江苏省青年五四奖章提名奖等多项国家或省级人才计划奖励。

第1章  硒的营养与富硒产品 1 
1.1  硒的概述 1 
1.1.1  硒的研究发展史 1 
1.1.2  硒的存在形式与分布 1 
1.2  硒的金属组学研究进展 2 
1.2.1  金属组学 2 
1.2.2  金属组学的研究方向、内容与方法 3 
1.2.3  硒的形态研究 4 
1.3  硒形态解析方法 9 
1.3.1  样品前处理技术—硒的形态提取 9 
1.3.2  硒形态的联用检测器技术 11 
1.3.3  硒形态的联用分离技术 13 
1.3.4  分子质谱在硒形态结构鉴定方面的研究 19 
1.4  硒的营养与生理功能 20 
1.4.1  抗氧化作用 20 
1.4.2  免疫作用 21 
1.4.3  防癌抗癌作用 21 
1.4.4  与重金属拮抗作用 21 
1.4.5  预防心脑血管疾病 22 
1.4.6  预防糖尿病 22 
1.5  富硒产品的现状与开发前景 22 
参考文献 23 

第2章  富硒水稻的生物强化与大米硒组学分析 29 
2.1  不同产区大米硒水平分析 30 
2.1.1  检测方法的回收率、检出限和准确性 31 
2.1.2  全国水稻产区大米硒含量分析 31 
2.1.3  大米产区居民硒的膳食营养评价 32 
2.1.4  全国部分水稻产区不同品种大米硒的含量分析 33 
2.2  外源硒在水稻中的分布规律及对大米品质的影响 35 
2.2.1  外源硒对水稻籽粒吸收硒的影响 35 
2.2.2  硒在水稻籽粒中的积累与分布 36 
2.2.3  外源硒对水稻产量和籽粒品质的影响 36 
2.3  富硒大米中硒化合物的金属组学分析 37 
2.3.1  硒形态提取方法的筛选 37 
2.3.2  IP-RP-HPLC联用ICPMS的色谱条件优化 38 
2.3.3  SeOMet的合成与鉴定 42 
2.3.4  RP-HPLC-ICPMS定量分析方法的质量控制 43 
2.3.5  SAX-HPLC联用ICPMS的色谱条件优化 45 
2.3.6  富硒大米与普通大米中硒的化合物鉴定 46 
2.3.7  硒在水稻叶面向籽粒中吸收、转运及代谢的可能途径 49 
2.4  富硒大米含硒蛋白提取方法的优化 50 
2.4.1  硒在富硒大米中的分布 52 
2.4.2  等电点沉淀蛋白的pH值筛选 53 
2.4.3  富硒大米含硒蛋白提取工艺单因素实验 54 
2.4.4  富硒大米含硒蛋白提取工艺正交实验 57 
2.5  富硒大米含硒蛋白的鉴定及体外生物有效性 58 
2.5.1  富硒大米含硒蛋白体外生物有效性 61 
2.5.2  富硒大米中含硒蛋白的分布 63 
2.5.3  富硒大米四类蛋白质中含硒蛋白的分子量 64 
2.6  含硒蛋白营养复配研究 69 
2.6.1  富硒米糠蛋白质与硒含量 70 
2.6.2  米糠含硒蛋白的提取 71 
2.6.3  复配蛋白硒含量及蛋白质纯度 72 
2.6.4  复配蛋白氨基酸组成 73 
2.6.5  复配蛋白质营养价值评价 74 
2.7  小结 75 
参考文献 76 

第3章  富硒大米含硒蛋白酶解物的免疫调节功能 79 
3.1  酶解方法的优化 79 
3.1.1  酶的选择 80 
3.1.2  酶解单因素选择 81 
3.1.3  酶解正交试验 86 
3.1.4  最佳条件酶解产物还原能力 88 
3.2  含硒蛋白酶解液中痕量硒的检测方法 89 
3.2.1  样品前处理 89 
3.2.2  硒测定 91 
3.2.3  质谱干扰的消除 91 
3.2.4  标准曲线与相关系数 92 
3.2.5  方法的检出限与准确度 92 
3.2.6  方法的加标回收率和精密度 93 
3.2.7  直接进样ICPMS法的应用 93 
3.3  含硒蛋白酶解液的抗氧化活性与免疫活性的相关性 96 
3.3.1  抗氧化活性 96 
3.3.2  免疫活性 100 
3.3.3  硒含量和体外细胞抗氧化活性、免疫活性的关系 102 
3.3.4  酶解物体外细胞抗氧化活性和免疫活性的关系 104 
3.4  免疫活性硒肽的分离纯化方法 104 
3.4.1  不同酶解产物的水解度和硒含量差别 105 
3.4.2  免疫活性筛选细胞模型的建立 106 
3.4.3  基于免疫活性对蛋白酶的筛选 108 
3.4.4  含硒肽的凝胶色谱分离纯化 111 
3.5  免疫活性硒肽的结构鉴定 113 
3.5.1  不同组分硒肽的体外免疫活性研究 113 
3.5.2  硒肽的一级结构鉴定 115 
3.5.3  高置信度硒肽质谱图分析 118 
3.6  小结 119 
参考文献 120 

第4章  大米硒肽缓解铅损伤作用及其调控机制 123 
4.1  铅损伤模型的建立 123 
4.1.1  细胞株型与铅浓度选择 123 
4.1.2  作用时间及时间点选择 124 
4.2  大米硒肽对铅损伤细胞的影响 125 
4.2.1  硒肽对铅损伤细胞活力的影响 125 
4.2.2  硒肽对铅损伤细胞氧化应激水平的影响 126 
4.2.3  硒肽对铅损伤细胞膜的影响 128 
4.2.4  硒肽对铅损伤细胞抗氧化防御能力的影响 130 
4.3  大米硒肽缓解铅损伤机制 132 
4.3.1  硒肽对铅损伤细胞凋亡形态的影响 133 
4.3.2  硒肽对铅损伤细胞MMP的影响 134 
4.3.3  硒肽对铅损伤细胞Caspases活性的影响 135 
4.3.4  硒肽对铅损伤细胞Bax、Bcl-2、Cyt C蛋白质表达的影响 136 
4.4  硒肽TSeMMM和SeMDPGQQ对神经细胞氧化毒性的保护作用 137 
4.4.1  硒肽对Pb2 诱导HT22细胞氧化毒性的保护作用 138 
4.4.2  TSeMMM和SeMDPGQQ对Pb2 损伤大鼠胚胎原代皮层神经细胞转录组的影响 146 
4.5  硒肽TSeMMM和SeMDPGQQ对铅致毒斑马鱼的影响 154 
4.5.1  Pb2 浓度及培养时间对斑马鱼幼鱼的影响 154 
4.5.2  硒肽浓度对Pb2 诱导斑马鱼运动轨迹的影响 155 
4.5.3  硒肽对Pb2 诱导斑马鱼体内Se、Pb2 含量的影响 156 
4.5.4  硒肽对Pb2 诱导斑马鱼Nrf2-ARE信号通路的影响 157 
4.5.5  硒肽对斑马鱼幼鱼体内Atp6v0e1与miR-107-3p基因表达的影响 159 
4.6  小结 160 
参考文献 161 

第5章  大米硒肽的活性保护与生物活性功能调控 163 
5.1  纳米颗粒包埋作用研究进展 163 
5.2  溶菌酶/黄原胶纳米颗粒的制备与表征 164 
5.2.1  pH对Ly/XG复合物溶液浊度的影响 164 
5.2.2  不同处理方式对纳米颗粒粒径的影响 165 
5.2.3  纳米颗粒制备条件的优化结果 166 
5.2.4  微观形貌表征 168 
5.2.5  纳米颗粒的元素组成 168 
5.2.6  热处理对纳米颗粒特征官能团的影响 169 
5.2.7  热处理对蛋白质二级结构的影响 170 
5.2.8  热处理对蛋白质内源荧光和表面疏水性的影响 171 
5.3  玉米醇溶蛋白/阿拉伯胶纳米颗粒的制备与表征 172 
5.3.1  样品溶液的制备 172 
5.3.2  纳米颗粒制备条件的优化 173 
5.3.3  不同浓度下zein/GA的粒径和分散指数 173 
5.4  不同纳米颗粒对大米硒肽TSeMMM和SeMDPGQQ的包埋作用 174 
5.4.1  溶菌酶/黄原胶纳米颗粒对大米硒肽TSeMMM和SeMDPGQQ的包埋作用 174 
5.4.2  玉米醇溶蛋白/阿拉伯胶纳米颗粒对大米硒肽TSeMMM的包埋作用 181 
5.5  包埋作用对硒肽吸收特性及其免疫调节作用的影响 186 
5.5.1  溶菌酶/黄原胶纳米颗粒对硒肽的体外释放和细胞转运研究 186 
5.5.2  zein@T/GA纳米颗粒的体内体外释放效果及体内生物利用度研究 194 
5.5.3  zein@T/GA纳米颗粒对免疫低下小鼠的免疫调节作用 199 
5.6  小结 205 
参考文献 207 

本书详细阐述了富硒大米含硒蛋白酶解物和含硒肽在免疫调节、抗氧化、神经保护等方面的功能活性及其调控机制，并对大米硒肽的功能活性保护方法加以总结，旨在帮助读者系统了解富硒大米及其有效成分的营养效应。本书将为富硒产品中含硒功能因子的挖掘与活性研究提供可靠的理论依据，进一步加快新型富硒食品的设计研发，大力推动基础研究成果逐步走向应用，满足广大居民的膳食需求，具有十分重大的科学价值和实际意义。本书可供从事功能食品、生物技术、食品安全、食品营养等相关领域生产、科学研究、产品开发的工程师和技术人员阅读和参考。

方勇，南京财经大学食品学院院长，教授，主要研究方向为粮油安全控制技术与标准、硒的营养与功能、谷物品质评价及其高值化利用。任中国粮油学会质检分会常务理事、中国食品科学技术学会全谷物分会常务理事、国家稻米精深加工产业技术创新战略联盟理事、中国富硒农业产业技术创新联盟专家委员会委员。任《eFood》联合主编、《Food Frontiers》副主编、《食品科学》和《未来食品科学》（青年）编委。近年来，主持（完成）“十四五”国家重点研发计划项目1项、国家自然科学基金3项、“十三五”国家重点研发计划子课题2项、农业部公益性行业专项课题、国家农产品质量安全风险评估重大专项课题、国家粮食行业标准2项、国家标准物质研制项目2项等项目。发表学术论文150余篇，其中Compr. Rev. Food Sci. F.、Ultrason. Sonochem.、J. Agric. Food Chem.等SCI论文80余篇（其中2篇TOP 1%高被引论文，2篇封面论文），获国家发明专利授权22项。获得科技进步二等奖，获得江苏省教学成果一等奖等省部级奖励4项。参与制定国家标准《发芽糙米》等5部。入选青年人才、全国粮食行业青年拔尖人才、江苏现代农业产业体系水稻贮藏与加工岗位专家、江苏省“青蓝工程”优秀教学团队带头人、中青年学术带头人、江苏省“333”高层次人才、江苏省青年五四奖章提名奖等多项国家或省级人才计划奖励。