农产品中硒元素的提取和形态分析进展_李胜生.pdf

第 32 卷，第3 期2023 年3 月化学分析计量CHEMICAL ANALYSIS AND METERAGEVol.32,No.3Mar.2023农产品中硒元素的提取和形态分析进展李胜生，林庆文，陈波，邢应香（安徽省地质实验研究所，合肥230001）摘要综述了农产品中硒元素形态组分的提取、分离富集以及检测技术的进展。样品前处理提取的方法主要采取水、稀酸等介质提取无机硒，使用有机试剂等介质以及酶法的提取，能较好的提取各种形态有机硒。分离富集技术主要集中在共沉淀法、离子交换法、气相色谱、液相色谱、毛细管电泳等手段。关于硒元素各种形态的检测联用是未来发展的趋势，目前研究主要集中在高效液相色谱-电感耦合等离子体质谱联用技术、高效液相色谱-氢化物发生-原子荧光联用技术、毛细管电泳-电感耦合等离子体质谱联用技术等方面。最后对农产品中硒元素的提取方法及形态分析的发展趋势进行了总结和展望。关键词农产品；硒元素；提取方法；形态分析中图分类号：O657.7 文献标识码：A 文章编号：1008-6145(2023)03-0104-05Progress in extraction and speciation analysis of selenium in agricultural productsLI Shengsheng,LIN Qingwen,CHEN Bo,XING Yingxiang(Institute of Geological Experiment of Anhui Province,Hefei230001)Abstract The progress of extraction,separation,enrichment and detection technology of selenium in agricultural products was reviewed.The method of pretreatment and extraction mainly adopted water,dilute acid and other media to extract inorganic selenium.The use of organic reagents and other media and enzymatic extraction could better extract various forms of organic selenium.The separation and enrichment technologies mainly focused on the methods of coprecipitation,ion exchange,gas chromatography,liquid chromatography,capillary electrophoresis,etc.The detection and combination of various forms of selenium was the trend of development in the future.At present,the research mainly focuses on high performance liquid chromatography-inductively coupled plasma mass spectrometry,high performance liquid chromatography-hydride generation-atomic fluorescence spectrometry,capillary electrophoresis-inductively coupled plasma mass spectrometry,etc.Finally,the development trend of extraction methods and speciation analysis of selenium in agricultural products was summarized and prospected.Keywords agricultural products;selenium;extraction method;morphological analysis硒在自然环境中的含量很低，仅有0.050.09 g/g，受自然和人为因素的影响而分散分布1。硒是人体每日所需的微量元素之一，硒元素主要参与了人体自身抗氧化系统中重要物质-谷胱甘肽过氧化物酶的合成，保护细胞膜结构和功能不受过度氧化损伤，具有防癌抗癌、清除体内自由基、抗氧化、防衰老、提高人体免疫力等益处2。硒摄入量过多会对人体会造成危害，硒的毒性和生物利用度在很大程度上取决于硒的化学形态34。研究表明58：硒酸盐及亚硒酸盐毒性较大，亚硒酸钠的毒性略大于硒酸钠，硒化氢的毒性最大，会导致生物体病变。农产品中的硒，尤其是有机硒，是人们所需要微量元素硒的主要食物来源，因此了解我国农产品中硒的生物技术、形态转变以及在人体内的代谢途径，对人体按需摄入硒具有重要的指导意义。目前市场上的富硒农产品缺乏科学有效监管，部分产品通过添加无机硒伪造富硒农产品的情况，应当引起足够重视，仅仅了解农产品中硒的总量意义有限，而对不同形态硒进行准确、全面的定量分析，对富硒农产品的评价具有重要意义。笔者对硒doi:10.3969/j.issn.1008-6145.2023.03.022通信作者林庆文，硕士研究生，高级工程师，主要研究方向为有机物的分析检测收稿日期20230114引用格式李胜生，林庆文，陈波，等.农产品中硒元素的提取和形态分析进展 J.化学分析计量，2023，32（3）：104.LI Shengsheng,LIN Qingwen,CHEN Bo,et al.Progress in extraction and speciation analysis of selenium in agricultural productsJ.Chemical Analysis and Meterage,2023,32(3):104.104李胜生，等：农产品中硒元素的提取和形态分析进展形态中无机硒和有机硒的提取、分离富集及分析检测三方面的技术及其研究进展进行综述。1硒形态组分的提取农产品中的硒含量一般都很低，硒的各形态特征分量就更低。对于农产品中硒的提取，应尽可能避免萃取过程中分析物的损失、污染和形态转变，同时应考虑提取方式是否适用于所使用的检测方法。根据农产品样品的不同基体，选择合适分析方法。不同的提取试剂，提取出的硒的化合物形态往往不同。若用水、盐溶液、稀酸溶液等进行提取，则提取液中主要含无机硒。崔海容等9采用水提法，测定了富硒大米中无机硒的含量，无机硒的回收率为95.0%104.0%。李秀梅等10采取水提法研究黄渤海海域刺参群体内含有无机硒的总量。刘恒11通过原子荧光光谱法、水提法等检测的方法对富硒杂粮内含有的有机及无机硒进行测定。潘丹杰等12采用弱酸提取的方法，即采用稀盐酸溶液(质量分数为5%)，在恒温水浴振荡器中于70 提取大米中的无机硒，振荡提取时间为1 h，采用原子荧光光谱法测定，以加标回收试验进行质量控制，实验结果较为满意。李慧峰等13则利用硝酸-高氯酸混合酸(5 1)微波消解甘薯薯块后，于电热板上加热赶酸，再采用原子荧光光谱法测定甘薯中总硒量。蒋旭铃等14采取稀盐酸将大米里的无机硒提取出来，以原子荧光光谱法测定，该方法可同时测定4价硒、无机硒及可溶态总硒的含量。刘铁兵等15用盐酸-水(体积比为1 1)作为提取试剂，将富硒茶内的无机硒提取出来，采用氢化物发生-原子荧光光谱法测定无机硒的含量。若用有机试剂提取，则可提取出较多有机硒。通过浸提的方式，采用乙醇、乙醚和氯仿等溶剂提升硒代氨基酸等硒形态的提取效率。孙新涛等16利用相似相容原理提取有机硒，以乙醚、乙醇及甲苯等试剂作为溶剂进行提取，分离与提取食品内的有机硒，采用原子荧光光谱法测定。陈新17采用有机试剂提取方法对紫薯中的有机硒含量进行了测定。张雪玲18选取不同乙醇、乙酸乙酯、环己烷对茶叶中的有机硒进行分析提取、测定。2硒形态组分的分离富集硒的形态分析是对各种形态硒的分量进行逐一测定，因此除了少数灵敏度很高的专一分析方法外，对提取液中各种形态硒分离以及富集是硒形态分析中必不可少的步骤。对于无机硒和有机硒这两大类的分离富集方法主要有：(1)共沉淀法、离子交换法等具有代表性的富集分离法主要针对无机硒的分离富集，对应的是4价硒和6价硒的测定和分析。KOLACHI等18采用固相萃取的方法，对植物提取液中的无机硒和有机硒用氧化铝柱进行了分离，其中无机硒被吸附到柱子上，而有机硒不被保留，被保留的无机硒形态再用0.2 mol/L盐酸溶液进行洗脱、富集。(2)有机硒普遍采用的分离分析法包括气相色谱、毛细管电泳、离子色谱等。郑进平19采取毛细管电泳分离富集的方法，成功分离了富硒大米中硒酸、亚酸酸钠、硒代胱氨酸、硒代蛋氨酸4种不同形态的硒，并同时对这4种形态硒化合物进行了测定。这4种硒的形态分离效果、峰形、灵敏度均较理想。DENG等20先采用毛细管电泳分离富集富硒酵母中硒代蛋氨酸，再采用电化学发光法检测。段建坤等21采用气相色谱分离了大蒜及洋葱中的二甲基硒和二甲基二硒。王欣等22利用液相色谱同时分离了富硒食品中无机硒(4价硒和6价硒)形态和有机硒形态硒代蛋氨酸(SeMet)、硒代胱氨酸(SeCys2)、硒脲(SeUr)、硒代乙硫氨酸(SeEt)4种硒形态。实验使用了Hamilton PRP-X100分析柱，可以完全分离6种不同的硒形态，分离结果令人满意。赵彤等23采用恒温水浴振荡和超声提取法对农产品种香菇进行提取，提取液经离子色谱分离后，采用电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)法进行测定，实验步骤简单、快速，可以同时测定香菇样品中的亚硒酸根、硒酸根两种无机硒和硒代蛋氨酸、甲基硒代半胱氨酸、硒代胱氨酸3种有机硒的含量。方法的检出限、加标回收率、测定值的相对标准偏差均较为满意。3硒形态组分分析技术农产品中总硒测定方法很多，并形成了标准方法。现行的 GB 5009.932017 食品安全国家标准食品中硒的测定，采用用氢化物原子荧光光谱法测定样品的总硒含量。目前，已有的硒形态分析方法可以检测的硒形态种类很有限24，而富硒农产品中的硒形态组分因其在不同农产品中的形态也各不相同，至今尚无硒形态组分测定的国家标准可依25。针对不同的农产品，采用不同的样品预处理方法，能够获得各类形态的硒化物。一般情况下，需要105化学分析计量2023 年，第 32卷，第 3 期将共同存在各类形态的硒在检测之前加以有效的分离。目前研究主要集中在高效液相色谱-电感耦合等离子体质谱联用(HPLC-ICP-MS)技术26、高效液相色谱-氢化物发生原子荧光光谱(HPLC-HG-AFS)技术27、毛细管电泳-电感耦合等离子体质谱联用(CE-ICP-MS)技术28、亲水相互作用液相色谱-质谱联用(HILIC-ICP-MS)技术29等方面。上述先进技术能够提供硒的形态数据，灵敏度高，检测速度快，是硒形态研究的主要方向。3.1高效液相色谱-电感耦合离子体质谱联用法采用高效液相色谱柱分离，是目前研究硒形态时最为普遍用到的分离方式，一般情况下，会与ICP-MS和MS检测仪器联合使用，与HPLC-MS法相比，HPLC-ICP-MS 法检出限更低且灵敏度更高30。使用阴离子交换色谱柱是高效液相色谱法中常用的富集分离方式，其原理是按照不同目标离子与色谱柱固定相、流动相亲和力的差异进行分离31。姚真真等32用阴离子交换色谱柱分离富硒苹果中的无机硒和硒代氨基酸，硒的各种形态通过高效液相色谱有效分离，分离时间短，检测限为 0.61.0 g/L。BRYSZEWSKA 等33采取C18柱的反相离子色谱联用电感耦合等离子体质谱法，在23 min内分离出6种形态的硒，这种分离方式具有极高的分离度，检出限为0.300.72 g/L。与阴离子交换色谱法相比，RPIC-ICP-MS法具有较低的检出限与较高的柱效，可将多形态的硒有效地分离出来，在分离极性元素形态领域中得到广泛应用，特别是对硒代氨基酸具有良好的分离效果。曾凤泽34等使用微波辅助-酶萃取的提取方法，使用高效液相色谱-电感耦合等离子体质谱(HPLC-ICP-MS)法对灵芝样品中硒酸、亚硒酸、硒代蛋氨酸、硒代胱氨酸、硒代乙硫氨酸、甲基硒代半胱氨酸进行了分析。该方法选择安捷伦ZORBAX SB-Aq C18色谱柱为固定相，以含5 mmol/L 庚烷磺酸钠的 20 mmol/L 柠檬酸溶液(pH 4.5)为流动相进行等度洗脱，以灵芝样品为基质进行3个浓度水平的加标回收试验，回收率为91.7%98.7%，测定值的相对标准偏差为 0.031%3.2%(n=6)，采用该方法对市售赤芝、紫芝、无柄紫芝、富硒赤芝等进行了硒形态分析。3.2高效液相色谱-氢化物发生-原子荧光联用法采取氢化物发生-原子荧光光谱法测定硒元素时，硼氢化钠在盐酸介质中将4价硒还原成硒化氢，通过载气氩气将硒化氢带入原子化反应器中进行原子化，基于激发光源的作用，硒原子发射荧光。在有限浓度范围内，荧光强度正比于硒含量。与高效液相 色 谱 仪 联 用 后，该 方 法 线 性 范 围 更 宽。GRIJALBA等35使用C18色谱柱，在pH小于6.0的情况下，采用包含体积分数为0.1%的1-己基-3-甲基咪唑离子液体作为流动相，实现梯度洗脱操作，在12 min之内，可分离出无机与有机硒，优化分析条件可提高硒化物灵敏度；采取此方法研究啤酒与大蒜等物品中硒的具体形态，检出限为0.861.41 g/L，显著优于HPLC-ICP-MS方法检出限。王铁良等36使用高效液相色谱-氢化物发生原子荧光法检测富硒大米中硒代胱氨酸、甲基硒代半胱氨酸、亚硒酸根、硒代蛋氨酸和硒酸根，该方法选择Hamilton PRP-X100阴离子交换色谱柱，使用40 mmol/L的磷酸氢二铵溶液(pH 6.0)作为流动相，检出限分别为3.7、1.7、1.2、4.2、7.2 g/L。加标回收试验结果显示富硒大米中硒的主要存在形态为硒代蛋氨酸，回收率为95.1%98.2%，其它4种硒形态回收率为80.4%102.5%。该方法可以快速、准确地测定大米中硒的5种形态。3.3气相色谱-质谱联用法气相色谱可分离二甲基硒等挥发性强的硒化物，可采取衍生剂衍生化不能挥发的无机硒或硒化物，使之挥发后加以分离。GIONFRIDDO等37采用固相微萃取-色谱-质谱联用(SPME-GC-MS)技术对富硒马铃薯提取液中的硒代蛋氨酸和硒甲基半胱氨酸进行测定，氯甲酸异丁酯作为试剂衍生化氨基与羧酸基团，在水溶液中于室温下发生衍生反应，反应高效而便于操作。上述形态的硒化物回收率为82.3%116.3%，方法检出限为0.1430.210 g/kg。吴胜芳等38建立了一种快速分析富硒包菜汁中硒甲基硒半胱氨酸和硒蛋氨酸含量的方法。以氯甲酸乙酯作衍生化试剂，利用串联质谱技术在多离子监测模式下对衍生物进行GC-MS/MS测定。方法检出限分别为硒甲基硒半胱氨酸4 g/L、硒代蛋氨酸2 g/L；硒甲基硒半胱氨酸的方法回收率为 82%97%，硒代蛋氨酸的方法回收率为100%109%。4总结与展望近年来，农产品中硒的形态分析取得了很大进展。各种分离检测方法不断发展，尤其是分离检测仪器结合技术的快速发展，在硒形态分析中发挥了106李胜生，等：农产品中硒元素的提取和形态分析进展重要作用。硒在化合物中存在多种结合形式，且在样品分离提取时易改变形态，因此在研究硒元素形态的时候，选择合适的提取方法非常重要。化合物中硒的存在形态研究尚存在以下问题：(1)农产品中硒元素形态分析的提取，使用水、稀酸等溶剂操作简单、快捷，但对于一些复杂的基体或者低含量的样品，提取效果很差。使用有机试剂等介质及酶法提取，能较好的提取各种硒形态，但是需要较为苛刻的环境条件，对提取环境的温度、酸度较为严格。不同的样品处理方式各有优缺点以及适用范围。(2)目前硒元素形态标准物质数量很少，主要有硒代氨基酸、硒代半胱氨酸、硒代蛋氨酸标准物质，而硒蛋白、硒多糖、硒核酸等均没有标准物质，使定量检测有机硒形态受到较多局限。(3)各类富硒农产品由于基质不同，相同的提取方法在提取各种硒元素形态都存在差异，现有标准方法难以满足不同产品的检测需求。(4)现阶段发展的测试技术对无机硒的形态分析较为成熟，以有机硒形态为基础进行检测的方法还在进一步完善。有机硒形态定量分析标准方法均是分离设备串联质谱，以保证方法灵敏度，并提高分析效率。而大型仪器设备的维护成本较高，同时对操作者的技术素质要求较高，影响了方法的普及。同时连接各种分离手段和检测设备的联用技术是未来硒形态分析的主流。硒元素形态分析方法既要满足快速、便携的操作要求，又要保证较高的精密度、准确度，以适应不同类别农产品的硒形态检测的需要。参 考 文 献1 刘绵刚，梁小军，欧力健，等.天然富硒资源分布利用问题及对策研究 J.中国畜牧业，2011（21）：64.2 李浩男，谢晓宇，王立平.硒营养与人体健康 J.食品工业，2022，43（3）：325.3 RAYMAN M P.The importance of selenium to human health J.2000，356（9225）：233.4 鲍鹏，李国祥.硒抗肿瘤机理研究进展和展望 J.生物技术进展，2017，7（5）：506.5 ROHN I，MARSCHALL T A，KROEPFL N，et al.Selenium 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