微量活性元素

关于微量活性元素微量元素中的硒、锗和铬与目前严重危害人类健康的肿瘤、心血管疾病和糖尿病等关系极大，是功能性食品的研究热点之一。对它们的深入研究有可能为最终征服一些恶性疾病提供一条新的途径。第2页,共35页，2024年2月25日，星期天第一节硒硒(Selenium)(如亚硒酸钠)是一种人体必需的微量元素，人体含量为0.05-0.2mg/kg；由于硒谷胱甘肽过氧化酶的发现，揭开了硒在生命科学中所起的重要作用，硒成为生命科学中最重要的必需微量元素之一，缺硒会引起一系列的疾病。现阶段的研究集中在硒与癌症的相互关系上，可能会为战胜癌症提供一种新的手段。第3页,共35页，2024年2月25日，星期天一、硒在机体中的吸收与代谢硒主要通过胃肠道进入生物体内，并被肠道吸收。一般硒酸钠、亚硒酸钠等可溶性硒的无机含氧酸盐，以及硒代蛋氨酸、硒代胱氨酸之类硒代氨基酸最易吸收，口服亚硒酸盐和硒代蛋氨酸的肠吸收率约为91-93%和95-97%。被吸收的硒通过与血液蛋白质结合运输到各组织中。进入体内的硒代谢后大部分通过肾脏由尿排出体外，尿硒因此成为衡量机体硒水平高低的一种指标，也有少量的硒通过粪便和汗排出。第4页,共35页，2024年2月25日，星期天二、硒的生理功能1、硒是某些酶的重要组成成分硒是谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）的必需组成因子，每1mol纯酶中约含4mol的硒。GSH-Px是生物体内第一个被公认的含硒酶。在GSH-Px清除活性氧过程中，硒的作用至关重要。磷脂过氧化氢谷胱甘肽过氧化物酶(PHGSH-Px)，是已知存在于生命有机体中第二个含硒酶，是机体内清除活性氧自由基的酶之一。第5页,共35页，2024年2月25日，星期天2、非酶硒化物的清除自由基功能存在于含硒酶中的硒约占人体总硒量的1/3，其余2/3硒的存在形式及生理功能也倍受人们的关注。除多种硒蛋白的生化作用外，部分非酶硒化物也具有清除自由基和抑制生物膜脂质过氧化的作用。硒化合物对脂质过氧自由基(ROO

)有很强的清除能力。有机硒化合物的清除效果优于无机硒化合物。第6页,共35页，2024年2月25日，星期天3、有效地提高机体的免疫力

硒对机体免疫系统也有重要影响，能有效提高机体的免疫水平，原因是：硒能刺激机体产生较高水平的免疫球蛋白M(IgM)和免疫球蛋白G(IgG)，同时能抵消象甲基汞之类抑制剂所引起的免疫抑制。硒能协同巨嗜细胞激活因子激活巨嗜细胞，同时降低对脾淋巴细胞增殖反应的抑制。第7页,共35页，2024年2月25日，星期天4、作为部分重金属元素的天然解毒剂硒能够消除机体内重金属的积累，具有解除重金属中毒的能力。另外硒还能影响肝血红素合成、抑制由硫化物或巯基化合物所引起的线粒体肿胀现象，硒也可以降低黄曲霉毒素的毒性。第8页,共35页，2024年2月25日，星期天

5、硒中毒硒既是一种人体必需微量元素，又是一种高毒性的准金属元素。如：牲畜长期吃富硒地区的牧草，会在机体组织中积累达到中毒的硒含量。生活在这些地区的人们也发现了硒中毒症状。动物硒中毒试验表明，急性、亚急性硒中毒最严重的病变是发生在心肌与肺，同时也影响肾与肝；慢性硒中毒主要引起肝损害，此外还包括贫血和繁殖能力受损害等。第9页,共35页，2024年2月25日，星期天硒的毒性大小随硒化物的种类不同而异。单质硒实际上是无毒的，因为它既不易溶解又不易吸收；亚硒酸钠的毒性略大于硒酸钠，两者对大鼠腹腔注射的最低致死量是3.25-3.5mg/kg和5.5-5.75mg/kg；硒化氢是已知硒化合物中毒性最大的一种，而甲基硒化物毒性较小。通常认为，与氨基酸结合的有机硒的毒性小于无机硒，且机体对它的吸收率高，生理活性高。第10页,共35页，2024年2月25日，星期天部分食物的硒含量单位：mg/kg食物名称含量食物名称含量猪肾脏1.89啤酒酵母1.25黄油1.46圆酵母1.23鱼粉1.93小麦胚1.11龙虾1.04小麦粒0.63虾0.59大麦0.66牡蛎0.65大米0.32第11页,共35页，2024年2月25日，星期天三、作为功能性食品基料的富硒食品由于天然食物中的硒含量普遍较低，而亚硒酸钠之类无机硒因毒性较高只能用于药品而不能用于食品。因此采用人工方法转化无机硒为有机硒，可以提高硒的生理活性与吸收率，同时降低其毒性。目前实际应用的转化方法有微生物合成转化法（如富硒酵母或富硒食用菌）、植物天然合成转化法（如富硒茶叶）和植物种子发芽转化法（如富硒麦芽或富硒豆芽），其中富硒酵母在国外已实现工业化生产并进入实用阶段，在我国也有类似产品问世。第12页,共35页，2024年2月25日，星期天1、富硒酵母生产富硒酵母所用菌种一般是啤酒酵母，使用麦芽汁加亚硒酸钠作培养基，在一定条件下发酵培养30-35小时，然后通过离心法分离出酵母，用水反复冲洗后干燥，粉碎后即得富硒酵母粉。富硒酵母的硒含量可高达1000mg/kg，其有机硒含量占总硒量的95%以上，毒性大大低于亚硒酸钠，对肿瘤的抑制效果较亚硒酸钠显著，在提高机体血硒水平及留存在机体内的数量方面均明显高于亚硒酸钠。第13页,共35页，2024年2月25日，星期天2、富硒食用菌在富含亚硒酸钠的培养基上接种入菌种，所长出的食用菌中硒含量明显增高，以平菇、凤尾菇、金针菇和香菇为对象的试验结果见下表，单位mg/kg培养料中硒浓度平菇凤尾菇香菇金针菇00.250.280.530.101012.517.249.5217.025060.3270.4292.4246.54100108.7---第14页,共35页，2024年2月25日，星期天3、富硒麦芽通过谷物种子发芽法转化无机硒为有机硒，于上述两种方法相比，具有工艺简单、生产稳定、易于操作及成本低廉等优点，也是一种良好的功能性富硒食品基料，可用来生产富硒饼干、面条和面包等一系列食品，应用前景广阔。将小麦或大麦的种子用3倍重量的含200mg/kg亚硒酸钠的水溶液浸泡6-7小时，沥水后发芽至2cm左右，在室温下风干使麦芽枯萎，然后干燥、粉碎即得富硒麦芽制品。富硒麦芽也是一种良好的富硒功能性食品基料。第15页,共35页，2024年2月25日，星期天4、富硒茶叶在种植茶叶的土壤中喷洒一定浓度的含硒水，使土壤的硒含量达到一定浓度，茶树在生长过程中会吸收土壤中的硒并富集于叶子中，经这种加工制得的茶叶就富含硒元素。第16页,共35页，2024年2月25日，星期天第二节锗锗(Germanium)不是人体必需的微量元素，也没发现生物体因缺锗而出现病理变化，因此，在通常情况下并没有补锗的必要。目前发现锗有益的生物效应与其存在形式关系甚大，无机锗似乎并没有显示明显而有效的生理活性，只有部分有机锗才表现出显著又肯定的生理活性。第17页,共35页，2024年2月25日，星期天近年来，日本报道的临床试验结果肯定了有机锗的生理活性与医疗保健价值，并出现多种富含有机锗的功能性食品，有机锗已经引起了食品界、医药界和化学界广泛的重视和兴趣。第18页,共35页，2024年2月25日，星期天一、具有生理活性的有机锗化合物目前研究较多的有机锗化合物包括有机锗倍半氧化物、螺锗及其衍生物、含硫配位的有机锗化合物、四羟基锗及其卤化物、锗氧烷类和三羟基锗乙酸酯等，对前两种的研究最多，其生理活性也最清楚。日本的浅井一彦合成的

-羧乙基锗倍半氧化物(Ge-132)是最为广泛研究的有机锗，是一种免疫刺激剂，有明显的抗肿瘤活性，属于基本无毒的活性物质。第19页,共35页，2024年2月25日，星期天螺锗是N-(3-二甲基胺基丙基)-2-氮杂-8，8-二乙基-8-锗杂螺[4，5]十一烷的简称，具有很好的抗肿瘤活性，对肿瘤的抑制作用较Ge-132明显，但毒性较大，螺锗的毒害作用表现在对淋巴组织、骨髓肝脏、中枢神经系统和血红细胞的毒性效应。含硫配位的有机锗化合物中有一部分属于氨基酸锗，是一种细胞生长促进剂，能控制由寄生虫、细菌和真菌引起的各种疾病。其它还有很多类型的有机锗化合物，大多具有抗肿瘤、消炎、免疫增强和杀菌等生物效应，但因其毒性较大，只能作为医药使用。第20页,共35页，2024年2月25日，星期天二、有机锗化合物与肿瘤的关系有机锗Ge-132和螺锗等具有明显的抗肿瘤活性，在防治肿瘤和辅助放、化疗方面很有潜力，已进入临床试用阶段。Ge-132可使免疫力降低的小鼠的免疫反应正常化，其增强免疫活性的最佳剂量为100mg/kg。Ge-132能刺激机体T淋巴细胞产生淋巴因子，激活自然杀伤细胞活性来发挥对癌细胞的杀伤作用。另有研究表明，螺锗化合物对自身免疫疾病也有潜在的治疗功能。第21页,共35页，2024年2月25日，星期天三、食品中锗的存在锗在天然生物中的存在是比较广泛的，但含量一般都在1mg/kg以下，超过1mg/kg的不多。部分天然食物中的锗含量单位：mg/kg食物名称含量食物名称含量食物名称含量小鱼3.63螃蟹0.62甘蓝0.81金枪鱼2.28肉丝0.75蘑菇1.70海蚌2.03大豆4.67酵母粉1.66大麻哈鱼1.23青椒1.07黑麦粉0.55沙丁鱼0.93芹菜1.03小麦粉0.45第22页,共35页，2024年2月25日，星期天四、富锗食品基料的制备1、富锗酵母与硒一样，通过酵母的生物富集作用可增加天然酵母中的锗含量，所用的菌种以葡萄酒酵母和啤酒酵母为好，在培养基中添加100mg/kg的GeO2或Ge-132，发酵结束后离心分离得到酵母菌体，水冲洗后经干燥粉碎即得富锗酵母粉，其锗含量可达820mk/kg左右，是一种很好的功能性富锗原料。

第23页,共35页，2024年2月25日，星期天2、富锗豆芽

所用豆类可选择绿豆和黄豆，将原料放在3倍重量的、浓度为200-600mg/kg的Ge-132中浸泡24小时，发芽后所得豆芽口味类似于普通豆芽但清香味有所增加，鲜豆芽的含锗量为30-40mg/kg，干豆芽含锗量为200-250mg/kg，粉碎后可作为功能性基料用于面包、饼干等固体食品的加工。第24页,共35页，2024年2月25日，星期天3、富锗鸡蛋将GeO2或Ge-132或氨基酸锗氧化物等配成水溶液加入蛋鸡饲料中，饲料中的锗含量保持在800mg/kg浓度，鸡机体吸收饲料中的锗，经代谢后能富集部分锗于鸡蛋中，产下富锗鸡蛋。将锗加入鹌鹑饲料中也可得到富锗鹌鹑蛋。第25页,共35页，2024年2月25日，星期天4、富锗牛乳乳牛饲料中添加Ge-132250-280mg/kg,7-15d内可得到富锗牛乳，乳中锗含量为0.7-4.2mg/kg锗，是一种良好的富锗原料，可用来加工富锗乳粉、冰淇淋或其它乳制品。第26页,共35页，2024年2月25日，星期天5、富锗蜂蜜将Ge-132配成一定浓度水溶液后与蜂蜜按照1：5-7的比例混合，以此饵料喂养蜜蜂，经生物转化可得天然的高浓度蜂蜜。第27页,共35页，2024年2月25日，星期天第三节铬铬(Chromium)是胰岛素正常工作的辅助因子，是人体和动物必不可少的一种微量元素，参与了机体的糖类代谢与脂肪代谢，缺铬会引起糖尿病与动脉硬化等疾病，白内障、高血脂等也可能与长期缺铬有关。人体对铬的需求量很少，但现代人体内的缺铬现象仍普遍存在，流行病学调查表明，现代人饮食中的铬摄入量常常会低于需求量，缺铬现象普遍存在，特别是糖尿病人及中老年人都需要额外补铬。第28页,共35页，2024年2月25日，星期天铬的原子序数为24，有9种可能的氧化态，有实际意义的仅三种即+2价、+3价和+6价。+3价铬是人体必须的微量元素，可产生一系列化合物，如醋酸盐、柠檬酸盐和氯化物。相对不太稳定的+2价会很快转化成+3价铬，其它几种形式的铬没有生物活性。+6价铬对人体有剧毒，可致肿瘤或致死。第29页,共35页，2024年2月25日，星期天一、铬在机体中的分布与代谢成人机体内+3价铬总量约为5-100mg，广泛分布于各个组织器官和体液中。人体对无机铬的吸收率低于1%，对有机铬的吸收率高，有的可高达10-25%，铬主要由肠道吸收，经肠粘膜进入血液，由运铁蛋白携带送至各组织器官中，最后通过肾脏由尿排出体外，少量的铬会流失在头发、汗水和胆汁中。正常人尿中铬含量低于1微克/公斤。第30页,共35页，2024年2月25日，星期天二、铬的生物功能

1、铬是葡萄糖耐量因子（GTF）的组成成分葡萄糖耐量是指经口摄入或注射葡萄糖使血糖水平升高后，机体细胞从血液中带走糖，使得血糖浓度降回原来正常水平的速度。葡萄糖耐量因子可认为是一种类激素，能促进升高的血糖恢复正常值，目前尚未搞清GTF的结构，但已知是一种低分子的含铬配位物，由铬和尼克酸组成，其生理活性与铬含量有平行关系。

第31页,共35页，2024年2月25日，星期天2、铬对糖类代谢的影响+3价铬参与体内的糖类代谢，是维持